IV.HASIL DAN PEMBAHASAN
A. KARAKTERISTIK TONGKOL JAGUNG
Tongkol jagung merupakan limbah lignoselulosik dengan karbohidrat sebagai komponen utama, seperti tersaji pada Tabel 3.
Tabel 3. Komponen tongkol jagung
Komponen (% b.b) (% b.k) Air 8,76 - Abu 2,30 2,52 Lemak 3,50 3,84 Protein Kasar 2,18 2,40 Serat Kasar 27,20 29,81 Karbohidrat by difference 56,06 61,43
Nilai analisis proksimat tongkol jagung ini dapat berbeda-beda tergantung pada jenis jagung, waktu pemanenan, penanganan selama transportasi, dan penyimpanan. Nilai protein kasar tongkol jagung sangat rendah yakni kurang dari 7% (Judoamidjojo et al., 1989). Hal ini menunjukkan bahwa tongkol jagung belum memenuhi gizi sebagai pakan ternak. Pakan ternak ruminansia umumnya mengandung protein kasar sebanyak 8% dari bobot kering bahan. Rendahnya nilai protein dan lemak tongkol jagung dalam sistem kultivasi dapat diatasi dengan melakukan penambahan inokulum dengan substrat dedak yang kandungan proteinnya relatif lebih tinggi dibandingkan dengan tongkol jagung.
Meskipun kadar protein dan lemaknya tergolong rendah, tongkol jagung memiliki kandungan karbohidrat dan serat yang cukup tinggi sehingga sangat potensial untuk diolah lebih lanjut agar menghasilkan produk dengan nilai nutrisional yang lebih baik dan dapat digunakan sebagai bahan baku pakan ternak. Komponen serat tongkol jagung terdiri atas selulosa, hemiselulosa, dan lignin. Komposisi masing-masing komponen tersebut secara rinci dapat dilihat pada Tabel 4.
25 Tabel 4. Komponen serat tongkol jagung
Komponen (% b.k)
NDF (Neutral Detergent Fiber) 87.15 ADF (Acid Detergent Fiber) 61.98
Selulosa 51.62
Hemiselulosa 25.17
Lignin 18.35
ADF merupakan bagian dari dinding sel mengalami pemuaian atau perubahan struktur sel lignoselulosa (Tillman et al.,1989). ADF merupakan fraksi serat tanaman yang terdiri dari ADL (Acid Detergent Lignin) dan selulosa, sedang ADL terdiri lignin dan silika, sehingga kandungan ADF yang meningkat disebabkan oleh terbentuknya selulosa dan lignifikasi seiring dengan meningkatnya umur tanaman (Reksohadiprodjo, 1988). Adapun NDF merupakan dinding sel tanaman yang terdiri atas ADF dan hemiselulosa (Reksohadiprodjo, 1988; Van Soest, 1982). Semakin besar persentase kedua komponen ini menyebabkan kecernaan bahan semakin menurun.
Komponen lignin, hemiselulosa dan selulosa merupakan komponen dengan struktur yang kompak. Tingginya kandungan lignin dan hemiselulosa pada tongkol jagung menunjukkan bahwa tongkol jagung relatif sulit untuk dicerna oleh mikroorganisme. Hal ini diperkuat oleh pernyataan Sutardi (1980) yang menyatakan bahwa kandungan ADF dan lignin pada hijauan erat hubungannya dengan manfaat bahan makanan ternak. Bila kadar lignin tinggi, maka koefisien cerna bahan makanan tersebut rendah.
Tongkol jagung, seperti halnya limbah lignoselusa lain memiliki beberapa keterbatasan diantaranya adalah (1) Dinding selnya terselimuti oleh kompleks/kristal-kristal silika (Van Soest, 1982) dan (2) Proses lignifikasi yang telah lanjut dan struktur selulosanya sudah terbentuk kristal, tidak lagi terbentuk amorf (Jackson, 1977). Untuk mengatasi hal itu perlu dilakukan suatu pengolahan yang sesuai, sehingga bahan pakan lignoselulosik memiliki kualitas yang cukup baik sebagai pakan ternak ruminansia.Salah satu cara
26 yang dapat dilakukan adalah melalui hidrolisis dengan menggunakan kapang selulolitik.
B. PEMBUATAN INOKULUM
Inokulum yang digunakan pada penelitian ini diproduksi dengan menggunakan substrat dedak padi. Tujuan pembuatan inokulum adalah untuk memperpendek fase lag dari mikroba yang digunakan, sehingga pada saat diinokulasikan, pada tongkol jagung telah diproduksi enzim-enzim yang dibutuhkan dalam proses hidrolisis. Hunt dan Stieber (1986) dalam Mitchell (1992) menyebutkan bahwa pembuatan inokulum merupakan tahapan dimana kultur dorman diaktivasi agar mampu mencapai fase dengan tingkat produktivitas yang lebih tinggi.
Pemilihan dedak sebagai substrat inokulum didasarkan pada pertimbangan kemudahan perolehan bahan baku. Selain itu persiapan inokulum dengan menggunakan dedak relatif lebih mudah untuk dilakukan. Dedak juga dipilih karena dedak mengandung komponen seperti lemak, protein, selulosa, vitamin, dan mineral (Luh, 1980). Selain itu, dedak juga merupakan sumber vitamin A, B dan D (Houston dan Kohler, 1970). Komposisi kimia dedak yang digunakan pada penelitian ini secara lengkap dapat dilihat pada Tabel 5.
Tabel 5. Komposisi kimia dedak
Komponen (% b.b) (% b.k) Air 10.74 - Abu 9.60 10.76 Lemak 1.78 1.99 Protein Kasar 4.94 5.53 Serat Kasar 26.42 29.60 Karbohidrat by difference 46.52 52.12
Pemberian inokulum meningkatkan kandungan nutrien di dalam substrat. Hal ini menjadi faktor yang sangat penting mengingat pada proses
27 kultivasi ini tidak dilakukan penambahan nutrien kimia lain dari luar. Nutrien yang terkandung di dalam dedak menjadi faktor yang sangat penting dalam kultivasi substrat padat karena ketersediaan nutrien merupakan syarat tumbuhnya mikroba, selain dari kondisi lingkungan yang sesuai. Sebelum diinokulasi dengan kapang yang berasal dari agar miring PDA, dedak terlebih dahulu direndam dengan menggunakan akuades selama 24 jam. Proses perendaman ini bertujuan untuk meningkatkan kandungan air dedak, sehingga mampu mengakomodasi kebutuhan air kapang yang digunakan untuk tumbuh dan bermetabolisme selama proses kultivasi.Selama waktu inkubasi, secara periodik dedak diaduk agar spora kapang terdistribusi secara merata pada seluruh bagian dedak.
Dedak yang telah diinkubasi selama sepuluh hari menggumpal menjadi satu agregat dan tertutup oleh miselia kapang. Adanya miselia kapang dalam jumlah banyak pada dedak menandakan bahwa dedak telah siap untuk digunakan ke tahap selanjutnya. Inokulum miselia menghasilkan protein dalam jumlah yang lebih banyak pada akhir kultivasi serta menghasilkan performa kultivasi yang lebih baik dibandingkan dengan inokulum spora. Pada inokulum yang substratnya telah terbentuk miselia, diduga enzim selulase telah diproduksi. Inokulum berusia 10 hari siap digunakan pada tahap selanjutnya (Gambar 7).
a. T. viride b. R. oryzae
28 Hal ini diperkuat oleh adanya penelitian yang dilakukan oleh Abdullah
et al. (1985) yang dicantumkan di dalam Mitchell (1992). Hasil penelitian
yang dilakukan pada kultivasi media padat oleh Chaetomium celluloliticum menunjukkan bahwa inokulum miselia tanpa proses pencucian menghasilkan kadar protein produk akhir yang lebih tinggi dibandingkan dengan inokulum spora maupun inokulum miselia dengan proses pencucian. Faktor perumbuhan pada penelitian ini tidak diidentifikasi, namun diduga faktor pertumbuhan dipicu oleh monosakarida yang dihasilkan dari hasil penguraian substrat inokulum oleh kapang selulolitik.
C. KONDISI KULTIVASI MEDIA PADAT
Kultivasi media padat yang dilakukan pada penelitian ini terdiri dari beberapa tahap. Tahap pertama adalah persiapan media yaitu tongkol jagung diberi perlakuan fisik yang bertujuan untuk memperkecil ukuran partikel tongkol jagung. Perlakuan fisik dilakukan melalui dua tahap yakni pencincangan kasar yang dilanjutkan dengan penggilingan menggunakan
hammer mill. Hasil penggilingan dengan menggunakan hammer mill
kemudian diayak dengan menggunakan ayakan berukuran 40 mesh.
Perlakuan awal terhadap media tongkol jagung diperlukan agar substrat mudah bereaksi dengan enzim yang dihasilkan oleh kapang selulolitik yang digunakan selama proses kultivasi. Perlakuan awal yang efisien harus dapat membebaskan struktur kristal selulosa dengan memperluas daerah amorf pada permukaan bahan, serta membebaskan dari lapisan lignin (Irawadi, 1990). Ghose dan Kostick (1970) menyatakan bahwa pengecilan ukuran tongkol jagung dapat berakibat pada pengurangan fase kristalin fraksi selulosik tongkol jagung dan meningkatkan permukaan reaktif bahan.
Ukuran partikel sangat penting karena ukuran partikel mempengaruhi perbandingan luas permukaan dengan volume partikel serta densitas pada massa media. Dengan kata lain, pengecilan ukuran memiliki tujuan untuk memperluas permukaan substrat kultivasi serta memotong rantai amorf pada struktur selulosa pada bahan sehingga memudahkan penguraian oleh kapang.
29 Tahap selanjutnya adalah proses sterilisasi. Proses sterilisasi dilakukan baik terhadap inkubator maupun terhadap tongkol jagung. Sterilisasi oleh Reddish (1957) didefinisikan sebagai segala proses, baik fisik maupun kimia, yang dapat merusak organisme hidup, diaplikasikan terutama pada mikroba termasuk bakteri, spora kapang, dan inaktivasi virus.
Sebuah sistem yang steril merupakan sebuah sistem yang di dalamnya tidak terdapat organisme hidup baik yang bersifat mikroskopik maupun yang bersifat makroskopik. Proses sterilisasi dilakukan terutama dengan tujuan agar sistem kultivasi padat yang akan dilakukan terbebas dari kontaminasi. Proses ini menjadi salah satu faktor penentu keberhasilan suatu sistem kultivasi, sehingga segala aspek yang berkaitan dengan proses ini harus dilakukan dengan baik.
Aktivitas biologis kapang dipengaruhi oleh berbagai faktor lingkungan fisik seperti kadar air media, ketersediaan nutrien, konsentrasi inokulum, suhu dan kelembaban relatif ruang inkubasi serta bentuk dan ukuran partikel substrat (Moo-Young et al., 1983). Pada awal kultivasi kelembaban reatif dan suhu ruang inkubasi pada kedua kapang memiliki kesamaan yakni kelembaban relatif sebesar 98% dengan suhu mencapai 36oC. Tingginya kondisi kelembaban relatif dan suhu ruangan ini diakibatkan oleh adanya proses sterilisasi ruangan inkubasi dengan menggunakan uap panas. Tujuan proses sterilisasi ini adalah untuk membebaskan ruang inkubasi dari organisme, baik mikroskopis maupun makroskopis, sehingga meminimalisir kemungkinan terjadinya kontaminasi. Kelembaban relatif dan suhu terus menurun selama proses kultivasi. Secara rinci perubahan suhu dan kelembaban relatif disajikan pada Gambar 8.
Hasil penelitian Persson-Huppel (1963) menunjukkan bahwa
Trichoderma viride tumbuh optimum pada suhu 25-30o C, Naranong (2001) dalam hasil penelitiannya menunjukkan bahwa Rhizopus oryzae tumbuh pada suhu optimum 30o C. Suhu ruang inkubasi selama kultivasi berkisar antara 26-37o C dengan kata lain suhu selama proses kultivasi ini masih termasuk ke dalam rentang suhu optimum pertumbuhan kedua kapang.
30 Gambar 8. Kelembaban relatif dan suhu ruangan selama kultivasi
Kultivasi substrat padat didefinisikan sebagai pertumbuhan mikrobial pada partikel tanpa adanya air bebas di dalam sistem (Moo-Young et al., 1983). Adanya air pada sistem kultivasi substrat padat biasanya terdapat pada ikatan kompleks di dalam matriks padat atau sebagai lapisan tipis yang terabsorbsi pada permukaan partikel atau terikat secara lemah pada daerah kapiler substrat padat. Adapun tingkat kelembaban relatif pada kultivasi substrat padat umumnya bervariasi antara 30% sampai dengan 85 % (Cannel dan Moo-Young 1980; Mudgett, 1986; dan Reid, 1989 dalam Prior et al., 1992).
Pada kultivasi padat yang dilakukan, air pada sistem diakomodasi melalui proses penambahan air pada substrat tongkol jagung dengan perbandingan substrat : air adalah sebesar 1 : 2. Air juga ditambahkan pada proses pencampuran inokulum ke dalam substrat, yang selain bertujuan untuk mempermudah proses homogenisasi campuran substrat dan inokulum, juga bertujuan untuk meningkatkan jumlah air pada sistem kultivasi. Tanpa adanya air yang cukup di dalam sistem, pertumbuhan kapang yang digunakan akan terhambat dan akan berpengaruh terhadap pembentukan biomassa.
Kelembaban relatif ruang inkubasi mengalami penurunan selama periode kultivasi, namun nilai kelembaban relatif pada kultivasi dengan menggunakan Rhizopus oryzae pada akhir periode kultivasi lebih besar dibandingkan dengan nilai kelembaban relatif pada kultivasi dengan
31 menggunakan Tricoderma viride. Hal ini menunjukkan bahwa uap air yang dihasilkan oleh Rhizopus oryzae sebagai hasil sisa metabolisme lebih tinggi apabila dibandingkan dengan uap air yang dihasilkan oleh Tricoderma viride.
Spora Trichoderma viride mulai nampak berwarna kehijauan pada pengamatan hari ke-3 kultivasi. Pada akhir periode kultivasi terlihat jelas penampakan umum antara unit percobaan yang diberi perlakuan pengadukan dan unit percobaan yang tidak diberi pengadukan. Pada unit percobaan yang diberi perlakuan pengadukan, spora kapang tampak merata pada seluruh bagian substrat.
Kondisi sistem juga relatif lebih kering apabila dibandingkan dengan unit percobaan yang tidak diberikan pengadukan. Hal ini terjadi pada kultivasi baik oleh kapang Trichoderma viride maupun Rhizopus oryzae. Unit tanpa pengadukan menyebabkan spora tidak merata pada seluruh bagian substrat, dan substrat saling menempel satu sama lain membentuk suatu agregat. Penempelan ini juga diakibatkan oleh akumulasi air yang terperangkap di dalam substrat. Secara lebih jelas kondisi ini dapat dilihat pada Gambar 9.
a. Dengan pengadukan b. Tanpa pengadukan Gambar 9. Produk hasil kultivasi hari ke-15 dengan T. viride
Penempelan antar substrat pada unit tanpa perlakuan pengadukan menyebabkan rendahnya porositas substrat. Substrat dengan porositas yang baik akan mampu mengakomodasi penetrasi udara ke dalam bagian media
32 sehingga pertumbuhan kapang dapat merata seluruh bagian media. Peningkatan porositas media dapat dibantu dengan adanya pengadukan. Perlakuan pengadukan dilakukan untuk memberikan aerasi pada sistem kultivasi. Chang (1981) menyatakan bahwa aerasi merupakan faktor yang sangatpenting bagi pertumbuhan dan produksi enzim sebab oksigen sangat dibutuhkan dalam metabolisme energi untuk menjamin biosintesis selulase oleh kapang. Data perubahan parameter kultivasi disajikan pada Lampiran 3.
D. PERUBAHAN KARAKTERISTIK SELAMA KULTIVASI 1. Susut Bobot
Berdasarkan Matcham et al., (1984) dalam Mitchell (1992) penurunan bobot media terjadi akibat konversi substrat pada media padat menjadi biomassa dan karbondioksida. Karenanya, penurunan bobot media dapat digunakan untuk melakukan pendugaan terhadap pertumbuhan mikroorganisme yang dikultivasikan pada media padat, dengan syarat penurunan hanya terjadi akibat pelepasan karbondioksida hasil respirasi sel, dan bukan oleh adanya pelepasan air. Karena rancangan bioreaktor pada penelitian ini masih memungkinkan terjadinya pelepasan uap air, maka selain akibat terjadinya konversi media padat, penurunan bobot juga terjadi akibat menguapnya air. Meskipun penurunan bobot yang terjadi selama penelitian ini tidak memenuhi syarat untuk dijadikan pendugaan pertumbuhan biomassa, namun masih dapat digunakan sebagai alat penduga seberapa jauh media dikonversi menjadi biomassa.
Perubahan susut bobot tongkol jagung yang dikultivasi dengan menggunakan Trichoderma viride dan Rhizopus oryzae dapat dilihat pada gambar 10 (a) dan (b). Susut bobot tertinggi pada hari ke-15 kultivasi dengan menggunakan Trichoderma viride didapatkan pada perlakuan ketebalan hamparan 4 cm dengan pengadukan, dengan nilai persentase susut bobot mencapai 72,78% (Gambar 10 a). Menurut Mudgett (1986) di dalam Bernard
et al. (1992) ketebalan hamparan dapat berpengaruh buruk pada pembentukan
produk dan biomassa. Hal ini disebabkan karena proses kemoheterotropik yang terjadi dalam kultivasi media padat bersifat eksotermik dan panas yang
33 terbentuk tersebut dapat meningkatkan gradien suhu yang disebabkan oleh terbatasnya kapasitas panas media.
Keterangan:
A1 : Perlakuan dengan pengadukan T1 : Perlakuan ketebalan 2 cm
A2: Perlakuan tanpa pengadukan T2 : Perlakuan ketebalan 4 cm Gambar 10. Perubahan susut bobot tongkol jagung selama kultivasi
Peningkatan susut bobot yang relatif tinggi pada perlakuan ini disebabkan oleh adanya pengadukan. Pengadukan mampu menyebabkan pelepasan panas pada sistem dan mengakibatkan pemerataan suhu pada media. Selain itu pengadukan mengakomodasi terjadinya aerasi pada sistem. Karena kultivasi substrat padat melibatkan mikroba aerobik, transfer oksigen merupakan salah satu faktor penting yang harus diperhatikan. Aerasi juga mengakomodasi pindah panas dari ruang antar partikel.
Pada kultivasi menggunakan Rhizopus oryzae perlakuan ketebalan hamparan 4 cm dengan pengadukan justru menghasilkan persentase susut bobot terendah yakni sebesar 64,17%. Hal ini terkait dengan minimnya produksi enzim glukanase oleh Rhizopus oryzae, mengakibatkan konversi substrat menjadi komponen yang lebih sederhana relatif lebih kecil jumlahnya apabila dibandingkan dengan perlakuan yang sama pada kultivasi dengan menggunakan Trichoderma viride. Minimnya produksi enzim glukanase yang dihasilkan oleh Rhizopus oryzae pada kultivasi substrat padat telah dibuktikan pada penelitian Ray dan Karnakar (2009). Persentase peningkatan susut bobot a. Perubahan Susut Bobot (T. viride) b. Perubahan Susut Bobot (R.oryzae)
34 yang terjadi pada masing-masing unit mampu mengindikasikan bahwa pada kondisi selama proses terjadi pembentukan enzim ekstraseluler yang berlangsung dengan baik, sehingga mampu mendegradasi substrat dalam jumlah yang cukup banyak.
2. Kadar Air
Kadar air tongkol jagung yang dikultivasi dengan menggunakan kapang
Trichoderma viride pada hari ke-3 fermentasi cukup tinggi yakni mencapai
70%. Nilai kadar air terus turun hingga pada hari ke-15 kadar air pada tongkol jagung hanya mencapai 10%-13% untuk semua perlakuan. Penurunan kadar air bahan menunjukkan bahwa air pada substrat digunakan pada proses pertumbuhan kapang. Perubahan kadar air kultur selama kultivasi disajikan pada Gambar 11.
Keterangan:
A1 : Perlakuan dengan pengadukan T1 : Perlakuan ketebalan 2 cm
A2: Perlakuan tanpa pengadukan T2 : Perlakuan ketebalan 4 cm Gambar 11. Perubahan kadar air kultur selama kultivasi
Kapang T. Viride menghasilkan selulase yang berfungsi untuk mengurai komponen serat pada substrat menjadi komponen yang lebih sederhana. Proses hidrolisis komponen selulosa substrat oleh enzim selulase ini membutuhkan air dalam jumlah yang besar (Pelczar, 1958). Meskipun
b.Perubahan Kadar Air (R.oryzae) a.Perubahan Kadar Air (T. viride)
35 menghasilkan air sebagai hasil samping dari respirasi, namun air yang dibutuhkan untuk mendegradasi serat lebih banyak apabila dibandingkan dengan air yang dihasilkan sebagai hasil samping respirasi tersebut. Hal ini mengakibatkan kadar air menurun selama kultivasi. Mekanisme hidrolisis selulosa secara lebih jelas disajikan pada Gambar 12.
Gambar 12. Mekanisme Hidrolisis Selulosa (http://wikipedia.org)
Selain aktivitas selulase, penurunan kadar air juga terjadi akibat perubahan panas katabolik pada permukaan substrat yang mengakibatkan evaporasi air dari dalam ke luar sistem. Penurunan kadar air merupakan salah satu faktor yang menyebabkan penurunan bobot substrat selama kultivasi, selain penguraian substrat oleh mikroba.
Adanya selulase memungkinkan degradasi polisakarida menjadi glukosa. Proses penguraian polisakarida menjadi glukosa diikuti oleh proses pembentukan asam piruvat melalui proses glikolisis. Asam piruvat kemudian teroksidasi menjadi satu molekul karbondioksida dan satu kelompok asetil. Kelompok asetil ini kemudian yang berikatan dengan koenzim A membentuk asetil CoA. Koenzim A ini merupakan senyawa gabungan hasil katabolisme lipid dan protein. Selanjutnya, Asetil CoA akan memasuki siklus asam sitrat. Siklus asam sitrat merupakan sumber biosintesis berbagai biomolekul (Campbell dan Farrell, 2006). Pada akhir siklus asam sitrat akan terbentuk asam oksaloasetat. Asam oksaloasetat ini kemudian akan kembali mengikat
36 asetil ko-A dan kembali menjalani siklus Krebs. Siklus asam sitrat kemudian akan diikuti oleh rantai transpor elektron. Mekanisme respirasi seluler ini secara lebih jelas dapat dilihat pada Gambar 13.
Rantai transpor elektron adalah tahapan terakhir dari reaksi respirasi aerob. Transpor elektron sering disebut juga sistem rantai respirasi atau sistem oksidasi terminal. Transpor elektron berlangsung pada krista (membran dalam) dalam mitokondria. Molekul yang berperan penting dalam reaksi ini adalah NADH dan FADH2, yang dihasilkan pada reaksi glikolisis, dekarboksilasi oksidatif, dan siklus Krebs.
Setiap oksidasi NADH menghasilkan kira-kira 3 ATP, dan kira-kira 2 ATP untuk setiap oksidasi FADH2. Jadi, dalam transpor elektron dihasilkan kira-kira 34 ATP. Ditambah dari hasil glikolisis dan siklus Krebs, maka secara keseluruhan reaksi respirasi seluler menghasilkan total 38 ATP dari satu molekul glukosa. Akan tetapi, karena dibutuhkan 2 ATP untuk melakukan transpor aktif, maka hasil bersih dari setiap respirasi seluler adalah 36 ATP. Pada akhir proses respirasi akan dihasilkan CO2 dan air sebagai hasil akhir (Campbell dan Farrel, 2006; Ningsih, 2010). Air yang terbentuk inilah yang terakumulasi pada substrat dan dapat mengakibatkan peningkatan kadar air pada substrat.
37 b. Rantai Transfer Elektron
Gambar 13. Mekanisme respirasi seluler (Ningsih, 2010)
Kadar air mengalami peningkatan pada kultivasi dengan menggunakan
Rhizopus oryzae, Tingginya kadar air pada kultivasi dengan menggunakan Rhizopus oryzae, selain terjadi akibat akumulasi air hasil mekanisme respirasi
seluler, juga terjadi akibat minimnya transfer panas pada substrat sehingga tingkat evaporasi cenderung rendah dan mengakibatkan air, baik yang terkandung di dalam substrat maupun air hasil metabolit, terakumulasi di dalam sistem dan meningkatkan kadar air bahan.
Rhizopus oryzae merupakan kapang penghasil protease yang berfungsi
untuk memecah protein. Metabolisme protein oleh Rhizopus oryzae menghasilkan asam amino. Selain metabolisme protein, kemampuan Rhizopus
oryzae dalam menghasilkan lipase juga memungkinkan terjadinya pemecahan
lemak menghasilkan asam lemak dan gliserol. Rhizopus oryzae juga memiliki kemampuan menghasilkan selulase, meski dalam jumlah yang sangat sedikit apabila dibandingkan dengan enzim yang dihasilkan oleh Trichoderma viride. Berbeda dengan proses hidrolisis selulosa, proses pemecahan protein dan lemak tidak membutuhkan air. Akibatnya, air terakumulasi pada substrat dan menyebabkan kenaikan kadar air.
38 3. Serat Kasar
Selama proses kultivasi, kandungan serat kasar tongkol jagung mengalami perubahan yaitu pada kultivasi dengan menggunakan Trichoderma
viride serat kasar mengalami peningkatan pada hari ke-9 untuk semua
perlakuan dan kemudian mengalami penurunan hingga hari terakhir kultivasi (Gambar 14 a). Adapun pada kultivasi dengan menggunakan Rhizopus oryzae (Gambar 14 b) dapat dilihat bahwa kadar serat kasar mengalami sedikit perubahan selama periode kultivasi. Pada hari ke-9 terjadi peningkatan kadar serat kasar, kemudian menurun pada hari ke-12 dan kembali meningkat pada hari ke-15.
Keterangan:
A1 : Perlakuan dengan pengadukan T1 : Perlakuan ketebalan 2 cm
A2: Perlakuan tanpa pengadukan T2 : Perlakuan ketebalan 4 cm Gambar 14. Perubahan kadar serat kasar kultur selama kultivasi
Kadar serat yang relatif konstan pada kultivasi dengan menggunakan
Rhizopus oryzae (M2) diduga disebabkan karena pada sistem ini kapang tidak
memiliki kemampuan untuk menghasilkan selulase dalam jumlah yang cukup untuk mendegradasi komponen serat substrat. Hal ini mengakibatkan tidak terjadinya perubahan kadar serat yang cukup signifikan selama periode kultivasi dengan menggunakan Rhizopus oryzae pada semua perlakuan. Hal ini didukung oleh hasil penelitian Ray dan Karnakar (2009) yang menyatakan a.Perubahan Serat Kasar (T. viride) b.Perubahan Serat Kasar (R.oryzae)
39 bahwa produksi endoglukanase pada Rhizopus oryzae kurang optimal pada sistem kultivasi substrat padat. Produksi enzim ini menghasilkan jumlah paling banyak pada sistem kultivasi cair (liquid state fermentation).
Peningkatan kadar serat kasar pada kultivasi dengan menggunakan
Trichoderma viride berkaitan dengan terjadinya peningkatan susut bobot.
Seperti telah dibahas di atas, peningkatan susut bobot salah satunya disebabkan oleh adanya pemanfaatan komponen non-serat oleh kapang, mengakibatkan perubahan komposisi substrat. Perubahan komposisi substrat yang menyebabkan perbedaan dalam perhitungaan serat kasar sehingga seolah-olah pada substrat terjadi kenaikan kadar serat kasar. Padahal, jumlah serat relatif tetap.
Pertumbuhan kapang ikut menyumbangkan serat kasar yang berasal dari miselium, sehingga semakin tinggi biomassa sel yang dihasilkan maka kandungan serat kasar pada substrat akan semakin tinggi. Kadar serat substrat yang terjadi dapat menjadi indikasi pertumbuhan kapang. Fardiaz (1988) menyatakan bahwa kapang merupakan organisme eukariotik yang tumbuh dengan cara perpanjangan hifa. Gandjar et al. (2006) menyatakan lebih jauh bahwasanya salah satu komponen penting dinding sel kapang adalah khitin dan kitosan.Kedua komponen tersebut terhitung sebagai serat kasar pada analisis proksimat. Dengan kata lain, pertumbuhan kapang akan berpengaruh pada peningkatan kadar serat kasar pada substrat.
Penurunan kadar serat yang terjadi pada selang periode kultivasi merupakan indikator kemampuan kapang dalam menghasilkan selulase. Enzim inilah yang digunakan oleh kapang dalam mendegradasi komponen selulosa yang terdapat pada substrat. Penurunan kadar serat yang cukup signifikan terjadi pada kultivasi hari ke-9 dengan menggunakan Trichoderma
viride. Sebelum hari ke-9 diduga kapang belum memanfaatkan serat untuk
pertumbuhan karena pada substrat masih terdapat nutrien dalam bentuk yang lebih sederhana. Setelah nutrien dalam bentuk-bentuk yang lebih sederhana tersebut habis, kapang mulai memecah serat dengan cara menghasilkan enzim ekstraseluler yang mengubah serat menjadi bentuk yang lebih sederhana, sehingga menyebabkan penurunan kadar serat kasar substrat.
40 4. Total Gula
Pada awal periode kultivasi dengan menggunakan Trichoderma viride, terlihat total gula menurun sampai dengan hari ke-9. Setelah hari ke-9 total gula pada substrat meningkat hingga akhir periode kultivasi. Perubahan kandungan total gula selama kultivasi disajikan pada Gambar 15.
Keterangan:
A1 : Perlakuan dengan pengadukan T1 : Perlakuan ketebalan 2 cm
A2: Perlakuan tanpa pengadukan T2 : Perlakuan ketebalan 4 cm Gambar 15. Perubahan kandungan total gula kultur selama kultivasi
Kecenderungan penurunan total gula pada awal proses kultivasi terkait dengan pemanfaatan gula pereduksi untuk pertumbuhan mikroba. Mikroba mengkonsumsi gula dari substrat untuk pertumbuhan dan aktivitas metaboliknya. Sampai pada tingkat tertentu, mikroba akan terus mengkonsumsi gula yang diperoleh dari hasil penguraian substrat. Saat pertumbuhan sel mikroba mencapai optimum, mikroba akan berhenti mengkonsumsi gula, sehingga gula hasil penguraian substrat akan terakumulasi dan menghasilkan nilai peningkatan total gula pada akhir proses kultivasi.
Akumulasi total gula juga terkait dengan penurunan kadar serat yang terjadi pada akhir periode kultivasi. Serat yang terdapat pada substrat didegradasi oleh enzim selulase yang dihasilkan oleh Trichoderma viride. Hasil degradasi serat oleh kapang inilah yang terakumulasi pada substrat dan
b.Perubahan Total Gula (R.oryzae) a.Perubahan Total Gula (T. viride)
41 mengakibatkan peningkatan total gula pada akhir periode kultivasi. Hal ini bersesuaian dengan apa yang dinyatakan oleh Hayashida dan Hosoda (1998) bahwa jumlah total gula yang terus meningkat dikarenakan kandungan gula dalam larutan relatif semakin banyak akibat adanya proses hidrolisis fraksi selulosa oleh selulase. Fraksi selulosa yang sebelumnya sukar larut dalam berbagai pelarut setelah mengalami hidrolisis oleh selulase menjadi komponen yang lebih sederhana dan mudah larut. Komponen yang lebih sederhana tersebut adalah selooligosakarida dan glukosa.
Trichoderma viride memiliki kemampuan untuk menghasilkan
selobiohidrolase yang berfungsi untuk menghidrolisis selulosa substrat. Enzim ini memiliki fungsi utama mendegradasi selulosa menjadi selobiosa.
Trichoderma viride, meskipun memiliki kelebihan berupa selulase yang
dihasilkan mengandung semua komponen yang dibutuhkan untuk proses hidrolisis seluruh kristal selulosa dengan kuantitas yang tinggi juga memiliki kekurangan yaitu aktivitas spesifik selulase yang rendah, kandungan ß-glukosidase yang rendah, dan ketidakmampuan untuk mendegradasi lignin (Mandels, 1982).
Kapang Trichoderma viride mampu menghasilkan endoglukanase dalam jumlah besar, namun sedikit menghasilkan β-glukosidase. Endoglukanase merupakan enzim yang menyerang bagian amorf serat kasar, sedangkan β-glukosidase adalah enzim yang mengubah selobiosa dan oligosakarida menjadi glukosa (Enari, 1983). Bagian amorf serat selulosa yang diserang oleh endoglukanase akan membuka jalan bagi selobiohidrolase, namun aktivitas endoglukanase ini akan terhambat apabila terjadi akumulasi selobiosa pada substrat (Hilakore, 2008). Hal ini menyebabkan akumulasi gula pada akhir periode kultivasi relatif kecil, meskipun pada grafik terlihat adanya peningkatan dan serat kasar substrat terdegradasi dalam jumlah yang cukup besar.
Hasil pengukuran total gula untuk kultivasi dengan menggunakan
Rhizopus oryzae menunjukkan hasil yang berbeda yaitu total gula terus
menurun selama periode kultivasi. Hal ini disebabkan karena Rhizopus oryzae tidak memiliki kemampuan untuk menghasilkan selulase dalam jumlah yang
42 cukup untuk dapat mendegradasi fraksi selulosa substrat sehingga untuk tetap tumbuh Rhizopus oryzae terus menerus menggunakan gula yang tersedia pada substrat dan mengakibatkan akumulasi total gula terus menurun hingga akhir periode kultivasi.
5. Gula Pereduksi
Selama proses kultivasi terjadi penurunan kadar gula pereduksi. Perubahan kandungan gula pereduksi ini dapat dilihat pada Gambar 16. Gula pereduksi terdiri dari gula-gula yang mengandung gugus aldehid atau keton bebas (Anonim, 2008). Jenis gula inilah yang dimanfaatkan kapang untuk tumbuh, sehingga penurunan gula pereduksi seperti yang terlihat pada Gambar 16 mengindikasikan bahwa mikroba memanfaatkan gula pereduksi yang tersedia pada substrat untuk tumbuh dan membentuk biomassa.
Keterangan:
A1 : Perlakuan dengan pengadukan T1 : Perlakuan ketebalan 2 cm
A2: Perlakuan tanpa pengadukan T2 : Perlakuan ketebalan 4 cm Gambar 16. Perubahan kandungan gula pereduksi selama kultivasi
Gambar 16 (a) dan 16 (b) menunjukkan satu kesamaan karakteristik yaitu kadar gula pereduksi substrat menurun sejak awal sampai dengan hari ke-9 kultivasi. Laju penurunan gula pereduksi setelah hari ke-9 relatif lebih kecil dibandingkan dengan laju penurunan kadar gula pereduksi sebelum hari ke-9. Dari hasil analisis kadar gula pereduksi ini diketahui bahwa gula-gula a.Perubahan Gula Pereduksi (T. viride) b. Perubahan Gula Pereduksi (R.oryzae)
43 sederhana yang terdapat dalam media, baik yang merupakan produk enzim ekstraseluler, maupun yang sudah terdapat pada substrat sejak awal proses kultivasi dimanfaatkan oleh kapang sebagai sumber karbon. Gula merupakan nutrien yang memegang peranan penting dalam pertumbuhan organisme. Reaksi reduksi dan oksidasi gula memegang peranan penting di dalam biokimia. Oksidasi gula akan menyediakan energi bagi organisme dalam melaksanakan proses hidupnya. Energi tertinggi dihasilkan dari karbohidrat apabila gula teroksidasi sempurna menjadi CO2 dan air dalam proses aerobik. Berdasarkan nilai total gula dan gula pereduksi dapat ditentukan perubahan derajat polimerisasi substrat selama periode kultivasi.
Derajat polimerisasi menyatakan jumlah unit monomer dalam suatu molekul. Derajat polimerisasi (DP) produk karbohidrat secara lengkap dapat dilihat pada Gambar 17.
Keterangan:
A1 : Perlakuan dengan pengadukan T1 : Perlakuan ketebalan 2 cm
A2: Perlakuan tanpa pengadukan T2 : Perlakuan ketebalan 4 cm Gambar 17. Perubahan derajat polimerisasi produk karbohidrat
Pada kultivasi dengan menggunakan T. viride terlihat DP mengalami penurunan yang sangat besar pada hari ke-6, terus menurun hingga hari ke-12 dan kemudian mengalami peningkatan. Adapun DP pada kultivasi dengan menggunakan R. oryzae terus menurun hingga akhir periode kultivasi.
a.Perubahan Derajat Polimerisasi (T. viride)
b.Perubahan Derajat Polimerisasi (R.oryzae)
44 Penurunan ini terus terjadi hingga pada akhir periode kultivasi dihasilkan gula dalam bentuk oligosakarida.
Oligosakarida yang terbentuk memperlihatkan terjadinya peningkatan nilai nutrisional tongkol jagung yang dikultivasi dengan menggunakan kedua jenis kapang sebagai bahan baku pakan ternak ruminansia. Oligosakarida, dalam bidang pakan ternak, pada tahun-tahun terakhir telah diketahui mampu menstimulasi pertumbuhan bakteri baik di dalam pencernaan hewan. Oligosakarida digunakan sebagai alternatif pengganti antibiotik dalam usaha peningkatan produksi ternak karena berfungsi sebagai senyawa prebiotik (Van Der Kamp et al., 2004).
Prebiotik didefinisikan sebagai komponen zat makan yang menyebabkan kesehatan pada inangnya dengan cara secara selektif menstimulasi pertumbuhan dan atau aktivitas satu atau beberapa bakteri menguntungkan di dalam saluran cerna (Roberfoird, 1997). Prebiotik berbasis oligosakarida merupakan salah satu tipe serat pakan yang terfermentasi di dalam saluran pencernaan hewan. Serat pakan ini membantu pertumbuhan populasi bakteri yang mampu mengakomodasi kondisi saluran cerna yang sehat dan dapat berfungsi dengan baik (Fahey et al., 2004). Pada beberapa penelitian juga disebutkan bahwa prebiotik mampu meningkatkan kecernaan nutrien dan mineral, dan dalam jangka waktu panjang, mampu mempengaruhi morfologi saluran cerna.
Pada Gambar 17 dapat dilihat bahwa proporsi penurunan DP pada kultivasi dengan T. viride lebih besar dibandingkan dengan R. oryzae, sehingga mengakibatkan gula sederhana dalam bentuk oligosakarida sudah mulai terbentuk pada hari ke-6 kultivasi untuk perlakuan ketebalan hamparan 2 cm dengan pengadukan dan pada hari ke-9 telah terlihat perombakan substrat menjadi oligosakarida untuk semua perlakuan. Pada kultivasi dengan menggunakan T. viride, jika tujuan yang ingin dicapai adalah pembentukan oligosakarida sebagai prebiotik, maka kultivasi seharusnya dihentikan pada hari ke-6 karena oligosakarida yang diinginkan sudah terbentuk, sehingga proses kultivasi yang dilakukan menjadi lebih efisien.
45 Kenaikan DP pada hari ke-15 kultivasi menggunakan T.viride berkaitan total gula yang terjadi pada akhir periode kultivasi (Gambar 17 a). Pada akhir periode kultivasi, saat gula-gula sederhana pada substrat mulai menipis
Trichoderma viride kembali memproduksi enzim ekstraseluler dalam jumlah
besar untuk mencerna serat sebagai sumber karbon pertumbuhannya. Pencernaan serat oleh kapang menjadi komponen sakarida yang lebih sederhana ini ditandai dengan peningkatan total gula. Peningkatan total gula menyebabkan peningkatan derajat polimerisasi substrat yang menandakan terjadinya akumulasi gula dalam bentuk yang lebih kompleks.
6. Protein Kasar
Parameter lain yang diamati selama kultivasi adalah perubahan kadar protein kasar. Kadar protein pada akhir kultivasi merupakan kombinasi dari protein yang terdapat di dalam substrat dan protein yang terkandung dalam biomassa kapang yang terbentuk. Perubahan kadar protein kasar kultur selama kultivasi secara lebih jelas dapat dilihat pada Gambar 18.
Keterangan:
A1 : Perlakuan dengan pengadukan T1 : Perlakuan ketebalan 2 cm
A2: Perlakuan tanpa pengadukan T2 : Perlakuan ketebalan 4 cm Gambar 18. Perubahan kadar protein kasar kultur selama kultivasi
46 Kadar protein seringkali digunakan sebagai indikator pertumbuhan biomassa kapang pada kultivas substrat padat. Raimbault dan Alazard (1980) dalam Mitchell (1990) menggunakan metode Lowry untuk mengetahui kandungan protein sebagai cara untuk mengukur tingkat pertumbuhan
Aspergillus niger pada ubi kayu. Nilai kadar protein tertinggi pada akhir
kultivasi dengan menggunakan Trichoderma viride didapatkan pada perlakuan ketebalan 2 cm dengan pengadukan yakni sebesar 3.48%. Kenaikan kadar protein pada Trichoderma viride juga terkait dengan penguraian serat oleh enzim ekstraseluler kapang yang menyebabkan kembali terjadinya perubahan komposisi pada substrat sehingga mengakibatkan seolah-olah pada akhir periode kultivasi terjadi peningkatan kadar protein kasar dalam jumlah yang signifikan.
Pada kenyataannya, kenaikan kadar protein kasar mungkin memang terjadi, namun jumlahnya relatif kurang signifikan. Peningkatan kadar protein salah satunya juga disebabkan oleh adanya kandungan protein pada biomassa sel kapang. Griffin (1981) menyatakan bahwa secara umum fungi mengandung sebanyak 14-44% protein pada biomassa selnya, tergantung spesiesnya. Di samping itu, Trichoderma viride tidak memiliki kemampuan untuk menghasilkan enzim protease yang mampu mendegradasi protein menjadi senyawa peptida sederhana, sehingga kadar protein kasar tidak mengalami penurunan pada kultivasi dengan menggunakan kapang ini.
Rhizopus oryzae merupakan kapang penghasil protease terbesar setelah R. oligosporus (Gandjar et al., 2006). Protease merupakan enzim yang
berfungsi untuk memecah protein. Enzim ini menyebabkan terjadinya proteolisis, yang merupakan katabolisme protein melalui hidrolisis ikatan polipeptida yang menghubungkan asam amino pada rantai polipeptida yang menyusun protein (Barrett et al., 2003).
Gambar 18 (b) menunjukkan nilai penurunan kadar protein R. oryzae dari hari ke-3 kultivasi dan terus menurun hingga hari ke-15 kultivasi. Pada hari ke-15 kadar protein tongkol jagung yang dikultivasi dengan menggunakan
Rhizopus oryzae memiliki nilai yang hampir sama yakni sebesar 2,28% untuk
47 perlakuan yang lain. Rendahnya kadar protein kasar pada kultivasi ini diduga disebabkan penguraian protein substrat oleh enzim protease yang dihasilkan oleh kapang.
Hasil degradasi protein oleh protease adalah amonia, kehadiran senyawa ini ditandai oleh adanya bau busuk yang tercium pada inkubator. Nilai kadar protein kasar pada perlakuan ketebalan 2 cm dengan pengadukan paling rendah dibandingkan dengan perlakuan lain. Tipisnya hamparan dan adanya perlakuan pengadukan pada perlakuan perlakuan ketebalan 2 cm dengan pengadukan mengakibatkan amonia terlepas dari sistem ke lingkungan.
Rendahnya kadar protein yang dihasilkan pada penelitian ini disebabkan karena kadar protein yang terkandung pada bahan rendah. Selain itu juga oleh tidak ada penambahan nitrogen anorganik pada substrat, sehingga satu-satunya sumber protein yang didapatkan oleh mikroba hanya berasal dari sumber protein organik yang terkandung di dalam substrat dan inokulum yang digunakan. Agar nilai kandungan protein ini dapat ditingkatkan perlu adanya penambahan sumber nitrogen anorganik yang oleh mikroba akan diubah menjadi protein organik dan dapat menyebabkan peningkatan kadar protein pada tongkol jagung yang dikultivasi.
7. Nilai pH
Nilai pH pada suatu kultur dapat berubah sebagai respon dari aktivitas metabolik akibat beberapa alasan. Salah satu penyebab paling utama adalah sekresi asam organik seperti asam asetat dan asam laktat, yang akan menyebabkan penurunan pH. Di lain pihak, asimilasi asam-asam organik yang terdapat pada beberapa media tertentu dapat menyebabkan kenaikan pH. Penggunaan sumber nitrogen oleh mikroba dapat menyebabkan perubahan pH (Cooney, 1981 diacu dalam Prior et al., 1992). Perubahan pH kultur selama kultivasi dapat dilihat pada Gambar 19.
Selama proses kultivasi dengan menggunakan kapang Trichoderma
viride, terjadi penurunan nilai pH dari nilai pH awal hingga relatif stabil pada
48 dari pH optimum yang dihasilkan oleh penelitian Griffin et al. (1974). Pada penelitian tersebut T. viride tumbuh secara optimum pada pH 5. Penurunan pH yang terjadi menunjukkan bahwa kapang menggunakan substrat tongkol jagung untuk memproduksi asam-asam organik.
Keterangan:
A1 : Perlakuan dengan pengadukan T1 : Perlakuan ketebalan 2 cm
A2: Perlakuan tanpa pengadukan T2 : Perlakuan ketebalan 4 cm Gambar 19. Perubahan pH kultur selama kultivasi
Menurut Wang et al. (1979) bila bahan-bahan organik digunakan untuk pertumbuhan mikroba, maka pH cenderung meningkat karena bahan-bahan tersebut terdeaminasi. Penurunan yang terjadi pada penelitian ini terjadi karena meskipun respon Trichoderma viride terhadap nitrogen berlangsung dengan baik dan nitrogen protein kasar dapat tercerna dengan baik, kenaikan pH yang terjadi tidak nampak. Diduga hal tersebut terjadi karena karena proporsi penurunan pH sebagai akibat terbentuknya asam organik lebih besar dibandingkan dengan kenaikan pH yang terjadi akibat proses deaminasi.
Gambar 19 (b) menunjukkan perubahan pH pada kultivasi dengan menggunakan Rhizopus oryzae. Pada kultivasi dengan kapang ini dapat dilihat bahwa pH mengalami peningkatan dan penurunan selama periode fermentasi hingga akhirnya stabil. Pada hari ke-9 terjadi peningkatan pH untuk semua perlakuan. Peningkatan ini menunjukkan bahwa kapang menghasilkan asam organik dalam jumlah yang cukup besar. Penurunan nilai pH yang terjadi a. Perubahan pH kultur (T. viride) b. Perubahan pH kultur (R. oryzae)
49 selanjutnya menunjukkan terjadinya hidrolisis protein oleh mikroba yang menyebabkan penurunan nilai pH substrat.
Nilai pH pada kultivasi dengan menggunakan kedua jenis kapang berkisar pada pH asam. Keasaman pada kedua sistem kultivasi ini juga diduga disebabkan oleh jenis asam amino yang terkandung di dalam sel masing-masing kapang. Protein dalam sel kapang, menurut Griffin (1981), dapat dibagi menjadi beberapa kelas, tergantung pada proporsi relatif antara asam amino yang bersifat asam dan asam amino yang bersifat basa. Kebanyakan protein fungi bersifat asam, dengan proporsi asam amino yang bersifat asam yang lebih besar dibandingkan dengan asam amino yang bersifat basa. Hal inilah yang diduga menjadi penyebab rendahnya nilai pH kedua sistem kultivasi.
E. HASIL PENGAMATAN MIKROSKOPIS
Dalam penelitian ini dilakukan pengamatan mikroskopis dengan menggunakan mikroskop cahaya dengan perbesaran 200x. Pengamatan ini dilakukan untuk mengetahui perubahan struktur tongkol jagung sebelum dan sesudah kultivasi. Hasil analisis mikroskopis tongkol jagung yang dikultivasi dengan T. viride dapat dilihat pada Gambar 20.
Pada hari ke-0 terlihat bahwa struktur kristal selulosa masih berupa stuktur yang kompleks dan rapat. Kultivasi dengan menggunakan T. viride mengakibatkan perubahan struktur serat substrat sehingga dapat diamati pada gambar tongkol jagung hari ke-15 terlihat terjadinya pelonggaran struktur substrat untuk semua kombinasi perlakuan dengan struktur serat paling longgar didapatkan pada perlakuan tebal hamparan 4 cm tanpa pengadukan.
Pada semua gambar hasil analisis mikroskopis dapat ditemukan bintik-bintik gelap yang merupakan spora kapang T. viride. Perubahan struktur selulosa dari struktur selulosa kompleks menjadi struktur yang lebih longgar terkait dengan dihasilkannya selulase oleh kapang ini.
Kapang Trichoderma viride mampu menghasilkan endoglukanase yang merupakan enzim yang menyerang bagian amorf serat kasar (Enari, 1983). Serat kasar tersebut kemudian akan diubah menjadi komponen yang lebih
sederhana yang selanjutnya akan digunaka pertumbuhan kapang.
Keterangan: 1). Hari ke-0
2). Hari ke-15 perlakuan tebal 2 3). Hari ke-15 perlakuan
4). Hari ke-15 perlakuan 5). Hari ke-15 perlakuan Gambar 20. Hasil
Hasil analisis
secara lebih jelas pada Gambar 21. dikultivasi dengan menggunakan
cenderung kompleks apabila dibandingkan dengan tongkol jagung yang dikultivasi dengan menggunakan
selulase dalam jumlah yang banyak sehingga proporsi penguraian kristal selulosa tidak sebanyak pen
dikultivasi dengan menggunakan dihasilkan oleh R. oyzae
selulase oleh R. oryzae
apabila dibandingkan dengan sistem kultivasi media cair.
sederhana yang selanjutnya akan digunakan sebagai sumber karbon untuk pertumbuhan kapang.
15 perlakuan tebal 2 cm dengan pengadukan 15 perlakuan tebal 2 cm tanpa pengadukan 15 perlakuan tebal 4 cm dengan pengadukan 15 perlakuan tebal 4 cm tanpa pengadukan
Hasil pengamatan mikroskopis kultivasi dengan
asil analisis mikroskopis kultivasi dengan R. oryzae
secara lebih jelas pada Gambar 21. Pada hari ke-15 tongkol jagung yang dikultivasi dengan menggunakan R. oryzae struktur kristal selulosanya masih cenderung kompleks apabila dibandingkan dengan tongkol jagung yang dikultivasi dengan menggunakan T. viride. R. oryzae tidak menghasilkan e dalam jumlah yang banyak sehingga proporsi penguraian kristal selulosa tidak sebanyak penguraian yang terjadi pada tongkol jagung yang dikultivasi dengan menggunakan T. viride. Rendahnya jumlah selulase yang R. oyzae di dalam penelitian ini disebabkan karena produksi R. oryzae pada sistem kultivasi media padat relatif lebih rendah apabila dibandingkan dengan selulase yang dihasilkan oleh
sistem kultivasi media cair. Hal ini didukung oleh penelitian Karnakar dan
50 n sebagai sumber karbon untuk
dengan T. viride
R. oryzae dapat diamati 15 tongkol jagung yang struktur kristal selulosanya masih cenderung kompleks apabila dibandingkan dengan tongkol jagung yang tidak menghasilkan e dalam jumlah yang banyak sehingga proporsi penguraian kristal pada tongkol jagung yang Rendahnya jumlah selulase yang ni disebabkan karena produksi pada sistem kultivasi media padat relatif lebih rendah selulase yang dihasilkan oleh R. oryzae pada Hal ini didukung oleh penelitian Karnakar dan
Ray (2009) yang menyatakan bahwa kapang tumbuh dan mensintesis enzim lebih baik pada sistem kultivasi media cair.
Keterangan: 1). Hari ke-0
2). Hari ke-15 perlakuan tebal 2 3). Hari ke-15 perlakuan
4). Hari ke-15 perlakuan 5). Hari ke-15 perlakuan Gambar 21. Hasil
F. KECERNAAN BAHAN
Metode in vitro
kecernaan bahan pakan dan hasil proses pencernaan dalam saluran pencernaan ternak. Metode ini merupakan proses metabolisme yang terjadi di luar tubuh ternak. Adapun prinsip dan kondisinya sama dengan proses
di dalam tubuh ternak yang melibatkan proses metabolisme dalam rumen dan abomasum (Hungate, 1966).
Kecernaan adalah perubahan fisik dan kimia yang dialami ransum dalam alat pencernaan.
menjadi butir-butir atau partikel kecil. Kecernaan bahan organik merupakan faktor penting yang menentukan kualitas ransum. Setiap jenis ternak Ray (2009) yang menyatakan bahwa kapang tumbuh dan mensintesis enzim lebih baik pada sistem kultivasi media cair.
15 perlakuan tebal 2 cm dengan pengadukan 15 perlakuan tebal 2 cm tanpa pengadukan 15 perlakuan tebal 4 cm dengan pengadukan 15 perlakuan tebal 4 cm tanpa pengadukan
Hasil pengamatan mikroskopis kultivasi dengan
KECERNAAN BAHAN IN VITRO
in vitro merupakan metode yang digunakan untuk mengetahui kecernaan bahan pakan dan hasil proses pencernaan dalam saluran pencernaan ternak. Metode ini merupakan proses metabolisme yang terjadi di luar tubuh
ternak. Adapun prinsip dan kondisinya sama dengan proses yang berlangsung
di dalam tubuh ternak yang melibatkan proses metabolisme dalam rumen dan abomasum (Hungate, 1966).
Kecernaan adalah perubahan fisik dan kimia yang dialami ransum
dalam alat pencernaan. Perubahan tersebut berupa penghalusan ransum
butir atau partikel kecil. Kecernaan bahan organik merupakan faktor penting yang menentukan kualitas ransum. Setiap jenis ternak
51 Ray (2009) yang menyatakan bahwa kapang tumbuh dan mensintesis enzim
dengan R. oryzae
merupakan metode yang digunakan untuk mengetahui kecernaan bahan pakan dan hasil proses pencernaan dalam saluran pencernaan ternak. Metode ini merupakan proses metabolisme yang terjadi di luar tubuh yang berlangsung di dalam tubuh ternak yang melibatkan proses metabolisme dalam rumen dan
Kecernaan adalah perubahan fisik dan kimia yang dialami ransum Perubahan tersebut berupa penghalusan ransum butir atau partikel kecil. Kecernaan bahan organik merupakan faktor penting yang menentukan kualitas ransum. Setiap jenis ternak
52 ruminansia memiliki mikroba rumen dengan kemampuan berbeda-beda dalam mendegradasi ransum, sehingga mengakibatkan perbedaan kecernaan dalam rumen (Sutardi, 1979). Kecernaan ransum didefinisikan sebagai bagian ransum yang tidak diekskresikan dalam feses sehingga diasumsikan bagian tersebut diserap oleh tubuh hewan dan dinyatakan dengan dasar bahan kering (Mc Donald et al., 2002). Data analisis in vitro disajikan pada Lampiran 4.
Kecernaan in vitro dipengaruhi oleh pencampuran ransum, cairan rumen, pH, pengaturan suhu fermentasi, lamanya waktu inkubasi, ukuran partikel, dan larutan penyangga (Selly, 1994), sedangkan faktor yang mempengaruhi degradasi ransum di dalam pencernaan ruminansia adalah struktur makanan, ruminasi, produk saliva, dan pH optimum (Kauffman et al., 1980). Di dalam penelitian ini analisis in vitro digunakan untuk mengetahui produksi amino (NH3), volatil fatty acid (VFA), dan persentase kecernaan bahan kering dan persentase kecernaan bahan organik.
1. NH3
Amonia merupakan sumber nitrogen utama bagi mikroba rumen karena amonia yang dibebaskan di dalam rumen sebagian besar dimanfaatkan oleh mikroba untuk sintesis protein mikroba. Seluruh protein yang berasal dari bahan makanan, pertama kali akan dihidrolisis oleh mikroba rumen. Adapun tingkat hirolisis protein tergantung dari daya larut yang berkaitan dengan kenaikan kadar amonia (Aurora, 1995). Pengukuran N-NH3 in vitro dapat digunakan untuk mengestimasi degradasi protein dan penggunaannya oleh mikroba.
Perubahan kadar N-NH3 selama periode kultivasi oleh kedua mikroba dapat dilihat pada Tabel 6. Konsentrasi amonia tongkol jagung tanpa perlakuan kultivasi adalah sebesar 3,81 mM. Kultivasi menyebabkan peningkatan konsentrasi amonia pada sistem pencernaan in vitro. Pada kultivasi dengan menggunakan Trichoderma viride, konsentrasi amonia tertinggi didapatkan pada ketebalan hamparan 2 cm dengan pengadukan dan ketebalan hamparan 2 cm tanpa pengadukan, dengan nilai konsentrasi amonia masing-masing sebesar 5,71 mM dan 5,73 mM.
53 Pada kultivasi dengan menggunakan Rhizopus oryzae, konsentrasi amonia tertinggi juga didapatkan dari perlakuan ketebalan hamparan 2 cm dengan pengadukan dan ketebalan hamparan 2 cm tanpa pengadukan, dengan nilai konsentrasi amonia masing-masing sebesar 5,44 mM dan 5,35 mM. Hasil pengujian in vitro terhadap konsentrasi amonia ini mengindikasikan bahwa perlakuan ketebalan hamparan memberi pengaruh yang signifikan terhadap peningkatan konsentrasi amonia in vitro oleh mikroba rumen, meskipun data sebelumnya memperlihatkan tidak adanya pengaruh yang nyata terhadap komposisi pakan.
Tabel 6. Rataan konsentrasi amonia (mM) pada hari ke-15 Perlakuan T. viride R. oryzae
H0 (sebelum kultivasi) 3,81 3,73 A1T1 5,71 5,44 A2T1 5,72 5,35 A1T2 5,11 4,87 A2T2 5,37 4,13 Keterangan:
A1 : Perlakuan dengan pengadukan T1 : Perlakuan ketebalan 2 cm
A2: Perlakuan tanpa pengadukan T2 : Perlakuan ketebalan 4 cm
Protein bahan makanan yang masuk ke dalam rumen pada awalnya akan mengalami proteolisis oleh protease menjadi peptida lalu dihidrolisa menjadi asama amino yang kemudian secara cepat dideaminasi menjadi amonia. Amonia akan digunakan oleh mikroba rumen dalam pembentukan protein mikroba. Umumnya proporsi protein yang didegradasi dalam rumen sekitar 70-80%, atau 30-40% untuk protein yang sulit dicerna (McDonald et
al., 2002).
Produksi amonia dipengaruhi oleh waktu setelah makan, umumnya produksi maksimal dicapai pada 2-4 jam setelah pemberian ransum tergantung kepada sumber protein yang digunakan serta mudah tidaknya protein tersebut didegradasi. Konsentrasi amonia yang optimum untuk menunjang sintesis protein mikroba dalam cairan rumen sangat bervariasi, berkisar antara 6-21 mM (McDonald et al., 2002).
54 Secara keseluruhan N-NH3 in vitro yang diukur dari produk akhir kultivasi mengalami peningkatan, namun nilai peningkatan tersebut masih berada di bawah konsentrasi optimum N-NH3 yang dibutuhkan oleh mikroba rumen untuk melakukan sintesis protein. Rendahnya konsentrasi N-NH3 ini diduga disebabkan oleh adanya kemungkinan kapang yang terdapat pada substrat mengkonsumsi protein substrat, sehingga jumlah protein yang didegradasi oleh mikroba rumen pada pengujian in vitro menjadi berkurang. Selain itu terdapat kemungkinan dimana protein yang dihasilkan pada produk akhir kultivasi merupakan protein yang sulit untuk didegradasi mengakibatkan konsentrasi N-NH3 yang dihasilkan dari analisis in vitro relatif rendah. Untuk meningkatkan nilai konsentrasi N-NH3 ini dapat dilakukan suplementasi sumber N anorganik ada ransum yang diberikan pada ternak ruminansia, misalnya urea.
Peningkatan konsentrasi N-NH3 juga dapat dicapai melalui adanya kontrol dan optimasi perlakuan pada kultivasi media padat yang lebih baik, sehingga dihasilkan produk kultivasi yang memiliki kandungan protein yang lebih tinggi. Usaha-usaha peningkatan jumlah N-NH3 melalui optimasi sistem kultivasi media padat ini lebih utama untuk diusahakan dibandingkan dengan penambahan suplementasi urea pada ransum. Hal ini disebabkan karena protein (true protein) hasil kultivasi yang terkandung dalam ransum lebih baik dalam memacu pertumbuhan mikroba dibandingkan dengan urea (Wallace et
al., 2001).
2. Volatile Fatty Acid (VFA)
Ransum yang diberikan kepada ternak ruminansia sebagian besar terdiri dari karbohidrat. Di dalam rumen, polisakarida dihidrolisis menjadi monosakarida oleh enzim-enzmin mikroba rumen, kemudian monosakarida tersebut, seperti glukosa, difermentasi menjadi VFA berupa asetat, propionat, dan butirat, serta gas-gas CH4 dan CO2. VFA yang terbentuk akan diserap melalui dinding rumen dan gas CH4 serta CO2 akan hilang melalui eruptasi (Mc Donald et al., 2002). Proses ini disebut glukoneogenesis yaitu diserapnya VFA ke dalam sistem peredaran darah yang kemudian VFA
55 diubah oleh hati menjadi gula darah. Gula darah inilah yang akan mensuplai sebagian besar kebutuhan energi bagi ternak ruminansia (Lehninger, 1982).
Tabel 7. Rataan konsentrasi VFA (mM) pada hari ke-15
Keterangan:
A1 : Perlakuan dengan pengadukan T1 : Perlakuan ketebalan 2 cm
A2: Perlakuan tanpa pengadukan T2 : Perlakuan ketebalan 4 cm
Nilai kandungan VFA paling tinggi dihasilkan pada kultivasi dengan menggunakan kapang Rhizopus oryzae dengan perlakuan A1T1 dan A1T2. Pada Tabel 7 dapat dilihat bahwa pada beberapa perlakuan, kandungan VFA produk kultivasi justru lebih rendah apabila dibandingkan dengan kandungan VFA produk yang belum dikultivasi. Penurunan kadar VFA ini kemungkinan disebabkan oleh adanya zat anti nutrisi yang terkandung di dalam substrat, mengakibatkan terjadinya pengikatan enzim pencerna serat yang dihasilkan oleh mikroba. Odenyo et al. (1999) menyatakan bahwa beberapa faktor antinutrisi seperti asam amino non-protein, glikosida, polyphenolics, alkaloid, dan saponin bersifat racun terhadap mikroba rumen.
Dalam penelitian ini, meskipun terjadi penurunan, jumlah VFA yang dihasilkan masih berada pada kisaran normal. Sutardi (1980) menyatakan bahwa kadar VFA yang optimum dalam rumen adalah sebesar 80-160 mM, dimana kisaran VFA produk kultivasi adalah sebesar 95,18-196,46 mM. Artinya, VFA produk hasil kultivasi secara umum dapat memenuhi kebutuhan VFA untuk sintesis protein mikroba pada rumen. Arora (1995) menjelaskan bahwa VFA dan amonia sangat diperlukan untuk sintesis protein pada pertumbuhan mikroba, karena sintesis protein dan asan amino sangat
Faktor Perlakuan T. viride R. oryzae
H0 (sebelum kultivasi) 166,13 188,81
A1T1 120,19 196,46
A2T1 178,64 148,84
A1T2 95,18 192,36
56 membutuhkan gugus karboksil dan amino. Kedua jenis gugus ini akan dapat dipenuhi dengan adanya VFA dan amonia.
3. Kecernaan Bahan Kering dan Kecernaan Bahan Organik
Kecernaan adalah bagian pakan yang tidak diekskresikan dalam feses, bagian yang dikonsumsi oleh tubuh ternak, kecernaan biasanya dinyatakan dalam persentase bahan kering (Cullison, 1978). Menurut Van Soest (1982) kecernaan pakan dipengaruhi oleh bagian total pakan yang dapat larut, lignifikasi serat dan komposisi bahan kimia pakan. Bahan pakan yang mengandung serat kasar tinggi akan menurunkan nilai kecernaan zat-zat makanan lainnya karena untuk mencerna serat kasar dibutuhkan banyak energi (Lubis, 1963).
Kecernaan merupakan parameter yang menunjang seberapa banyak bahan makanan yang dikonsumsi oleh ternak dapat diserap oleh tubuh, karena dalam suatu proses pencernaan selalu ada bagian pakan yang tidak dapat diserap oleh tubuh ternak dan dikeluarkan dalam bentuk feses. Konsumsi bahan kering dan bahan organik merupakan ukuran untuk mengetahui zat-zat makanan oleh ternak yang dideposit oleh tubuh.
Tabel 8 menyajikan rataan persentase kecernaan bahan kering produk kultivasi dengan kisaran persentase kecernaan bahan kering sebesar 41,74-44,91% (kultivasi menggunakan Trichoderma viride) dan 45,57-59,40 % (kultivasi menggunakan Rhizopus oryzae).
Tabel 8. Rataan kecernaan bahan kering pada akhir kultivasi (%) Faktor Perlakuan T. viride R.oryzae
H0 54,70 51,65 A1T1 43,15 48,28 A2T1 44,91 45,57 A1T2 41,74 59,40 A2T2 42,81 48,40 Keterangan:
A1 : Perlakuan dengan pengadukan T1 : Perlakuan ketebalan 2 cm
A2: Perlakuan tanpa pengadukan T2 : Perlakuan ketebalan 4 cm
57 Kecernaan bahan kering terbesar didapatkan pada kultivasi dengan menggunakan Rhizopus oryzae pada ketebalan hamparan 4 cm dengan pengadukan. Kecernaan bahan kering terkecil didapatkan pada kultivasi dengan menggunakan Trichoderma viride, pada perlakuan yang sama. Sebagai pembanding, jerami kedelai memiliki nilai kecernaan bahan kering sebesar 38,05% dan nilai kecernaan bahan organik sebesar 35,37% (Musofi dan Wardani, 1990). Sedangkan rumput gajah memiliki kecernaan bahan kering sebelum dan sesudah ensilase masing-masing sebesar 56,95% dan 38,06% serta kecernaan bahan organik sebelum dan sesudah ensilase sebesar 55,32% dan 38,82% (Syamsudin, 2008).
Bahan kering terdiri dari abu dan bahan organik lain seperti protein kasar, lemak kasar, dan karbohidrat. Bahan kering suatu makanan sebagian besar terdiri dari bahan organik. Semua bahan organik mampu menghasilkan energi. Tingkat kecernaan zat-zat dari suatu pakan menunjukkan kualitas dari pakan tersebut, dengan demikian degradabilitas bahan kering dan bahan organik dapat dijadikan sebagai salah satu indikator untuk menentukan kualitas pakan.
Nilai degradasi bahan kering dan bahan organik menunjukkan seberapa besar zat makanan dalam pakan dapat dimanfaatkan oleh mikroba rumen (Sutardi, 1977). Kecernaan bahan organik untuk semua kombinasi perlakuan pada hari ke-15 kultivasi disajikan pada Tabel 9.
Tabel 9. Rataan kecernaan bahan organik pada akhir kultivasi (%) Faktor Perlakuan T. viride R.oryzae
H0 53,40 51,68 A1T1 42,12 48,01 A2T1 40,34 41,06 A1T2 43,85 59,63 A2T2 42,88 46,87 Keterangan:
A1 : Perlakuan dengan pengadukan T1 : Perlakuan ketebalan 2 cm
A2: Perlakuan tanpa pengadukan T2 : Perlakuan ketebalan 4 cm
Kecernaan bahan organik terbesar didapatkan pada kultivasi dengan menggunakan Rhizopus oryzae dengan kombinasi perlakuan A1T2, sedangkan
58 kecernaan bahan kering terkecil didapatkan pada kultivasi dengan menggunakan Trichoderma viride, dengan kombinasi perlakuan ketebalan hamparan A2T1. Dari kedua tabel dapat dilihat bahwa kultivasi dengan menggunakan Rhizopus oryzae (perlakuan ketebalan hamparan 4 cm disertai pengadukan) menghasilkan persentase KCBK dan KCBO terbesar.
Dari kedua tabel di atas juga dapat dilihat bahwa terjadi penurunan KCBK dan KCBO pada hampir semua perlakuan dibandingkan dengan persentase KCBK dan KCBO pada hari ke-0 Bahan kering maupun bahan organik merupakan sumber nutrien bagi kapang dan penggunaannya sangat dipengaruhi oleh kemampuan metabolisme serta daya larut unsur nutrien tersebut. Kapang memanfaatkan nutrien yang tersedia di dalam medium untuk memenuhi kebutuhan perumbuhannya yaitu molekul-molekul sederhana yang larut sekitar hifa dapat langsung dimanfaatkan, sedangkan komponen yang lebih kompleks seperti protein, selulosa, pati, dan lain-lain harus didegradasi terlebih dahulu sebelum masuk ke dalam sel (Rahman, 1992).
Penurunan persentase kecernaan bahan kering dan bahan organik ini disebabkan karena selama proses kultivasi, bahan kering dan bahan organik substrat telah terlebih dahulu dirombak oleh enzim mikroba guna memenuhi kebutuhan energi bagi pertumbuhan kapang. Karenanya, pada saat produk kultivasi diukur daya cernanya, nilai kecernaan bahan kering dan bahan organik akan cenderung mengalami penurunan. Penurunan persentase bahan kering dan bahan organik juga kemungkinan disebabkan oleh adanya senyawa anti nutrisi yang terakumulasi pada substrat produk kulitivasi dan menyebabkan mikroba rumen tidak mampu menghasilkan enzim yang berfungsi untuk menguraikan kedua bahan tersebut.
Meskipun mengalami penurunan persentase bahan kering dan bahan organik, kultivasi substrat padat dengan menggunakan kedua jenis kapang ini masih layak untuk dilakukan. Dilihat dari parameter kultivasi yang telah dibahas sebelumnya, kultivasi menyebabkan perbaikan nilai nutrisi pada tongkol jagung, meskipun peningkatan nutrisional yang terjadi pada produk akhir kultivasi masih relatif sangat kecil. Pada akhir periode kultivasi pada semua perlakuan juga dihasilkan adanya oligosakarida yang bermanfaat
59 untuk sistem pencernaan ternak. Agar didapatkan kombinasi peningkatan nilai nutrisi yang lebih besar diperlukan adanya penelitian lanjutan dengan perlakuan-perlakuan yang mampu mengakomodasi kondisi proses yang lebih baik pada sistem kultivasi substrat padat. Selain itu diperlukan juga penelitian lanjutan mengenai waktu kultivasi optimum, sehingga dapat dihasilkan produk hidrolisis yang mengandung prebiotik, namun masih memiliki kandungan protein serta kecernaan yang tinggi.
Penambahan zat-zat suplementasi diharapkan mampu merangsang mikroba untuk melakukan metabolisme dan sintesis yang lebih baik. Selain itu dapat pula dicobakan kultivasi dengan menggunakan kapang lain, atau bakteri atau jenis kultur campuran kapang dan bakteri untuk melihat perbandingan peningkatan kecernaan dan nilai nutrisi pada produk akhir kultivasi.
Selulosa memiliki struktur molekul yang kuat dan berat molekul yang tinggi. Hal ini menyebabkan selulosa memiliki kelarutan yang rendah sehingga sulit diserap oleh mikroba selulotik melalui dinding selnya. Mikroba selulotik baru dapat memanfaatkan selulosa sebagai sumber karbon apabila selulosa telah dihidrolisis menjadi bentuk yang lebih sederhana dengan berat molekul yang lebih rendah. Mikroba akan memproduksi selulase untuk mengkatalisis hidrolisis selulosa. Selulase terus diproduksi oleh mikroba selama kebutuhannya akan sumber karbon terpenuhi. Mekanisme pemecahan molekul selulosa dihambat oleh tingginya derajat polimerisasi dan kristalisasi molekul selulosa serta kandungan lignin yang membungkus molekul selolsa. Hidrolisis selulosa sulit terjadi selama derajat polmerisasi, kristalinitas, dan kandungan lignin belum dikurangi. Pada kondisi demikian produktivitas mikroorganisme dalam menghasilkan selulase akan rendah (Irawadi, 1990). Berdasarkan teori tersebut, perlu juga dilakukan penelitian mengenai pengaruh proses delignifikasi sebelum kultivasi menggunakan mikroorganisme lain atau asam, karena pada kultivasi substrat padat yang dilakukan pada penelitian ini kandungan lignin substrat yang tinggi menjadi salah satu faktor pembatas peningkatan parameter kultivasi.
Kontrol yang lebih baik terhadap kondisi proses diharapkan akan berpengaruh terhadap peningkatan parameter kultivasi dan kecernaan. Selain
60 itu, perlu dilakukan penelitian lanjutan mengenai optimasi kultivasi substrat padat yang nantinya akan menghasilkan kombinasi perlakuan yang menghasilkan peningkatan nilai nutrisi tongkol jagung serta meningkatkan efisiensi proses kultivasi.
