No. Identitas: USUL KEGIATAN UBER HKI TAHUN 2005 INTRODUKSI BAKTERI LIGNOLITIK KOLON PSEUDORUMINANSIA DALAM KULTUR FERMENTASI MIKROBA SELULOLITIK SUPER RUMINANSIA (SMSR) UNTUK PENINGKATAN PRODUKSI GAS METHAN Oleh: Ir. Ahmad Wahyudi, M.Kes FAKULTAS PETERNAKAN – PERIKANAN UNIVERSITAS MUHAMMADIYAH MALANG 2005 HALAMAN PENGESAHAN USUL UBER HKI 1. Judul 2. Ketua Peneliti a. Nama b. Jenis Kelamin c. Pangkat /Golongan d. NIP e. Jabatan Sekarang f. Fakultas /Jurusan : Introduksi Bakteri Lignolitik Kolon Pseudoruminansia Dalam Kultur Fermentasi Mikroba Selulolitik R Super Ruminansia (SMS ) Untuk Peningkatan Produksi Gas Methan : Ir. Ahmad Wahyudi, M.Kes : Laki-laki : Penata /III-D : 131.929.547 : Lektor : Peternakan dan Perikanan /Peternakan 3. Perguruan Tinggi : Universitas Muhammadiyah Malang 4. Jenis Kegiatan yang Dipilih : Percepatan Perolehan Paten 5. Jenis Paten yang Dituju : Paten Biasa 6. Penelitian yang Mendukung : a. Evaluasi Kandungan Bakteri Susu dan Coliforms Air Sumur Pada Beberapa Peternak Sapi Perah Pemakai Instalasi Digester di Daerah Istimewa Yogyakarta, 1992, Bank Dunia XVII-PAU Bioteknologi UGM. b. Isolasi Mikroba Selulolitik Beberapa Ternak Ruminansia (Kerbau, Sapi, Kambing dan Domba), 1992, Bank Dunia XVIIPAU Bioteknologi UGM. c. Isolasi Mikroba Selulolitik Rumen untuk Mendapatkan Starter Pada Proses Dekomposisi Bahan Organik Berserat, 1998, Lemlit UMM. d. Uji Aktivitas Enzimatik Biakan Mikroba Selulolitik Rumen untuk Menentukan Potensi Starter Fermentasi Pakan, 1998, Lemlit UMM. e. Optimasi Media Kultur Fermentasi Mikroba Selulolitik Asal Rumen Terhadap Nilai Protein Kasar Pakan Formulasi Sapi Perah, 1999, Lemlit, UMM. f. Pengaruh Penambahan Probiotik Bakteri Selulolitik dan Metode Pemberian Pakan Terhadap Konsumsi Bahan Kering dan Kecernaan TDN, 2003, Nomor Kontrak: E.2.b/388/BAA/IX /2003, UMM. g. Pengaruh Pemberian Probiotik Selulolitik Terhadap Konsumsi, Kecernaan Bahan Kering, Kecernaan Energi (TDN) Berbagai Hijauan Pada Sapi Limousin Cross, 2004. Nomor Kontrak: 074/Disnak/117.04/2003 dan A1/136/FPP-UMM/IV/2003 Kerjasama Dinas Peternakan Propinsi Jawa Timur dengan Fakultas Peternakan Perikanan UMM. h. Pengaruh Pemberian Probiotik Bakteri Pada Metode Pemberian Pakan yang Berbeda Terhadap Penampilan Produksi Domba Ekor Gemuk (DEG) Periode Pertumbuhan, 2004, Nomor Kontrak: 245/P4T/DPPM/DM.SKW.SOSAG/III/2004, Dirjen DIKTI. i. Evaluasi Daya Hidup Probiotik Selulolitik (Yoghurt Sapi) Dengan Bekatul Sebagai Bahan Pembawa, 2004, Nomor Kontrak: E.2b./065/BAA-UMM/II/2004, UMM. j. Peningkatan Kemampuan Bakteri Selulolitik Cairan Rumen untuk Probiotik Ternak Ruminansia, 2004. Nomor Kontrak: 406/P4T/DPPM/PHKI/IX/2004, Dirjen Dikti. k. Ketersediaan N, P, dan K pada Media Fermentasi Berbasis Manure Sapi Perah Dengan Introduksi Bakteri Selulolitik. 2005. Nomor Kontrak: E.2.b/419/BAA-UMM/IX/2004. Lemlit UMM. 7. Batas Waktu Pemasukan Usul: 30 Juni 2005 8. Biaya yang Diusulkan : Rp. 15.025.000,- Mengetahui Dekan Fakultas Peternakan – Perikanan Ir. Abdul Malik, M.P NIP. 131 897 367 Malang, April 2005 Ketua Peneliti Ir. Ahmad Wahyudi, M.Kes NIP. 131 929 547 Mengetahui Ketua Lembaga Penelitian Dr. Ir. Wahyu Widodo, M.S NIP. UMM. 110 899 0128 DAFTAR ISI Halaman I. URAIAN UMUM 1.1 Judul ________________________________________________ 1.2 Ketua Pelaksana ______________________________________ 1.3 Anggota Peneliti ______________________________________ 1.4 Subyek Paten ________________________________________ 1.5 Jumlah Klaim yang Direncanakan ______________________ 1.6 Periode Pelaksanaan __________________________________ 1 1 1 1 1 1 II. KEGIATAN PERCEPATAN PENELITIAN 2.1 Uraian Penelitian Terdahulu ___________________________ 2 2.2 Uraian Potensi Paten _________________________________ 2 2.3 Uraian dan Sasaran Percepatan Perolehan Paten _______ 7 III. RANCANGAN DOKUMEN USULAN PATEN 3.1 Judul Penemuan ______________________________________ 3.2 Bidang Teknik Temuan _______________________________ 3.3 Latar Belakang Penemuan_____________________________ 3.4 Ringkasan Penemuan _________________________________ 3.5 Uraian Gambar _______________________________________ 3.6 Uraian Lengkap Penemuan ____________________________ 3.7 Klaim ________________________________________________ 3.8 Abstrak ______________________________________________ 9 10 10 12 14 15 18 18 IV. ANGGARAN _____________________________________________ 19 LAMPIRAN Lampiran 1. Lampiran 2. Lampiran 3. Lampiran 4. Lampiran 5. Rincian Anggaran ________________________________ Biodata Ketua Peneliti /Pengusul Paten ___________ Biodata Anggota Peneliti _________________________ Biodata Analis ___________________________________ Label Produk BioPLONK _________________________ 20 21 25 26 27 I. URAIAN UMUM 1.1 Judul Paten : Introduksi Bakteri Lignolitik Kolon Pseudoruminansia Dalam Kultur Fermentasi Mikroba Selulolitik Super R Ruminansia (SMS ) Untuk Peningkatan Produksi Gas Methan 1.2 Ketua Pelaksana: Nama Lengkap dan Gelar : Ahmad Wahyudi, Ir. M.Kes Bidang Keahlian : Biokimia dan Teknologi Fermentasi Unit Kerja : Fakultas Peternakan dan Perikanan UMM. Alamat Surat : Jl. Raya Tlogomas 246 Malang 65144 Telepon /Faksimili : (0341) 464318 Psw. 174 – 175 /0341 – 460782 E-mail : [email protected] 1.3 Anggota Peneliti No. Nama dan Gelar Akademik Bidang Keahlian Instansi 1. Listiari Hendraningsih, Ir. MP Mikrobiologi dan Nutrisi Ternak Fak. Peternakan UMM 1.4 Subyek Paten Starter fermentasi mengandung bakteri selulolitik super asal ternak ruminansia (SMSR) yang diintroduksi dengan bakteri lignolitik asal kolon Pseudoruminansia. 1.5 Jumlah Klaim yang Direncanakan : 4 (empat) 1.6 Periode Pelaksanaan : Mulai berakhir Juli 2005 Desember 2005 Halaman 1 II. KEGIATAN PERCEPATAN PENELITIAN 2.1 Uraian Penelitian Terdahulu Penelitian diawali dengan survei terhadap beberapa peternak sapi perah pemakai instalasi penghasil gas methan (digester) di daerah Istimewa Yogyakarta dan Kabupaten Sleman. Hasil survei tersebut menunjukkan bahwa peternak sapi perah pemakai digester memperoleh energi alternatif pengganti liquid petroleum gas (LPG) dan minyak tanah secara signifikan. Sebuah keluarga dengan 5 orang anggota, dapat memenuhi kebutuhan energi untuk memasak dan penerangan malam hari dari fermentasi limbah yang dihasilkan oleh 5 ekor sapi perah. Disamping gas methan sebagai sumber energi, peternak sapi perah pemakai digester juga menghasilkan kualitas air susu dan air sumur yang lebih baik dibandingkan peternak sapi perah tanpa instalasi digester. Kualitas air susu diuji berdasarkan reduktase susu dan air menggunakan metode Most Probably Number (MPN) (Wahyudi, 1992). Peternak pemakai instalasi digester juga memperoleh pupuk organik cair dan padat dengan kualitas lebih baik jika dibandingkan dengan kompos pupuk kandang. Kelebihan lain dari pupuk organik digester tersebut adalah dapat digunakan sebagai campuran pakan ternak dan ikan. Penelitian kedua lebih mengarah pada produktivitas gas methan, yaitu dengan melakukan formulasi media fermentasi dalam digester. Berdasarkan hasil penelitian diketahui bahwa mikroba methanogenik memerlukan komposisi media dengan imbangan Carbon per Nitrogen (C/N Halaman 2 ratio) sektiar 30. Apabila C/N ratio terlalu tinggi, maka mikroba akan kekurangan N dan fermentasi berlangsung lambat. Sebaliknya jika kandungan N terlalu tinggi maka akan menguap sebagai amoniak. Hasil penelitian tersebut menunjukkan bahwa manure ayam memiliki kadar N tinggi sedangkan komposisi unsur pada feses sapi mendekati persyaratan sebagai media fermentasi produksi gas methan (Wahyudi, 2005). Mikroba methanogenik juga membutuhkan air sekitar 91% – 93%, atau bahan kering 7% – 9%. Selain media, produktivitas gas methan ditentukan oleh pemakaian inokulan untuk mempercepat proses fermentasi. Untuk mendapatkan hasil yang optimal, pada awal pembuatan gas (methan) direkomendasikan untuk menggunakan starter fermentasi berupa lumpur (sludge) yang keluar dari outlet digester (Basuki, 1992). Penggunaan sludge sebagai starter bersama-sama dengan feses ternak mampu meningkatkan kecepatan proses pembentukan gas methan (Basuki, 1992), namun untuk tujuan efisiensi perlu dibuat suatu starter khusus fermentasi produksi gas methan yang lebih aplikatif dan memiliki efektivitas lebih tinggi. Sebagai upaya pembuatan starter fermentasi produksi gas methan dan sekaligus perombak limbah organik berserat, maka penelitian berikutnya dilakukan dengan isolasi dan identifikasi bakteri-bakteri selulolitik asal ternak ruminansia seperti kerbau, sapi, kambing dan domba (Wahyudi, 1992, dan 1998). Sebagaimana telah diketahui dari hasil penelitian Halaman 3 sebelumnya bahwa selulosa merupakan prekursor pembentukan gas methan. Penelitian mengenai kemampuan enzimatis dan formulasi media fermentasi bakteri selulolitik rumen telah dilakukan dengan uji aktivitas enzim selulase dan penggunaan berbagai jenis susbtrat alami seperti ampas dan daun tebu kering serta jerami padi (Wahyudi, 1998, 1999 dan 2003). Sementara penelitian mengenai formulasi kombinasi antar bakteri selulolitik rumen dilakukan pada tahun 2004. Dari serangkaian penelitian tersebut disimpulkan bahwa selain komposisi media, komposisi bakteri menentukan tingkat kecernaan selulosa. Penggunaan dua jenis bakteri selulolitik B. fibrosolvens dan F. succinogenes mampu menurunkan 44,52% kadar selulosa feses sapi perah (Wahyudi, dan Hendraningsih, 2004), tetap fraksi serat kasar lain dalam bentuk lignoselulosa, lignin dan cutin tidak dapat dicerna oleh bakteri selulolitik. Untuk meningkatkan ketersediaan selulosa sebagai bahan baku pembuatan gas methan, maka selulosa dalam bentuk kompleks lignoselulosa harus dipisahkan. Lignoselulosa didalam tubuh hewan hanya dapat dicerna oleh kelompok bakteri lignolitik yang terdapat didalam kolon. Pencernaan fraksi lignoselulosa dalam kolon paling efektif terjadi pada beberapa hewan Pseudoruminansia seperti gajah, kuda dan kelinci. Hal tersebut ditandai dengan kemampuan hewan-hewan tersebut dalam mengkonsumsi serat kasar walaupun tidak memiliki rumen. Sistem Halaman 4 suplementasi mikroba efektif dapat dipelajari dari kebiasaan Pseudoruminansia (gajah dan kelinci) yang mengkonsumsi feses sendiri atau induknya untuk membantu meningkatkan kecernaan serat kasar (fraksi lignoselulosa). 2.2 Uraian Potensi Paten Perlimbahan bahan organik berserat asal ternak dapat diatas dengan mengolahnya menjadi gas methan sebagai bahan bakar pengganti LPG. Namun produksi gas methan selama ini mengalami kendala dalam hal efektivitas waktu fermentasi dan volume produksi gas. Kendala tersebut disebabkan karena fermentasi berlangsung begitu saja secara alami dilakukan oleh mikroba yang ada dalam feses ternak. Berdasarkan hasil studi ekologi mikroba rumen, diketahui bahwa ternak ruminansia yang dipelihara secara intensif kurang mendapatkan suplai bakteri lignolitik yang memiliki peran penting menguraikan fraksi selulosa dari kompleks lignoselulosa. Lignoselulosa memiliki ikatan yang sangat kuat sehingga tidak dapat dihidrolisis oleh enzim selulase. Kompleks lignoselulosa hanya dapat diurai oleh enzim ekstraseluler yang disekresikan oleh kelompok bakteri lignolitik yaitu enzim phenol oxidase, lacase dan peroksidase. Enzim-enzim tersebut akan merombak ikatan rangkap methoxyl dari struktur lignoselulosa, sehingga jumlah gugus methoxyl tersebut menurun sedangkan gugus hidroxyl phenolat dan karboxyl meningkat. Kedua derivat lignin tersebut memiliki kemampuan mengikat kation NH4+ dan Halaman 5 glukoamida hasil sintesis mikroba. Derivat lignin penting perannya dalam mengikat NPN sebagai kation yang lebih tersedia bagi perkembangbiakan mikroba. Adanya bakteri lignolitik dalam digester fermentasi sebagai inokulum (starter) akan membantu ketersediaan NPN bagi pertumbuhan bakteri-bakteri (starter) fibrolitik penghasil gas methan. Dengan demikian bakteri-bakteri penghasil gas methan dapat tumbuh dengan cepat, dan diharapkan waktu fermentasi berlangsung lebih cepat dan gas methan yang dihasilkan lebih tinggi. BioPLONK adalah suatu starter fermentasi yang memiliki kemampuan merombak fraksi serat kasar untuk membantu meningkatkan kecepatan proses penyediaan prekursor pembentuk gas methan. Namun kemampuan untuk memisahkan fraksi selulosa dari lignin belum terdapat didalamnya. BioPLONK mengandung beberapa strain hidup bakteri selulolitik. Dari hasil penetilian secara in vitro BioPLONK terbukti; (1) Meningkatkan perombakan serat kasar sampai dengan 44,52%, (2) Mereduksi bau tidak sedap feses ternak, (3) Menekan pertumbuhan bakteri patogen dan (4) Menghasilkan gas methan. Implikasi lebih lanjut dari peran BioPLONK adalah pengelolaan limbah peternakan menjadi lebih mudah, cepat, dan menguntungkan. Starter fermentasi serat kasar yang selama ini beredar kebanyakan digunakan untuk tujuan pengolahan limbah organik menjadi pupuk dan pakan, sedangkan BioPLONK Halaman 6 selain pupuk dan pakan juga untuk tujuan lebih spesifik yaitu penghasil gas methan. Dengan demikian BioPLONK merupakan starter fermentasi pertama sebagai inokulum untuk produksi gas methan. Sehingga berpotensi diajukan untuk mendapatkan hak paten. 2.3 Uraian dan Sasaran Percepatan Perolehan Paten Berdasarkan hasil penelitian sebelumnya diketahui bahwa kemampuan mencerna serat kasar tidak semata-mata ditentukan oleh satu jenis bakteri perombak serat, tetapi lebih ditentukan oleh keseimbangan simbiosis antar komunitas spesies-spesies pencerna serat. Dari delapan kombinasi bakteri perombak serat kasar diperoleh bahwa kombinasi F. succinogenes dan B. fibrosolvens memiliki daya fibrolitik paling tinggi dalam menghidrolisis serat kasar. Kemampuan fibrolitik kedua jenis bakteri tersebut terbatas pada hidrolisis, fraksi selulosa dan hemiselulosa, sedangkan lignoselulosa tetap utuh. Lignoselulosa hanya dapat dihidrolisis oleh kelompok mikroba, lignolitik yang berasal dari kolon. Permasalahan lain muncul ternak ruminansia yang dipelihara secara intensif tidak mendapatkan inokulan lignolitik yang pada umumnya hidup pada rumput-rumputan. Akibatnya ternak yang dipelihara di kandang tidak mengandung cukup bakteri lignolitik pada kolonnya. Kondisi tersebut yang menyebabkan feses ternak ruminansia masih mengandung serat kasar tinggi (Hendraningsih, 2003). Oleh Halaman 7 karena itu untuk efektivitas pencernaan serat kasar dalam saluran pencernaan ruminansia maka perlu ditambahkan bakteri-bakteri lignolitik ke dalam rumen (Anonimous, 1992). Sumber bakteri lignolitik, selain diperoleh dari kolon ternak ruminansia, juga dapat diperoleh dari kolon hewanhewan jenis Pseudoruminansia seperti gajah, kuda dan kelinci. Hewan Pseudoruminansia mampu mencerna serat kasar seperti halnya hewan ruminansia, meskipun tidak memiliki rumen. Fermentasi serat kasar terjadi didalam saluran pencernaan bagian belakang yaitu didalam kolon. Guna mendapatkan efektivitas perombakan serat kasar utamanya fraksi lignoselulosa sebagai prekursor gas methan maka perlu dilakukan penelitian mengenai optimasi introduksi bakteri lignolitik ke dalam kultur mikroba selulolitik rumen (SMSR). Hal ini mengacu pada suatu mekanisme yang terjadi di alam bahwa terdapat kebiasaan Pseudoruminansia (gajah dan kelinci) yang mengkonsumsi feses sendiri atau induknya untuk membantu meningkatkan kecernaan serat kasar. Penelitian akan mengkombinasikan diperoleh dari dilaksanakan isolat-isolat kolon bakteri Pseudoruminansia dengan cara lignolitik yang dengan bakteri selulolitik super ruminansia (SMSR) yang telah diperoleh dari hasil penelitian sebelumnya (Wahyudi, dan Hendraningsih, 2004). Teknis penelitian yang akan dilaksanakan adalah sebagai berikut: Halaman 8 1. Ekskreta hewan Pseudoruminansia segar ditambah aquades 50 : 50 diinkubasi pada suhu 39oC selama 24 jam. 2. Isolasi dan identifikasi bakteri lignolitik dalam media selektif. Pengamatan dilakukan terhadap (a) jumlah, koloni, (b) morfologi koloni, (c) pewarnaan gram, (d) aktivitas lignolitik. 3. Simbion bakteri selulolitik ditumbuhkan pada cairan diperkaya selama 24 jam pada suhu 39oC. 4. Menambahkan isolat-isolat hasil identifikasi (point 2) kedalam kultur simbion bakteri selulolitik (point 3) dan melanjutkan fermentasi 2 – 3 minggu. 5. Mengamati perkembangan; (a) gas methan, (b) kadar serat kasar, (c) membandingkan kemampuan antar simbion. III. RANCANGAN DOKUMEN USULAN PATEN 3.1 Judul Penemuan 1. Isolat bakteri Pseudoruminansia lignolitik (gajah, asal kuda, dan kolon hewan kelinci) dalam kemasan strater fermentasi pengolah limbah organik menjadi gas methan dengan merk BioPLONK. 2. Sekam padi sebagai inducer dalam proses isolasi bakteri lignolitik. 3. Komposisi bakteri simbion selulolitik dan lignolitik penghasil gas methan. 4. Formula media BioPLONK. Halaman 9 3.2 Bidang Teknik Temuan BioPLONK adalah produk bidang teknologi fermentasi. Teknik fermentasi dilakukan dengan prosedur anaerob menggunakan bakteri-bakteri lignolitik asal kolon hewan Pseudoruminansia yang dikombinasikan dengan bakteribakteri selulolitik rumen super (SMSR) dengan sekam padi sebagai substrat induser. Produksi aktivitas gas methan dan senyawa-senyawa sederhana sangat ditentukan oleh sinergisme antar spesies bakteri. Dalam bentuk terisolasi bakteri tidak memiliki aktivitas lebih tinggi jika dibandingkan dalam bentuk simbiosis. Hasil penelitian sebelumnya menunjukkan bahwa kombinasi antar spesies selulolitik cenderung meningkatkan kecernaan serat kasar. Hasil temuan tersebut memberikan inspirasi untuk tujuan memproduksi gas methan dari fermentasi fraksi serat kasar oleh bakteri-bakteri selulolitik ternak ruminansia dan lignolitik hewan-hewan Pseudoruminansia. Aplikasi hasil penelitian bidang teknologi fermentasi ini sangat penting alternatif, untuk limbah, mengatasi kualitas produk permasalahan dan energi kesehatan di lingkungan rumah tangga dan industri peternakan. 3.3 Latar Belakang Penemuan Meskipun telah ada rekomendasi untuk menggunakan starter fermentasi dalam pembuatan gas methan namun pada Halaman 10 kenyataannya starter fermentasi tersebut belum ada di masyarakat. Beberapa starter fermentasi yang telah ada pada umumnya diaplikasikan untuk mengolah limbah organik berserat baik secara aerob maupun anaerob. Oleh karena itu diperlukan suatu penelitian untuk memperoleh produk berupa starter fermentasi yang memiliki spesifikasi dalam hal produksi gas methan sebagai bahan bakar alternatif pengganti LPG. Hasil penelitian sebelumnya menunjukkan bahwa efektivitas perombakan serat kasar fraksi selulosa dan hemiselulosa diperoleh berdasarkan optimasi media, spesifikasi induser substrat dan optimasi simbion mikroba. Dalam penelitian meningkatkan ini yang efektivitas mendesak produksi gas dilakukan adalah methan melalui penyediaan prekursor oleh bakteri-bakteri lignolitik dengan mengkombinasikan dengan bakteri-bakteri super selulolitik rumen (SMSR). Prosedur Penemuan 1. Isolasi dan identifikasi bakter-bakteri lignolitik asal kolon pseudoruminansia (gajah, kuda dan kelinci) pada media selektif padat (Temuan 1). 2. Kultur bakteri lignolitik dalam media enrichment cair. 3. Kultur bakteri lignolitik dalam media selektif padat dengan induser substrat spesifik (Temuan 2). 4. Indentifikasi morfologis. 5. Indentifikasi biokhemis. Halaman 11 6. Optimasi komposisi bakteri lignolitik dan selulolitik (simbion) (Temuan 3). 7. Uji produksi gas methan dan lignin. 8. Pengemasan produk dalam formulasi media (Temuan 4). 3.4 Ringkasan Penemuan Keunggulan starter fermentasi dengan merek BioPLONK adalah sebagai berikut: 1. Bakteri simbion dasar merupakan super mikroba selulolitik rumen (SMSR) yang tidak bersifat patogen bahkan mampu menekan perkembangan bakteri patogen dalam tangki digester, sehingga aman bagi sistem kesehatan lingkungan (Wahyudi, 1992). 2. Simbion SMSR terbukti meningkatkan kecernaan serat kasar sampai 44,52% (Wahyudi dan Hendraningsih, 2004) sehingga memperbaiki efektivitas perombakan limbah organik berserat dan sekaligus menyediakan prekursor bagi bakteri pembentuk methan. 3. Penambahan isolat Pseudoruminansia meningkatkan bakteri (gajah, kecernaan lignolitik kuda dan asal kelinci) lignoselulosa, kolon dapat sehingga menyediakan derivat lignin yang mampu mengikat NPN sebagai kation penting untuk perkembangbiakan mikroba dalam digester. Implikasi dari peningkatan kecernaan serat kasar baik berupa selulosa dan lignoselulosa tersebut adalah: (a) Meningkatkan proses degradasi bahan organik berserat, Halaman 12 (b) Menyediakan prekursor bagi produksi gas methan, (c) Meningkatkan perkembangbiakan bakteri perombak serat kasar dalam digester sehingga waktu fermentasi berlangsung lebih cepat, (d) Menekan pertumbuhan bakteri patogen dalam digester, (e) Isi digester atau septictank cepat terurai sehingga mencegah terjadinya penyumbatan saluran dan (f) mengurangi bau tidak sedap. Halaman 13 14 Halaman 3.6 Uraian Lengkap Penemuan Efisiensi Produksi Gas Methan Meningkatkan Pertumbuhan sel bakteri fibrolitik Meningkatkan kecernaan serat kasar DIGESTER Starter BioPLONK Formula media Simbion Lignolitik dan Selulolitik (Temuan 4) Komposisi Bakteri (Temuan 3) Kombinasi dengan SMSR Isolat-isolat lignolitik Pseudoruminansia (Temuan 2) Isolasi dengan substrat spesifik (Temuan 1) Bakteri Kolon Pseudoruminansia (Gajah, kuda dan kelinci) Halaman 15 Keterangan: Penemuan I. Substrat Induser Tidak mudah mendapatkan isolat berupa koloni bakteri yang mempunyai keunggulan tertentu. Bakteri-bakteri lignolitik memerlukan beberapa persyaratan untuk dapat tumbuh dan berkembang biak. Lignin dalam bentuk kristal belum tentu dapat digunakan sebagai substrat induser seperti halnya Carboxymethyl Cellulose (CMC) dalam menghasilkan isolatisolat perombak serat kasar. Beberapa syarat diperlukan untuk dapat menginduksi tumbuhnya isolat-isolat bakteri pencerna serat kasar, diantaranya adalah suasana anaerob, pH mendekati 7 dan substrat harus spesifik dan alami. Berdasarkan hasil penelitian dan kaji terap teknologi substrat alami asal tanaman padi memiliki kemampuan lebih baik dibandingkan substrat alami lainnya. Sumber lignin dari tanaman padi utamanya terdapat pada sekam. Penggunaan sekam sebagai substrat alami sumber lingnin diharapkan mampu menghasilkan isolat-isolat bakteri lignolitik asal kolon hewan pseudoruminansia. Penemuan II. Isolat-isolat Lignolitik Isolat-isolat bakteri lignolitik secara teori tidak akan menunjukkan perbedaan sifat dan kemampuan mencerna lignin. Namun dalam hal jumlah dan jenis koloni akan berbeda. Perbedaan jenis koloni sangat penting sebagai upaya mendapatkan berbagai kemungkinan kombinasi jenis bakteri untuk starter fermentasi. Isolat-isolat lignolitik asal pseudoruminansia akan dikarakterisasi secara morfologis dan Halaman 16 biochemis serta difungsikan sebagai komplemen untuk memperbaiki sistem fermentasi produksi gas methan. Penemuan III. Simbion Bakteri Telah diketahui dari penelitian sebelumnya bahwa dalam bentuk terisolasi bakteri perombak serat kasar memiliki kemampuan rendah. Penggabungan bakteri berkemampuan tinggi (A) dengan bakteri berkemampuan rendah (B) dapat meningkatkan kemampuan bakteri B dalam merombak serat kasar. Bahkan penggabungan sesama bakteri berkemampuan rendahpun jika bersinergi positif dapat meningkatkan kemampuan keduanya dalam merombak serat kasar. Pada penelitian ini akan dihasilkan simbion-simbion baru hasil rekombinasi bakteri-bakteri lignolitik kolon pseudoruminansia dengan bakteri-bakteri selulolitik super ruminansia (SMSR). Simbion dengan kemampuan tertinggi dalam perombakan serat kasar dan produksi gas methan akan digunakan sebagai starter fermentasi unggulan. Penemuan IV. Formulasi Media BioPLONK Simbion bakteri SMSR dan lignolitik kolon pseudoruminansia memerlukan media untuk tetap hidup sebelum diaplikasikan dalam digester sedemikian rupa penghasil sehingga gas methan. mengandung Media nutrien disusun yang dibutuhkan oleh kombinasi kedua jenis bakteri tersebut, dan menekan pertumbuhan jenis bakteri lainnya. Media berbasis jerami dan sekam padi digunakan untuk mengkultur kedua jenis bakteri tersebut. Halaman 17 3.7 Klaim 1. Sekam padi menghasilkan sebagai sumber isolat-isolat lignin lignolitik digunakan untuk dengan metode induksi. 2. Isolat bakteri lignolitik diisolasi dari kolon hewan pseudoruminansia (gajah, kuda dan kelinci). 3. Simbion-simbion baru hasil rekombinasi bakteri-bakteri lignolitik kolon pseudoruminansia dengan bakteri-bakteri selulolitik super ruminansia (SMSR) digunakan sebagai starter fermentasi produksi gas methan dan perombak serat kasar dengan merk BioPLONK. 4. BioPLONK merupakan media selektif dengan beberapa spesies kombinasi bakteri lignolitik dan selulolitik unggul untuk starter fermentasi produksi gas methan dan serat kasar. 3.8 Abstrak Produksi methan dari limbah /feses ruminansia belum optimal, akibat masih terikatnya fraksi selulosa pada lignin. Untuk melepaskan ikatan tersebut, dibutuhkan enzym-enzym yang dihasilkan oleh bakteri lignolitik pada proses fermentasi feses. Bakteri lignolitik yang paling dominan terdapat pada saluran pencernaan bagian belakang hewan-hewan pseudoruminansia (gajah, kelinci dan kuda). Untuk mengisolasi bakteri-bakteri tersebut di luar habitatnya (kolon) dibutuhkan media spesifik (Penemuan 1). Guna meningkatkan kinerja dari isolat bakteri lignolitik pada media selektif ditambahkan induser substrat alami (Penemuan 2). Isolat-isolat bakteri lignolitik kemudian ditambahkan pada media yang mengandung bakteri SMSR untuk Halaman 18 mengetahui bakteri lignolitik dari pseudoruminansia yang menunjukkan sinergi dengan bakteri selulolitik (Penemuan 3). Media bagi bakteri SMSR dan bakteri lignolitik dibutuhkan untuk tetap dapat hidup sebelum diberikan sebagai starter pada fermentasi feses. Media harus mengandung semua nutrisi yang dibutuhkan baik oleh SMS R maupun lignolitik (Penemuan 4). IV. Anggaran a. Jenis anggaran : Percepatan Perolehan Paten b. Biaya Pendaftaran : Rp. c. Biaya Pemeriksaan Substantif : Rp. 2.000.000,- d. Biaya Pembuatan Dokumen : Rp. 1.950000 (Rinc. Terlampir) e. Biaya Penelitian : (Rincian Terlampir) 575.000,- (paten biasa) Honorarium : Rp. 3.900.000,- Bahan Habis Pakai : Rp. 5.600.000,- Sewa Peralatan Laboratorium : Rp. 500.000,- Pembuatan Laporan & Makalah : Rp. 500.000,- Total : Rp. 15.025.000,- Halaman 19 LAMPIRAN 1 Rincian Anggaran I. Biaya Pembuatan Dokumen Paten Pengambilan foto di laboratorium Pembuatan poster dan leaflet Pembuatan label dan kemasan produk Presentase dan Publikasi Sub Total Rp. Rp. Rp. Rp. Rp. 200.000,750.000,750.000,250.000,1.950.000,- II. Biaya Penelitian 1. Gaji dan Upah a. Honor tenaga peneliti Peneliti utama 1 x 6 bln x Rp. 400.000 Anggota peneliti 1 x 6 bln x Rp. 250.000 b. Tenaga analis 1 x 3 bln x Rp. 200.000 Sub Total Rp. 1.800.000,Rp. 1.500.000,Rp. 600.000,Rp. 3.900.000,- 2. Bahan habis pakai a. Media Cair = 8 kombinasi x 3 level x 2 jenis pseudoruminansia = 48 = 48 lt x Rp. 75.000 Rp. 3.600.000,b. Media padat = 48 x 20 kali pengamb. x 4 ml = 3,8 lt 4 lt = 4 lt x Rp. 150.000 Rp. 600.000,c. Larutan pengencer = 48 x 9 ml x 20 = 7,68 lt 8 lt = 8 lt x Rp. 150.000 Rp. 1.200.000,d. Reagen aktivitas = 48 x 10 ml 20 enzim = 500 ml x Rp. 200.000 Rp. 200.000,Sub Total Rp. 5.600.000,- 3. Sewa peralatan dan biaya administrasi Laboratorium 4. Pembuatan laporan dan publikasi Sub Total TOTAL Rp. 500.000,Rp. 500.000,Rp. 9.750.000,Rp. 15.025.000,- Halaman 20 LAMPIRAN 2 Biodata Ketua Peneliti /Pengusul Paten 1. Nama Lengkap dan Gelar Ir. Ahmad Wahyudi, M.Kes 2. Pendidikan (dari Sarjana Muda /yang Sederajat) dan Pelatihan No. Gelar Tahun Selesai Bidang Studi Insinyur/Sarjana Peternakan 1989 Peternakan /Biokimia Universitas /Lokasi 1. Univ. Gadjah mada Yogyakarta 2. PAU Bioteknologi UGM Yogyakarta Non degree Proyek Bank Dunia XVII 1992 Penanganan Limbah Industri /Teknologi Fermentasi PAU Bioteknologi UGM Yogyakarta Non degree Proyek Bank Dunia XVII 1992 Magang bidang Teknologi Fermentasi PAU Bioteknologi UGM Yogyakarta Non degree Proyek Bank Dunia XVII 1993 Uji Mikrobiologi Pangan Mutakhir Magister 1996 I. Kedokteran Dasar /Biokimia Non degree 1996 Meat Science & Technology Non degree 2000 University Management Non degree 2000 Technology Institute Management Non degree 2000 University Management 3. 4. 3. Tempat/Tanggal Lahir Magetan, 9 November 1965 5. PAU Bioteknologi UGM Yogyakarta 6. Hohenheim University dan UNIBRAW Malang 7. Murdoch University, Australia 8. Curtin University, Australia 9. University of West Australia 10. PAU Bioteknologi ITB dan PERMI Bandung Non degree 2003 Identifikasi Mikroba 11. Universitas Airlangga, Surabaya Non degree 2004 Menuju Jurnal Ilmiah Terakreditasi 12. Universitas Negeri Malang Non degree 2004 Mengelola Jurnal Ilmiah Pengalaman Kerja dalam Bidang Profesi serta Kedudukan Saat ini No. Institusi Jabatan Periode Kerja 1. Kopertis Wilayah VII dpk. UM Malang Staf Pengajar 1990 – sekarang 2. Pusat Bioteknologi UMM Staf Peneliti 1990 – sekarang 3. Pusat Bioteknologi UMM Sekretaris I 1991 – 1992 4. PAU Bioteknologi UGM Proyek Bank Dunia XVII Peneliti Bidang Teknologi Fermentasi 1992 – 1993 Halaman 21 No. Institusi Jabatan Periode Kerja 5. Kelompok Peneliti Eritromisin (KPE) PAU Bioteknologi UGM dalam RUT 1 Teknisi Bidang Fermentasi 1993 – 1996 6. Pusat Bioteknologi UMM Sekretaris 1996 – 1998 7. Proyek Hibah Bersaing Perguruan Tinggi Tahun Anggaran 1997/1998 Anggota Peneliti 1997 – 1998 8. Fakultas Peternakan – Perikanan Dekan 1998 – 2001 9. Proyek Kaji Terap Teknologi, Kerjasama UMM – Dinas Peternakan Propinsi Jawa Timur ( Domba Ekor Gemuk ) Ketua 2001 - 2003 10. Komisi Perbaikan Mutu Genetik Aneka Ternak Jawa Timur Anggota 2002 - 2005 11. Proyek Kaji Terap Teknologi, Kerjasama UMM – Dinas Peternakan Propinsi Jawa Timur (Sapi Limousin Cross) Ketua 2003 - 2008 12. Proyek Kaji Terap Teknologi, Kerjasama UMM – Dinas Peternakan Propinsi Jawa Timur (Pemanfaatan Limbah untuk Pakan) 13. Redaksi Jurnal Ilmiah Fak. PeternakanPerikanan “PROTEIN” Wakil Ketua Ketua 2003 – 2008 2003 – sekarang 4. Pengalaman Penelitian No Judul Tahun, Sponsor 1. Evaluasi kandungan bakteri susu dan koliform air sumur pada beberapa peternak sapi perah pemakai instalasi digester di DIY 1992, Proyek Bank Dunia XVII, PAU Bioteknologi UGM 2. Isolasi mikroba selulolitik beberapa ternak ruminansia (kerbau, sapi, kambing dan domba) 1992, Proyek Bank Dunia XVII, PAU Bioteknologi UGM Optimasi medium dengan tapioka pada biakan Saccharopolyspora erythrea NRRL 2338 untuk Meningkatkan produksi eritromisin 1995, Proyek RUT I PAU Bioteknologi UGM 4. Pengaruh perbedaan konsentrasi starter Lactobacillus Bulgaricus terhadap pH, kadar asam laktat dan kadar laktosa pada yogurt 1995, Proyek Bank Dunia XVII PAU Pangan Gizi UGM 5. Increasing the tolerance of S. erythrea CCRC 11513 to palm oil as prae-precursor erythromycin by induction. 1996, Program Pasca Sarjana UGM 6. Isolasi mikroba selulolitik asal rumen (dengan selulosa alami) untuk mendapatkan starter pada proses pengolahan limbah organik 1998, Lemlit UMM 7. Uji aktivitas enzimatik biakan mikroba selulolitik rumen untuk menentukan potensi starter fermentasi pakan 1998, Lemlit UMM 8. Optimasi media kultur fermentasi mikroba selulolitik asal rumen terhadap nilai protein kasar 1999, Lemlit UMM 3. Halaman 22 No Judul Tahun, Sponsor 9. Evaluasi konsumsi bahan kering dan kecernaan energi pada domba ekor gemuk yang diberi probiotik selulolitik 2003, Lemlit UMM 10. Pengaruh Pemberian Probiotik bakteri Selulolitik dan Metode Pemberian Pakan Terhadap Penampilan Domba Ekor Gemuk (DEG) 11. Pengaruh Pemberian probiotik selulolitik terhadap konsumsi, kecernaan bahan kering, kecernaan energi (TDN) berbagai hijauan pada sapi limousine cross. 2004, Disnak Propinsi Jatim-FPP UMM 12. Evaluasi daya hidup bakteri pada probiotik selulolitik (yogurt sapi) dengan bekatul sebagai bahan pembawa 2004, Lemlit UMM 13. Peningkatan Kemampuan Bakteri Selulolitik Cairan Rumen Untuk Probiotik Ternak Ruminansia 2004, DIKTI 14. Pengaruh Penambahan Isolat Bakteri Selulolitik Rumen Pada Fermentasi Feses Sapi Perah Terhadap Kadar N, P, dan K 2005, Lemlit UMM 2004, DIKTI 5. Daftar Publikasi yang Relevan dengan Proposal Penelitian No. Judul Tahun 1. Evaluasi kandungan bakteri susu dan koliform air sumur pada beberapa peternak sapi perah pemakai instalasi digester di DIY 1992, Buletin Fak. Peternakan UGM edisi Khusus 2. Optimasi medium dengan tapioka pada biakan Saccharopolyspora erythrea NRRL 2338 untuk Meningkatkan Produksi Eritromisin 3. Pengaruh perbedaan konsentrasi starter Lactobacillus bulgaricus terhadap pH, kadar asam laktat dan kadar laktosa pada yoghurt 4. Fermentasi produksi eritromisin oleh Saccharopolyspora erythrea NRRL 2338 dengan pra-prekursor tapioka dalam medium gojok dan fermentor 1996, Prosiding Konggres Ilmiah ISFI Semarang 5. Peningkatan toleransi Saccharopolyspora erythrea CCRC 11513 terhadap minyak sawit sebagai pra-prekursor eritromisin dengan cara induksi 1996, Berkala Ilmiah Pasca Sarjana UGM 6. Resistensi mikroba terhadap antibiotik dalam sistem pemeliharaan ayam potong 7. Increasing the tolerance of Saccharopolyspora erythrea CCRC 11513 to palm oil as pra-precursor erythromycin by induction 1997, Proceeding The International Biotechnology Conference, Jakarta 8. Kultur in vitro mikroba selulolitik asal rumen untuk mendapatkan starter pada proses dekomposisi bahan organik berserat 1998, Jurnal Ilmu Peternakan Ex-Farm UMM ed. Desember 9. Evaluasi konsumsi bahan kering dan kecernaan energi pada domba ekor gemuk yang diberi probiotik selulolitik 1995, Prosiding Seminar Nasional IBBMI Denpasar Bali 1995, Jurnal Ilmu Peternakan Ex-Farm UMM 1997, Poultry Indonesia Edisi September 2004, Jural Ilmu Peternakan, PROTEIN, ed. Januari Halaman 23 No. Judul Tahun 10. Isolasi mikroba selulolitik cairan rumen beberapa ternak ruminansia (kerbau, sapi, kambing, dan domba) untuk starter probiotik pakan sapi 11. Peningkatan Kemampuan Bakteri Selulolitik Cairan Rumen Untuk Probiotik Ternak Ruminansia Malang, 2004, Jurnal Ilmu Peternakan, ed. Juli PROTEIN, ed. Juli 2005, Jurnal Ilmu Peternakan PROTEIN, Ed. Januari April 2005 Ir. Ahmad Wahyudi, M.Kes Halaman 24 Biodata Anggota Peneliti 1. Nama Lengkap dan Gelar Ir. Listiari Hendraningsih, MP Tempat/Tanggal Lahir Bandung, 11 Oktober 1964 2. Pendidikan (dari Sarjana Muda /yang Sederajat) dan Pelatihan No. Universitas /Lokasi Gelar Tahun Selesai Bidang Studi 1. Universitas Padjajaran Bandung Insinyur 1989 Ilmu Ternak 2. Universitas Padjajaran Bandung Magister 1999 Nutrisi Ternak 3. Pengalaman Kerja dalam Bidang Profesi serta Kedudukan Saat ini No. Institusi Jabatan Periode Kerja 1. Kopertis Wilayah VII dpk. UM Malang Staf Pengajar 1990 – sekarang 2. Fakultas Peternakan – Perikanan UMM Ketua Jurusan 1998 – 2001 3. Fakultas Peternakan – Perikanan UMM Pembantu Dekan I 2001 – sekarang 4. Laboratorium Nutrisi Peneliti 1998 – sekarang 4. Daftar Publikasi yang Relevan dengan Proposal Penelitian No. Judul Tahun 1. Pengaruh Penambahan Lemak Dalam Pakan Terhadap Sapi Laktasi Ex-Farm Jurnal No. 7 Tahun VI Januari – Juni 1999 Pusbit Fak. Peternakan UMM 2. Pengaruh Penambahan Bakteri Asam Laktat sebagai Probiotik Terhadap Kecernaan Serat dan Produksi Asam Lemak Terbang Secara In-Vitro Ex-Farm Jurnal no. 8 Tahun VI Juli – Desember 1999 3. Pengaruh Suplementasi Mineral Terhadap Penyerapan Calcium dan Phosphor Pada Domba Ekor Gemuk dengan Pemberian Limbah Pertanian PROTEIN Journal Ilmiah Ilmu Peternakan dan Perikanan Juli – Desember 2003, Nomor 20 4. The effect fermentation with cellulolytic bacteria isolate on feed quality of rice straw basal feed AGRITEK, Januari 2002, Vol. 10 5. The effect of rice straw fermented on feeds quality of straw Proceeding Indonesian Biotechnology Conference 2001 Malang, April 2005 Ir. Listiari Hendraningsih, MP Halaman 25 Biodata Analis 1. Nama Lengkap dan Gelar Ir. Henik Sukorini, MP Tempat/Tanggal Lahir Malang, 24 Januari 1967 2. Pendidikan (dari Sarjana Muda /yang Sederajat) dan Pelatihan No. Universitas /Lokasi 1. Universitas Brawijaya Malang 2. Pasca Sarjana UNIBRAW Malang Gelar Tahun Selesai Bidang Studi Insinyur 1992 Hama dan Penyakit Tumbuhan Magister 2000 Perlindungan Tanaman 3. Pengalaman Kerja dalam Bidang Profesi serta Kedudukan Saat ini No. Institusi Jabatan Periode Kerja 1. Laboratorium Bioteknologi UMM Instruktur 2002 – sekarang 2. Kerjasama UMM - Pemkot Batu Instruktur 2003 2. Fakultas Pertanian Staf Pengajar 1992 – sekarang 3. Kelompok Peneliti Pengaruh Pemakaian Pestisida di tanaman apel terhadap kualitas sumber air minum (Kerjasama GTZ Jerman – FP UMM) Peneliti 2001 4. Kelompok Peneliti Pengaruh Pemakaian pupuk kimia di tanaman apel terhadap kualitas sumber air minum (Kerjasama GTZ Jerman – FP UMM) Peneliti 2001 4. Daftar Publikasi yang Relevan dengan Proposal Penelitian No. Judul Tahun 1. Pengaruh campuran beberapa mikroba tanah terhadap dekomposisi kotoran sapi dan pengujiannya pada tanaman bawang merah Tropika, 1998 2. Pengaruh saat aplikasi Trichoderma dan macam bahan organik terhadap populasi Fusasium oxysporum f.sp. lycopersici Seminar Nasional Bioteknologi, 1998 3. Pengaruh Mikroba tanah terhadap dekomposisi kotoran sapi dan pengujiannya pada tanaman bawang merah Prosiding Seminar Nasional Mikrobiologi, 1999 4. Isolasi dan Identifikasi Mikroba sampah, pengujian dekomposisi sampah dan pengujian sampah terhadap pertumbuhan tanaman Letuce Tropika, 2002 Malang, April 2005 Ir. Henik Sukorini, M.P Halaman 26 LAMPIRAN 5 LABEL PRODUK BioPLONK Halaman 27 Judul : Peningkatan Kemampuan Bakteri Methanogenik Ruminansia dengan Introduksi Isolat Bakteri Selulolitik Asal Feses Gajah untuk Membuat Starter Fermentasi Gas Bio A. Permasalahan 1. Kenaikan harga bahan bakar minyak. 2. Kegagalan proses pembuatan biogas sebagai sumber energi alternatif keluarga. 3. Tinggi kontaminan E. coli dalam air susu dan air minum rumah tangga dan industri peternakan sapi perah dan sapi potong. B. Deskripsi Teknologi 1. Isolasi mikroba super dan feses gajah dengan formula media selektif 2. Kombinasi mikroba super gajah dengan M.O. ternak ruminansia (SMSE) C. Manfaat /Keunggulan Teknologi 1. Menyediakan bahan bakar alternatif untuk keluarga peternak 2. Meningkatkan kecepatan fermentasi untuk mendapatkan gas bio 3. Mencegah kontaminan E. coli air susu dan air sumur. D. Potensi Pasar dan Bidang Penerapan 1. Untuk bidang peternakan sebagai starter pembuatan biogas dan pengolah feses. INVENSI HKI UNIVERSITAS MUHAMMADIYAH MALANG Nama Inventor : AHMAD WAHYUDI Alamat/Telp./HP : Pondok Bestari Indah Blok C2/263/0341466629 Judul Invensi : Peningkatan Kemampuan Bakteri Methanogenik Ruminansia dengan Introduksi Isolat Bakteri Selulolitik Asal Feses Gajah untuk Membuat Starter Fermentasi Gas Bio Deskripsi: a. Permasalahan : 1) Tingginya tingkat kegagalan proses pembuatan energi biogas 2) Tingginya kontaminan dalam air susu produksi peternak sapi perah 3) Lambatnya proses pengolahan limbah peternakan (3 – 4 bulan) b. Deskripsi Teknologi: 1) Isolasi mikroba feses ruminansia dan feses gajah dengan media selektif untuk memperoleh mikroba super (SMSE) 2) Teknologi Fermentasi dengan mengkombinasi isolat-isolat super 3) Desain fermentor Manfaat /Keunggulan Teknologi: 1) Menyediakan bahan bakar pengganti LPG dan minyak tanah untuk keluarga peternak. 2) Mencegah kontaminan mikroba patogen dalam air susu, air minum dan lingkungan peternakan 3) Mendapatkan desain fermentor sederhana dan aplikatif bagi keluarga peternak sapi perah /sapi potong. Potensi Pasar dan /atau Bidang Penerapan: Produk starter bakteri super ini aplikatif digunakan untuk pengolahan limbah organik dalam industri maupun rumah tangga (limbah septictank), sehingga konsumennya sangat luas. Tahap Pengembangan: Kombinasi bakteri dari gajah untuk diintroduksikan pada bakteri ruminansia. Kata Kunci : Methanogenik, Fibrolitik, Organik, Energi. Ruminansia, Gajah/Elephant, Limbah Malang, 16 Maret 2005 Inventor Ahmad Wahyudi