OPTIMASI PRODUKSI PROTEIN SEL TUNGGAL

JKK, Tahun 2016, Vol 5(1), halaman 24-28
ISSN 2303-1077
OPTIMASI PRODUKSI PROTEIN SEL TUNGGAL (PST) DARI BAKTERI YANG
TERDAPAT PADA GASTROINTESTINAL (GI) IKAN NILA (Oreochromis niloticus)
DAN IKAN KEMBUNG (Scomber canagorta)
Berly Inuhan*1, Savante Arreneuz1, Muhamad Agus Wibowo1
1
Program Studi Kimia, Fakultas MIPA, Universitas Tanjungpura,
Jl. Prof. Dr. H. Hadari Nawawi, Pontianak
*
email: [email protected]
ABSTRAK
Ikan nila (Oreochromis niloticus) dan ikan kembung (Scomber canagorta) merupakan jenis ikan
yang dikonsumsi hanya bagian daging sedangkan bagian gastrointestinal (GI) dibuang sebagai
limbah terhadap lingkungan. Bagian GI ikan-ikan ini mengandung banyak jenis dari bakteri yang
dapat dimanfaatkan sebagai sumber bakteri penghasil protein sel tunggal (PST) dengan proses
fermentasi. Aplikasi pemanfaatan protein yang bersumber dari bakteri lebih sering digunakan
dibandingkan sumber dari hewan dan fungi, hal ini dikarenakan proses pertumbuhan dan
regenerasinya yang sangat cepat. Tujuan penelitian ini adalah memperoleh kondisi optimum
dalam produksi protein dan penentuan kadar protein yang didapat dari GI ikan nila (O. niloticus)
dan ikan kembung (S. canagorta) menggunakan metode Bradford dengan alat spektrofotometer
UV-Vis. Isolat-isolat terpilih dari sumber ikan nila (O. niloticus) adalah N1, N2, dan N3
sedangkan sumber ikan kembung (S. canagorta) adalah K1, K2, dan K3. Tahapan dalam
penentuan kondisi optimum produksi PST adalah penentuan waktu fermentasi, temperatur dan
pH. Isolat terpilih dari sumber ikan nila (O. niloticus) dan ikan kembung (S. canagorta) N3 dan
K3 berdasarkan kondisi optimum produksi PST. Waktu fermentasi optimum dari isolat N3 dan
K3 adalah 36 jam, temperatur optimum dari isolat N3 dan K3 yaitu 40oC dan derajat keasaman
optimum dari isolat N3 dan K3 adalah pH 7. Hasil penelitian terhadap kondisi optimum produksi
PST pada isolat N3 dan K3 memiliki kondisi optimum yang sama yaitu waktu fermentasi 36
jam, temperatur 40oC dan pH 7 dengan kadar PST masing-masing untuk isolat terpilih N3 dan
K3 yaitu 1,123 dan 1,039 mg/ml.
Kata kunci : Protein sel tunggal, Oreochromis niloticus, Scomber canagorta, pH,
temperatur, fermentasi
PENDAHULUAN
Protein sel tunggal merupakan
produk biomassa berkadar protein tinggi
yang berasal dari mikrobia (Batubara,
2009). Mikrobia penghasil PST umumnya
tumbuh pada limbah yang memiliki unsur
karbon dan nitrogen (Pawignya, 2011).
Bakteri, fungi, algae, dan yeast merupakan
jenis dari mikrobia yang dapat memproduksi
PST. Bakteri yang dapat memproduksi PST
antara
lain:
Brevibacterium
sp,
Methylophilus sp, Acromobacter delvaevate,
Acinetobacter calcoacenticu, Aeromonas
hydrophilla, Bacillus sp, Lactobacillus sp,
Cellulomonas sp, Methylomonas sp,
Pseudomonas sp, Rhodopseudomonas sp,
Flavobacterium sp (Adedayo et al., 2011;
Ashok et al., 2014).
Mikroba yang digunakan sebagai
penghasil PST harus memiliki kriteria yaitu
tidak bersifat patogen, memiliki nilai nutrisi
yang baik, dapat digunakan sebagai
Indonesia
merupakan
negara
kepulauan yang memiliki potensi yang
besar di bidang perikanan. Sumber Ikan
yang
didapat
berasal
dari
hasil
penangkapan di laut dan pembudidayaan
(Huffard et al., 2012). Jenis ikan yang
sangat
popular
berasal
dari
hasil
penangkapan dilaut adalah ikan kembung
(Scomber canagorta) (Dirjen Perikanan,
1990), sedangkan yang berasal dari hasil
pembudidayaan
adalah
ikan
nila
(Oreochromis niloticus) (Kordik, 2010).
Bagian ikan yang tidak digunakan dan
menghasilkan limbah terdapat pada bagian
gastrointestinal (GI) ikan yang dibuang
begitu saja dapat mengganggu lingkungan.
Limbah GI ikan ini perlu dimanfaatkan lebih
lanjut sebagai sumber bakteri penghasil
protein sel tunggal (PST) (Balaji et al., 2012;
Gethanjali dan Subash., 2011).
24
JKK, Tahun 2016, Vol 5(1), halaman 24-28
ISSN 2303-1077
makanan atau pakan, tidak mengandung
senyawa yang beracun, dan biaya
produksinya murah (Adedayo et al., 2011).
Pemanfaatan
PST
dapat
digunakan
sebagai pengganti protein dari sumber
konvensional seperti hasil pertanian,
perikanan, dan peternakan (Nigam, 1998;
Batubara, 2009; Ashok et al., 2014 )
Protein yang bersumber dari bakteri
lebih banyak dimanfaatkan dibandingkan
dengan hewan dan fungi. Hal ini
dikarenakan pertumbuhan dari bakteri
sangat cepat, tidak membutuhkan media
atau ruangan yang besar dan proses
regenerasinya sangat cepat. Salah satu
sumber dari bakteri dapat ditemukan pada
bagian GI biawak (Megiandari, 2009), ikan
Cyprinus carpio (Balaji et al., 2012) dan ikan
Labeo rohita (Gethanjali dan Subash.,
2011). Jenis bakteri yang mungkin
ditemukan pada ikan adalah Pseudomonas
sp,
Bacillus
sp,
Micrococcus
sp,
Staphylococcus sp, Streptococcus sp
(Buller, 2004).
Penelitian ini menggunakan bagian
GI ikan nila (O. niloticus) dan ikan kembung
(S. canagorta) digunakan sebagai sumber
bakteri penghasil PST. Habitat antara ikan
nila yang hidup di air tawar dan ikan
kembung yang hidup di air asin merupakan
suatu perbedaan lingkungan yang sangat
menonjol yaitu dari tingkat salinitas yang
berbeda dan keanekaragaman sumber
makanan yang berbeda sehingga perlu
dilakukan penelitian mengenai optimasi
produksi protein dari GI ikan nila (O.
niloticus) dan ikan kembung (S. canagorta)
berdasarkan pH, temperatur dan waktu
fermentasi serta kadar protein yang
diperoleh menggunakan metode Bradford
dengan alat spektrofotometer UV-Vis.
FeSO4.7H2O, kasein, larutan buffer, Bovine
Serum Albumin (BSA), pereaksi bradford.
METODOLOGI PENELITIAN
Pengaruh pH terhadap produksi protein
(Gethanjali dan Subash., 2011).
Penentuan pengaruh pH terhadap
produksi protein dilakukan dengan variasi
pH (6.0-9.0), dimana larutan buffer pH 6.07.0 (posfat buffer), pH 8.0-9.0 (boraks
buffer). Produksi protein diinkubasi pada
waktu optimum dengan temperatur 40oC.
Selanjutnya pengujian kadar protein dengan
metode yang sama dengan diatas.
Preparasi
Sampel
(Gethanjali
dan
Subash., 2011; Balaji et al., 2012).
Ikan dibedah bagian perutnya
dengan pisau steril dan dipisahkan GI dari
ikan. Selanjutnya dibuat larutan homogen
dengan penambahan GI ke larutan natrium
klorida 0.9%. (10:1; volume:berat) dibuat
larutan hingga 10-6. Selanjutnya dilarutkan
sampel (0.1 ml) ke media padat saline
nutrient agar kemudian diinkubasi pada
temperatur 37oC selama 24 jam. Koloni
dengan kecerahan dan zona diameter
terbaik yaitu isolat terpilih dari ikan
kembung (S. canagorta) adalah K1, K2, dan
K3 sedangkan ikan nila (O. niloticus) adalah
N1, N2, dan N3. Isolat-isolat ini dipindahkan
ke media skim milk salt agar sebagai
penghasil protein pada waktu fermentasi 24
jam dan temperatur 37oC. Selanjutnya
isolat-isolat ini digunakan untuk sampel
investigasi selanjutnya.
Produksi
Protein
(Gethanjali
dan
Subash., 2011).
Media cair yang digunakan dalam
produksi protein adalah mengandung 0.5 %
glukosa (w/v), 0.75 % pepton (w/v), 0.05 %
MgSO4.7H2O (w/v), 0.05 % KH2PO4 (w/v)
dan 0,01% FeSO4.7H2O (w/v) kemudian
dibiakan dengan variasi 6 hingga 48 jam di
dalam inkubator shaking (140 rpm) pada
temperatur 40oC dan pH 7. Setelah proses
fermentasi diatas selesai selanjutnya di
lakukan sentrifugal 10.000 rpm selama 15
menit dan dipisahkan supernatan yang
bebas sel sebagai protein preparasi
selanjutnya dilakukan uji kadar protein
dengan metode Bradford.
Alat dan Bahan
Peralatan yang digunakan dalam
penelitian ini meliputi peralatan gelas, pisau
steril, orbital shaker incubator, pH universal,
neraca, spektrofotometer UV-Vis, alat
sentrifugasi, oven dan autoclave.
Sampel berupa GI dari O. niloticus
dan S. canagorta. Bahan-bahan yang
digunakan adalah NaCl, akuades, Nutrient
Agar, glukosa, pepton, susu skim milk, agar,
MgSO4.7H2O,
KH2PO4,
K2HPO4,
25
JKK, Tahun 2016, Vol 5(1), halaman 24-28
ISSN 2303-1077
Pengaruh Temperatur terhadap produksi
protein (Gethanjali dan Subash., 2011).
Penentuan pengaruh temperatur
terhadap produksi protein dilakukan dengan
variasi temperatur 30, 40, 50, 60oC pada pH
dan waktu fermentasi optimum. Selanjutnya
pengujian kadar protein dengan metode
yang sama dengan diatas.
Berdasarkan kurva pada Gambar 1
dan 2 maka dapat diketahui fase lag terjadi
pada waktu 6-12 jam yaitu penyesuaian
bakteri terhadap lingkungan, fase log terjadi
pada waktu 12-24 jam dengan terjadinya
interaksi bakteri dengan substrat yang
meningkat
membentuk
protein,fase
stasioner terjadi pada waktu 24-36 jam yang
merupakan waktu optimum dari produksi
protein, tetapi setelah 36 jam yaitu fase
kematian diperoleh konsentrasi protein
yang menurun hal ini disebabkan jumlah
substrat yang mulai habis, jumlah protein
yang
terbentuk
dapat
menghambat
pertumbuhan
bakteri
dan
terjadinya
degradasi terhadap protein (Nelson dan
Cox., 2008; Hui, 2006).
Berdasarkan
nilai
konsentrasi
protein maksimum maka isolat K3 dan N3
memiliki nilai yang tertinggi dari masingmasing isolat yaitu 1,039 mg/ml dan 1,123
mg/ml. Isolat K3 dan N3 terpilih untuk
selanjutnya dilakukan pengaruh variasi
temperatur dan variasi pH pada waktu
fermentasi optimum yaitu 36 jam.
HASIL DAN PEMBAHASAN
Pengaruh Variasi Waktu Fermentasi
Terhadap Produksi protein
Penelitian ini dilakukan pada variasi
waktu yaitu 0-48 jam dengan interval 6 jam
terhadap Isolat terpilih dari sumber ikan nila
(O. niloticus) yaitu N1, N2, dan N3
sedangkan isolat terpilih dari sumber ikan
kembung (S. canagorta) adalah K1, K2, dan
K3. Fermentasi dilakukan pada temperatur
40oC dan tingkat keasaman pH 7 (Balaji et
al., 2008).
Konsentrasi (mg/ml)
1,2
1
0,8
0,6
K1
0,4
K2
0,2
K3
Pengaruh Variasi Temperatur dan pH
Terhadap Produksi Protein
Pengaruh
variasi
temperatur
dilakukan pada pH 7 (Balaji et al., 2008)
terhadap isolat N3 dan K3 dengan waktu
fermentasi 36 jam. berikut ini gambar grafik
variasi temperatur terhadap kadar protein.
0
-0,2 0
-0,4
6 12 18 24 30 36 42 48 54
Waktu ( Jam )
1,2
1,0
0,8
0,6
0,4
0,2
0,0
-0,2 0
-0,4
Kadar Protein (mg/ml)
Konsentrasi (mg/ml)
Gambar 1. Kurva
konsentrasi
protein
terhadap
waktu
fermentasi
isolat terpilih ikan kembung (S.
canagorta)
N1
N2
1,2
1,123
1
0,836
0,8
0,6
0,4
0,259
0,2
0
20
N3
0,209
30
40
50
Temperatur
60
70
(oC)
Gambar 3. Isolat N3 variasi temperatur
pada pH 7 dan waktu
fermentasi 36 jam
6 12 18 24 30 36 42 48 54
Waktu (Jam)
Gambar 2. Kurva
konsentrasi
protein
terhadap
waktu
fermentasi
isolat terpilih ikan nila (O.
niloticus)
Berdasarkan Gambar 3 dan 4
diperoleh konsentrasi protein meningkat
hingga temperatur 40oC, hal ini karena
semakin sesuai kondisi temperatur yang
dibutuhkan bakteri untuk pertumbuhan dan
26
JKK, Tahun 2016, Vol 5(1), halaman 24-28
ISSN 2303-1077
perubahan
struktur
molekul
dan
kelarutannya (Pawignya, 2011; Mathews et
al., 2004).
kadar protein (mg/ml)
kadar protein (mg/ml)
berkembangbiak, tetapi setelah temperatur
40oC terjadi penurunan konsentrasi protein
hal ini karena temperatur tinggi dapat
mengubah sifat fisik dari membran sel dan
mempengaruhi sistem sekresi ekstraseluler
dari bakteri (Gethanjali dan Subash., 2011;
Balaji et al., 2012).
1,2
1,039
1
0,8
1,039
1
0,8
0,6
0,522
0,517
0,4
0,465
0,2
0
0,6
5
0,4
0,345
0,313
0,2
0
30
40
50
Temperatur (oC)
60
70
Pengaruh variasi pH dilakukan pada
temperatur dan waktu fermentasi optimum
yaitu 40oC dan 36 jam terhadap isolat N3
dan K3. Berikut ini adalah gambar grafik
variasi pH terhadap kadar protein.
1,123
1
0,8
0,452
0,4
0,462
0,2
0
5
6
7
pH 8
9
pH
8
9
10
Berdasarkan hasil penelitian yang
telah dilakukan dapat disimpulkan bahwa:
1. Waktu fermentasi, temperatur dan pH
untuk menghasilkan produk protein dari
isolat K3 dan N3 memiliki kondisi
optimum yang sama yaitu 36 jam, pH 7
dan suhu 40oC.
2. Kadar protein dari isolat K3 dan isolat
N3 yaitu 1,039 mg/ml dan 1,123 mg/ml.
0,655
0,6
7
Berdasarkan hasil penelitian maka
dapat diketahui bahwa isolat dari N3 dan K3
memiliki kondisi optimum yang sama yaitu
pada temperatur 40oC, pH 7, dan waktu
fermentasi 36 jam sehingga N3 dan K3
memiliki potensi sebagai penghasil PST.
Hal ini dapat dilihat pada penelitian
terdahulu yaitu pH 7 dan temperatur 40oC
untuk GI ikan Cyprinus carpio (Balaji et al.,
2012), pH 9 dan temperatur 40oC untuk GI
ikan Labeo rohita (Gethanjali dan Subash.,
2011), pH 9 dan temperatur 55oC usus
biawak Varanus salvator (Megiandari,
2009).
SIMPULAN
Gambar 4. Isolat K3 variasi temperatur
pada pH 7 dan waktu
fermentasi 36 jam
1,2
6
Gambar 6. Isolat K3 variasi pH pada
temperatur 40oC dan waktu
fermentasi 36 jam
0,128
20
Kadar Protein (mg/ml)
1,2
10
Gambar 5. Isolat N3 variasi pH pada
temperatur 40oC dan waktu
fermentasi 36 jam
DAFTAR PUSTAKA
Adedayo, M.R., Ajiboye, E.A., Akintunde,
J.K., dan Odaibo, A., 2011, Single Cell
Proteins: As Nutritional Enhancer,
Pelagia Research Library, Vol.2 (5):
396-409.
Ashok, G.V., Pounikar, M.A dan Gulhane,
P.A., 2014, Liquid Whey: A Potential
Substrate for Single Cell Protein
Production from Bacillus subtilis NCIM
2010, Int. J. of Life Sciences, Vol. 2(2):
119-123.
Berdasarkan gambar 5 dan 6 diperoleh
konsentrasi protein yang meningkat hingga
pH 7 karena kesesuaian kondisi keasaman
dengan lingkungan hidup dari bakteri
sehingga aktivitas pertumbuhannya untuk
mengubah substrat menjadi protein juga
meningkat, tetapi setelah pH 7 konsentrasi
protein menurun yang disebabkan proses
denaturasi protein sehingga aktivitas
biologis dari bakteri terganggu akibat dari
27
JKK, Tahun 2016, Vol 5(1), halaman 24-28
ISSN 2303-1077
Buller N.B., 2004, Bacteria from Fish and
Other Aquatic Animals A Practical
Identification Manual, CABI Publishing.
Balaji N., Rajasekaran K. M, Kanipandian
N., Vignesh V dan Thirumurugan R.,
2012, Isolation and screening of
proteolytic bacteria from freshwater
Fish Cyprinus Carpio, International
Multidisciplinary Research Journal, Vol
2(6):56-59.
Batubara, U. M., 2009. Pembuatan Pakan
Ikan dari Protein Sel Tunggal Bakteri
Fotosintetik
Anoksigenik
dengan
Memanfaatkan Limbah Cair Tepung
Tapioka yang Diuji pada Ikan Nila
(Oreochormis niloticus), Departemen
Biologi USU: Medan (Skripsi).
Direktorat Jenderal Perikanan, 1990, Buku
Pedoman Pengenalan Sumber daya
Perikanan Laut, Jakarta.
Geethanjali, S., dan Subash, A., 2011,
Optimization Of Protease Production
By Bacillus subtilis Isolated From Mid
Gut Of Fresh Water Fish Labeo Rohita,
world journal of fish and marine
sciences, Vol.3(1) : 88-95.
Huffard, C.L., Mark V.E., dan Tiene G.,
2012,
Prioritas
Geografi
Keanekaragaman Hayati Laut Untuk
Pengembangan Kawasan Konservasi,
Kementerian Kelautan dan Perikanan.
Hui, Y.H., 2006, Food Biochemistry And
Food
Processing,
First
Edition,Blackwell Publishing, IOWA.
Kordik, K., 2010, Budidaya Ikan Nila di
Kolam
Terpal,
Lily
Publisher,
Yogyakarta.
Mathews, Von Holde and Ahren, 2004,
Biochemistry, Third Edition, Companio
Website.
Megiandari, A., 2009, Isolasi Dan Pencirian
Enzim Protease Keratinolitik Dari Usus
Biawak Air, Departemen Kimia Fakultas
Matematika Dan Ilmu Pengetahuan
Alam Institut Pertanian Bogor (Skripsi).
Nelson D.L and Cox M. M., 2008, Lehninger
Priciples of Biochemistry, fifth edition,
W.H. Freeman and Company, New
York.
Nigam, J.N., 1998. Single cell Protein from
Pineapple Cannery Effluent. World
Journal
of
Microbiology
&
Biotechnology. 14: 693-696.
Pawignya, H., 2011, Pembuatan Protein Sel
Tunggal dari Limbah Nanas dengan
Proses Fermentasi, Prosiding Seminar
Nasional Teknik Kimia “Kejuangan”,
ISSN 1693 – 4393.
28