9. Penentuan Sumber Karbon Terbaik pada Proses Fermentasi
Hasil percobaan diperoleh informasi bahwa sumber karbon terbaik untuk produksi senyawa aktif siklotirosil-prolil dihasilkan oleh dekstrin dan maltosa
Gambar 21.
5 10
15 20
25 30
laktosa glukosa
molase sukrosa
dekstrin maltosa
sumber karbon k
o n
s e
n tr
a s
i s ik
lo t
ir o
s il
-p ro
lil mg
L
-1
Gambar 21 Pengaruh sumber karbon terhadap konsentrasi siklotirosil- prolil
Hasil analisis ragam Lampiran 13a menunjukkan bahwa perlakuan terhadap beberapa sumber karbon berpengaruh nyata terhadap konsentrasi
antibiotik yang dihasilkannya. Dari Gambar 21 terlihat bahwa sumber karbon dekstrin menghasilkan konsentrasi antibiotik sebesar 28,41 mg L
-1
dan diikuti dengan maltosa dengan konsentrasi sebesat 25,29 mg L
-1
. Hasil Uji Duncan dengan taraf nyata
α 0,05 menunjukkan bahwa konsentrasi antibiotik yang dihasilkan oleh kedua sumber karbon dekstrin dan maltosa tidak berbeda nyata.
Apabila dilihat dari konsentrasi antibiotik dan rasio konsentrasi antibiotik terhadap konsumsi sumber karbon Tabel 10 terlihat bahwa dektrin menunjukkan
sumber karbon yang terbaik. Konsumsi dekstrin terlihat lebih sedikit dibandingkan dengan glukosa
maupun maltosa, namun demikian konsentrasi antibiotik yang dihasilkan lebih besar, artinya bahwa konversi sumber karbon menjadi metabolit sekunder adalah
lebih besar Tabel 10. Hal yang sama ditunjukkan pada rasio konsentrasi siklotirosil-prolil yang dihasilkan terhadap total konsumsi sumber karbon,
terlihat dekstrin menunjukkan rasio yang paling tinggi. Berbeda halnya dengan
glukosa, konsumsi glukosa cenderung besar, namun demikian konsentrasi antibiotik yang dihasilkan cenderung lebih kecil dibandingkan dekstrin. Menurut
Wang 1979 sebagian besar mikroba lebih menyukai glukosa yang dapat dimetabolisme secara langsung dibandingkan sumber karbon lainnya. Konsumsi
glukosa pada fase logaritma diiringi pertumbuhan sel yang cepat, sehingga jumlah sel cenderung meningkat lebih cepat. Data selengkapnya disajikan dalam
Lampiran 13b. Tabel 10 Konsentrasi antibiotik yang dihasilkan adanya perlakuan sumber karbon
Sumber karbon
Konsentrasi siklo tirosil-
prolil mg L
-1
Notasi Total konsumsi
sumber karbon mg
So-SSo x 100
Rasio konsentrasi siklo tirosil-prolil terhadap
total konsumsi sumber karbon Yps
Laktosa 12,84 a 4034 32,26 0,00318 Sukrosa 14,05 a 4401 47,87 0,00319
Molase 15,50 a 4933 83,47 0,00314 Glukosa 23,00 bc 9747
86,05 0,00224 Maltosa 25,29 cd 9409 79,45 0,00269
Dekstrin 28,41 d 8573
78,08 0,00331 Total konsumsi sumber karbon : konsentrasi sumber karbon awal sebelum fermentasi dikurangi
konsentrasi sumber karbon setelah fermentasi
Tabel 10 menunjukkan konsumsi glukosa lebih tinggi dibandingkan dengan konsumsi maltosa dan dektrin. Pada awal fermentasi dan fase logaritma,
konsumsi glukosa lebih banyak digunakan untuk pembentukan sel. Menurut Stanbury dan Whitaker 1984 adanya glukosa dalam medium fermentasi dapat
menyebabkan terjadinya metabolisme cepat fast metabolism untuk pembentukan sel dan secara bersamaan akan merepresi reaksi enzim pembentukan metabolit
sekunder. Namun demikian apabila konsentrasi glukosa mulai terbatas, pembentukan metabolit sekunder akan terjadi.
Untuk dapat menggunakan substrat maltosa atau dektrin masuk kedalam sel, diperlukan pemecahan atau hidrolisis maltosa atau dekstrin menjadi glukosa
terlebih dahulu. Gambar 20 menunjukkan lintasan metabolisme maltosa dapat melalui glukosa yang dilanjutkan dengan glikolisis menjadi glukosa-6-fosfat dan
melalui lintasan melalui konversi maltosa menjadi glukosa-1-fosfat yang berlanjut menjadi glukosa-6-fosfat. Lintasan metabolisme dektrin menjadi lebih panjang,
yaitu melalui pemecahan dektrin menjadi maltosa dan glukosa, dan tahap selanjutnya mengikuti lintasan metabolisme glukosa dan maltosa. Perbedaan
lintasan metabolisme menyebabkan laju penggunaan substrat antara glukosa, maltosa, dan dekstrin menjadi berbeda. Perbedaan lintasan metabolisme juga
berpengaruh terhadap besarnya energi, dalam hal ini ATP yang diperlukan atau dibebaskan dalam proses anabolisme dan katabolisme.
Konsumsi sumber karbon laktosa, sukrosa, dan molase terlihat jauh lebih kecil dibandingkan sumber karbon glukosa, maltosa, dan dekstrin, demikian juga
konsentrasi antibiotik yang dihasilkan. Hal ini menunjukkan bahwa isolat Streptomyces
sp.A11 kurang mampu menghidrolisis dan mengkonsumsi sumber karbon tersebut. Untuk dapat digunakan dalam metabolisme sel, laktosa terlebih
dahulu dihidrolisis menjadi glukosa dan galaktosa. Enzim yang terlibat dalam proses hidrolisis laktosa adalah enzim
β-galaktosidase. Kurangnya kemampuan dalam mengasimilasi laktosa ditandai dengan pertumbuhan sel yang lambat. Hal
yang sama terjadi pada konsumsi sukrosa. Sukrosa merupakan disakarida yang disusun dari glukosa dan fruktosa. Sebelum dapat diasimilasi oleh mikroba,
sukrosa terlebih dahulu dihidrolisis menggunakan enzim invertase. Tidak semua mikroba memiliki kemampuan untuk menghidrolisis sukrosa menjadi glukosa dan
fruktosa. Adapun reaksi hidrolisis sukrosa menjadi glukosa dan fruktosa disajikan sebagai berikut:
C
22
H
22
O
11
+ H
2
O C
6
H
12
O
6
+ C
6
H
12
O
6
invertase Glukosa
Fruktosa Sukrosa
Penggunaan molase sebagai sumber karbon pada percobaan ini diperoleh konsentrasi siklotirosil-prolil yang lebih rendah dibandingkan dengan
penggunaan sumber karbon glukosa, maltosa, dan dektrin. Molase merupakan hasil samping dari proses produksi gula. Disamping kaya akan sukrosa, fruktosa,
dan glukosa, molase juga mengandung bermacam-macam mineral. Namun demikian karena molase merupakan hasil samping yang sebelumnya dilakukan
penambahan bahan kimia dalam proses produksi gula, sulit untuk memprediksi komposisi kimia sebenarnya yang terkandung di dalam molase. Banyak
kemungkinan unsur-unsur logam yang terkandung didalamnya menghambat atau mempercepat pertumbuhan mikroba. Molase yang digunakan dalam penelitian ini
menghasilkan pertumbuhan isolat Streptomyces sp. A11 yang lambat, demikian
juga dengan konsentrasi siklotirosil-prolil yang dihasilkannya. Kompleksitas komposisi molase menjadi lebih sulit untuk memprediksi kemungkinan penyebab
kecilnya laju pertumbuhan dan produktivitas siklotirosil-prolil. Dalam penggunaan sumber karbon komplek seperti halnya molase, maka perlu
diperhatikan regulasi penggunaan sumber karbon dalam sel. Menurut Sanchez et al
. 2010 salah satu faktor yang berpengaruh dalam proses fermentasi adalah regulasi sumber karbon dalam metabolisme sel. Regulasi sumber karbon
ditentukan oleh kecepatan penggunaan sumber karbon yang paling disukai oleh mikroba tersebut. Salah satu faktor regulasi sumber karbon yang paling penting
adalah represi katabolit sumber karbon. Mikroba akan menentukan sumber karbon yang paling disukai untuk dimetabolisme terlebih dahulu dibandingkan sumber
karbon lainnya dengan melakukan represi reaksi enzim tertentu yang terjadi di dalam metabolisme tersebut Martin dan Demain 1980.
Dalam jalur metabolisme, dektrin dan maltosa dihidolisis menjadi glukosa, dan berlanjut sampai terjadinya glikolisis menjadi piruvat. Walaupun jalur
metabolisme yang digunakan oleh dekstrin dan maltosa pada akhirnya mirip dengan lintasan glukosa, namun produktivitas siklotirosil-prolil dengan sumber
karbon dekstrin dan maltosa lebih tinggi dibandingkan dengan sumber karbon glukosa. Glukosa merupakan sumber karbon yang siap dimetabolisme secara
langsung tanpa dilakukan hidrolisis seperti halnya dektrin atau polisakarida lainnya. Mikroba akan merasa nyaman dan terus tumbuh dengan adanya glukosa
dalam jumlah yang cukup. Pada Tabel 10 terlihat bahwa konsumsi glukosa terlihat relatif lebih banyak dibandingkan maltosa dan dekstrin. Berbeda halnya dengan
sumber karbon dekstrin dan maltosa, kedua sumber karbon ini akan mengalami hidrolisis terlebih dahulu menjadi glukosa untuk dapat digunakan dalam proses
metabolisme sel. Dengan demikian jumlah glukosa yang dibutuhkan untuk pertumbuhan sel dapat diatur dengan sendirinya oleh mikroba tersebut. Hal yang
sama terjadi pada produksi aktinomisin D menggunakan isolat Streptomyces parvulus
Sausa et al. 2001. Penggunaan glukosa dalam medium fermentasi mengakibatkan pertumbuhan sel yang cepat dan produktivitas aktinomisin D
menjadi berkurang.
Streptomyces merupakan salah satu bakteri Gram-positif non-motil yang
memiliki kemampuan menghidrolisis berbagai sumber karbon polimer yang ada di lingkungan. Streptomyces memiliki jumlah protein enzim yang paling
lengkap yang dapat mendukung kemampuannya untuk dapat bertahan hidup di lingkungannya. Sebagai contoh Streptomyces coelicolor memiliki 614 protein
untuk mendukung kelangsungan hidupnya Sanchez et al. 2010. Berdasarkan hasil percobaan pendahuluan yang telah dilakukan
sebelumnya, maka sumber karbon dekstrin dipilih sebagai sumber karbon untuk penelitian selanjutnya. Dekstrin merupakan salah satu produk hasil hidrolisis
parsial pati yang memiliki unit rantai glukosa yang pendek 6 – 10 molekul glukosa sehingga dektrin memiliki sifat lebih mudah larut di dalam air. Dektrin
juga menjadi sumber karbon terbaik untuk produksi antibiotik spiramycin oleh Streptomyces ambofaciens
Benslimane et al.1995; Ashy dan Abou-Zeid 1982.