ISOLASI DAN KARAKTERISASI BAKTERI PENGHASIL ENZIM XILANASE DARI CAIRAN RUMEN KAMBING & DOMBA DAN SUMBER AIR PANAS DI CIPANAS
SKRIPSI EVRIN SAFRILYA VANADIANINGRUM
PROGRAM STUDI ILMU NUTRISI DAN MAKANAN TERNAK FAKULTAS PETERNAKAN INSTITUT PERTANIAN BOGOR 2008
RINGKASAN Evrin Safrilya Vanadianingrum. D24103037. 2006. Isolasi dan Karakterisasi Bakteri Penghasil Enzim Xilanase dari Cairan Rume n Kambing & Domba dan Sumber Air Panas di Cipanas. Skripsi. Ilmu Nutrisi dan Makanan Ternak. Fakultas Peternakan. Institut Pertanian Bogor. Pembimbing Utama Pembimbing Anggota
: Ir. Anita Sardiana Tjakradidjaja, M.Rur.Sc. : Irma Isnafia Arief, S.Pt. M.Si.
Ketersediaan pakan yang berkualitas, semakin langka dengan semakin meningkatnya persaingan antara pakan dan pangan. Sebagai akibatnya pakan yang tersedia berlimpah adalah pakan yang mempunyai kualitas rendah dan mempunyai kandungan serat kasar tinggi sehingga sulit untuk dicerna terutama oleh ternak monogastrik. Kondisi yang demikian merupakan suatu permasalahan bagi ternak non ruminansia karena dalam lambungnya tidak terdapat mikroba pencerna serat seperti yang terdapat pada ternak ruminansia. Salah satu kompo nen serat kasar yang sulit untuk didegradasi oleh ternak non ruminansia adalah xilan yang merupakan bagian dari hemiselulosa. Xilan dapat dicerna oleh tubuh ternak jika sudah dirubah menjadi gula sederhana. Perubahan xilan menjadi gula sederhana memerluka n bantuan enzim, yaitu enzim xilanase yang tidak dapat dihasilkan oleh tubuh ternak ruminansia maupun non ruminansia. Enzim xilanase ini dihasilkan oleh sejumlah bakteri yang terdapat di alam yaitu bahan-bahan yang berserat tinggi, di dalam rumen dan sumber air panas. Isolasi bakteri penghasil enzim xilanase dari sumber air panas dan cairan rumen diperlukan untuk membantu ternak non ruminansia mencerna xilan. Oleh karena itu, tujuan dari penelitian ini untuk mendapatkan isolat bakteri penghasil enzim xilanase dari cairan rumen kambing dan domba dan sumber air panas dengan aktivitas yang optimum. Isolat ini selanjutnya dapat dijadikan kultur yang dapat ditambahkan pada bahan pakan berserat tinggi atau dapat diinokulasikan ke dalam tubuh ternak non – ruminansia. Penelitian ini menggunakan cairan rumen kambing, domba dan sumber air panas sebagai sumber inokulumnya. Masing – masing inokulum ditumbuhkan pada media tumbuh dan diinkubasi selama tiga hari pada suhu 39 o C untuk cairan rumen dan suhu 55o C untuk sumber air panas. Pengkayaan dilakukan dengan menaikkan taraf xilan pada media tumbuh secara bertahap yaitu: 0; 0,6; 1,2; 1,8 dan 2,4 %. Koloni yang tumbuh dan mengandung bakteri yang seragam diseleksi sebagai s uatu isolat dan ditumbuhkan sebagai isolat yang terpisah. Peubah yang diamati adalah luasan zona bening, populasi bakteri, morfologi koloni, morfologi sel, dan aktivitas enzim xilanase yang dihasilkan oleh isolat tersebut. Rancangan percobaan yang digunakan dalam penelitian ini adalah Rancangan Acak Lengkap dengan pola faktorial, 9 x 5 dengan 3 ulangan untuk isolat dari rumen kambing dan 4 x 5 dengan 3 ulangan untuk isolat dari rumen domba, serta 3 x 3 dengan 3 ulangan untuk isolat dari sumber air panas. Data yang diperoleh dianalisis dengan analisis sidik ragam (ANOVA) dan bila berbeda nyata dilakukan uji kontras ortogonal polinomial. Khusus untuk data morfologi koloni dan sel dianalisa dengan analisa statistika deskriptif. Jumlah isolat dari rumen kambing sebanyak sembilan isolat yaitu : EVK1, EVK2, EVK3, EVK4, EVK5, EVK6, EVK7, EVK8 dan EVK9. Jumlah isolat dari
rumen domba sebanyak empat isolat yang terdiri dari : ESD1, ESD2, ESD3 dan ESD4. Jumlah isolat yang diperoleh dari sumber air panas sebanyak tiga isolat : CP1, CP2, dan CP3. Keseluruhan isolat tersebut mempunyai kemampuan dalam mencerna xilan dengan karakteristik yang berbeda seperti luasan zona bening, kepadatan populasi yang berkaitan dengan pola fase pertumbuhan pada masing – masing isolat dan aktivitas enzim yang dihasilkan. Hasil isolasi bakteri penghasil enzim xilanase dari cairan rumen kambing, domba dan sumber air panas menunjukkan bahwa isolat yang diperoleh dari rumen kambing lebih bervariasi dibandingkan isolat lainnya. Berdasarkan hasil sidik ragam, tidak ada perbedaan secara nyata antara tingkat pemberian taraf xilan pada semua isolat yang diperoleh. Enzim xilanase yang dihasilkan oleh setiap isolat menunjukkan hasil yang tidak berbeda nyata. Namun secara deskriptif, aktivitas enzim yang dihasilkan oleh isolat dari bakteri rumen domba lebih tinggi dibandingkan isolat dari bakteri rumen kambing. Nilai aktivitas enzim xilanase berdasarkan rataan secara keseluruhan untuk isolat dari cairan rumen domba dan kambing serta sumber air panas masing – masing 0,080; 0,033; 0,018 Unit/ml. Aktivitas enzim terbaik dihasilkan oleh isolat dari cairan rumen domba, akan tetapi keenambelas isolat yang diperoleh mempunyai potensi untuk dijadikan probiotik atau kultur starter dalam pakan ternak monogastrik untuk meningkatkan kecernaan serat khususnya pemanfaatan xilan dari bahan pakan. Kata Kunci : Bakteri, Enzim, Isolasi, Xilanase
ABSTRACT Isolation and Characte ritation Bacteria which Xylanase Production from Rumen Fluid of Goat and sheep and Hot Wate r Springs - Cipanas E. S.Vanadianingrum., A.S. Tjakradidjaja, and I.I. Arief Xylan is the big part of hemicellulose that is undegradable component in monogastric tract. Degradation of xylan to simple form xylose, needs xylanase enzyme that is only produced by bacteria. These bacteria can be found in nature such as in decayed wood, ruminal fluid, and hot water springs, etc. To obtain these bacteria, a selection from natural habitat needs to be conducted, so that the isolated bacteria can be used to help degrading xylan that is present in feed. This experiment used ruminal fluid of goat and sheep as well as from the hot water spring as sources of inocula. The incubation time was three days at 39 o C in anaerobic condition for ruminant`s isolate and at 55o C and in aerob condition for hot water spring`s isolate. Levels of xylan for enrichment studies were 0; 0.6; 1.2; 1.8 and 2.4 v/w. For studying the effect of xylan levels on bacterial population, clearing zone areas, and xylanase enzyme activity, a factorial completely randomized design was applied, i.e. 9 x 5 for isolates from goat`s ruminal fluid, 4 x 5 for isolates from sheep`s ruminal fluid, and 3 x 3 for isolates from hot water springs, the experiments were conducted in three replications. Data were analysed using analysis of variance (ANOVA) to determine the effect of treatments on each variables, contrast or polynomial orthogonal were used to examine differences between treatments. There were nine isolates from goat`s rumen fluid (EVK1, EVK2, EVK3, EVK4, EVK5, EVK6, EVK7, EVK8, EVK9), four isolates from sheep`s rumen fluid (ESD1, ESD2, ESD3, ESD4) and three isolates from hot water spring (CP1, CP2,CP3) with different characteristic. Gram morphology test showed that the isolates were Gram positif and Gram negative with various cell morphology. Xylanase activities declined with the increase of xylan level in the medium. Enzyme activity of isolates from sheep rumen fliud, goat rumen fluid, and hot water spring were 0.080, 0.033 and 0.018 Unit/ml, respectively. All isolates producing xylanase were able to degrade xylan source from their diet especially pollard, wheat straw, rice bran and the other fiber source. Futhermore, these isolates were potentially used as probiotic and culture stater in monogastric diet which can help increasing degradation fibre feeds, especially utilization of xylan in their diet. Key words: bacteria, enzym, isolation, xylanase,
ISOLASI DAN KARAKTERISASI BAKTERI PENGHASIL ENZYM XILANASE DARI CAIRAN RUMEN KAMBING & DOMBA DAN SUMBER AIR PANAS DI CIPANAS
EVRIN SAFRILYA VANADIANINGRUM D24103037
Skripsi ini merupakan salah satu syarat untuk Mempe roleh gelar Sarjana Peternakan Pada Fakultas Peternakan Institut Pe rtanian Bogor
PROGRAM STUDI ILMU NUTRISI DAN MAKANAN TERNAK FAKULTAS PETERNAKAN INSTITUT PERTANIAN BOGOR 2008
ISOLASI DAN KARAKTERISASI BAKTERI PENGHASIL ENZYM XILANASE DARI CAIRAN RUMEN KAMBING & DOMBA DAN SUMBER AIR PANAS DI CIPANAS
Oleh EVRIN SAFRILYA VANADIANINGRUM D24103037
Sripsi ini telah disetujui dan disidangkan di hadapan Komisi Ujian Lisan pada tanggal 12 Mei 2008
Pembimbing Utama
Pembimbing Anggota
Ir. Anita Sardiana Tjakradidjaja,M.Rur.Sc. NIP : 131 624 189
Irma Isnafia Arief,S.Pt, M.Si. NIP : 132 243 330
Dekan Fakultas Peternakan Institut Pe rtanian Bogor
Dr. Ir. Luki Abdullah M.Sc.Agr. NIP : 131 955 531
RIWAYAT HIDUP Penulis dilahirkan di Malang, Jawa Timur pada tangal 21 April 1985. Penulis adalah anak pertama dari dua bersaudara, putri dari Bapak Mada`i dan Ibu Sri Hartiningrum. Penulis memulai pendidikannya pada tahun 1989 di Taman Kanak – kanak Perwanida, Warujayeng, Nganjuk. Pada tahun 1991 Penulis memasuki Sekolah Dasar di SDN Tanjunganom V dan lulus tahun 1997. Jenjang pendidikan menengah pertama ditempuh di SLTPN 1 Tanjunganom pada tahun 1997 hingga 2000. Penulis kemudian menyelesaikan pendidikan menengah atas pada tahun 2000 hingga 2003 di SMUN 2 Nganjuk. Pada tahun 2003, Penulis diterima di Institut Pertanian Bogor melalui jalur USMI (Undangan Seleksi Masuk IPB) dan terdaftar sebagai mahasiswa jurusan Ilmu Nutrisi dan Makanan Ternak, Fakultas Peternakan, Institut Pertanian Bogor. Selama kuliah Penulis aktif pada berbagai organisasi kemahasiswaan antara lain: DKM Al- Hurriyyah, HIMASITER (Himpunan Mahasiswa Nutrisi dan Makanan Ternak), FAMM AL-An`am (Forum Aktivitas Mahasiswa Muslim), BEM – D (Badan Eksekutif Mahasiswa Fakultas Peternakan), Senior Residence Asrama TPB – IPB. Kepanitiaan yang pernah diikuti oleh Penulis adalah: PAGI ANABA, RANSUM 41, Darmaga Livestock Expo, Viva Peternakan, Masa Perkenalan Fakultas Peternakan, Seminar Anti Narkoba dll. Penulis juga aktif sebagai asisten mata kuliah Dasar- dasar Hasil Ternak dan Pendidikan Agama Islam. Penulis mendapatkan INTP Award sebagai Mahasiswa Berprestasi Akademik pada ta hun 2004 hingga 2007. Selain itu Penulis juga pernah menjadi Mahasiswa Berprestasi Tingkat Departemen INTP dan menjadi wakil dari Fakultas Peternakan untuk Mahasiswa Berprestasi tingkat IPB 2006. Karya ilmiah penulis dengan judul Utilization of Fiber in Ruminant Tract by Fibrozym Supplementation mendapatkan peringkat kedua region Asia-Pasifik dalam Young Animal Science, Alltech Biotechnology 2007. Selain itu, dalam Lomba Karya Tulis bidang Lingkungan Hidup, makalah Penulis yang berjudul Alternatif Solusi Pe nurunan Pemanasan Global dengan Cara Management dan Teknologi Pakan Ternak Ruminansia mendapatkan juara ketiga tingkat Nasional tahun 2007.
KATA PENGANTAR Alhamdulillah, segala puji dan syukur Penulis panjatkan kehadirat Allah SWT yang telah melimpahkan rahmat dan hidayah-Nya sehingga Penulis dapat menyelesaikan penelitian dan penulisan skripsi ini. Shalawat serta Salam semoga tetap tercurah kepada Nabi Muhammad SAW, keluarga, sahabat dan para pengikutnya hingga akhir zaman. Skripsi ini adalah salah satu syarat untuk mendapatkan gelar Sarjana Peternakan. Skripsi ini berjudul “Isolasi dan Karakterisasi Bakteri Penghasil Enzim Xilanase dari Cairan Rumen Kambing & Domba dan Sumber Air Panas di Cipanas”. Penelitian ini dilakukan di Laboratorium Biokimia, Fisio logi dan Mikrobiologi Nutrisi dan Laboratorium Terpadu Departemen Ilmu Nutrisi dan Teknologi Pakan, Fakultas Peternakan, Institut Pertanian Bogor selama 13 bulan, dari bulan Desember 2006 hingga November 2007 dan dilanjutkan pada bulan Januari 2008 hingga Februari 2008 dengan bantuan dana dari Ir.Anita Sardiana Tjakradidjaja, M.Rur.Sc. Keterbatasan pakan ternak yang berkualitas semakin berkurang. Sebagai akibatnya pakan ternak yang diberikan mempunyai kualitas rendah dengan kandungan serat kasar yang tinggi. Hal ini dapat diterima oleh ternak ruminansia, akan tetapi bagi ternak monogastrik hal ini merupakan permasalahan yang serius. Ternak ruminansia mempunyai potensi besar di Indonesia. Kelebihan ternak ruminansia dibandingkan ternak
monogastrik adalah kemampuannya dalam
mencerna serat, hal ini dikarenakan pada ternak ruminansia terdapat bakteri rumen yang mampu mendegradasi serat menjadi gula sederhana yang dapat dijadikan sebagai sumber energi bagi ternak ruminansia. Kemampuan bakteri rumen dalam mencerna serat meliputi : selulolitik, xilanolitik, dan lignolitik. Oleh karena itu, isolasi bakteri pencerna xilan dari cairan rumen sangat diperlukan untuk mengatasi permasalahan keterbatasan pakan. Penulis menyadari bahwa skripsi ini masih jauh dari sempurna. Se moga skripsi ini bermanfaat dan dapat digunakan sebagai sumber informasi bagi pembaca. Penulis mengucapkan banyak terimakasih kepada semua pihak yang telah ikut berperan serta sehingga penulisan skripsi ini dapat diselesaikan.
Penulis,
DAFTAR ISI Halaman RINGKASAN........................................................................................................
Ii
ABSTRACT...........................................................................................................
Iv
RIWAYAT HIDUP...............................................................................................
vii
KATA PENGANTAR...........................................................................................
viii
DAFTAR ISI.........................................................................................................
Ix
DAFTAR TABEL.................................................................................................
xi
DAFTAR GAMBAR.............................................................................................
xii
DAFTAR LAMPIRAN.........................................................................................
xiii
PENDAHULUAN..................................................................................................
1
Latar Belakang.......................................................................................... Tujuan........................................................................................................ Perumusan Masalah................................................................................... Manfaat Penelitian ....................................................................................
1 2 3 3
TINJAUAN PUSTAKA.........................................................................................
4
Cairan Rumen........................................................................................... Sumber Air Panas..................................................................................... Mikroba Rumen........................................................................................ Mikroba Termofilik................................................................................... Isolasi Bakteri............................................................................................ Kultivasi Bakteri....................................................................................... Pola Pertumbuhan Bakteri......................................................................... Pewarnaan Gram....................................................................................... Xilan.......................................................................................................... Enzim Xilanase......................................................................................... Mikroorganisme Penghasil Xilanase.........................................................
4 5 5 7 8 8 10 11 12 14 16
METODE................................................................................................................
19
Waktu dan Lokasi........................................................................................ Materi..........................................................................................................
19 19
Bahan............................................................................................... Alat..................................................................................................
19 19
Metode.........................................................................................................
19
Persiapan Media.............................................................................. Media Anaerob...................................................................... Media Aerob..........................................................................
19 20 20
Persiapan Sampel............................................................................. Isolasi Xilan dari Pollard.................................................................. Pengkayaan......................................................................................
20 21 22
Pengenceran..................................................................................... Isolasi Bakteri...................................................................................
22 23
Karakterisasi Isolat Bakteri..........................................................................
23
Penghitungan Koloni. ....................................................................... Pengukuran Zona Bening.................................................................. Pewarnaan Gram............................................................................... Pengukuran Aktivitas Enzim Xilanase..............................................
23 24 24 24
Rancangan Percobaan...................................................................................
25
HASIL DAN PEMBAHASAN..............................................................................
26
Keadaan Umum Penelitian..........................................................................
26
Pengkayaan dan Isolat Bakteri Pencerna Xilan..........................................
27
Substrat yang Digunakan...................................................................
27
Identifikasi Awal Isolat Bakteri Pencerna Xilan..........................................
29
Isolat dari Cairan Rumen Kambing.................................................... Isolat dari Cairan Rumen Domba....................................................... Isolat dari Sumber Air Panas..............................................................
30 30 31
Pengaruh Taraf Xilan terhadap Populasi Bakteri Pencerna Xilan................
34
Isolat dari Cairan Rumen Kambing.................................................... Isolat dari Cairan Rumen Domba....................................................... Isolat dari Sumber Air Panas..............................................................
34 36 38
Pengaruh Taraf Xilan terhadap Luasan Zona Bening yang Dihasilkan Isolat Bakteri Pencerna Xilan.......................................................................
41
Isolat dari Cairan Rumen Kambing.................................................... Isolat dari Cairan Rumen Domba....................................................... Isolat dari Sumber Air Panas..............................................................
41 43 45
Pengaruh Taraf Xilan terhadap Aktivitas Enzim Xilanase yang Dihasilkan oleh Bakteri Pencerna Xilan..........................................................................
49
Isolat dari Cairan Rumen Kambing................................................... Isolat dari Cairan Rumen Domba....................................................... Isolat dari Sumber Air Panas..............................................................
50 50 51
Perbandingan Isolat dari Rumen Kambing, Domba dan Sumber Air Panas.............................................................................................................
53
Populasi Bakteri Pencerna Xilan........................................................ Luasan Zona Bening yang Dihasilkan Bakteri Pencerna Xilan.................................................................................................. Aktivitas Enzim yang Dihasilkan Bakteri Pencerna Xilan.................................................................................................. KESIMPULAN DAN SARAN............................................................................ Kesimpulan.................................................................................................. Saran............................................................................................................
53 54 54 56 56 56
