JKK, Tahun 2016, Vol 5(1), halaman 24-28
ISSN 2303-1077
OPTIMASI PRODUKSI PROTEIN SEL TUNGGAL (PST) DARI BAKTERI YANG TERDAPAT PADA GASTROINTESTINAL (GI) IKAN NILA (Oreochromis niloticus) DAN IKAN KEMBUNG (Scomber canagorta) Berly Inuhan*1, Savante Arreneuz1, Muhamad Agus Wibowo1 1 Program Studi Kimia, Fakultas MIPA, Universitas Tanjungpura, Jl. Prof. Dr. H. Hadari Nawawi, Pontianak *
email:
[email protected] ABSTRAK
Ikan nila (Oreochromis niloticus) dan ikan kembung (Scomber canagorta) merupakan jenis ikan yang dikonsumsi hanya bagian daging sedangkan bagian gastrointestinal (GI) dibuang sebagai limbah terhadap lingkungan. Bagian GI ikan-ikan ini mengandung banyak jenis dari bakteri yang dapat dimanfaatkan sebagai sumber bakteri penghasil protein sel tunggal (PST) dengan proses fermentasi. Aplikasi pemanfaatan protein yang bersumber dari bakteri lebih sering digunakan dibandingkan sumber dari hewan dan fungi, hal ini dikarenakan proses pertumbuhan dan regenerasinya yang sangat cepat. Tujuan penelitian ini adalah memperoleh kondisi optimum dalam produksi protein dan penentuan kadar protein yang didapat dari GI ikan nila (O. niloticus) dan ikan kembung (S. canagorta) menggunakan metode Bradford dengan alat spektrofotometer UV-Vis. Isolat-isolat terpilih dari sumber ikan nila (O. niloticus) adalah N1, N2, dan N3 sedangkan sumber ikan kembung (S. canagorta) adalah K1, K2, dan K3. Tahapan dalam penentuan kondisi optimum produksi PST adalah penentuan waktu fermentasi, temperatur dan pH. Isolat terpilih dari sumber ikan nila (O. niloticus) dan ikan kembung (S. canagorta) N3 dan K3 berdasarkan kondisi optimum produksi PST. Waktu fermentasi optimum dari isolat N3 dan K3 adalah 36 jam, temperatur optimum dari isolat N3 dan K3 yaitu 40oC dan derajat keasaman optimum dari isolat N3 dan K3 adalah pH 7. Hasil penelitian terhadap kondisi optimum produksi PST pada isolat N3 dan K3 memiliki kondisi optimum yang sama yaitu waktu fermentasi 36 jam, temperatur 40oC dan pH 7 dengan kadar PST masing-masing untuk isolat terpilih N3 dan K3 yaitu 1,123 dan 1,039 mg/ml. Kata kunci : Protein sel tunggal, Oreochromis niloticus, Scomber canagorta, pH, temperatur, fermentasi PENDAHULUAN
Protein sel tunggal merupakan produk biomassa berkadar protein tinggi yang berasal dari mikrobia (Batubara, 2009). Mikrobia penghasil PST umumnya tumbuh pada limbah yang memiliki unsur karbon dan nitrogen (Pawignya, 2011). Bakteri, fungi, algae, dan yeast merupakan jenis dari mikrobia yang dapat memproduksi PST. Bakteri yang dapat memproduksi PST antara lain: Brevibacterium sp, Methylophilus sp, Acromobacter delvaevate, Acinetobacter calcoacenticu, Aeromonas hydrophilla, Bacillus sp, Lactobacillus sp, Cellulomonas sp, Methylomonas sp, Pseudomonas sp, Rhodopseudomonas sp, Flavobacterium sp (Adedayo et al., 2011; Ashok et al., 2014). Mikroba yang digunakan sebagai penghasil PST harus memiliki kriteria yaitu tidak bersifat patogen, memiliki nilai nutrisi yang baik, dapat digunakan sebagai
Indonesia merupakan negara kepulauan yang memiliki potensi yang besar di bidang perikanan. Sumber Ikan yang didapat berasal dari hasil penangkapan di laut dan pembudidayaan (Huffard et al., 2012). Jenis ikan yang sangat popular berasal dari hasil penangkapan dilaut adalah ikan kembung (Scomber canagorta) (Dirjen Perikanan, 1990), sedangkan yang berasal dari hasil pembudidayaan adalah ikan nila (Oreochromis niloticus) (Kordik, 2010). Bagian ikan yang tidak digunakan dan menghasilkan limbah terdapat pada bagian gastrointestinal (GI) ikan yang dibuang begitu saja dapat mengganggu lingkungan. Limbah GI ikan ini perlu dimanfaatkan lebih lanjut sebagai sumber bakteri penghasil protein sel tunggal (PST) (Balaji et al., 2012; Gethanjali dan Subash., 2011). 24
JKK, Tahun 2016, Vol 5(1), halaman 24-28
ISSN 2303-1077
makanan atau pakan, tidak mengandung senyawa yang beracun, dan biaya produksinya murah (Adedayo et al., 2011). Pemanfaatan PST dapat digunakan sebagai pengganti protein dari sumber konvensional seperti hasil pertanian, perikanan, dan peternakan (Nigam, 1998; Batubara, 2009; Ashok et al., 2014 ) Protein yang bersumber dari bakteri lebih banyak dimanfaatkan dibandingkan dengan hewan dan fungi. Hal ini dikarenakan pertumbuhan dari bakteri sangat cepat, tidak membutuhkan media atau ruangan yang besar dan proses regenerasinya sangat cepat. Salah satu sumber dari bakteri dapat ditemukan pada bagian GI biawak (Megiandari, 2009), ikan Cyprinus carpio (Balaji et al., 2012) dan ikan Labeo rohita (Gethanjali dan Subash., 2011). Jenis bakteri yang mungkin ditemukan pada ikan adalah Pseudomonas sp, Bacillus sp, Micrococcus sp, Staphylococcus sp, Streptococcus sp (Buller, 2004). Penelitian ini menggunakan bagian GI ikan nila (O. niloticus) dan ikan kembung (S. canagorta) digunakan sebagai sumber bakteri penghasil PST. Habitat antara ikan nila yang hidup di air tawar dan ikan kembung yang hidup di air asin merupakan suatu perbedaan lingkungan yang sangat menonjol yaitu dari tingkat salinitas yang berbeda dan keanekaragaman sumber makanan yang berbeda sehingga perlu dilakukan penelitian mengenai optimasi produksi protein dari GI ikan nila (O. niloticus) dan ikan kembung (S. canagorta) berdasarkan pH, temperatur dan waktu fermentasi serta kadar protein yang diperoleh menggunakan metode Bradford dengan alat spektrofotometer UV-Vis.
FeSO4.7H2O, kasein, larutan buffer, Bovine Serum Albumin (BSA), pereaksi bradford.
METODOLOGI PENELITIAN
Pengaruh pH terhadap produksi protein (Gethanjali dan Subash., 2011). Penentuan pengaruh pH terhadap produksi protein dilakukan dengan variasi pH (6.0-9.0), dimana larutan buffer pH 6.07.0 (posfat buffer), pH 8.0-9.0 (boraks buffer). Produksi protein diinkubasi pada waktu optimum dengan temperatur 40oC. Selanjutnya pengujian kadar protein dengan metode yang sama dengan diatas.
Preparasi Sampel (Gethanjali dan Subash., 2011; Balaji et al., 2012). Ikan dibedah bagian perutnya dengan pisau steril dan dipisahkan GI dari ikan. Selanjutnya dibuat larutan homogen dengan penambahan GI ke larutan natrium klorida 0.9%. (10:1; volume:berat) dibuat larutan hingga 10-6. Selanjutnya dilarutkan sampel (0.1 ml) ke media padat saline nutrient agar kemudian diinkubasi pada temperatur 37oC selama 24 jam. Koloni dengan kecerahan dan zona diameter terbaik yaitu isolat terpilih dari ikan kembung (S. canagorta) adalah K1, K2, dan K3 sedangkan ikan nila (O. niloticus) adalah N1, N2, dan N3. Isolat-isolat ini dipindahkan ke media skim milk salt agar sebagai penghasil protein pada waktu fermentasi 24 jam dan temperatur 37oC. Selanjutnya isolat-isolat ini digunakan untuk sampel investigasi selanjutnya. Produksi Protein (Gethanjali dan Subash., 2011). Media cair yang digunakan dalam produksi protein adalah mengandung 0.5 % glukosa (w/v), 0.75 % pepton (w/v), 0.05 % MgSO4.7H2O (w/v), 0.05 % KH2PO4 (w/v) dan 0,01% FeSO4.7H2O (w/v) kemudian dibiakan dengan variasi 6 hingga 48 jam di dalam inkubator shaking (140 rpm) pada temperatur 40oC dan pH 7. Setelah proses fermentasi diatas selesai selanjutnya di lakukan sentrifugal 10.000 rpm selama 15 menit dan dipisahkan supernatan yang bebas sel sebagai protein preparasi selanjutnya dilakukan uji kadar protein dengan metode Bradford.
Alat dan Bahan Peralatan yang digunakan dalam penelitian ini meliputi peralatan gelas, pisau steril, orbital shaker incubator, pH universal, neraca, spektrofotometer UV-Vis, alat sentrifugasi, oven dan autoclave. Sampel berupa GI dari O. niloticus dan S. canagorta. Bahan-bahan yang digunakan adalah NaCl, akuades, Nutrient Agar, glukosa, pepton, susu skim milk, agar, MgSO4.7H2O, KH2PO4, K2HPO4,
25
JKK, Tahun 2016, Vol 5(1), halaman 24-28
ISSN 2303-1077
Pengaruh Temperatur terhadap produksi protein (Gethanjali dan Subash., 2011). Penentuan pengaruh temperatur terhadap produksi protein dilakukan dengan variasi temperatur 30, 40, 50, 60oC pada pH dan waktu fermentasi optimum. Selanjutnya pengujian kadar protein dengan metode yang sama dengan diatas.
Berdasarkan kurva pada Gambar 1 dan 2 maka dapat diketahui fase lag terjadi pada waktu 6-12 jam yaitu penyesuaian bakteri terhadap lingkungan, fase log terjadi pada waktu 12-24 jam dengan terjadinya interaksi bakteri dengan substrat yang meningkat membentuk protein,fase stasioner terjadi pada waktu 24-36 jam yang merupakan waktu optimum dari produksi protein, tetapi setelah 36 jam yaitu fase kematian diperoleh konsentrasi protein yang menurun hal ini disebabkan jumlah substrat yang mulai habis, jumlah protein yang terbentuk dapat menghambat pertumbuhan bakteri dan terjadinya degradasi terhadap protein (Nelson dan Cox., 2008; Hui, 2006). Berdasarkan nilai konsentrasi protein maksimum maka isolat K3 dan N3 memiliki nilai yang tertinggi dari masingmasing isolat yaitu 1,039 mg/ml dan 1,123 mg/ml. Isolat K3 dan N3 terpilih untuk selanjutnya dilakukan pengaruh variasi temperatur dan variasi pH pada waktu fermentasi optimum yaitu 36 jam.
HASIL DAN PEMBAHASAN Pengaruh Variasi Waktu Fermentasi Terhadap Produksi protein Penelitian ini dilakukan pada variasi waktu yaitu 0-48 jam dengan interval 6 jam terhadap Isolat terpilih dari sumber ikan nila (O. niloticus) yaitu N1, N2, dan N3 sedangkan isolat terpilih dari sumber ikan kembung (S. canagorta) adalah K1, K2, dan K3. Fermentasi dilakukan pada temperatur 40oC dan tingkat keasaman pH 7 (Balaji et al., 2008). Konsentrasi (mg/ml)
1,2 1 0,8 0,6
K1
0,4
K2
0,2
K3
Pengaruh Variasi Temperatur dan pH Terhadap Produksi Protein Pengaruh variasi temperatur dilakukan pada pH 7 (Balaji et al., 2008) terhadap isolat N3 dan K3 dengan waktu fermentasi 36 jam. berikut ini gambar grafik variasi temperatur terhadap kadar protein.
0 -0,2 0 -0,4
6 12 18 24 30 36 42 48 54 Waktu ( Jam )
1,2 1,0 0,8 0,6 0,4 0,2 0,0 -0,2 0 -0,4
Kadar Protein (mg/ml)
Konsentrasi (mg/ml)
Gambar 1. Kurva konsentrasi protein terhadap waktu fermentasi isolat terpilih ikan kembung (S. canagorta)
N1 N2
1,2
1,123
1 0,836
0,8 0,6 0,4
0,259
0,2 0 20
N3
0,209
30
40
50
Temperatur
60
70
(oC)
Gambar 3. Isolat N3 variasi temperatur pada pH 7 dan waktu fermentasi 36 jam
6 12 18 24 30 36 42 48 54 Waktu (Jam)
Gambar 2. Kurva konsentrasi protein terhadap waktu fermentasi isolat terpilih ikan nila (O. niloticus)
Berdasarkan Gambar 3 dan 4 diperoleh konsentrasi protein meningkat hingga temperatur 40oC, hal ini karena semakin sesuai kondisi temperatur yang dibutuhkan bakteri untuk pertumbuhan dan
26
JKK, Tahun 2016, Vol 5(1), halaman 24-28
ISSN 2303-1077
perubahan struktur molekul dan kelarutannya (Pawignya, 2011; Mathews et al., 2004). kadar protein (mg/ml)
kadar protein (mg/ml)
berkembangbiak, tetapi setelah temperatur 40oC terjadi penurunan konsentrasi protein hal ini karena temperatur tinggi dapat mengubah sifat fisik dari membran sel dan mempengaruhi sistem sekresi ekstraseluler dari bakteri (Gethanjali dan Subash., 2011; Balaji et al., 2012). 1,2
1,039
1 0,8
1,039
1 0,8 0,6
0,522
0,517
0,4
0,465
0,2 0
0,6
5
0,4
0,345
0,313
0,2 0 30
40 50 Temperatur (oC)
60
70
Pengaruh variasi pH dilakukan pada temperatur dan waktu fermentasi optimum yaitu 40oC dan 36 jam terhadap isolat N3 dan K3. Berikut ini adalah gambar grafik variasi pH terhadap kadar protein.
1,123
1 0,8 0,452
0,4
0,462
0,2
0 5
6
7
pH 8
9
pH
8
9
10
Berdasarkan hasil penelitian yang telah dilakukan dapat disimpulkan bahwa: 1. Waktu fermentasi, temperatur dan pH untuk menghasilkan produk protein dari isolat K3 dan N3 memiliki kondisi optimum yang sama yaitu 36 jam, pH 7 dan suhu 40oC. 2. Kadar protein dari isolat K3 dan isolat N3 yaitu 1,039 mg/ml dan 1,123 mg/ml.
0,655
0,6
7
Berdasarkan hasil penelitian maka dapat diketahui bahwa isolat dari N3 dan K3 memiliki kondisi optimum yang sama yaitu pada temperatur 40oC, pH 7, dan waktu fermentasi 36 jam sehingga N3 dan K3 memiliki potensi sebagai penghasil PST. Hal ini dapat dilihat pada penelitian terdahulu yaitu pH 7 dan temperatur 40oC untuk GI ikan Cyprinus carpio (Balaji et al., 2012), pH 9 dan temperatur 40oC untuk GI ikan Labeo rohita (Gethanjali dan Subash., 2011), pH 9 dan temperatur 55oC usus biawak Varanus salvator (Megiandari, 2009). SIMPULAN
Gambar 4. Isolat K3 variasi temperatur pada pH 7 dan waktu fermentasi 36 jam
1,2
6
Gambar 6. Isolat K3 variasi pH pada temperatur 40oC dan waktu fermentasi 36 jam
0,128 20
Kadar Protein (mg/ml)
1,2
10
Gambar 5. Isolat N3 variasi pH pada temperatur 40oC dan waktu fermentasi 36 jam
DAFTAR PUSTAKA Adedayo, M.R., Ajiboye, E.A., Akintunde, J.K., dan Odaibo, A., 2011, Single Cell Proteins: As Nutritional Enhancer, Pelagia Research Library, Vol.2 (5): 396-409. Ashok, G.V., Pounikar, M.A dan Gulhane, P.A., 2014, Liquid Whey: A Potential Substrate for Single Cell Protein Production from Bacillus subtilis NCIM 2010, Int. J. of Life Sciences, Vol. 2(2): 119-123.
Berdasarkan gambar 5 dan 6 diperoleh konsentrasi protein yang meningkat hingga pH 7 karena kesesuaian kondisi keasaman dengan lingkungan hidup dari bakteri sehingga aktivitas pertumbuhannya untuk mengubah substrat menjadi protein juga meningkat, tetapi setelah pH 7 konsentrasi protein menurun yang disebabkan proses denaturasi protein sehingga aktivitas biologis dari bakteri terganggu akibat dari 27
JKK, Tahun 2016, Vol 5(1), halaman 24-28
ISSN 2303-1077
Buller N.B., 2004, Bacteria from Fish and Other Aquatic Animals A Practical Identification Manual, CABI Publishing. Balaji N., Rajasekaran K. M, Kanipandian N., Vignesh V dan Thirumurugan R., 2012, Isolation and screening of proteolytic bacteria from freshwater Fish Cyprinus Carpio, International Multidisciplinary Research Journal, Vol 2(6):56-59. Batubara, U. M., 2009. Pembuatan Pakan Ikan dari Protein Sel Tunggal Bakteri Fotosintetik Anoksigenik dengan Memanfaatkan Limbah Cair Tepung Tapioka yang Diuji pada Ikan Nila (Oreochormis niloticus), Departemen Biologi USU: Medan (Skripsi). Direktorat Jenderal Perikanan, 1990, Buku Pedoman Pengenalan Sumber daya Perikanan Laut, Jakarta. Geethanjali, S., dan Subash, A., 2011, Optimization Of Protease Production By Bacillus subtilis Isolated From Mid Gut Of Fresh Water Fish Labeo Rohita, world journal of fish and marine sciences, Vol.3(1) : 88-95. Huffard, C.L., Mark V.E., dan Tiene G., 2012, Prioritas Geografi Keanekaragaman Hayati Laut Untuk Pengembangan Kawasan Konservasi, Kementerian Kelautan dan Perikanan.
Hui, Y.H., 2006, Food Biochemistry And Food Processing, First Edition,Blackwell Publishing, IOWA. Kordik, K., 2010, Budidaya Ikan Nila di Kolam Terpal, Lily Publisher, Yogyakarta. Mathews, Von Holde and Ahren, 2004, Biochemistry, Third Edition, Companio Website. Megiandari, A., 2009, Isolasi Dan Pencirian Enzim Protease Keratinolitik Dari Usus Biawak Air, Departemen Kimia Fakultas Matematika Dan Ilmu Pengetahuan Alam Institut Pertanian Bogor (Skripsi). Nelson D.L and Cox M. M., 2008, Lehninger Priciples of Biochemistry, fifth edition, W.H. Freeman and Company, New York. Nigam, J.N., 1998. Single cell Protein from Pineapple Cannery Effluent. World Journal of Microbiology & Biotechnology. 14: 693-696. Pawignya, H., 2011, Pembuatan Protein Sel Tunggal dari Limbah Nanas dengan Proses Fermentasi, Prosiding Seminar Nasional Teknik Kimia “Kejuangan”, ISSN 1693 – 4393.
28
