KAJIAN TEKNOLOGI FERMENTASI LIMBAH IKAN SEBAGAI PUPUK ORGANIK
Indarti P. Lestari, Yudi Sastro, dan Ana F. C. Irawati Balai Pengkajian Teknologi Pertanian Jakarta
pujipujo @yahoo.com
ABSTRAK
Salah satu sumber pupuk organik yang potensial untuk dikembangkan adalah limbah ikan. Namun demikian, teknologi produksi limbah ikan menjadi pupuk organik belum tersedia. Penelitian ini bertujuan untuk mengetahui peran cara fermentasi, perlakuan pengkayaan, dan jumlah sumber karbon terhadap kualitas pupuk organik dari limbah ikan. Penelitian dilaksanakan di Laboratorium Terpadu, Balai Pengkajian Teknologi Pertanian Jakarta dimulai dari Maret hingga Juli 2011. Perlakuan yang diujikan meliputi cara fermentasi (aerob dan anaerob), perlakuan pengkayaan (tanpa, pengkayaan mikroba+metabolit, dan pengkayaan mineral). Percobaan diatur menggunakan Rancangan Acak Lengkap Faktorial dengan 5 ulangan. Peubah yang diamati adalah (1) karakteristik fisik meliputi warna, (2) karakteristik kimia meliputi pH, C, N, P, K, Ca, Mg, S, Zn, Fe, Mn, Cu, dan bau dan (3) karakteristik biologi (cemaran biologi).. Hasil penelitian menunjukkan bahwa cara fermentasi dan perlakuan pengkayaan tidak nyata berpengaruh terhadap karakteristik fisik, kimia, dan biologi hasil fermentasi limbah ikan. Sementara itu, jumlah sumber karbon berpengaruh terhadap karakteristik hasil fermentasi. Terdapat kecenderungan penurunan nilai pH, penurunan kandungan N-NH4, P2O5, K2O, Ca, Mg, Zn, dan Fe, dan C sejalan
peningkatan jumlah sumber karbon, namun terdapat peningkatan bau khas fermentasi sejalan peningkatan sumber karbon. Kata kunci: limbah ikan, fermentasi, karbon, pupuk organik, pengkayaan
PENDAHULUAN
Pemanfaatan ikan sebagai bahan pupuk organik sudah lama di lakukan. Hingga saat ini telah banyak beredar berbagai jenis pupuk organik berbahan baku ikan, baik sebagai pupuk padat atau pupuk cair (Davis et al., 2004). Pupuk padat berbahan baku ikan umumnya dibuat dalam bentuk tepung, granular, atau pelet, sedangkan dalam bentuk cair berupa emulsi konsentrasi tinggi (Davis et al., 2004). Pupuk berbahan baku ikan kaya akan unsur makro dan mikro. Pupuk tersebut dilaporkan nyata meningkatkan pertumbuhan beberapa jenis sayuran dengan tingkat penambahan hasil mencapai 60% dari perlakuan kontrol (Glogoza, 2007).
Selain sebagai sumber hara, pupuk berbahan baku ikan dilaporkan nyata menurunkan serangan patogen Macrophomina phaseolina, Rhizoctonia solani and Fusarium spp., pada okra dan kacang panjang (Abasi et al., 2003; Irshad et al., 2006) serta dapat menginduksi Actynomicetes spp. dan Rhizobacteria spp yang berperan dalam menghasilkan hormon tumbuh disekitar perakaran tanaman (El-Tarabily et al., 2003). Namun demikian, pupuk ikan yang telah dikembangkan saat ini umumnya berasal dari ikan berkualitas baik sehingga bersaing dengan kebutuhan pangan masyarakat. Di sisi yang lain, limbah ikan tersedia dalam jumlah yang cukup besar dan belum termanfaatkan. Limbah tersebut umumnya terkumpul di tempat-tempat penampungan ikan serta pasar-pasar tradisional. Komposisi limbah tersebut umumnya berupa ikan yang telah rusak, isi perut, sirip, kepala, dan sisik. Apabila dimanfaatkan, maka limbah ikan tersebut berpotensi untuk dijadikan pupuk ikan yang berkualitas baik setara dengan pupuk ikan yang telah ada di pasaran.
Guna mendukung pemanfaatan limbah ikan tersebut, maka penelitian yang terkait dengan pemanfaatannya sebagai bahan pupuk masih sangat diperlukan. Penelitian ini bertujuan untuk mengetahui peran cara fermentasi, perlakuan pengkayaan, dan jumlah sumber karbon terhadap kualitas pupuk organik hasil fermentasi limbah ikan.
BAHAN DAN METODA Tempat dan Waktu
Penelitian dilakukan di Laboratorium Terpadu Balai Pengkajian Teknologi Pertanian Jakarta. Pelaksanaan penelitian dimulai dari bulan Maret hingga Juli 2011. Sementara itu, analisis bahan dan pupuk hasil pengujian fermentasi dilakukan di Laboratorium Balai Penelitian Tanah, Bogor.
Alat dan Bahan
Alat-alat yang digunakan meliputi fermentor; timbangan digital merk CHQ DJ3001F; beaker glass; dan erlenmeyer. Bahan yang digunakan meliputi syrup Marjan Merah; limbah padat ikan terdiri atas isi perut 60% (b/b), kepala 20% (b/b), ikan rusak 10% (b/b), dan sirip 10% (b/b); Inokulum Lactobacillus spp. dengan kerapatan 2 x 10 8 sel.ml-1; Inokulum Aspergillus niger sp.; dan batuan fosfat Ciamis lolos saring 100 mess.
Metode Analisis
Percobaan diatur menggunakan Rancangan Acak Lengkap (RAL) faktorial 2x2x4 dengan lima ulangan. Perlakuan yang diujikan meliputi metode fermentasi (F), pengkayaan (R) dan tingkat penambahan karbon (X). Jumlah total perlakuan adalah sebanyak 16 kombinasi perlakuan. Rincian masing-masing perlakuan adalah sebagai berikut :
1) Teknologi fermentasi, meliputi fermentasi aerob (P1), dan fermentasi anaerob (P2).
2) Perlakuan pengkayaan, meliputi tanpa pengkayaan (R0) pengkayaan menggunakan mikroba dan metabolitnya (R1), pengkayaan menggunakan bahan mineral batuan fosfat (R2), serta
3) Perlakuan jumlah karbon 0 % (X1), 10% (X2), 30% (X3), dan 50% (X4).
Peubah yang diamati adalah pH; kandungan C, N, P, K, Ca, Mg, S, Zn, Fe, Mn, dan Cu; warna, bau, dan cemaran biologi. Perbedaan antar perlakuan pada peubah pengamatan kandungan hara dan pH hasil fermentasi dianalisis menggunakan Analisis Varian dan dilanjutkan dengan uji Jarak Berganda Duncan (DMRT) pada taraf 5%. Sementara itu, peubah warna, bau, dan cemaran biologi disajikan dalam bentuk nilai kualitatif.
HASIL DAN PEMBAHASAN
Berdasarkan hasil analisis varian, tidak terdapat interaksi yang nyata di antara tiga perlakuan yang diujikan. Oleh sebab itu, pembahasan hasil penelitian lebih diarahkan pada kombinasi perlakuan yang menonjol pengaruhnya terhadap peubah pengamatan (Tabel 1). Pembahasan tersebut lebih diarahkan pada kecenderungan-kecenderungan masing-masing perlakuan sehingga lebih sederhana untuk difahami.
Nilai pH pada sistem fermentasi aerob dan anaerob menurun seiring bertambahnya jumlah karbon, sedangkan C-Organik pada fermentasi aerob dan anaerob meningkat dengan peningkatan sumber karbon di atas 10%. Sementara itu, N-organik pada kedua sistem fermentasi tersebut tidak memiliki kecenderungan tertentu sejalan dengan peningkatan sumber karbon. Jumlah N-NH4 pada
fermentasi aerob dan anaerob cenderung berkurang sejalan peningkatan jumlah sumber karbon, sedangkan N-NO3 pada fermentasi eaerob secara umum tidak terdeteksi.
Pada fermentasi anaerob jumlah N-NO3 terdeteksi namun dalam jumlah yang sangat kecil.
Namun demikian, jumlah N-Total pada sistem fermentasi aerob dan anaerob meningkat hingga karbon 10%, selanjutnya cenderung menurun sejalan peningkatan jumlah sumber karbon. Sementara itu, jumlah P2O5, K2O, Ca, Mg, Zn, dan Fe pada sistem fermentasi aerob maupun anaerob cenderung
Tabel 1. Pengaruh metode fermentasi dan jumlah sumber karbon terhadap karakteristik kimia pupuk limbah ikan.
Parameter : AnC Perlakuan
0 AnC10 AnC30 AnC50 AC0 AC10 AC30 AC50
pH 6.4 b 4.5 a 4.0 a 4.0 a 6.4 b 4.1 a 4.1 a 4.2 a C-organik (%) 8.03 a 7.4 a 14.5 b 22.9 c 9.32 a 8.87 a 10.9 b 22.6 c N-Organik (%) 0.01 a 0.24 b 0.24 b 0.17 b 0.20 b 0.41 c 0.45 c 0.38 c N-NH4 (%) 0.45 b 0.35 b 0.15 a 0.11 a 0.22 a 0.14 a 0.05 a 0.08 a N-NO3 (%) 0.12 b 0.04 a 0.09 a 0.09 a 0.01 a 0.01 a 0.01 a 0.01 a N-Total (%) 0.58 a 0.63 a 0.48 a 0.36 a 0.43 0.56 a 0.54 a 0.46 a P2O5 (%) 0.19 b 0.21 b 0.14 a 0.09 a 0.20 b 0.18 b 0.16 b 0.10 a K2O (%) 0.09 b 0.09 b 0.06 b 0.04 a 0.10 b 0.04 a 0.08 b 0.04 a Ca (ppm) 0.07 b 0.07 b 0.05 b 0.03 a 0.07 b 0.07 b 0.06 b 0.03 a Mg (ppm) 0.03 a 0.03 a 0.02 a 0.02 a 0.03 a 0.03 a 0.03 a 0.01 a S (ppm) 0.01 a 0.04 a 0.03 a 0.01 a 0.04 a 0.04 a 0.03 a 0.01 a Zn (ppm) 0.01 a 0.04 a 0.03 a 0.01 a 0.04 a 0.04 a 0.03 a 0.01 a Fe 199 b 356 c 161 b 79 a 177 b 152 b 111 a 78 a Mn (ppm) 79 c 62 c 30 b 19 b 91 c 66 c 3.4 a 20 b Cu (ppm) 0.4 ttd ttd 0.5 2.4 1.6 2.1 0.9
Keterangan : An= anaerobik; A= aerobik; C 0%= tanpa sumber karbon; C 10%= sumber karbon 10% (v/v); C 30%= sumber karbon 30% (v/v); C 50%= sumber karbon 50% (v/v), ttd= tidak terdeteksi
Penurunan nilai pH pada proses fermentasi sejalan dengan peningkatan jumlah karbon disebabkan oleh peningkatan aktivitas produksi asam-asam organik sebagai metabolit primer ataupun sekunder mikroba yang terlibat dalam fermentasi. Beberapa peneliti, diantaranya Ali et al. (2002), Prado et al. (2005), Sastro et al. (2006), Karthikeyan dan Sivakumar (2010), dan Bensmira dan Jiang (2011) melaporkan bahwa terdapat peningkatan produksi asam organik, diantaranya asam sitrat, laktat, dan malat dalam fermentasi yang disertai sumber karbon.
Sementara itu, penurunan kandungan unsur hara N, P, K, Ca, Mg, Zn, dan Fe sejalan dengan peningkatan sumber karbon diduga disebabkan oleh aktivitas mikroba pendekomposisi yang terlibat dalam sistem fermentasi. Peningkatan aktivitas mikroba yang terlibat dalam sistem fermentasi akan meningkatkan kebutuhan nutrien, sebagaimana dilaporkan oleh Oliver et al. (1997), Rees dan Stewart (1997), Nabais et al. (1998) dan Anastassiadis (2007) . Sementara itu, penurunan jumlah unsur N, disamping factor penggunaan oleh mikroba, juga disebabkan adanya perubahan bentuk unsur ke dalam fraksi gas sehingga keluar dari dalam system fermentasi.
Metode fermentasi tidak berpengaruh terhadap karakteristik warna, bau, dan cemaran berupa ulat atau belatung. Demikian juga dengan perlakuan pengkayaan. Peubah fisik dan biologi pupuk hasil fermentasi sangat dipengaruhi oleh jumlah penambahan sumber karbon. Pada perlakuan tanpa sumber karbon dan penambahan sumber karbon 10% hasil fermentasi berbau busuk dan terdapat cemaran ulat. Pada penambahan sumber karbon 30 dan 50% hasil fermentasi berbau khas fermentasi, berwarna coklat tua dan tidak terdapat cemaran ulat. Terdapat peningkatan bau khas fermentasi sejalan peningkatan sumber karbon (Tabel 2).
Peran sumber karbon, terkait dengan bau khas fermentasi serta tidak munculnya cemaran biologi (ulat) disebabkan oleh cukupnya jumlah karbon sederhana dalam memenuhi kebutukan inokulum mikroba, khususnya Lactobacillus spp. untuk berkembang biak dengan cepat. Perkembangan cepat tersebut akan berpengaruh terhadap akuisisi karbon, pelepasan metabolit primer dan sekunder sehingga akan menekan pertumbuhan mikroba lain yang berperan dalam dekomposisi. Pelepasan metabolit primer berupa alkohol akan berpengaruh terhadap kekuatan bau hasil fermentasi (khas fermentasi). Sementara itu, pelepasan asam organik akan menyebabkan substrat mengalami penurunan pH dengan cepat sehingga menghalangi pertumbuhan dan perkembangan cemaran biologis di dalam substrat.
Tabel 2. Pengaruh fermentasi, pengkayaan, dan jumlah sumber karbon terhadap karakteristik fisik dan biologi pupuk limbah ikan.
Sistem Pengkayaan Gula (%) Bau Warna Ulat
Anaerobik Tanpa 0 bau coklat ada
Anaerobik Tanpa 10 bau coklat ada
Anaerobik Tanpa 30 Khas fermentasi (++) coklat tua tidak ada
Anaerobik Tanpa 50 Khas fermentasi (+++) coklat tua tidak ada
Anaerobik Mikroba+Metabolit 0 bau coklat ada
Anaerobik Mikroba+Metabolit 10 bau coklat ada
Anaerobik Mikroba+Metabolit 30 Khas fermentasi (++) coklat tua tidak ada
Anaerobik Mikroba+Metabolit 50 Khas fermentasi (+++) coklat tua tidak ada
Anaerobik Mineral 0 bau coklat ada
Anaerobik Mineral 10 bau coklat ada
Anaerobik Mineral 30 Khas fermentasi (++) coklat tua tidak ada
Anaerobik Mineral 50 Khas fermentasi (+++) coklat tua tidak ada
Aerobik Tanpa 0 bau coklat ada
Aerobik Tanpa 10 Agak bau coklat tidak ada
Aerobik Tanpa 30 Khas fermentasi (+) coklat tua tidak ada
Aerobik Tanpa 50 Khas fermentasi (++) coklat tua tidak ada
Aerobik Mikroba+Metabolit 0 bau coklat ada
Aerobik Mikroba+Metabolit 10 Agak bau coklat tidak ada
Aerobik Mikroba+Metabolit 30 Khas fermentasi (+) coklat tua tidak ada
Aerobik Mikroba+Metabolit 50 Khas fermentasi (++) coklat tua tidak ada
Aerobik Mineral 0 bau coklat ada
Aerobik Mineral 10 Agak bau coklat tidak ada
Aerobik Mineral 30 Khas fermentasi (+) coklat tua tidak ada
Aerobik Mineral 50 Khas fermentasi (++) coklat tua tidak ada
Keterangan. +++ (sangat kuat), ++ (kuat), + (lemah).
KESIMPULAN DAN SARAN
1. Cara fermentasi dan perlakuan pengkayaan tidak berpengaruh nyata terhadap kualitas pupuk organik berbahan baku limbah ikan.
2. Kualitas pupuk organik tersebut nyata dipengaruhi oleh jumlah sumber karbon. Jumlah karbon ideal untuk digunakan dalam proses fermentasi limbah ikan menjadi pupuk organik adalah 30% (v/v).
3. Pupuk hasil fermentasi limbah ikan tersebut di atas memiliki karakteristik kimia yang hampir sama dengan pupuk sejenis yang ada di pasaran.
4. Perlu pengujian lebih mendalam, khususnya terkait dengan respon tanaman terhadap pupuk organik tersebut.
DAFTAR PUSTAKA
Abbasi, P. A., D. A. Cuppels, and G. Lazarovits. 2003. Effect of foliar applications of neem oil and fish emulsion on bacterial spot and yield of tomatoes and peppers. Canadian J. of Plant Pathology 25: 41–48.
Ali, S., Ikram-ul-Haq, M.A. Qadeer and J. Iqbal, 2002. Production of citric acid by Aspergillus niger using cane molasses in a stirred fermentor. Elect. J. Biotechnol 5: 114-125.
Anastassiadis, S. 2007. L-Lysine Fermentation. Recent Patents on Biotechnology 1:11-24.
Bonsmira, M. and B. Jiang. 2011. Organic acids formation during the production of a novel peanut-milk kefir beverage. British Journal of Dairy Science 2 (1):18-22.
Davis, J. G., M. A. P. Brown, C. Evans, and J. Mansfield. 2004. The Integration of Foliar Applied Seaweed And Fish Products Into The Fertility Management of Organically Grown Sweet Pepper. Organic Farming Research Foundation Project Report. North Carolina State University.
El-Tarabily, K. A., A. H. Nassar, E.S. Giles, J. Hardy, and K. Sivasithamparam. 2004. Fish emulsion as a food base for rhizobacteria promoting growth of radish (Raphanus sativus L. var. sativus) in a sandy soil. Plant and Soil 252 (2):397-411.
Glogoza, P. 2007. Effect of foliar applied compost tea and fish emulsion on organically grown soybean. U of MN extension service. Januari 2007.
Irshad, L., S. Dawar, And M. J. Zaki. 2006. Effect of different dosages of nursery fertilizers in the control of root rot of okra and mung bean. Pakistan Journal of Botany 38 (1): 217-223.
Karthikeyan A, Sivakumar N. Citric acid production by Koji fermentation using banana peel as a novel substrate. Bioresource Technology, 2010;101(14):5552-5556.
Nabais, R. C., I. Sa’Correia, C. A. Viegas, and J. M. Novais. 1998. Influence of calcium ion on ethanol tolerance of Saccharomyces bayanus and alcoholic fermentation by Yeasts. Applied and Environmental Microbiology 54:2439-2446.
Oliver, A. L., F. A. Roddick, and B. N. Anderson. 1997. Cleaner production of phenylacetylcarbinol by yeast through productivity improvements and waste minimization. Pure and Appl. Chem. 69:2371-2385.
Prado, F. C., L. P. S. Vandenberghe, A. L. Woiciechowski, J. A. Rodrigues-Leon, and C. R. Soccol. 2005. Citric acid production by solid state fermentation on a semi-piloy scale using different percentage treated cassava bagasse. Brazilian Journal of Chemical Enginering 22 (4):547-555. Rees, E. M. R., and G. G. Stewart. 1997. The effects of increased magnesium and calcium
concentrations on yeast fermentation performance in high gravity worts. J. Int. Brew 103:287-291.
Sastro Y., D. Widianto, dan J. Shiediq. Sekresi Asam-Asam Organik Oleh aspergillus niger YD 17 yang Ditumbuhkan Dengan Batuan Fosfat. Jurnal Biota XI (3):1
