TINJAUAN PUSTAKA Tanaman Jarak Pagar (Jatropha curcas L.) Tanaman jarak termasuk kedalam famili Eurphobiaceae yang terbagi menjadi dua yaitu tanaman jarak pohon (Ricinus communis L.) dan tanaman jarak pagar (Jatropha curcas L.). Tanaman jarak pagar merupakan tanaman tahunan yang berasal dari Amerika dan banyak tumbuh di daerah tropis dan subtropis. Tanaman ini tumbuh dengan cepat, kuat, dan tahan terhadap panas dan penyakit, lahan tandus dan berbatu (Makkar et al., 1997). Tanaman jarak memiliki rasa pahit, bergetah dan mengandung racun yang tidak disukai ternak sehingga sering digunakan sebagai pagar pengaman kebun. Masyarakat sering memanfaatkan daun jarak pagar sebagai obat tradisional, sedangkan biji jarak pagar merupakan sumber penghasil minyak (Aregheore et al., 2003). Di Indonesia terdapat berbagai jenis tanaman jarak antara lain jarak kepyar/kastor (Ricinus communis L.), jarak bali (Jatropha podagrica), jarak ulung (Jatropha gossypifolis L.), dan jarak pagar (Jatropha curcas). Diantara jenis tanaman jarak tersebut yang memiliki potensi sebagai penghasil minyak bakar (biofuel) adalah jarak pagar (Jatropha curcas L.). Beberapa nama daerah (nama lokal) yang diberikan pada tanaman jarak ini antara lain jarak kosta, jarak budeg (Sunda), jarak gundul, jarak pager (Jawa), kalekhe paghar (Madura), jarak kosta, jarak wolanda, bindalo, bintalo, tondo utomone (Sulawesi), ai huwa kamala, balacai, katodo (Maluku) dan lainnya (Hariyadi, 2005). Diantara tanaman tersebut yang memiliki potensi sebagai sumber bahan bakar alternatif adalah jarak pagar (Jatropha curcas) (Charloq, 2008). Tanaman ini membutuhkan curah hujan 900-1.200 mm/tahun. Tanaman ini dapat tumbuh hingga mencapai tinggi 8 m, dengan biji sebagai produk utamanya mengandung 55%-60% minyak (Becker dan Makkar, 2000). Jarak pagar dapat tumbuh pada berbagai ragam tekstur dan jenis tanah, baik tanah berbatu, tanah berpasir, maupun tanah berlempung atau tanah liat. Disamping itu, jarak pagar juga dapat beradaptasi pada tanah yang kurang subur atau tanah bergaram, memiliki drainase baik, tidak tergenang dan pH tanah 5,0-6,5 (Hambali et al., 2007). Buah tanaman jarak pagar berupa buah kotak berbentuk bulat telur dengan diameter 2-4 cm, berwarna hijau ketika masih muda dan kuning jika masak. Produktivitas per pohon jarak pagar mencapai 2-2,5 kg biji kering. Dalam 1 ha lahan dengan 2.000
3
batang pohon, akan menghasilkan 4-5 ton biji kering dalam setahun. Satu ton biji kering akan menghasilkan 200-300 l minyak jarak, sehingga 1 ha lahan akan menghasilkan 1.000-1.500 l minyak jarak (Susilo, 2007). Buah jarak terbagi menjadi 3 ruang, masing-masing ruang diisi tiga biji. Biji berbentuk bulat lonjong dan berwarna coklat kehitaman. Biji inilah yang banyak mengandung minyak dengan rendemen sekitar 30%-40% (Hariyadi, 2005). Produk utama yang dihasilkan tanaman jarak pagar adalah minyak yang dihasilkan dari proses ekstraksi biji jarak dan produk limbahnya berupa bungkil biji jarak yang dapat digunakan sebagai bahan baku pakan ternak. Jatropha curcas L. menghasilkan bungkil yang dapat digunakan sebagai sumber protein karena mengandung protein yang tinggi jika kandungan racun dihilangkan (Makkar dan Becker, 1997). Tanaman jarak pagar dapat dilihat pada Gambar 1.
Gambar 1. Tanaman Jarak Pagar (Jatropha curcas L.) Sumber : Sudaryanto (2010)
Menurut Duke (1983) klasifikasi dari tanaman jarak pagar adalah sebagai berikut: Subdivisi
: Angiospermae
Kelas
: Dycotyledone
Ordo
: Euphorbiaeceae
Famili
: Euphorbiaceae
Genus
: Jatropha
Species
: Jatropha Curcas Linn
4
Bungkil Biji Jarak Pagar (Jatropha curcas meal) Bungkil biji jarak pagar (BBJP) merupakan hasil ikutan dari proses pengepresan biji jarak menjadi minyak jarak. Bungkil biji jarak memiliki kandungan nutrien yang berpotensi untuk dijadikan pakan ternak dengan dilakukan pengolahan terlebih dahulu karena BBJP memiliki antinutrisi dan racun yang berbahaya bagi ternak. Komposisi nutrien dan fraksi serat BBJP tanpa cangkang, BBJP dengan cangkang dan cangkang BBJP disajikan pada Tabel 1. Tabel 1. Komposisi Nutrien dan Fraksi Serat BBJP Tanpa Cangkang, BBJP dengan Cangkang dan Cangkang BBJP BBJP Tanpa Cangkang 86,26
BBJP dengan Cangkang 89,71
Cangkang BBJP 88,31
Abu (% BK)
7,71
5,20
4,22
Protein Kasar (% BK)
37,56
24,28
10,21
Lemak Kasar (% BK)
35,02
15,99
5,71
Serat Kasar (% BK)
7,23
38,49
59,62
Beta- N (% BK)
12,47
16,06
20,24
NDF (% BK)
16,30
57,64
93,40
Hemiselulosa (% BK)
0,72
10,45
12,48
ADF (% BK)
15,86
46,78
80,90
Selulosa (% BK)
11,31
19,22
34,85
Lignin (% BK)
4,51
23,98
46,00
Silika (% BK)
0,01
3,51
0,03
Kandungan Nutrien Bahan Kering (%) Komposisi Bahan Kering
Fraksi Serat
Sumber : Tjakradidjaja et al. (2007)
Bungkil biji jarak pagar tanpa cangkang memiliki kandungan protein yang lebih tinggi (37,56%) daripada BBJP dengan cangkang (24,28%), perbedaan ini disebabkan karena cangkang BBJP memiliki serat kasar yang tinggi (Tjakradidjaja et al., 2007). Makkar et al. (1998) melaporkan bahwa bungkil biji jarak mengandung protein kasar 55,7%-63,8%, abu 10%, NDF <10%, ADF <7,0% (%BK). Komposisi kimia berbagai varietas bungkil biji jarak pagar dapat dilihat pada Tabel 2. 5
Tabel 2. Komposisi Kimia Berbagai Varietas Jatropha curcas L. Varietas Komposisi Kimia Protein Kasar (% BK)
56,4
61,2
55,7
Non-toxic Mexico 63,8
Lemak (% BK)
1,5
1,2
0,8
1,0
Abu (% BK)
9,6
10,4
9,6
9,8
NDF (% BK)
9,0
8,1
8,9
9,1
ADF (% BK)
7,0
6,8
5,6
5,7
ADL (% BK)
0,4
0,3
0,1
0,1
Gross Energi (MJ/kg)
18,2
18,3
17,8
18,0
Cape Verde
Nicaragua
Ife-Nigeria
Sumber : Makkar et al. (1998) Keterangan : NDF = Neutral Detergent Fiber, ADF = Acid Detergent Fiber, ADL = Acid Detergen `Lignin
Menurut Sumiati et al. (2008), pemberian bungkil biji jarak dalam ransum dapat menyebabkan terhambatnya pertumbuhan, kematian yang cepat dan kerusakan jaringan hati dan ginjal ayam broiler. Kandungan antinutrisi pada BBJP ini meliputi polyfenol, tannin, phytat, saponin, antitrypsin dan racun phorbolester, curcin atau lectin (Makkar et al., 1998). Phorbolester merupakan toksin yang menyebabkan efek biologis seperti peningkatan tumor dan peradangan saluran pencernaan (Aregheore et al., 2003). Komposisi racun dan zat antinutrisi pada bungkil biji jarak dapat dilihat dalam Tabel 3. Tabel 3. Komposisi Zat Antinutrisi dan Racun dalam Jatropha curcas L. Varietas beracun 2,79
Varietas non racun 0,11
Total Fenol (% asam tannin eq.)
0,36
0,22
Tannin (% asam tannin eq.)
0,04
0,02
Fitat (% bahan kering)
9,40
8,90
Saponin (% diosgenin eq.)
2,60
3,40
Inhibitor Tripsin (mg tripsin yang dihambat per g sampel)
21,3
26,5
Lectin (1/mg bungkil yang memproduksi haemaglutinasi per ml medium)
102
51
Komponen Phorbolester (mg/g biji)
Sumber: Francis et al. (2006)
6
Phorbolester Jarak Pagar (Jatropha curcas L.) Phorbolester merupakan senyawa organik dari tumbuhan yang merupakan anggota diterpene ester. Phorbolester dapat larut dalam larutan organik yang bersifat polar dan dalam air (Ahmed dan Salimon, 2009). Rumus bangun phorbolester dapat dilihat pada Gambar 2.
Gambar 2. Struktur kimia phorbolester Sumber : Ahmed dan Salimon (2009)
Phorbolester dapat menyebabkan efek biologis yang luar biasa walaupun dalam konsentrasi rendah. Pengaruhnya menyebabkan iritasi kulit dan pemacu terjadinya tumor karena menstimulasi PKC (Protein Kinase C), yang mempengaruhi penyaluran sinyal perkembangan sel dan jaringan serta berbagai efek biologis yang kuat terhadap organisme (Goel et al., 2007). Phorbolester dapat meningkatkan afinitas PKC Ca2+ secara dramatis dan bersifat stabil serta tidak dapat terdegradasi secara cepat setelah menstimulasi PKC, sehingga menyebabkan aktivitas yang mengarah pada respon fisiologis seperti proliferasi dan diferensiasi sel yang tidak terkontrol (Asaoka et al., 1992). Diferensiasi sel yang tidak terkontrol menyebabkan terjadinya tumor yang berbahaya bagi ternak karena dapat menyebabkan kematian. Phorbolester stabil terhadap panas dan tahan pada pemanasan suhu diatas 160 oC selama 30 menit (Makkar dan Becker, 1997). Porbolester merupakan toksik utama pada BBJP, phorbolester menyebabkan kematian pada mencit, dengan gejala awal lesu, konsumsi menurun, bobot badan rendah, dan terdapat cairan kuning di sekitar anus (Fachrudin, 2007). Phorbolester masih terdapat dalam BBJP karena racun ini terdapat dalam minyak jarak pagar, cara yang dapat dilakukan untuk menurunkan kadar phorbolester adalah dengan fermentasi. Proses fermentasi menghasilkan enzim lipase yang mampu menghidrolisis lemak (Putranto et al., 2006)
7
Curcin Jarak Pagar (Jatropha curcas L.) Curcin atau lectin adalah fitotoxin atau toxalbumin yang memiliki molekul protein besar, kompleks dan sangat beracun, menyerupai struktur dan fisiologis racun bakteri. Mekanisme curcin berhubungan dengan aktivitas N-glycosidase yang kemudian dapat mempengaruhi metabolisme. Curcin juga merupakan alat inhibitor yang kuat terhadap sintesa protein (Lin et al., 2003). N-glycosidase adalah enzim yang mengatur kenormalan sel, antibakteri dan mendegradasi selulosa dan hemiselulosa. Curcin (lektin) menyebabkan reaksi lokal pada saluran pencernaan yaitu 1) mempengaruhi pergantian dan kehilangan sel epithel usus, 2) menghambat pencernaan dan penyerapan, 3) kerusakan pada epitel membran lumen dan 4) merubah status imunologi pada saluran pencernaan. Rusaknya saluran pencernaan menyebabkan terganggunya penyerapan nutrien oleh tubuh dan mengganggu pertumbuhan dan produksi pada hewan. Secara sistematis curcin mengganggu metabolisme lemak, karbohidrat, protein, dan meningkatkan atau mengecilkan ukuran dari saluran pencernaan serta merubah status hormonal dan imunologi (Vasconcelos dan Oliveira, 2004). Struktur kimia curcin dapat dilihat pada Gambar 3.
Gambar 3. Struktur Kimia Curcin Sumber : Juan et al. (2003) Curcin merupakan racun yang bekerja jangka panjang, efek curcin tidak terlihat dalam jangka pendek, tokisitasnya akan meningkat jika bergabung dengan phorbolester (Makkar dan Becker, 1997). Racun curcin tidak tahan panas dan dapat diinaktifkan dengan pemansan, hasil penelitian Nurhikmawati (2007) menunjukan terjadinya penurunan curcin dalam BBJP dari 0,09% menjadi 0,03% dengan pemanasan pada suhu 121 ºC selama 30 menit.
8
Detoksifikasi Bungkil Biji Jarak Pagar Detoksifikasi bertujuan untuk menurunkan kandungan racun phorbolester dan curcin yang terkandung dalam bungkil biji jarak. Teknologi detoksifikasi yang telah dilakukan diantaranya dengan perlakuan fisik, kimia dan biologis. Perlakuan fisik dilakukan dengan cara pemanasan basah menggunakan aoutoclave pada suhu 121 ºC selama 30 menit, hasilnya dapat menurunkan aktifitas tripsin dan lectin (Aregheore et al., 2003). Perlakuan kimia yaitu dengan menambahkan larutan NaHCO3 (Martinez-Herrera et al., 2006). Pengolahan secara biologis dilakukan dengan cara fermentasi BBJP oleh R. oligosporus (Sumiati et al., 2008). Detoksifikasi yang dilakukan dalam penelitian ini adalah dengan fermentasi. Fermentasi merupakan proses pemecahan karbohidrat dan asam amino. Fermentasi oleh berbagai kapang, khamir dan bakteri dapat terjadi secara anaerobik fakultatif. Senyawa yang dapat dipecah dalam proses fermentasi adalah karbohidrat, sedangkan asam amino hanya dapat difermentasi oleh beberapa jenis bakteri tertentu. Aktivitas metabolisme mikroorganisme pada proses fermentasi ditentukan oleh faktor-faktor eksternal seperti pH, suhu, tekanan, oksigen dan konsentrasi substrat (Fardiaz, 1992). Fermentasi merupakan salah satu pengolahan bungkil biji jarak secara biologis, fermentasi ini menggunakan R. oligosporus yang sering digunakan untuk membuat tempe. Selama proses fermentasi kapang akan menghasilkan enzim protease yang dapat merombak protein menjadi senyawa yang lebih sederhana dan meningkatkan asam amino (Ansori, 1989). Azake et al. (2007) menyatakan bahwa fungsi jamur dalam fermentasi makanan yaitu sintesis enzim yang menghidrolisis konstituen kedelai dan berkonstribusi dalam pengembangan aroma, tekstur dan rasa yang diinginkan. Fermentasi menggunakan R. oligosporus pada bungkil biji jarak (Jatropha curcas L) memberikan efisiensi tertinggi dalam penggunaan protein (Sumiati et al., 2008). Pengolahan biologis (fermentasi) dengan R. oligosporus terhadap bungkil biji jarak dapat menghasilkan bungkil biji jarak yang dapat dijadikan bahan pakan alternatif. Hidrolisis enzimatik dalam proses fermentasi dapat mengurangi atau menghilangkan komponen antinutrisi sehingga dapat meningkatkan kualitas nutrisi produk (Azake et al., 2007). Penurunan racun dan antinutrisi BBJP hasil fermentasi menggunakan R. oligosporus disajikan pada Tabel 4.
9
Tabel 4. Kandungan Racun dan Antinutrisi BBJP Tanpa Pengolahan dan Difermentasi Menggunakan R. oligosporus Parameter
Kontrol
Fermentasi
Penurunan (%)
Phorbolester (µg/g)
24,33
15,28
37,20
Tanin (%)
0,13
0,007
94,62
Saponin (%)
1,04
0,39
62,50
Asam Fitat (%)
9,19
8,45
8,05
Antitripsin (%)
6,17
1,85
70,02
Sumber : Sumiati et al. (2010)
Jamur Tempe (Rhizopus oligosporus) Jamur tempe (Rhizopus oligosporus) merupakan jenis jamur yang tergolong filum zygomycota, berkembang biak dengan konjugasi gamet positif dan negatif membentuk
zygosporangia
melalui
plasmogami
dan
karyogami,
maupun
berkembang biak secara aseksual dengan spora. Daur hidup dimulai dengan pertumbuhan spora menjadi benang hifa yang bercabang membentuk miselium dan sporangium yang berisi spora. R. oligosporus adalah jamur benang yang selalu terisolasi dari tempe, perkecambahan R. oligosporus berlangsung melalui dua tahap, yaitu pembengkakan dan penonjolan keluar tabung kecambah. Kondisi optimal perkecambahan adalah pada suhu 42 oC dan pH 4,0 (Dinda, 2008). R. Oligosporus dapat meningkatkan nilai protein kedelai dengan cara mensisntesa enzim protease selama proses fermentasi (Anshori, 1989). Selain itu R. oligosporus juga mensintesa enzim lipase, poligalakturonase, endoselulase, xilanase, arabinase, fitase, dan rhizopus carboksil proteinase (Nout dan Rombouts, 1990). Klasifikasi R. oligosporus menurut Jennessen (2008) adalah sebagai berikut: Kingdom
: Fungi
Divisi
: Zygomycota
Kelas
: Zygomycetes
Ordo
: Mucorales
Famili
: Mucoraceae
Genus
: Rhizopus
Spesies
: Rhizopus oligosporus
10
Rhizopus oligosporus mempunyai koloni abu-abu kecoklatan dengan tinggi 1 mm atau lebih. Sporangiofor tunggal atau dalam kelompok dengan dinding halus atau agak sedikit kasar, dengan panjang lebih dari 1000 mikro meter dan diameter 10-18 mikro meter. Sporangia globosa yang pada saat masak berwarna hitam kecoklatan, dengan diameter 100-180 mikro meter. Klamidospora banyak, tunggal atau rantaian pendek, tidak berwarna, dengan berisi granula, terbentuk pada hifa, sporangiofor dan sporangia. Bentuk klamidospora globosa, elip atau silindris dengan ukuran 7-30 mikro meter atau 12-45 mikro meter x 7-35 mikro meter (Wipradnyadewi, 2005) Ayam Petelur Ayam petelur adalah ayam-ayam betina dewasa yang dipelihara khusus untuk diambil telurnya. Asal mula ayam petelur adalah berasal dari ayam hutan yang ditangkap dan dipelihara serta dapat bertelur cukup banyak. Jenis ayam ini merupakan spesies Gallus domesticus. Ayam yang pertama masuk dan mulai diternakkan di Indonesia adalah ayam ras petelur white leghorn yang kurus dan umumnya setelah habis masa produktifnya dijadikan ayam potong. Terdapat tiga jenis ayam yaitu tipe ringan berasal dari bangsa white leghorn, tipe medium dari bangsa rhode island reds, dan barred plymouth rock dan tipe berat dari bangsa new hampshire, white plymouth rock, dan cornish (Amrullah, 2002). Ayam petelur ISA-Brown merupakan jenis ayam hasil persilangan antara ayam rhode island whites dan rhode island reds. ISA-Brown termasuk ayam petelur tipe medium yang memiliki produktivitas yang cukup tinggi yaitu mampu menghasilkan telur sebanyak 351 butir per tahun dengan berat telur rata-rata sebesar 63,2 g dan mampu mencapai puncak produksi sebesar 95% (Hendrix, 2007). ISABrown menghasilkan telur dengan warna kerabang cokelat. Enzim Selulase Enzim selulase adalah enzim hidrolase yang dapat mengkatalisis reaksi hidrolisa ikatan β-1,4 glukan 4-glukano hidrolase (Mardiah dan Armaini, 1995). Selulase kompleks mampu menghidrolisis kristal selulosa menjadi gula-gula terlarut secara efisien. Empat puluh persen material dinding sel tanaman adalah selulosa yang mempunyai struktur kimia sederhana yang terdiri dari rantai lurus 3000-10.000 residu glukosa yang diikat dengan ikatan ß-1,4. Untuk memutuskan rantai ini 11
diperlukan enzim selulase yang merupakan kompleks dari enzim selobiohidrolase, endoglukanase dan ß-glukosidase (Deacon, 1997). Enzim selulase kompleks terdiri dari tiga enzim utama yaitu endo-1,4-βglukanase, ekso-1,4-β-glukanase, dan 1,4 β-glukosidase. Endo-1,4-β-glukanase memotong ikatan rantai dalam selulosa secara acak menghasilkan molekul selulosa yang lebih pendek, ekso-1,4-β-glukanase memotong ujung-ujung rantai selulosa baik ujung pereduksi (reducing end) maupun yang ujung non pereduksi (non reducing end) menghasilkan molekul selobiosa, sedangkan 1,4 β-glukosidase memotong molekul selobiosa menjadi monomer-monomer glukosa yang lebih sederhana. Berdasarkan hasil pemeriksaan pada fungi, sistem selulase sekurang-kurangnya terdiri dari 3 enzim (Da silva et al., 2005) : 1. enzim-enzim endo-β-1,4-glukanase 2. enzim ekso-β-1,4-glukanase 3. enzim-enzim β-glukosidase. Enzim Fitase Enzim fitase adalah phosphomonoesterase yang mampu menghidrolisa asam fitat untuk menghasilkan orthophosphate inorganik dan serangkaian phosphoric yang lebih rendah (inositol pentaphosphate menjadi monophosphate) dan akhirnya menjadi asam fitat bebas (Konietzny dan Greiner, 2002). Enzim ini dapat merusak struktur dari asam fitat sehingga mineral seperti P, Mg, Mn, Fe, Zn, Ca, dan protein terlepas dari asam fitat ini (Baruah et al., 2004). Asam fitat merupakan senyawa antinutrisi yang terdapat pada tanaman. Asam fitat membentuk komplek dengan beberapa mineral (P, Zn, Fe, Mg, Ca), protein, dan asam amino (Quan et al., 2001). Mineral dan protein yang terikat dalam fitat tidak dapat diserap oleh tubuh, dan dapat menyebabkan defisiensi sehingga asam fitat digolongkan kedalam antinutrisi. Fitase sebagai bahan pakan aditif diharapkan mampu melepaskan ikatan fitat dengan kalsium, tembaga, seng, dan mangan, serta meningkatkan relaksasi usus dan absorpsi nutrien. Traylor et al. (2001) menyatakan bahwa suplementasi fitase efektif memperbaiki penggunaan dan ketersediaan Ca dan P. Suplementasi enzim fitase ke dalam ransum secara nyata dapat meningkatkan kecernaan bahan kering, lemak kasar, P, Zn, Mg, dan Cu, serta dapat meningkatkan retensi nitrogen, mineral Ca, P, Mg, dan Zn (Lim et al., 2003). 12
