PENGARUH RADIASI SINAR GAMMA TERHADAP KEMAMPUAN DEGRADASI LIGNIN PHANEROCHAETE CHRYSOSPORIUM DAN GANODERMA LUCIDUM

Pengaruh Radiasi Sinar Gamma Terhadap Kemampuan Degradasi Lignin Phanerochaete Chrysosporium dan Ganoderma Lucidum (Tri Retno D.L.)

ISSN 1411 – 3481

PENGARUH RADIASI SINAR GAMMA TERHADAP KEMAMPUAN DEGRADASI LIGNIN PHANEROCHAETE CHRYSOSPORIUM DAN GANODERMA LUCIDUM 1

1

2

Tri Retno D.L. , Nana Mulyana , Nurhasni , Uswatun Hasanah 1 2

2

Pusat Aplikasi Isotop dan Radiasi, PAIR-BATAN, Jl. Lebak Bulus Raya No.49, Jakarta 12440. Prodi Kimia, Fakultas Sains dan Teknologi, Universitas Islam Negeri (UIN) Syarif Hidayatullah, Jl. Ir. H. Juanda No. 95, Ciputat 15412 e-mail: [email protected] Diterima:27-02-2016 Diterima dalam bentuk revisi: 04-03-2016 Disetujui: 07-03-2016

ABSTRAK PENGARUH RADIASI SINAR GAMMA TERHADAP KEMAMPUAN DEGRADASI LIGNIN PHANEROCHAETE CHRYSOSPORIUM DAN GANODERMA LUCIDUM. Penelitian ini bertujuan untuk meningkatkan aktivitas enzim ektraseluler fungi lignoselulotik yakni phanerochaete chrysosporium dan ganoderma lucidum dalam mendegradasi limbah lignoselulosa. Lignoselulosa sulit didegradasi karena terdiri dari lignin, selulosa dan hemiselulosa. Phanerochaete chrysosporium dan ganoderma lucidum dari kelompok white rot fungi dapat mendegradasi lignin karena mampu mensintesa enzim lignin peroksidase (LiP). Iradisi sinar gamma dosis rendah mampu menstimulasi peningkatan aktivitas enzim ekstraselular. Fungi phanerochaete chrysosporium dan ganoderma lucidum dalam medium slent dipapar dengan iradiasi gamma pada dosis 0 (kontrol), 200, 400, 600, 800 dan 1000 Gy. Di dalam medium cair mengandung Potatoes Dextrose Broth (PDB), garam mineral dengan substrat lignin alkali 0 dan 5 % b/v, fungi phanerochaete chrysosporium yang dipapar sinar gamma dosis 600 Gy memiliki aktivitas LiP (30 U/mL) sebesar 2,5 kali lebih tinggi dibandingkan dengan kontrol (12 U/mL). Sedangkan ganoderma lucidum yang dipapari radiasi gamma dengan dosis 800 Gy memiliki aktivitas LiP (34 U/mL) sebesar 1,7 kali lebih tinggi dibandingkan kontrol (20 U/mL). Fermentasi padat substrat serbuk kayu jati putih (Gmelina arborea Roxb.) selama 12 hari dengan pH 6,4; dan kadar air 79 % oleh fungi phanerochaete chrysosporium yang diradiasi sinar gamma dosis 600 Gy memiliki efisiensi degradasi lignin sebesar 42 %, sedangkan pada fungi ganoderma lucidum yang diradiasi sinar gamma dosis 800 Gy memiliki efisiensi degradasi lignin sebesar 21 % dengan kondisi optimal pH 7,6 dan kadar air 71,3 %. Kata kunci: phanerochaete chrysosporium, ganoderma lucidum, enzim LiP, radiasi sinar gamma, degradasi lignin. ABSTRACT INFLUENCE OF GAMMA RAYS RADIATION ON LIGNIN DEGRADATION POTENCY OF PHANEROCHAETE CHRYSOSPORIUM AND GANODERMA LUCIDUM. This research aims to increase the activity of extracellular enzymes lignolitik fungi phanerochaete chrysosporium and ganoderma lucidum to degrade lignocellulosic waste. Lignocellulosic difficult to degrade because it is composed of lignin, cellulose and hemicellulose. Phanerochaete chrysosporium and ganoderma lucidum group white rot fungi can degrade lignin because it is able to synthesize enzymes lignin peroxidase (LiP). Iradisi low dose gamma rays capable menstimulsi increase extracellular enzyme activity. Fungi phanerochaete chrysosporium and ganoderma lucidum in medium slent exposed to gamma irradiation at doses of 0 (control), 200, 400, 600, 800 and 1000 Gy. In a liquid medium containing Potatoes Dextrose Broth (PDB), mineral salts with the substrate lignin alkali 0 and 5 % w/v, fungi phanerochaete chrysosporium were exposed to a dose of 600 Gy of gamma rays have LiP activity (30 U/mL) by 2.5 times higher compared with controls (12 U/mL). While ganoderma lucidum that are exposed to gamma radiation at a dose of 800 Gy has LiP activity (34 U/mL) was 1.7 times higher than the control (20 U/mL). On a solid substrate fermentation of white teak powder (Gmelina arborea Roxb.) For 12 days at pH 6.4 and water content of 79 % by fungi phanerochaete chrysosporium 21

Jurnal Sains dan Teknologi Nuklir Indonesia Indonesian Journal of Nuclear Science and Technology Vol. 17, No 1, Februari 2016; 21-36

ISSN 1411 - 3481

were exposed to gamma ray dose of 600 Gy has an efficiency of lignin degradation by 42 %, whereas on fungi ganoderma lucidum that are exposed gamma ray dose of 800 Gy has an efficiency of lignin degradation by 21 % with optimal conditions of pH 7. And; water content of 71.3 % Keywords: phanerochaete chrysosporium, ganoderma lucidum, radiation, lignin degradation.

1. PENDAHULUAN Limbah

berbagai

forestry

dalam

aktifitas

LiP enzyme, gamma rays

tipe ikatan sehingga tidak dapat

diuraikan oleh enzim hidrolisis. Fungi ini

industri perkayuan merupakan limbah padat

telah

dipertimbangkan

dalam

produksi

berupa serpihan kulit kayu, potongan kayu

enzim pendegradasi lignin dalam penerapan

berukuran kecil (chips wood) dan serbuk

biokonversi lignoselulosa.

kayu atau butiran-butiran halus yang ter-

LiP adalah enzim peroksidase ekstra-

buang saat kayu dipotong dengan gergaji

seluler yang aktivitasnya bergantung pada

(1). Limbah ini mengandung bahan ligno-

H2O2. veratryl alkohol merupakan produk

selulosa

didegradasi. Ligno-

metabolit sekunder. Veratryl alkohol me-

selulosa adalah makro-molekul kompleks

rupakan substrat untuk menstimulasi kinerja

yang terdiri dari lignin, selulosa dan hemi-

LiP bukan sebagai mediator elektron tetapi

selulosa. Proses degradasi lignoselulosa

dengan mendonasikan elektron ke LiP,

adalah susunan yang heterogen dari poli-

sehingga melengkapi siklus katalitiknya (4).

yang sulit

sakarida yang terdapat pada dinding sel.

Penggunaan

fungi

dan

phanerochaete

ganoderma

Selulosa merupakan polimer linier dari D-

chrysosporium

glukosa

1,4

yang dikombinasikan dengan proses Solid

berasosiasi

State Fermentation (SSF) mampu meng-

dengan hemi-selulosa dan lignin. Lignin

hasilkan produk yang lebih baik. Hal ini

adalah polimer yang sangat tidak teratur dan

dikarenakan selama proses fermentasi akan

tidak larut, memiliki ikatan kovalen dengan

membawa fungi atau mikroba yang telah

hemiselulosa (2).

dikultivasi berinteraksi dengan kuat pada

glikosidik

yang dan

terikat sangat

pada erat

ikatan

lucidum

Fungi lignoselulotik dari kelompok

substrat yang tidak larut air serta mendapat-

white rot fungi merupakan mikroorganisme

kan konsentrasi nutrisi tertinggi dari substrat

yang paling aktif dalam mendegradasi lignin

(5). (Bhargav et al., 2008). Fermentasi

dengan menghasilkan CO2 dan H2O (3).

substrat padat atau Solid State Fermen-

Fungi Phanerochaete chrysosporium dan

tation (SSF) didefinisikan sebagai proses

ganoderma lucidum dianggap baik karena

fermentasi

memiliki kemampuan lignolitik, yakni mampu

tumbuh dalam material padat tanpa adanya

menghasilkan enzim lignin peroksidase (LiP)

air bebas.

dan mangan peroksidase (MnP) yang dapat

oleh

mikroorganisme

yang

Iradiasi gamma dosis rendah ber-

mendegradasi lignin. Karena lignin merupa-

pengaruh

kan

enzim oleh mikroba (6,7). Trichoderma

22

senyawa

yang

heterogen

dengan

terhadap

percepatan

aktivitas


harzinum,

trichoderma

dan

viridie

trichoderma knongii yang diiradiasi gamma

ISSN 1411 – 3481

2.2. Tata Kerja 2.2.1 Preparasi Kultur Fungi.

pada dosis 500 Gray dapat memproduksi exo-enzim

yang

sangat

aktif

sehingga

Medium Dasar yang digunakan terdiri dari

larutan

garam

mineral.

Komposisi

mampu menurunkan pertumbuhan fungi

medium dasar dalam 1 liter aquades terdiri

patogen dengan prosentase tertinggi (8).

dari 1g MgSO47H2O; 1,5g KH2PO4; 0,2g

Penelitian ini bertujuan untuk me-

CaCl2.2H2O;

0,2g

FeSO4.

7H2O;

0,2g

ngetahui pengaruh iradiasi sinar gamma

MnSO4; 2g yeast ekstrak. Komposisi Media

dosis rendah (0, 200 Gy, 400 Gy, 600 Gy,

dasar dimodifikasi dari Pointing (1999) (9).

800 Gy dan 1000 Gy) terhadap kinerja

Medium Lignin Agar (LA) adalah

aktivitas enzim LiP yang dihasilkan oleh

medium yang mengandung medium dasar

fungi P.chrysosporium dan G.lucidum. pada

sebanyak 1 liter 16 g agar, lignin alkali

substrat serbuk kayu jati putih (Gmelina

(Sigma)

arborea

dengan

Roxb.)

menggunakan

metode SSF pada kondisi optimal

0,25

%

(w/v)

dan

100

mg

chloramphenicol. Medium dimodifikasi dari Marginingrum (2001) (10). Isolat fungi P. chrysosprorium, dan G.

2. BAHAN DAN METODE

lucidum ditumbuhkan pada tabung reaksi

2.1. Bahan dan Alat.

yang berisi 25 mL medium PDA (Slent/

Bahan utama yang digunakan adalah

miring). Kemudian diinkubasi 3-7 hari pada

kultur Phanerochaete chrysosprorium, dan

suhu 28 - 30 C. di tempat gelap. Viabilitas

Ganoderma sp. hasil biakan Laboratorium

dan pertumbuhan fungi diamati.

0

Biologi Universitas Nusa Bangsa (UNB) Bogor, LA (Lignin-Alkali), serbuk kayu jati putih

(Gmelina

arborea

Roxb.)

Perkembangbiakan

Phanerochaete

KH2PO4,

chrysosprorium, dan Ganoderma sp yang

FeSO4.7H2O,

berumur 3 - 7 hari tersebut kemudian

Yeast ekstrak, alkohol 70 %, MnSO4, H2O2,

diiradiasi sinar Gamma isotop Cobalt-60

veratryl alcohol, aquades, aluminium foil,

dalam gamma chamber 4000 A dengan laju

kapas dan kertas label.

dosis 2,1 kGy/jam. Dosis iradiasi yang

Dextrose

(PDA),

Potato

2.2.2 Iradiasi Fungi

Agar

MgSO4.7H2O,

CaCl2.2H2O,

Alat yang digunakan antara lain:

digunakan adalah 0 Gy (kontrol, tanpa

autoclave, oven, laminar air flow, timbangan

iradiasi); 200 Gy; 400 Gy; 600 Gy; 800 Gy

digital,

dan 1000 Gy.

inkubator,

rotary

shaker, kertas

saring Whatmann no.1, spektrofotometer tipe 20 D, magnetic stirrer, ose, hand sprayer, Bunsen, petri disk, sumber isotop

2.2.3 Pertumbuhan dan Aktivitas Lignin Peroksidase Fungi Dalam Lignin Alkali

Cobalt-60 dalam gamma chamber 4000A dengan

laju

dosis

peralatan gelas lainnya.

2,1

kGy/jam,

dan

Disiapkan botol yang berukuran 250 mL kemudian ditambahkan 30 ml larutan nutrisi dan garam mineral, ditambahkan 23


ISSN 1411 - 3481

Lignin Alkali (sigma) 0,1%. Setiap liter

0,2 g MgSO4.7H2O. Akuades di-tambahkan

larutan

ke

nutrisi

dan

garam

mineral

dalam

substrat

sehingga

diperoleh

mengandung 24g PDB, 1g (NH4)2SO4, 0,5g

perbandingan substrat dan cairan sekitar 1 :

KH2PO4,

0,2g

2,5 atau kadar kelembaban sekitar 89,5 %

MgSO4.7H2O. Semua medium SmF disteril-

(12). Ke dalam substrat steril diinokulasi

kan dengan autoklaf pada 121 ºC selama

kultur

2x15 menit kemudian didinginkan. Ke dalam

chrysosporium dan Ganoderma, sp sesuai

30 mL medium SmF steril diinokulasi 1 mL

dengan perlakuan pada rancangan pe-

kultur

nelitian. Inokulasi kultur cair fungi dengan

0,5g

cair

K2HPO4

fungi

dan

Phanerochaete

chrysosporium dan Ganoderma, sp dengan kerapatan

masing-masing

spora/mL,

kemudian

sekitar

diinkubasi

10

6

dalam

cair

fungi

Phanerochaete

kerapatan masing - masing sekitar 1 0 spora/mL

dilakukan

secara

aseptik

6

di

dalam laminar air flow. Substrat yang tidak

shaker mekanis pada 75 rpm dan suhu

diinokulasi

kultur

cair

fungi

digunakan

ruang 28 - 32 ºC selama 4 hari

sebagai kontrol. Semua substrat dalam plastic ditutup rapat dan diinkubasi di ruang

2.2.4 Uji Aktivitas Peroksidase

Enzim

Lignin

gelap (tanpa pencahayaan) pada 28 - 32 ºC selama 12 hari. Pengukuran parameter

Sebanyak 0,2 mL filtrat enzim, 0,05

pH, bobot

mL H2O2 5 mM; 0,1 mL veratril alcohol 8

biomassa mikroba dan aktivitas enzim LiP

mM; 0,2 mL buffer asetat 0,05 M pH 3 dan

dilakukan pada hari ke-4 masa pertumbuhan

0,45 mL akuades dimasukkan ke dalam

kedua fungi tersebut. Sedangkan pengukur-

tabung

(11).

an parameter pH, kadar air dan kadar bahan

Larutan tersebut dibaca absorbansinya pada

organik dilakukan pada hari ke-0, 4, 8 dan

panjang gelombang 310 nm pada interval

12

waktu 0 dan 10 menit. Satu unit aktivitas

Evaluasi kadar lignin, selulosa, hemiselulosa,

enzim LiP didefinisikan sebagai jumlah

zat ekstratif, kadar abu dan efisiensi de-

enzim yang menyebabkan pengubahan 1

gradasi lignin dilakukan pada awal dan akhir

reaksi

kemudian

dikocok

-6

mikromol (1 µmol = 10 ) mol veratril alkohol

selama

proses

SSF

berlangsung.

proses SSF (hari ke-12).

per menit. 3. HASIL DAN PEMBAHASAN 2.2.5 Fermentasi Substrat Padat Serbuk Kayu jati putih

3.1. Pertumbuhan Fungi. 3.1.1 Nilai pH

Sebanyak 5g (berat kering) substrat

Laju pertumbuhan mikroba selama

serbuk kayu jati putih dimasukkan ke dalam

proses kultivasi maupun pada proses SSF

plastik ditambahkan 10 mL larutan nutrisi

dipengaruhi nilai pH substrat. Nilai pH

dan garam mineral. Setiap liter larutan

bergantung pada jenis substrat dan mikro-

nutrisi dan garam mineral mengandung 1g

organisme yang digunakan. Pertumbuhan

(NH4)2SO4, 0,5g KH2PO4, 0,5g K2HPO4 dan

fungi P.chrysosporium berada pada kisaran

24


ISSN 1411 – 3481

pH 3.8 - 5.7 pada waktu optimal 4 hari. Nilai

mengakibatkan

enzim

terdenaturasi

pH tersebut masih dalam rentang pH per-

sehingga sisi aktif enzim terganggu (14).

tumbuhan bagi P. chrysosporium yaitu pada

Perubahan nilai pH disebabkan oleh

pH 4 – 7. Sedangkan, G.lucidium tumbuh

adanya perubahan dalam kesetimbangan

pada pH kisaran 4.5-5.3. Rentang pH untuk

ion hidrogen karena pengaruh pembentukan

pertumbuhan fungi pada umumnya akan

produk, pengambilan nutrien, reaksi oksidasi

tumbuh pada kisaran pH yang cukup luas

reduksi serta perubahan kapasitas buffer.

yaitu antara 4,5 - 8,0 (13). Nilai pH juga

Penurunan

merupakan faktor yang mempengaruhi kerja

pembentukan asam - asam organik seperti

enzim. Kondisi pH yang optimum akan

asam piruvat dan asam laktat. Kenaikan pH

membantu enzim untuk mengkatalis suatu

disebabkan oleh dilepaskan-nya amonia

reaksi dengan baik. Enzim tidak dapat

sebagai hasil metabolisme ammonium sulfat

bekerja pada pH yang terlalu rendah atau

dan adanya proses deaminasi substrat

pH

protein dalam medium (15).

yang

terlalu

tinggi

karena

akan

pH

disebabkan

adanya

Gambar 1. Pengaruh radiasi gamma terhadap nilai pH selama pertumbuhan fungi.

Gambar 2. Pengaruh radiasi gamma terhadap bobot biomassa fungi.

25


ISSN 1411 - 3481

3.1.2 Bobot Biomassa Mikroba

dapat berkembang dengan cepat tanpa

Bobot biomassa fungi ditentukan me-lalui

lignin. Pertumbuhan biomassa fungi akan

proses pemisahan antara fungi dengan

mengalami penurunan jika banyak fungi

substratnya. Pertumbuhan fungi dapat di-

yang mati. Hal ini disebabkan karena

tandai dengan peningkatan jumlah dan

habisnya nutrisi yang terkandung dalam

massa

medium sehingga menyebabkan beberapa

sel

sedangkan

kecepatan

per-

tumbuhan tergantung pada lingkungan fisik

sel

dan kimianya.

sebelumnya menunjukan bahwa pengaruh

Gambar 2. menunjukkan pe-ngaruh

fungi

iradiasi

mati

gamma

P.sajor-caju

pertumbuhan fungi P. chrysosporium dan G.

pada

lucidum dengan maupun tanpa substrat

miselium

lignin alkali pada hari ke-4. Peningkatan

meningkat (17).

radiasi

sinar

gamma

fungi

pertumbuhan

penurunan

bertahap

diameter

cakram

pertumbuhan karena

penelitian

dosis

radiasi

gamma

Hal ini mungkin dasar penjelasan

dapat

bahwa variasi dosis radiasi gamma dapat

menurunkan jumlah mikroorganisme. Pertumbuhan

Hasil

terhadap

terjadi

radiasi sinar gamma terhadap bio-massa

dosis

(16).

berlangsung

merusak

sel

DNA,

sehingga

secara

dengan memanfaatkan nutrien yang ter-

bersamaan dibutuhkan perbaikan DNA dari

dapat dalam medium fermentasi sekaligus

sejumlah

mengeluarkan produk-produk metabolisme.

integritas

Gambar 2 menunjukkan bahwa bobot bio-

chrysosporium dan G. lucidum pada dosis

massa pada masing - masing dosis berbeda,

iradiasi yang diberikan tumbuh dengan baik

pada dosis 0 Gy atau tanpa iradiasi bio-

pada

massa yang dihasilkan kecil tetapi pada

chrysosporium optimal pada dosis 600 Gy

fungi

biomassa

sedangkan pertumbuhan G. lucidum optimal

mengalami peningkatan tetapi ada juga

pada dosis 800 Gy. Iradiasi Gamma dosis

yang menurun Perlakuan dengan Lignin

rendah

Alkali (Sigma) pada G. lucidum menghasil-

ningkatkan

kan biomassa sebesar 3,1 mg/ml lebih tinggi

organisme dengan baik yang penting untuk

dibandingkan tanpa menggunakan Lignin

melakukan biodegradasi(18).

yang

telah

di

iradiasi

enzim

untuk

genomik.

dosis

Pertumbuhan

rendah.

dapat

mengembalikan

Pertumbuh-an

digunakan

kinerja

P.

untuk

pertumbuhan

P.

memikro-

Alkali (Sigma) sebesar 2,3 mg/ml. Hal ini disebabkan nutrisi yang terkandung pada

3.1.3 Aktivitas enzim LiP

lignin alkali lebih optimal sebagai medium

Dosis optimum radiasi sinar gamma

pertumbuhan fungi G. lucidum. Sedangkan

ditentukan melalui pengujian aktivitas enzim

perlakuan dengan lignin alkali pada fungi

LiP.

P.chrysosporium

tidak

memberikan

pe-

Aktivitas

Phanerochaete

enzim

LiP

pada

chrysosporium

dan

ngaruh yang signifikan karena nutrisi yang

Ganoderma lucidum dengan dosis iradiasi 0,

ada pada substrat dapat bersaing dengan

200, 400, 600, 800 dan 1000 Gy dapat

nutrisi dalam lignin alkali, sehingga fungi

dilihat pada Gambar 3.

26


ISSN 1411 – 3481

Gambar 3. Pengaruh radiasi gamma terhadap aktivitas LiP fungi.

Grafik

kelangsungan

hidup

spora

teroksidasi jika di dalam campuran inkubasi

Phanerochaete chrysosporium menunjukkan

terdapat veratril alkohol (21). H2O2 dan

kenaikan viabilitas karena radiasi yang

veratril alkohol merupakan mediator dalam

menstimulasi

proses biodelignifikasi (22).

germinasi

(19).

Hasil

penelitian sebelumnya menunjukkan bahwa

Interaksi sinar gamma dengan suatu

radiasi gamma dapat mengubah struktur

sel akan menghasilkan radikal bebas atau

genom. Kerusakan untaian ganda genom

spesi oksigen reaktif di antaranya adalah

lebih

radikal superoksida (O ), radikal hidroksil

efektif

menggunakan

perpindahan

-2

energi cahaya tinggi dari pada perpindahan

(OH·),

energi rendah (20).

Radikal bebas tersebut dapat menggangu

dan

hidrogen

peroksida

(H2O2).

Dalam kemampuannya mendegradasi

struktur dan fungsi dari komponen sel

lignin, enzim peroksidase terlebih dahulu

sehingga memicu terjadinya stres oksidatif.

dioksidasi oleh H2O2, yang juga dihasilkan

Sebagai akibat dari stress yang ditimbulkan,

oleh fungi, untuk membentuk zat antara. Zat

sel

ini

sebuah

mekanisme proteksi untuk melawan efek

elektron dan membentuk zat kedua yang

oksigen reaktif dengan menghasilkan enzim

bersifat

kedua

yang lebih banyak (23). Lydia et al., 1994,

mengoksidasi substrat berikutnya dengan

juga menyatakan bahwa mutasi akibat

satu

radiasi

selanjutnya

radikal.

elektron

direduksi

oleh

Selanjutnya

sehingga

zat

siklus

katalitis

tersebut

akan

menyebabkan

mengembangkan

fungi

terstimulasi

tersebut lengkap. Senyawa veratril alkohol

kemudian memperbaiki bagian terinduksi

merupakan metabolit sekunder yang juga

untuk

dihasilkan oleh jamur. Ditemukan bahwa

banyak daripada sebelum diradiasi (24).

menghasilkan

enzim

yang

lebih

beberapa substrat tertentu yang tidak dapat

Analisa aktivitas enzim Lignin Per-

dioksidasi oleh lignin peroksidase akan

oksida (LiP) dilakukan dengan cara metode 27


ISSN 1411 - 3481

Sub-merged Fermentation dengan beda

menggunakan

perlakuan dalam waktu 4 hari. LiP adalah

Aktivitas enzim LiP pada G.lucidum lebih

enzim

yang

tinggi dengan menggunakan lignin alkali

aktivitasnya bergantung pada H2O2 (25).

(Sigma) dibandingkan dengan mengguna-

Dalam metabolismenya, fungi pelapuk putih

kan substrat serbuk kayu dengan nilai 34

ini memproduksi suatu zat dengan berat

U/ml pada dosis 800 Gy. Aktivitas enzim LiP

molekul rendah yang merupakan kofaktor

pada P. chrysosporium menggunakan lignin

atau mediator bagi kerja enzim. Mediator ini

alkali (Sigma) mencapai 30 U/ml pada dosis

bersama sama dengan enzim lignin per-

600 Gy. Pada P. chrysosporium kenaikan-

oksidase akan berfungsi aktif dalam pen-

nya terlihat tidak signifikan tetapi pada dosis

degradasian lignin. Mediator yang dibutuh-

yang optimal P. chrysosporium lebih tinggi

kan oleh enzim lignin peroksidase adalah

aktivitas

veratryl alkohol dan hidrogen peroksida

lucidum. Hasil yang diperoleh menunjukkan

(H2O2).

berfungsi

bahwa aktivitas LiP mengguna-kan lignin

sebagai reduktor yang akan mengoksidasi

alkali (sigma) lebih tinggi dari pada substrat

enzim pada keadaan awal (restyng enzyme)

serbuk kayu, karena lignin alkali (sigma)

dengan dua elektron membentuk senyawa

mengandung

intermediet

penambahan

Aktivitas enzim LiP tertinggi di-tunjukan oleh

veratril alcohol berfungsi sebagai mediator

G.lucidum, aktivitas enzim ini memang lebih

dalam reaksi redoks untuk menstimulasi

tinggi

oksidasi LiP pada substrat limbah organik

chrysosporium (27).

peroksidase

ekstraseluler

Penambahan

I.

H2O2

Sedangkan

substrat

LiP

serbuk

dibandingkan

banyak

daripada

dengan

sumber

aktivitas

kayu.

G.

karbon.

enzim

P.

lignoselulosa (26). Dengan penambahan veratril alcohol sebagai kosubstrat, maka ko-

3.2 Proses SSF(Solid State Fermentation)

substrat ini akan dioksidasi oleh peroksida

3.2.1 Nilai pH Nilai

menjadi suatu kation radikal yang kemudian

pH

merupakan

salah

satu

Pada penambahan

parameter yang mempengaruhi pertumbuh-

buffer asetat ber-fungsi sebagai larutan

an fungi dan proses fermentasi. Perubahan

penyangga untuk mempertahankan pH pada

pH selama proses fermentasi pada P.

saat terjadinya reaksi enzimatis, pada pH 3

chrysosporium ditunjukkan pada Gambar 4.

yang

Hasil yang diperoleh menunjukkan bahwa

mendegradasi lignin.

me-rupakan

pH

optimum

untuk

menghasilkan aktifitas LiP yang maksimum.

pH

Pengukuran dilakukan dengan spektrofoto-

fermentasi memiliki nilai yang fluktuatif. Nilai

meter pada panjang gelombang 310 nm

pH yang dihasilkan berada pada kisaran 5,9

karena

sampai 7,8.

jumlah

terbentuk

dapat

gelombang

veratryl dibaca

tersebut.

aldehid pada

Pada

yang

P.

3

selama

proses

Rentang nilai pH tersebut masih

panjang

Gambar

chrysosporium

dalam

rentang

pH

pertumbuhan

yang

menunjukkan bahwa aktivitas enzim LiP

optimum bagi P. chrysosporium yaitu pada

menggunakan substrat lignin alkali lebih

pH 4 - 7 (13).

tinggi 28

dibandingkan

dengan

yang

Perubahan nilai pH pada G. lucidum


ISSN 1411 – 3481

selama proses fermentasi dapat dilihat juga

ambilan nutrien, reaksi oksidasi reduksi

pada Gambar 5. Nilai pH pada G. lucidum

serta perubahan dalam kapasitas buffer.

selama proses fermentasi memiliki perubah-

Penurunan pH disebabkan karena adanya

an nilai yang cukup signifikan.

pembentukan asam-asam organik seperti asam piruvat dan asam laktat.

3.2.2 Kadar air Berdasarkan hasil penelitian, kadar air

substrat

P.chrysosporium

serbuk

kayu

selama

pada

fermentasi

mengalami peningkatan pada hari ke-4. Hasilnya dapat dilihat pada Gambar 6. Pada hari ke-4 semua perlakuan mengalami Gambar 4. Nilai pH pada P. Chrysosporium fermentasi 12 hari.

kenaikan dan mempunyai kadar air yang tinggi hingga mendekati 100 % untuk P. chrysosporium

yang

tidak

diiradiasi,

diiradiasi dengan dosis 600 Gy, dan 800 Gy. Pada hari ke-8 dan ke-12 juga tidak ada perbedaan pada masing-masing dosis.

Gambar 5. Nilai pH pada G.lucidum selama fermentasi 12 hari.

Nilai pH G. lucidum selama proses fermentasi berada pada kisaran 5,7 sampai 7,6. Pada Gambar 4 dan Gambar 5 perubahan nilai pH yang baik antara kedua fungi terlihat di hari ke 4 karena pada hari ke 5 nilai pH kedua fungi sudah sebagian meningkat. Perubahan nilai pH disebabkan oleh adanya perubahan dalam kesetimbangan ion hidrogen yang mungkin terjadi karena pengaruh

pembentukan

produk,

peng-

Gambar 6. Kadar air pada P.chrysosporium.

Kadar air pada G. lucidum juga mengalami peningkatan pada hari ke-4 tampak pada Gambar 7. Kadar air G. lucidum pada hari ke-4 semua dosis mengalami peningkatan, tetapi pada hari ke-8 beberapa dosis mengalami kenaikan juga, yaitu pada G .lucidum tanpa iradiasi, 200 Gy, 400 Gy, dan 1000 Gy. Pada hari ke-12 semua dosis 29


ISSN 1411 - 3481

Kadar air yang berada di bawah level

mengalami penurunan yang cukup signifikan. Pada hari ke-4 ada perbedaan dari masing -

kritis,

aktivitas

masing dosis yang cukup signifikan dan

sementara kadar air yang terlalu tinggi akan

pada hari ke-8 perbedaan yang didapatkan

menghambat

tidak terlalu signifikan dan pada hari ke-12

substrat. Kadar air substrat yang terlalu

juga ada perbedaan pada masing-masing

tinggi

dosis yang cukup signifikan.

menyebabkan udara yang terdapat pada

pada

mikroba

pergerakan

fermentasi

akan

udara

media

turun,

dalam

padat

pori-pori subtrat digantikan oleh air, tercipta kondisi anaerob, mengurangi difusi oksigen dan penurunan dekomposisi substrat (30).

3.2.3 Kadar Lignoselulosa Kandungan lignoselulosa pada kayu terdiri dari selulosa, hemiselulosa, lignin dan zat ekstratif. Perubahan kandungan lignin pada substrat terjadi karena perombakan struktur lignin menjadi komponen yang lebih sederhana. Penurunan kadar lignin diikuti

Gambar 7. Kadar air pada G.lucidum.

dengan meningkatnya kadar selulosa pada Pada proses fermentasi, kadar air berfungsi untuk proses transport nutrien dan produk-produk metabolit melalui membran sel (28). Peningkatan kadar air yang terjadi

substrat. Tabel 1 menunjukkan kadar lignoselulosa dari substrat kayu dalam proses SSF selama 12 hari menggunakan fungi P. chrysosporium.

di-sebabkan karena semakin lama waktu fermentasi, aktivitas P. chrysosporium dan G. lucidum juga semakin meningkat.

Tabel 1. Kadar lignoselulosa proses SSF selama 12hari pada P.chrysosporium

Hal ini terjadi karena pada proses fermentasi terjadi perombakan karbohidrat menjadi

gula-gula

sederhana

yang

kemudian diubah menjadi energi dengan hasil sampingan berupa metabolit, alkohol, asam, karbondioksida (CO2) dan air (H2O) sehingga akan meningkatkan kadar air pada bahan kering (29). Hal tersebut

Hasilnya

menunjukkan

bahwa

P.

chrysosporium yang distimulasi radiasi sinar menunjukkan bahwa

gamma dengan dosis 600 Gy memberikan

kadar air yang tinggi disebabkan karena

penurunan lignin optimal se-besar 18,3 %

semakin lama proses fermentasi maka

dan peningkatan selulosa mencapai 52,2 %.,

perubahan glukosa menjadi CO2 dan H2O

kadar hemiselulosa sebesar 17 % dan zat

semakin tinggi.

ekstratif sebesar 12,4 %.

30


Tabel. 2 menunjukkan kadar lignoselulosa dari substrat kayu dalam proses

ISSN 1411 – 3481

dahulu

diikuti

dengan

perombakan

hemiselulosa dan selulosa (32).

SSF selama 12 hari menggunakan fungi G.

Zat ekstratif terbentuk dari senyawa-

lucidum. Hasilnya menunjukkan bahwa G.

senyawa ekstraseluler dan berat molekul

yang

sinar

rendah, dan kandungan ekstratif dalam kayu

gamma dengan dosis 800 Gy memberikan

umumnya kurang dari 10 %. Perubahan

penurunan lignin optimal sebesar 24,9 %

kadar zat ekstraktif pada susbtrat kayu

dan peningkatan selulosa mencapai 52,3 %,

diduga karena adanya penguapan za-zat

kadar hemi-selulosa sebesar 14,5 % dan zat

ekstraktif yang bersifat volatil pada suhu

ekstratif sebesar 8,1 %.

fermentasi. Selain itu juga karena jenis

lucidum

distimulasi

radiasi

Tabel 2. Kadar lignoselulosa selama 12 hari pada G.lucidum

proses

SSF

ekstraktif pada kayu jati yang bersifat racun terhadap

mikroorganisme,

menyebabkan

fungi Phanerochaete chrysosporium tidak tumbuh dengan baik di media serbuk kayu jati (33).

3.2.4 Degradasi Lignin Proses degradasi lignin dipengaruhi Perombakan komponen lignoselulosa

oleh pertumbuhan fungi P. chrysosporium

oleh fungi P. chrysosporium dan G. lucidum

dan G. lucidum dalam memproduksi enzim

menghasilkan enzim lignolitik yang diguna-

LiP

kan untuk mendegradasi lignin.

Degradasi lignin merupakan reaksi spontan

yang

dapat

mendegradasi

lignin.

Hasil perombakan komponen ligno-

upaya memenuhi kebutuhan nutrien untuk

selulosa ini akan dimanfaatkan oleh fungi

pertumbuhan. Hasil perombakan komponen

untuk

akan

lignoselulosa ini akan dimanfaatkan oleh

dan

fungi untuk pertumbuhan yang berarti akan

per-tumbuhan

menekan

proses

yang berarti

degradasi

lignin

aktivitas degradasi akan terjadi kembali jika

menekan

ke-tersediaan nutrien dalam media ber-

aktivitas degradasi akan terjadi kembali jika

kurang.

ketersediaan nutrien dalam media ber-

Degradasi

lignin

akan

membuka

akses untuk perombakan selulosa dan

proses

degradasi

lignin

dan

kurang. Perombakan kandungan lignin oleh

dan

fungi pelapuk putih akan melibatkan kerja

demineral-isasi lignin oleh fungi menjadi

enzim ligninolitik yang akan menguraikan

CO2

penurunan

lignin menjadi karbondioksida (CO2), enzim

kandungan lignin substrat. P. chrysosporium

tersebut adalah lignin peroksidase dan

dan G. lucidum mempunyai kemampuan

mangan peroksidase (34). Enzim ligninolitik

untuk men-degradasi lignoselulosa secara

ini bekerja aktif dengan adanya oksigen,

selektif dengan mendegradasi lignin lebih

kunci reaksi degradasi lignin oleh fungi

hemi-selulosa

dan

air

(31).

Depolimerisasi

menyebabkan

31


pelapuk

putih

adalah

biokatalis

enzim

ISSN 1411 - 3481

inkubasi selama 30 hari dengan substrat

ligninase yang mengkatalis oksidasi cincin

batang

jagung

(21).

Waktu

fermentasi

aromatik lignin untuk melepas ikatan-ikatan

berpengaruh terhadap efisiensi degradasi

pada cincin aromatiknya dan membentuk

lignin. Dosis yang paling optimal dalam

radikal-radikal kation. Kemudian radikal-

mendegradasi lignin pada G.lucidum berada

radikal tersebut menjalani reaksi spontan

pada rentang dosis 400 Gy - 800 Gy. Pada

membawa kearah degradasi lignin, sebagi-

rentang dosis optimal tersebut G. lucidum

an radikal memecah ikatan intramolekul

mampu mendegradasi lignin hingga 21 %

lignin dan sebagian lagi memecah cincin

pada dosis 800 Gy lebih rendah jika di-

aromatik (35).

bandingkan dengan kemampuan degradasi lignin P. chrysosporium. Dilihat degradasi

dari

lignin

kemampuan

terhadap

men-

kedua

fungi

pelapuk putih tersebut P. chrysosporium lebih

baik

dalam

men-degradasi

lignin

dibandingkan dengan G. lucidum yang menpunyai

kemampuan

dalam

men-

degradasi lignin juga tetapi tidak mengalami peningkatan atau kenaikan yang signifikan terhadap setiap dosisnya.

Gambar 8. Dosis radiasi vs degradasi lignin.

4. KESIMPULAN Perlakuan

Gambar 8 menunjukkan pengaruh

rendah

mampu

iradiasi

gamma

meningkatkan

dosis

aktivitas

radiasi sinar gamma terhadap efisiensi de-

enzim LiP dari P. chrysosporium dan G.

gradasi lignin dari fungi P. chrysosporium

lucidum.

dan G. lucidum pada proses SSF selama 12

diradiasi dengan dosis 600 Gy memberikan

hari menggunakan substrat serbuk kayu jati

aktivitas enzim LiP optimal sebesar 30 U/ml

putih. Aktivitas fungi P.chrysosporium pada

sedangkan aktivitas enzim LiP yang dihasil-

dosis 600 Gy menghasilkan kemampuan

kan G. lucidum pada dosis optimal 800 Gy

degradasi lignin optimal sebesar 42 %. Pada

adalah 34 U/ml. Kemampuan degradasi

penelitian yang sebelumnya menyatakan

lignin fungi P. chrysosporium sebesar 42 %

bahwa degradasi lignin tongkol kapas yang

pada dosis 600 Gy lebih tinggi dibandingkan

difermentasi dengan P.chrysosporium se-

dengan degradasi lignin dari G. lucidum

besar 21 % setelah difermentasi selama 4 -

sebesar 21 % pada dosis 800 Gy.

Fungi

P.

chrysosporium

yang

10 hari. Sedangkan, hasil penelitian Fadilah et al., (2008) yang menggunakan fungi pelapuk

5. UCAPAN TERIMA KASIH

mampu

Ucapan terima kasih kami sampaikan

mendegradasi lignin mencapai 81,4 % pada

kepada Srikandi S.Si., M.Si., dari Fakultas

32

putih

P.chrysosporium


ISSN 1411 – 3481

ISSN 2311-5637).

MIPA Universitas Nusa Bangsa Bogor serta Arief Adhari, AMd., dan Marwadi yang telah

6.

Desai AS and Rao S. Effect of gamma

membantu sehingga penelitian dapat di-

radiation on germination and

selesaikan tepat pada waktunya.

physiological aspects of pigeon pea (cajanus cajan (l.) millsp) seedlings.

6. DAFTAR PUSTAKA

Intern. Journ. of Research in

1.

BPPT Kelompok Teknologi

App.,Natural and Social Sciences 2014;

Pengelolaan Air bersih dan limbah cair.

2(6):47-52.

Petunjuk Teknik Penanganan Limbah

2.

Ibrahum GM, Helal IMM and Kassem

www.kelair.bppt.go.id/ Publikasi/ Buku

BW. Exposing of trichodermaspp. to

PetnisLimbLH/ 06KAYU.pdf. 159-168.

gamma radiation for stimulating its

Dashtban H, Schraft H, Syed TA , Qin

pesticide biodegradation activity, J.

W. Fungal biodegradation and

Rad. Res. Appl. Sci 2012; 5(2):440-

enzymatic modification of lignin. Int.

454. Ahmed AS, Farag SS, Hassan IA and Botros HW. Production of gluconic acid

Sasikumar V, Priya V, C. Shiv Shankar

by using some irradiated

and D. Sathiah Sekar. Isolation and

microorganisms,Journal of Radiation

Preliminary screening of lignin

Research and App. Scien. 2015; 8: 374

degrading microbes (On line), Journal

– 380. 9.

Pointing SB. Qualitative methods for

2014; 3: 291-294.

the determination of lignocellulotik

Busse N, Wagner D, Kraume M and

enzyme production by tropical fungi.

Czermak P. Reaction Kinetic of

Juornal Fungal Diversity 1999;2: 17-33.

Versatile Peroxidase for the

5.

8.

2010;1(1):36-50.

of Academia and Industrial Research

4.

Afify AEMR, Abo-El-Seoud M,

Lingkungan Hidup 2012.

Journ. Biochem. Mol. Biol.

3.

7.

10. Marginingrum D. dan Karningsih N.

degradation of lignin compounds,

Studi Degradasi lignin ekstraktif

American Journal of Biochesmistry and

menggunakan bakteri serratia

Biotechnology, Science Publication

marcescens dengan menggunakan

2013;9 (4):365-394.

metode reaktor batch. Prosiding

(http://www.thescipub.com/ajbb.toc)

Seminar Nasional Kimia Pusat

McKinney K, Combs J, Becker P,

Penelitian Geoteknologi LIPI.

Humphries A, Filer K and Vriesekoop F.

Surakarta: 2001:149-157.

Optimization of phytase production from

11. Bonnen A M, Anton LH, & Orth AB.

escherichia coli by altering solid-state

Lignin degrading enzymes of the

fermentation conditions, Fermentation

commercial button mushroom, agaricus

2015;1: 13-23.

bisporus. Appl. Environ. Microbiol 1994;

(doi: 10.3390/ fermentation 1010013,

60:960-965.

33


12. Pensupa N, Jin M, Kokolski M dan

19. Piri I, Babayan M, Tavassoli A and

Archer, DB. A Solid state fungal

Javaheri M . The use of gamma

fermentation based strategy for the

irradiation in agriculture, African

hydrolysis of wheat straw.J.Bioresource

Journal of Micro. Reserch 2011;5

Technology. 2013;149:261-267.

(32):5806–5811.

13. Pal S and Vimala Y. Bioremediation of

20. Rastogi RP, Richa, Kumar A,Tyagi MB,

chromium from fortified solutions by

and Sinha RP. Molecular mechanisms

phanerochaete chrysosporium (MTCC

of ultraviolet radiation-Induced DNA

787). J.Bioremed. and Biodegrad 2011;

damage and repair, Journal of Nucleic

2 :5, http://dx.doi.org/ 10.4172/2155-

Acids 2010;10:1-32, Article ID 592980,

6199.1000127.

doi:10.4061/2010/592980.

14. Safaria S, Idiawati N dan Zaharah T A.

21. Fadilah, Sperisa D, Enny Kris A, Arif J.

Efektivitas campuran enzim selulase

Biodelignifikasi batang jagung dengan

dari aspergillus niger dan trichoderma

jamur pelapuk putih phanerochaete

reesei dalam menghidrolisis substrat

crysosporium. Ekuilibrium, 2008; 7 (1):

sabut kelapa. Jurnal Kimia dan

7-11.

Kemasan. 2013; 2(1): 46-51. 15. Ali SS and Vidhale NN. Protease

22. Irshad M and Asgher M. Production and optimization of ligninolytic enzymes

production by pusarium oxysporum in

by white rot fungus Schizophyllum

solid- state fermentation using rice bran,

commune IBL-06 in solid state medium

American Journal of Microbiological

banana stalks, African Journal of

Research 20131; 3: 45-47.

Biotechnology , 2011;10(79):18234-

16. Sivaramanan, S. Isolation of Cellulolytic Fungi and their degradation on cellulosic agricultural wastes.

18242, DOI: 10.5897/AJB11.2242 ISSN 1684–5315. 23. Sreedhar M, chaturvedi A., Aparna M.

Journal of Academia and Industrial

Kumar PD, Singhai RK. and Babu V.

Research (JAIR) 2014; 2: 458-463.

Influence of γ-radiation stress on

17. Abo-State MAM, Khatab O, Abo-El

scavenging enzymes activity and cell

Nasar A and Mahmoud B. Factors

ultra structure in groundnut (Arachis

affecting laccase production by

hypogaea L.). Applied Science

pleurotus ostreatus and pleuratus

Resource, 2013; 4 (2):35 – 44.

sajor-caju. World applied Sciences Journal 2011;14 (11) : 1607 – 1619. 18. Afify Abd El-Moneim MR, Mohamed A

24. Zia MA, Rasul S and Iftikhar T. Effect of gamma irradiation on aspergillus niger for enhanced production of

Abo-El-Seoud, Ghada M Ibrahim and

glucose oxidase, Pakistan Journ. Bot

Bassam W Kassem. Stimulating of

2012; 44(5): 1575-1580.

biodegradation of oxamyl pesticide by

34

ISSN 1411 - 3481

25. Ima, Ilmi M dan Nengah, Kuswytasari

low dose gamma irradiated fungi. J

D. Aktifitas enzim lignin peroksidase

Plant Pathol Microb 2013;4 (9):1-5

oleh gliomastix sp. T3.7 pada Limbah


bonggol jagung dengan berbagai pH

ISSN 1411 – 3481

31. Zeng G, Yu M, Chen Y, Huang D,

dan suhu. Institut Teknologi Sepuluh

Zhang J, Huang H, Jiang R. and Yu Z.

Nopember (ITS). Jurnal Sains dan Seni

Effects of Inoculation with P.

POMITS 2013; 2(1): 2337-3520.

chrysosporium at various time points on enzyme activities during agricultural

26. Mehboob N, Asad MJ, Imran M, Gulfraz Watoo FH , Hadri SH and

waste composting. Biores. Technol

Asghar M. Production of lignin

2010; 101: 222 – 227.

peroxidase by ganoderma leucidum

32. Batool S, Asgher M, Sheikh MA and

using solid state fermentation, African

Rahman SU. Optimization of physical

Journal of Biotechnology 2011;

and nutritional factors for enhanced

10(48):9880–9887,(online),

production of lignin peroxidase by

http://www.academicjournals.org/AJB.

ganoderma lucidum ibl-05 in solid state

27. Sasidhara R and Thirunalasundari T.

culture of wheat straw, The Journal of

Lignolytic and lignocellulosic enzymes

Animal & Plant Sciences 2013; 23(4):

of ganoderma lucidum in liquid medium,

1166-1176, ISSN: 1018-7081.

European Journal of Experimental

33. Irawati D, Azwar NR, Syafii W, dan

Biology 2014; 4(2):375-379.

Artika IM. Pemanfaatan serbuk kayu untuk produksi etanol dengan

28. Hilakore M. Peningkatan kualitas nutritif putak melalui fermentasi

perlakuan pendahuluan delignifikasi

campuran trichoderma reesei dan

menggunakan jamur phanerochaete

aspergillus niger rebagai rakan

chrysosporium. Jurnal Ilmu Kehutanan

rumanisia. Tesis, Institut Pertanian

2009; 3 (1): 13-22.

Bogor, Bogor 2008.

34.

Gao H, Wang Y, Zhang W, Wang W

29. Sartori T, Tibolla H, Prigol E, Colla LM,

and Mu Z. Isolation, identification and

Vieira Costa JA, and Bertolin TE.

application in lignin degradation of an

Enzymatic saccharification of

ascomycete GHJ-4, African Journal of

lignocellulosic residues by cellulases

Biotechnology 2011;.10(20): 4166-

obtained from solid state fermentation

4174,

using trichoderma viride. BioMed

http://www.academicjournals.org/AJB,

Research International 2015;10:1-9,

DOI: 10.5897/AJB10.2250, ISSN 1684–

Article ID 342716,

5315.

http://dx.doi.org/10.1155/2015/342716. 30. Haddadin MSY, Haddadin J, arabiyat II

35. Tišma M, Zelic B, Vasic-Racki D. White-rot fungi in phenols, dyes and

and Hattar B. Biological conversion of

other xenobiotics treatment – a brief

olive pomace into compost using

review, Croat. J. Food Sci. Technol

trichoderma harzianum and

2010; 2 (2): 34-47.

phanerochaete chrysosporium. Biores. Technol 2009; 100 : 4773 – 4782.

35


36

ISSN 1411 - 3481

PENGARUH RADIASI SINAR GAMMA TERHADAP KEMAMPUAN DEGRADASI LIGNIN PHANEROCHAETE CHRYSOSPORIUM DAN GANODERMA LUCIDUM

Recommend Documents