II. TINJAUAN PUSTAKA
A. BAKTERI Pseudomonas sp
Kelompok Pseudomonads merupakan kelompok kemoorganotrofik aerob, mempunyai kemampuan denitrifikasi, berupa gram negatif, bersel tunggal, berbentuk lurus atau bengkok, berukuran 0.5-1.0 µm x 1.5- 4.0 µm, dengan flagella polar, tunggal atau majemuk dan tidak menghasilkan spora. Bakteri-bakteri Pseudomonads hanya membutuhkan nutrien yang sederhana untuk pertumbuhannya serta hidup pada kisaran pH netral dan suhu mesofilik. Namun beberapa bakteri kelompok ini dapat pula dijumpai bertahan hidup pada kondisi suhu, pH serta faktor-faktor fisik dan kimia yang ekstrim (Fardiaz, 1988).
Perakaran tanaman banyak dikolonisasi oleh bakteri-bakteri yang bermanfaat seperti Bacillus sp, Agrobacterium radiobacter dan Pseudomonas sp. Berdasarkan kemampuanya dalam berfluoresensi, bakteri pseudomonas dikelompokan menjadi dua yaitu bakteri Pseudomonas fluoresense dan non
fluoresense. Akhir-akhir ini bakteri yang banyak mendapat perhatian untuk
pengendalian penyakit tanaman adalah bakteri pengkolonisasi akar (rhizobakteri) diantaranyaadalah P. fluoresense dan P. putida. Beberapa sifat yang dimiliki bakteri tersebut antara lain: (a) kemampuan mendominasi dalam pemanfaatan eksudat yang dikeluarkan akar (b) cepat berkembang biak dan (c) kemampuan untuk mengkolonisasi perakaran.
B. KARAKTERISTIK Pseudomonas putida
Bakteri P. putida termasuk ke dalam genus Pseudomonas yang berbentuk lengkung, batang atau ramping, berukuran (0.5-1) x (1.5-5.0) µm dan bergerak dengan satu atau beberapa flagellum polar, respirasi dengan oksigen, tumbuh pada kondisi dengan kelembaban tinggi dan kaya bahan
menyediakan unsur nutrisi seperti C, N dan Fe. Bakteri ini lebih efektif pada kondisi tanah netral dan basah (Soesanto, 2008).
Selain itu, P. putida merupakan bakteri gram negatif yang tumbuh optimal pada suhu ruang dan bersifat aerob (Mzoughi et al., 2004). Bakteri
P. putida adalah bakteri saprofit yang dapat ditemukan di air dan di tanah.
Bakteri ini memegang peranan penting pada proses dekomposisi, biodegradasi siklus karbon dan nitrogen. Penggunaan P. putida lebih aman karena tidak bersifat patogen pada manusia dan tanaman serta tidak berbahaya seperti Pseudomonas aeroginousa yang bersifat patogen pada manusia (Budihartono et al., 2009). Berikut ini disajikan klasifikasi ilmiah dari Pseudomonas putida (Tabel 1).
Tabel 1. Klasifikasi ilmiah Pseudomonas putida Klasifikasi ilmiah
Kingdom Bakteri Filum Proteobacteria
Kelas Gamma Proteobacteria
Ordo Pseudomonadales Famili Pseudomonadaceae Genus Pseudomonas
Spesies Pseudomonas putida
(Cornelis, 2008)
C. MEKANISME KERJA BAKTERI ENDOFIT (Pseudomonas putida)
Bakteri Pseudomonas sp. mampu menghasilkan bermacam-macam
metabolit sekunder seperti antibiotik, HCN dan kompetisi pemanfaatan Fe (III) melalui produksi siderofor yang dapat menekan pertumbuhan patogen secara alami. P. putida juga menghasilkan asam-asam organik seperti asam
oksalat (Premono, 1994) yang dapat mengikat unsur P sehingga dapat
meningkatkan serapan fosfat oleh tanaman. Di samping itu bakteri ini juga menghasilkan antibiotik seperti phenazines, pyrolnitrin, pyocyanin dan
phloroglucionol danenzim ekstraselluler serta asam pseudomonat (Soesanto, 2008).
Enzim ekstraselluler yang dihasilkan bakteri endofit diantaranya adalah kitinase, protease, dan selulase. Enzim kitinase merupakan enzim penting yang dihasilkan bakteri antagonis untuk mengendalikan patogentular tanah, karena enzim ini dapat mendegradasi dinding sel patogen yang terdiri dari kitin seperti dinding sel cendawan, nematoda dan serangga. Enzim protease yang dihasilkan oleh bakteri endofit selain berperan dalam mendegradasi dinding sel patogen, protease dapat digunakan oleh bakteri tersebut untuk melakukan penetrasi secara aktif ke dalam jaringan tanaman. Benhamou et
al. (1996) melaporkan enzim selulase dan pektinase yang dihasilkan Pseudomonas fluorescens dapat digunakan oleh bakteri tersebut untuk
mengkolonisasi daerah interselluler jaringan korteks akar, sehingga terjadi penghambatan invasi patogen.
Di samping itu bakteri ini juga dapat menekan perkembangan penyakit tanaman dengan persaingan ruang dan nutrisi (unsur karbon), merangsang pertumbuhan tanaman dan menginduksi ketahanan tanaman. Satu agens biokontrol kemungkinan memiliki lebih dari satu mekanisme (Supramana et
varietas, kematangan tebu, kondisi iklim dan tanah dan kondisi proses di dalam pabrik gula (Paturau, 1982). Molases kaya akan kandungan mineral yang terdiri atas karbonat, kalium, besi, fosfor, kalsium dan vitamin (Tabel 2 dan 3). Kisaran pH tetes tebu adalah 5.2-6.5 dan kekentalannya 82-84°Brix.
Tabel 2. Komposisi kimiawi tetes tebu (molases)
Unsur Kisaran (%) Rata-Rata (%)
Air 17-25 20
Sukrosa 30-40 35
Dekstrosa (glukosa) 4-9 7
Laevulosa (fruktosa) 5-12 9
Bahan pereduksi lain 1-5 3
Karbohidrat lain 2-5 4 Abu 7-15 12 Unsur nitrogen 2-6 4.5 Unsur bukan nitrogen 2-8 5 Lilin, sterol, fosfolipid 0.1-1 0.4 Kalsium - 0.66 Fosfor - 0.4 Sumber : Paturau (1982)
Molases digunakan secara luas sebagai sumber karbon untuk denitrifikasi, fermentasi anaerobik, pengolahan limbah aerobik, dan juga diaplikasikan pada budidaya perairan (Kargi et al., 1980; Burford et al., 2003; Jimenez et
Tabel 3. Kandungan vitamin molasses Unsur Kandungan (mg/kg molases) Biotin 1.2-3.2 Asam folat 0.04 Inositol 6.0 Ca-pantotenat 54-64 Piridoksin 2.6-5.0 Riboflavin 2.5 Thiamin 1.8 Asam nikotinat 30-800 Cholin 600-800 Sumber : Paturau (1982) E. UREA
Urea (H2NCONH2) merupakan salah satu sumber nitrogen yang berguna
sebagai makanan suplemen dalam pertumbuhan mikroorganisme. Substansi kristalnya memiliki titik leleh pada suhu 132.7°C (27.1°F). Urea terbentuk dari anhydrous ammonia (NH3) memiliki kadar nitrogen sebesar 46%, karbon
20%, hidrogen 6.71% dan oksigen 26.64 % dengan berat molekul 60.06 gram/mol. Urea dalam bentuk prills memiliki kandungan nitrogen sebesar 32 %. Urea ketika dilarutkan dalam air dan mengalami pemanasan pada suhu tinggi akan berubah menjadi ammonium bikarbonat dan melepaskan basa dengan reaksi sebagai berikut,
(NH2)2CO + 3H2O (NH4)2HCO3 + OH-
dan Whitaker (1984), ketika gas ammonia dibebaskan kemudian dimanfaatkan sebagai sumber nitrogen alternatif oleh mikroorganisme.
Stanburry dan Whitaker (1984) menambahkan bahwa urea merupakan sumber nitrogen yang sesuai untuk pertumbuhan mikroorganisme karena kemampuanya untuk mempertahankan pH. Namun urea ini mempunyai sifat yang tidak stabil selama proses sterilisasi, oleh karena itu penggunaanya dibatasi.
Selain sumber karbon dan nitrogen, mikroorganisme juga memerlukan mineral untuk pertumbuhan dan pembentukan produk metabolit. Kebutuhan mineral bervariasi tergantung pada jenis mikroorganisme yang ditumbuhkan. Menurut Dulmage & Rhodes (1971), garam-garam organik yang dibutuhkan untuk pertumbuhan mikroorganisme meliputi K, Mg, P, S dan yang diperlukan dalam jumlah sedikit seperti Ca, Zn, Fe, Co, Cu, Mo dan Mn.
F. BIOREAKTOR KOLOM GELEMBUNG
Bioreaktor kolom gelembung (Bubble Column Bioreactor) merupakan bioreaktor yang berbentuk kolom yang dilengkapi dengan pemasok udara dari bagian bawah dan tanpa pengadukan mekanis. Pada bioreaktor ini, pencampuran semata-mata bergantung pada sirkulasi udara yang dimasukan (Crueger, 1987).
gas keluar
D = diameter
Gambar 2. Skema bioreaktor kolom gelembung (Crueger, 1987). tinggi Cairan keluar D Gas masuk sparger Cairan masuk
Menurut Pons, et al. (1987), bioreaktor kolom gelembung menunjukan proses pengadukan dan transfer oksigen yang baik. Selain itu, laju perpindahan oksigen dapat mencapai nilai maksimum (Crueger, 1987). Pergerakan gelembung-gelembung udara tersebut menurut Deckwer (1990) dapat terjadi secara bersamaan atau gerakan bolak-balik sehingga membentuk pola sirkulasi yang menyebabkan pengadukan yang intensif dalam fase cairan.
Bioreaktor kolom gelembung merupakan bioreaktor yang mempunyai konstruksi sederhana, mudah perawatannya, mempunyai sistem pencampuran, sistem pindah panas maupun pindah massa yang sangat baik (Deckwer, 1990). Selain itu, bioreaktor jenis ini membutuhkan pasokan energi kurang dari 1,0 KW/m3, sedangkan bioreaktor tangki berpengaduk
membutuhkan energi 1,0-2,0 KW/m3. Selanjutnya, Hartoto dan Sailah
(1992) menyebutkan bila dibandingkan dengan bioreaktor teragitasi secara mekanis, bioreaktor kolom gelembung dapat menghasilkan biomassa dan
yield metabolit sekunder yang lebih tinggi saat memproduksi PST.
G. NEMATODA PELUKA AKAR (Pratylenchus brachyurus)
Nematoda peluka akar (Pratylenchus brachyurus) merupakan nematoda endoparasit migratori. Serangan nematoda Pratylenchus brachyurus pada tanaman nilam menyebabkan pertumbuhan tanaman terhambat, warna daun merah atau kekuning-kuningan dan menyebabkan luka nekrosis pada akar rambut dan kadang-kadang akar membusuk (Mustika et al., 1995). Selain menghambat pertumbuhan tanaman, infeksi P. brachyurus juga menurunkan kandungan klorofil dan kadar minyak nilam (Sriwati, 1999). Kerusakan akibat serangan nematoda tersebut pada tanaman nilam dapat menurunkan hasil sampai 85% (Mustika et al., 1995). Berikut ini klasifikasi ilmiah dari nematoda peluka akar (P. brachyurus) pada Tabel 4.
Tabel 4. Klasifikasi ilmiah Pratylenchus brachyurus Klasifikasi Kingdom Animalia Filum Nematoda Kelas Adenophorea Subkelas Diplogasteria Ordo Tylenchida Famili Pratylenchidae Subfamili Pratylenchinae Genus Pratylenchus
Spesies Pratylenchus brachyurus
(Kleynhans, 1999)
H. KINETIKA KULTIVASI
Kinetika kultivasi menggambarkan pertumbuhan dan pembentukan produk oleh mikroorganisme, serta menggambarkan kegiatan sel-sel istirahat dan mati karena banyak produk yang diproduksi setelah pertumbuhan sel berhenti (Gumbira-Said, 1987). Kinetika kultivasi secara umum dikaji berdasarkan laju penggunaan substrat, pertumbuhan biomassa dan pembentukan produk. Gumbira-Said (1987) menyatakan bahwa ciri-ciri pertumbuhan mikrobial adalah waktu yang dibutuhkan untuk menggandakan massa atau jumlah sel. Waktu ganda massa sel dapat berbeda dengan waktu ganda jumlah sel karena massa sel dapat meningkat tanpa peningkatan jumlah sel.
Fase awal (lag) merupakan masa penyesuaian mikroba, sejak inokulasi sel mikroba diinokulasi ke media biakan. Pada fase ini terjadi sintesis enzim oleh sel yang diperlukan untuk metabolisme metabolit. Selama periode ini tak terjadi penangkaran sel. Oleh karena itu,
X=Xo =tetap ………..(1) dengan Xo : konsentrasi sel pada t=0 Laju pertumbuhan (g/l.j) sama dengan nol.
rx =
= 0……….. …(2)
demikian pula laju pertumbuhan spesifik, µ (jam-1) adalah nol
. = µ = 0………..(3)
Setelah fase adaptasi selesai, mulai terjadi reproduksi selular. Konsentrasi selular biomassa meningkat, mula-mula perlahan kemudian makin lama makin meningkat. Dengan demikian laju produksi atau pertumbuhan (dx/dt) dan laju pertumbuhan spesifik meningkat. Pada saat laju pertumbuhan dan reproduksi selular mencapai titik maksimal, maka terjadi pertumbuhan sel logaritmik atau eksponensial. Pada fase ini mikroba mencapai laju pertumbuhan maksimum (µmax), dan pertumbuhan sel mikroba terjadi sangat
cepat. Pertumbuhan mikroba pada fase eksponensial dinyatakan dengan persamaan di bawah ini:
= µ
maxX………..(4)Pengintegralan kesetimbangan persamaan (4) akan memberikan persamaan berikut (Gumbira-Said, 1987):
= dt……..(5)
Jika laju pertumbuhan adalah tetap, maka kesetimbangan (5) dapat menghasilkan persamaan sebagai berikut :
Ln( ) = µmax ……….(6)
Atau
td = ln2/ µmax = 0.693/ µmax
Keterangan : Xo = konsentrasi sel pada waktu t=0 Xt = konsentrasi sel pada waktu t=t µmax = laju pertumbuhan spesifik
t = waktu
Koefisien hasil sel terhadap sumber karbon dinyatakan sebagai Yx/s, sedangkan koefisien konversi nutrient dalam substrat menjadi produk pada periode tertentu dinyatakan sebagai Yp/s (Wang et al., 1978). Perhitungan yang biasa digunakan adalah menggunakan persamaan sebagai berikut :
Yx/s = ………(8)
Yp/s = ……….(9)
Koefisien konversi nutrient dalam substrat berhubungan dengan efisiensi penggunaan substrat. Perhitungan yang biasa digunakan untuk menghitung efisiensi penggunaan substrat adalah sebagai berikut (Said, 1987;
Mangunwijaya dan Suryani, 1994):
