PRODUKSI PROTEIN SEL TUNGGAL ISOLAT KHAMIR ASAL LIMBAH PABRIK KECAP DENGAN METODE CO-CULTURE
PRODUKSI PROTEIN SEL TUNGGAL ISOLAT KHAMIR ASAL LIMBAH PABRIK
KECAP DENGAN METODE CO-CULTURE
1) 2)Chintya Corin dan Tri Ardyati
Jurusan Biologi, Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam, Universitas Brawijaya, Malang
1) 2)triardy@ub.ac.id dan tri_ardyati@yahoo.com
ABSTRAK
Limbah pabrik kecap terdiri limbah cair dan ampas kecap. Ampas kecap masih mengandungnutrisi yang cukup tinggi sehingga memungkinkan khamir dapat hidup pada limbah tersebut. Isolat
khamir yang berasal dari limbah kecap berpotensi sebagai sumber protein sel tunggal. Tujuan dari
penelitian ini adalah untuk mengetahui isolat-isolat khamir yang dapat digunakan untuk produksi
protein sel tunggal secara co-culture dan mengetahui pengaruh metode co-culture terhadap kadar protein
yang dihasilkan. Isolat yang digunakan yaitu I YP K , I YP K , KYP K , KYP K , AYP K , AYP K , dan
2 51
2 5 2 6 1 3 2 6 1 6 2 AYP 5 K 4 . Tahapan penelitian meliputi perbanyakan khamir pada media Yeast Malt Broth, uji interaksiantar isolat yang didapatkan, produksi protein sel tunggal, dan identifikasi isolat dengan API 20C AUX.
Parameter yang diamati meliputi biomassa, jumlah sel, dan kadar protein yang dihasilkan selama proses
inkubasi. Rancangan penelitian menggunakan Rancangan Acak kelompok (RAK) dengan tiga kali
ulangan. Isolat yang digunakan untuk metode co-culture dalam produksi protein sel tunggal adalah isolat
yang tidak bersifat antagonis dengan isolat lainnya, yaitu isolat KYP K (Saccharomyces cereviseae),
3 2 AYP 6 K 1 , AYP 6 K 2 , dan AYP 5 K 4 . Penggunaan metode co-culture tidak meningkatkan biomassa dan jumlahsel, namun dapat meningkatkan kadar protein. Produksi protein sel tunggal oleh co-culture isolat KYP K
3 2 dan AYP K menghasilkan kadar protein tertinggi yaitu sebesar 1,31 mg/g. 6 2 Kata kunci : Ampas kecap, co-culture, khamir, protein sel tunggalABSTRACT
Nutrient content in soy sauce waste able to allow growth of yeasts. Yeast isolates have potency to be
used in the production of single cell protein. The research was carried out to study isolates for production
of single cell protein using co-culture method and to determine the effect of co-culture method in protein
content obtained. The isolates used were I YP K , I YP K , KYP K , KYP K , AYP K , AYP K , and
2 5 12
5 2 6 1 3 2 6 1 6 2 AYP K . Steps used in this research were grown the yeast isolates in Yeast Malt Broth, assay of antagonist 5 4among yeast isolates, single cell protein production, and identification using API 20C AUX. Parameters
measured were biomass, number of cells, and protein content. Design of research using two-way ANOVA
with three replications. Isolates able to be used for co-culture method in the production of single cell
protein were KYP K (Saccharomyces cereviseae), AYP K , AYP K , and AYP K . Co-culture methods
3 2 6 1 6 2 5 4does not increase biomass and number of cells, however able to increase the protein content. Protein
production by co-culture isolates KYP K and AYP K is highest than other co-culture isolates with
3 2 6 2 protein content 1.31 mg / g.Key words : Co-culture, single cell protein, soy sauce waste, yeast
1996). Kandungan nutrisi yang cukup tinggi
PENDAHULUAN pada limbah kecap memungkinkan sebagai
media pertumbuhan bagi khamir. Isolat Industri kecap di Indonesia saat ini khamir dari limbah pabrik kecap juga sangat berkembang pesat. Hal tersebut berpotensi sebagai sumber protein sel tunggal. berbanding lurus dengan limbah yang
Isolat khamir yang telah diisolasi dari limbah dihasilkan dari produksi kecap. Limbah padat pabrik kecap sebanyak tujuh isolat, yaitu
(ampas) dari industri kecap mengandung
I 2 YP 5 K 1 ,
I 2 YP 5 K 2 , KYP 6 K 1 , KYP 3 K 2 , 27,26 % protein, 10,06 % lemak, dan 28,83 %
AYP K , AYP K , dan AYP K (Sidauruk 6 1 6 2 5 4 karbohidrat (Lubis, 2006). Ampas kecap dkk., 2013). mengandung protein sebesar 24,9 %, kalsium
Sejak perang dunia I dan II, khamir 0,39 %, dan 0,33 % fosfor (Widyati & Yanti, telah dikembangkan sebagai sumber protein sel tunggal (PST) untuk memenuhi kebutuhan protein dunia. Sumber PST dapat berasal dari spesies khamir Saccharomyces cerevisiae, khamir mengandung protein lebih tinggi dibandingkan kapang, kandungan asam nukleat lebih rendah daripada bakteri, dan ukuran sel lebih besar dibandingkan bakteri sehingga lebih mudah dipanen untuk digunakan sebagai PST (Waites dkk., 2001). Proses produksi protein sel tunggal dapat dilakukan secara mono-culture maupun co-
culture . Produksi PST secara co-culture lebih
menguntungkan karena penggunaan sumber karbon lebih efisien, sehingga meningkatkan biomassa dan mengurangi waktu fermentasi serta mengurangi biaya produksi (Tesfaw & Assefa, 2014). Penelitian ini bertujuan untuk mengetahui isolat khamir yang dapat digunakan untuk co-culture dalam produksi protein sel tunggal serta pengaruh metode co-
culture terhadap biomassa, jumlah sel, dan kadar protein yang dihasilkan.
Satu gram pelet digerus dengan ditambahkan nitrogen cair dan 2 ml buffer ekstrak protein (Bhima dkk., 2011). Supernatan diambil sebanyak 20 µl dan ditambahkan 780 µl akuabides kemudian dihomogenasi. Homogenat ditambahkan 200 µ l reagen Bradford. Suspensi diinkubasi selama 10 menit pada suhu ruang dan diukur absorbansinya pada panjang gelombang 595 nm (Sidauruk dkk., 2013). Data absorbansi isolat co-culture dimasukkan dalam rumus kurva standar BSA (Bovine Serum Albumin). Kadar protein dihitung dengan rumus
= Keterangan: B : Biomassa (µg/sel) BP : Berat basah pelet (µg/ml) JS : Jumlah sel (sel/ml)
Biakan khamir disentrifugasi pada 5000 rpm, 4° C selama 5 menit. Supernatan dibuang dan pelet dicuci dengan PBS (Phosphat Buffer Saline) sebanyak tiga kali. kemudian ditimbang untuk menentukan berat basah pelet. Biomassa dihitung dengan rumus
(1:1) diinokulasikan dalam 360 ml media YMB untuk produksi PST. Inokulum diinkubasi dalam shaker suhu 30° C, kecepatan 120 rpm, selama 10 jam.
METODE PENELITIAN
Uji Interaksi Antar Isolat. Uji
(2)
media YMA dengan spread method dan diinkubasi selama 48 jam. Satu koloni (1)
20C AUX . Isolat khamir dimurnikan pada
Identifikasi Isolat Khamir dengan API
two-way ANOVA dan dilanjutkan dengan uji Tukey.
percobaan yang dilakukan adalah rancangan acak kelompok (RAK) dengan tiga kali ulangan. Hasil dianalisis menggunakan uji
Rancangan Percobaan . Rancangan
Keterangan: K : konsentrasi protein (µg/g) BEP : volume buffer ekstrak protein (µL) PS : volume supernatan (µL) KP : konsentrasi protein BP : berat pelet (g)
Sumber Isolat Khamir. Isolat yang
interaksi menggunakan metode Disk
digunakan diperoleh dari penelitian sebelumnya, yaitu
I 2 YP 5 K 1 ,
I 2 YP 5 K 2 , KYP 6 K 1 , KYP 3 K 2 , AYP 6 K 1 , AYP 6 K 2 , dan
AYP 5 K 4 (Sidauruk dkk., 2013). Setiap isolat diremajakan pada media Yeast Malt Agar (YMA) dengan komposisi ekstrak khamir 0,3 %, ekstrak malt 0,3 %, pepton 0,5 %, glukosa 3 %, agar 1,5 % dalam 100 ml akuades, kemudian diinkubasi pada suhu 30° C selama 48 jam.
Produksi Protein Sel Tunggal dan Pengukuran Kadar Protein. Satu oose isolat
lalu ditunggu hingga mengering. Paper disk 6 mm direndam dalam media YMB yang berisi 1-2x10 8 CFU/ml sel isolat khamir lainnya, kemudian diletakkan pada permukaan YMA, diinkubasi pada suhu 30° C selama 48 jam. Setelah itu diamati ada tidaknya zona bening di sekitar paper disk (Jiang, 2009).
Diffusion . Isolat dengan densitas sel 1-2x10 8 CFU/ml dalam media YMB (Yeast Malt Broth ) berumur 48 jam, diinokulasikan secara spread method pada permukaan media YMA,
yang terpilih diinokulasikan dalam 60 ml YMB, diinkubasi dalam shaker suhu 30° C, kecepatan 120 rpm, selama 48 jam, kultur ini digunakan sebagai starter. Jumlah sel dihitung 8 sebanyak 20 ml dari masing-masing isolat diambil, diinokulasikan pada 2 2 ml 0,85% NaCl dan disamakan kekeruhann nnya dengan 2 McFarland. Sebanyak 100 µl b biakan kultur AUX, diteteskan pada 20 cupu pules API kit, diinkubasi pada suhu ruang. Per erubahan yang terjadi diamati pada 48 dan 72 72 jam. Hasil
A
yang diperoleh dimasukkan n ke dalam
B B
program analisis API 4.0 (Abu bulhamd dkk., 2007).
HASIL DAN PEMBAHA HASAN
Khamir yang digunakan un untuk produksi protein sel tunggal adalah khami mir yang tidak bersifat patogen (tidak mengha ghasilkan zona
C D D
bening pada media Blood agar , tidak memiliki pseudohifa, dan tida tidak memiliki
germ-tubes ) yaitu isolat I 2 YP 5 K K 1 , I 2 YP 5 K 2 ,
KYP K , KYP K , AYP K , A AYP K , dan 6 1 3 2 6 1 6 2 AYP 5 K 4 (Sidauruk dkk., 2013) 13) . Selain itu isolat khamir yang dapat digu gunakan untuk produksi protein sel tunggal den dengan metode
co-culture adalah isolat khamir ir yang tidak E F F
bersifat antagonis, yaitu isolat k t khamir tidak
Gambar 1. Uji antagonism isme A) isolat I YP K 2 5 1
membentuk zona bening dise isekitar koloni
terhadap isolat lainnya dan kontrol; B)
tumbuh. Berdasarkan hasil u uji interaksi,
isolat I YP K terhadap isolat lainnya 2 5 2 2
diketahui bahwa isolat I YP K K antagonis 2 5 1
dan kontrol; l; C) isolat KYP K 6 1
terhadap isolat I YP K dan KY YP K , namun 2 5 2 6 1
terhadap isolat lat lainnya dan kontrol;
sinergis terhadap isolat KYP 3 K K 2 , AYP 6 K 1 ,
D) isolat KY YP K terhadap isolat 3 2 AYP K , dan AYP K . Isolat K KYP K juga 6 2 5 4 6 1 lainnya dan kon ontrol; E) isolat AYP K 6 1
diketahui antagonis terhadap iso isolat KYP 3 K 2 ,
terhadap isolat l at lainnya dan kontrol; F) isolat AYP K terhadap isolat lainnya
namun sinergis terhadap isolat y t yang lainnya 6 2
dan kontrol
(Gambar 1). Adanya interaksi n i negatif dapat dilihat dari adanya zona benin ning di sekitar Pemanenan biomas assa khamir dilakukan
paper disk . Zona bening dap apat terbentuk
pada fase logaritmik akhi khir yaitu pada jam ke- karena adanya metabolit isolat at khamir yang
10. Biomassa khamir mem miliki berat biomassa mampu menghambat pertumb mbuhan isolat yang berbeda-beda (Tab abel 1). Berdasarkan khamir lainnya. Beberapa je jenis khamir tabel tersebut dapat at diketahui bahwa mampu mensintesis protein atau au glikoprotein biomassa sel tertinggi di dihasilkan oleh isolat dengan efek toksik terhadap j jenis khamir
mono-culture AYP 5 K 4 y yaitu sebesar 2,81 ±
yang sensitif dan kejadian ter tersebut sering -6 0,93 x 10 µg/sel. Bio iomassa isolat mono- disebut dengan killer system (Baeza dkk.,
culture ternyata lebih leb tinggi bila 2008).
dibandingkan dengan b biomassa isolat co- Pertimbangan lain yang ng digunakan
culture . Hal tersebut t disebabkan waktu
dalam pemilihan isolat untuk p produksi PST pengambilan sampel pa pada media produksi adalah kadar protein masing-m masing isolat tidak berada pada fase e logaritmik sehingga khamir. Berdasarkan Sidauruk k dkk. (2013) dimungkinkan telah te terjadi pengurangan terdapat empat isolat khamir kha yang kadar protein dalam sel sel. Selain itu adanya menunjukkan kadar protein yang ng tinggi antara kompetisi nutrisi antar ar isolat pada media lain isolat KYP K , AYP K , A AYP K , dan 3 2 6 1 6 2 YMB juga dapat memp mpengaruhi biomassa
AYP 5 K 4 , sehingga keempat iso isolat tersebut yang dihasilkan. digunakan dalam produksi P PST dengan metode co-culture.
Tabel 1. Biomassa khamir isolat mono-culture dan co-culture
25
1.2
1.4
1.6 K a d a r p ro te in ( m g /g ) Isolat bc ab bc bc bc bc bc bc c a
5
10
15
20
0.0
0.8
0.2
0.4
0.6
0.8
1.0
1.2
1.4 Ju m la h s e l (s e l x
1
1.0
0.6
Metode Isolat Biomassa (x 10 -6 µg / sel)
culture lebih digunakan untuk menghasilkan
Mono- culture KYP 3 K 2 1,77 ± 0,12 bc AYP 6 K 1 2,21 ± 0,62 c AYP 6 K 2 0,68 ± 0,07 a AYP 5 K 4 2,81 ± 0,93 d
Co- culture KYP 3 K 2 dan AYP 6 K 1 1,31 ± 0,05 b KYP 3 K 2 dan AYP 6 K 2 1,04 ± 0,01 b KYP 3 K 2 dan AYP 5 K 4 2,02 ± 0,49 c AYP 6 K 1 dan AYP 6 K 2 0,89 ± 0,16 ab AYP 6 K 1 dan AYP 5 K 4 2,14 ± 0,45 c AYP 6 K 2 dan AYP 5 K 4 1,14 ± 0,14 b
Kadar protein isolat mono-culture digunakan sebagai kontrol atau pembanding terhadap kadar protein isolat co-culture. Perbedaan waktu pengukuran tidak mempengaruhi kadar protein dengan nilai signifikansi 0,67 > 0,05, sedangkan perbedaan isolat mempengaruhi kadar protein dengan nilai signifikansi 0,00 < 0,05.
Pada Gambar 2 juga dapat dilihat bahwa kadar protein tertinggi dihasilkan oleh isolat co-culture KYP 3 K 2 dan AYP 6 K 2 sebesar 1,31 mg/g dan kadar protein terendah dihasilkan oleh isolat co-culture AYP 6 K 2 dan
AYP 5 K 4 sebesar 0,57 mg/g. Isolat co-culture KYP 3 K 2 dan AYP 6 K 1 , KYP 3 K 2 dan AYP 5 K 4 , serta AYP 6 K 1 dan AYP 6 K 2 menghasilkan kadar protein yang tidak berbeda dengan kontrol, sedangkan isolat AYP 6 K 1 dan
AYP 5 K 4 serta AYP 6 K 2 dan AYP 5 K 4 menghasilkan kadar protein yang lebih rendah daripada kontrol. Penurunan kadar protein dapat dikarenakan waktu pengambilan sampel untuk produksi protein sel tunggal tidak berada pada fase logaritmik isolat khamir melainkan saat memasuki fase stasioner. Hal tersebut menyebabkan jumlah sel kurang optimal karena saat fase stasioner sel khamir tidak lagi berkembang biak dan mengalami autobiodegradasi protein dalam sel yang digunakan untuk memenuhi kebutuhan energi, sehingga kadar protein dalam sel berkurang (Lay & Sugyo, 1992).
Berdasarkan Gambar 3 dapat dilihat bahwa jumlah sel tertinggi 23,69 x 10 9 sel/g dihasilkan oleh isolat mono-culture AYP 6 K 2 dan jumlah sel terendah 2,96 x 10 9 sel/g dihasilkan oleh isolat mono-culture AYP 5 K 4 .
Isolat co-culture KYP 3 K 2 dan AYP 6 K 2 yang memiliki kadar protein tertinggi ternyata juga tidak memiliki jumlah sel yang tinggi pula, 9 dapat terjadi karena substansi nutrisi pada co-
metabolit dibandingkan untuk pertumbuhan sel (Lay & Sugyo, 1992). Selain itu, pada proses produksi isolat mono-culture AYP 6 K 1 dan AYP 5 K 4 terbentuk banyak buih (foam) pada permukaan media produksi. Buih dalam kultur khamir merupakan hasil metabolit dari sel yang tumbuh. Buih dapat terjadi karena adanya kecepatan agitasi yang kurang optimal sehingga mempengaruhi ketersediaan oksigen yang menyebabkan pertumbuhan khamir tidak optimum (Lee & Kyun, 2001).
0.4
Gambar 2. Kadar protein pada isolat khamir mono-culture dan co-culture
Gambar 3. Korelasi antara kadar protein dan jumlah sel pada isolat mono-culture dan co-culture
Co-culture
isolat khamir KYP 3 K 2 dan AYP 6 K 2 berpotensi menjadi sumber protein sel tunggal karena memiliki kadar asam 1,13
±0,34 0,99 ±0,25 1,17 0,22 1,10 ±0,22 1,10 ±0,22 1,31 ±0,13 1,03 ±0,11 1,03 ±0,3 0,83
±0,26 0,57 ±0,13
0.0
0.2
9 / g ) K a d a r p ro te in ( m g /g ) Isolat Kadar protein nukleat yang lebih rendah daripada isolat [6] Lee, B.K. & K. J. Kyun. 2001. lainnya yaitu sebesar 15,80 % dan memiliki Production of Candida utilis biomass kandungan asam amino yang seimbang. Isolat on molasses in different culture types. 3 2 Saccharomyces cereviseae 1 sebesar 99,6 % 124 .
(Sidauruk dkk., 2013). Isolat khamir AYP 6 K 2 [7] Lubis, H. 2006. Pengolahan Limbah diketahui memiliki nilai kemiripan dengan Pabrik Kecap Menjadi Etanol .
Candida glabrata sebesar 99,3 %. Produksi Pascasarjana Universitas Sumatera
protein sel tunggal menggunakan co-culture Utara. Medan. Tesis.antara Saccharomyces cerevisiae dan [8] Sidauruk, H., T. Ardyati, & O. Sjofjan.
Candida glabrata tidak dapat diaplikasikan 2013. The Amino Acid Profile of Yeast
langsung sebagai pakan ternak, meskipun from Ketchup Factory Waste as a memiliki kadar protein yang tinggi Candidate of Single Cell Protein (SCP). dikarenakan Candida glabrata merupakan Int. J. Biosci. 3(9): 36-43. salah satu jenis khamir patogen. [9] Tesfaw, A. & F. Assefa. 2014. Co- culture: A Great Promising Method in
KESIMPULAN Single Cell Protein Production.
Biotech. & Mol. Biol. Review. 9(2): 12-
Isolat yang dapat digunakan secara co- 20 .
culture dalam produksi PST yaitu isolat [10] Waites, M. J., N. L. Morgan, J. S.
KYP 3 K 2 (Saccharomyces cereviseae ), Rockey, & G. Higton. 2001. Industrial
AYP 6 K 1 , AYP 6 K 2 , dan AYP 5 K 4 . Penggunaan Microbiology: Introduction . metode co-culture tidak meningkatkan Blackwell Science. USA. biomassa dan jumlah sel, namun [11] Widyati, E. & W., Yanti. 1996. meningkatkan kadar protein. Produksi PST Limbah untuk Pakan Ternak .
co-culture isolat KYP 3 K 2 dan AYP 6 K 2 Agrisarana. Surabaya.
menghasilkan kadar protein tertinggi sebesar 1,31 mg/g, namun kurang disarankan sebagai sumber PST.
DAFTAR PUSTAKA [1] Abulhamd, A. T., M. M. Mokhtar, & F.
R. Mohame. 2007. Biochemical and Molecular Characterization of Some Yeast Isolates. J. of Agric. Sci.
15(2):315-324.
[2] Baeza, M. E., M. A. Sanhueza, & V. H.
Cifuentes. 2008. Occurrence of Killer Yeast Strains in Industrial and Clinical Yeast Isolates. Biol. Res. 41(1): 173- 182 .
[3] Bhima, B., T. A. Devi, M. S. Reddy, Y. R. Reddy, & L.V. Rao. 2011.
Optimized protein extraction from yeast (Saccharomyces cerevisiae) for 2-D gel electrophoresis. J. of Theo. & Exp. Biol. 8(1):77-84 . [4] Jiang, L. 2009. Comparison of Disk
Diffusion, Agar Dilution, and Broth Microdilution for Antimicrobial Susceptibility Testing of Five Chitosans . Fujian Agricultural and Forestry University. Fujian. Tesis.
[5] Lay, B.W. & H. Sugyo. 1992.
Mikrobiologi . Rajawali Press. Jakarta.