PENGERTIAN BIOTEKNOLOGI
Istilah bioteknologi untuk pertama kalinya dikemukakan oleh Karl
Ereky, seorang insinyur Hongaria pada tahun 1917 untuk
mendeskripsikan produksi babi dalam skala besar dengan menggunakan
bit gula sebagai sumber pakannya (Suwanto, 1998 dalam Nurcahyo,
2011). Secara terminologi atau pengertian bahasa maka bioteknologi
dapat diartikan sebagai:1. Bio memiliki pengertian agen hayati
(living things) yang meliputi; organisme (bakteri, jamur (ragi),
kapang), jaringan/sel (kultur sel tumbuhan atau hewan), dan/atau
komponen sub-selulernya (enzim);
2. Tekno memiliki pengertian teknik atau rekayasa (engineering)
yaitu segala sesuatu yang berkaitan dengan rancang-bangun, misalnya
untuk rancang bangun suatu bioreaktor. Cakupan teknik disini sangat
luas antara lain; teknik industri dan kimia;
3. Logi memiliki pengertian ilmu pengetahuan alam (sains) yang
mencakup; biologi, kimia, fisika, matematika dsb. Ditinjau dari
sudut pandang biologi (biosain), maka bioteknologi merupakan
penerapan (applied); biologi molekuler, mikrobiologi, biokimia, dan
genetika. Bioteknologi merupakan penerapan berbagai bidang
(disiplin) ilmu (interdisipliner). Selain itu ada beberapa
pengertian tentang bioteknologi yang lain, diantaranya:1. Menurut
Bull et al. (1982) dalam Nurcahyo (2011), bioteknologi merupakan
penerapan asas-asas sains (ilmu pengetahuan alam) dan rekayasa
(teknologi) untuk pengolahan suatu bahan dengan melibatkan
aktivitas jasad hidup untuk menghasilkan barang dan/atau jasa;
2. Bioteknologi merupakan penerapan prinsip-prinsip ilmu
pengetahuan dan kerekayasaan untuk penanganan dan pengolahan bahan
dengan bantuan agen biologis untuk menghasilkan bahan dan jasa
(OECD,1982 dalam Nurcahyo, 2011);
3. Bioteknologi adalah teknik pendayagunaan organisme hidup atau
bagian organisme untuk membuat atau memodifikasi suatu produk dan
meningkatkan/ memperbaiki sifat tanaman atau hewan atau
mengembangkan mikroorganisme untuk penggunaan khusus (OTA-US, 1982
dalam Nurcahyo, 2011);
4. Menurut Primrose (1987) dalam Nurcahyo (2011), secara lebih
sederhana bioteknologi merupakan eksploitasi komersial organisme
hidup atau komponennya seperti enzim;
5. Bioteknologi berasal dari dua kata, yaitu 'bio' yang berarti
makhuk hidup dan 'teknologi' yang berarti cara untuk memproduksi
barang atau jasa. European Federation of Biotechnology
mendefinisikan bioteknologi sebagai perpaduan dari ilmu pengetahuan
alam dan ilmu rekayasa yang bertujuan meningkatkan aplikasi
organisme hidup, sel, bagian dari organisme hidup, dan/ atau analog
molekuler untuk menghasilkan produk dan jasa;
6. Atau secara tegas dinyatakan, Bioteknologi merupakan
penggunaan terpadu biokimia, mikrobiologi, dan ilmu-ilmu keteknikan
dengan bantuan mikroba, bagian-bagian mikroba atau sel dan jaringan
organisme yang lebih tinggi dalam penerapannya secara teknologis
dan industri (EFB., 1983 dalam Nurcahyo, 2011)Untuk itu di dalam
proses bioteknologi terkandung tiga hal pokok, yaitu agen biologis
(mikroba, enzim, sel tanaman, sel hewan), pendayagunaan metode
secara teknologis dan industrial serta adanya produk dan jasa yang
diperoleh.PERKEMBANGAN BIOTEKNOLOGI
Di dalam penjelasan Diktat Bioteknologi yang disusun oleh
Nurcahyo (2011), jenis bioteknologi dapat dibedakan menjadi dua
macam berdasarkan metode dan jenis produk yang dihasilkan, yaitu:A.
Bioteknologi konvensional
Ciri-ciri bioteknologi konvensional; kurang steril, jumlah
sedikit (terbatas), kualitas belum terjamin. Contoh: industri
tempe, tape, anggur, yoghurt, dsb;
B. Bioteknologi modernCiri-ciri bioteknologi modern; steril,
produksi dalam jumlah banyak (massal), kualitas standar dan
terjamin. Selain itu, bioteknologi modern tidak terlepas dengan
aplikasi metode-metode mutakhir bioteknologi (current methods of
biotecnology) seperti: Kultur jaringan merupakan suatu metode untuk
memperbanyak jaringan/sel yang berasal atau yang didapat dari
jaringan orisinal tumbuhan atau hewan setelah terlebih dahulu
mengalami pemisahan (disagregasi) secara mekanis, atau kimiawi
(enzimatis) secara in vitro (dalam tabung kaca);
Teknologi DNA rekombinan (recombinant DNA technology) adalah
suatu metode untuk merekayasa genetik dengan cara menyisipkan
(insert) genayang dikehendaki ke dalam suatu organisme. Transgenik
adalah suatu metode untuk. Rekayasa protein (protein
engineering);
Hibridoma adalah suatu metode untuk menggabungkan dua macam sel
eukariot dengan tujuan mendapatkan sel hibrid yang memiliki
kemampuan kedua sel induknya;
Kloning adalah suatu metode untuk menghasilkan keturunan yang
dikehendaki sama persis dengan induknya;
Polymerase chains reaction (PCR) merupakan metode yang sangat
sensitif untuk mendeteksi dan menganalisis sekuen asam nukleat.
RT-PCR untuk memperbanyak (amplifikasi) rantai RNA menjadi DNA;
tissue/cells extracted RNA/mRNA rT-PCR copy DNA (cDNA);
Hibridisasi DNA adalah metode untuk menyeleksi sekuen DNA dengan
menggunakan probes DNA untuk hibridisasi (pencangkokan) rantai DNA
pita ganda.APLIKASI BIOTEKNOLOGI KONVENSIONAL DENGAN FERMENTASIAda
beberapa macam metode dalam mengolah bahan makanan dengan tetap
menjaga kandungan gizi dari setiap komponen yang terkandung di
dalam bahan makanan, salah satunya adalah dengan metode fermentasi.
Salah satu metode secara bioteknologi ini sudah berhasil
dipraktekkan oleh masyarakat Babilonia sejak 6.000 SM dalam
pembuatan bir, sedangkan penduduk Mesir sekitar tahun 4.000 SM
menggunakan cara ini untuk membuat adonan roti agar dapat
mengembang. Kemudian pada saat zaman pembangunan Tembok Besar Cina
pada abad ke-3 SM, sebagian ransum atau bekal makanan dari para
pekerjanya terdiri dari campuran berbagai jenis sayur-sayuran yang
difermentasi seperti kubis, lobak, ketimun dan sayuran lainnya yang
tersedia. Dan masyarakat Korea pun berhasil membuat kimchi yaitu
produk fermentasi asam laktat yang terdiri dari campuran berbagai
sayur-sayuran seperti kubis cina, lobak, cabe merah dan bahan-baan
campuran lainnya. Pengawetan maupun pengolahan bahan makanan dengan
metode fermentasi diduga mulai berkembang di daerah bagian Timur
yaitu sejak manusia mulai mengumpulkan dan menyimpan bahan makanan.
Fermentasi adalah proses secara aerob maupun anaerob yang
menghasilkan berbagai produk dengan melibatkan aktivitas mikroba
terkontrol (Darwis dan Sukara, 1989).Metode proses fermentasi bisa
memanfaatkan bakteri, kapang, khamir, jamur dan kapang. Contoh
salah satu proses fermentasi bisa menggunakan bakteri yaitu dengan
memanfaatkan asam laktat sebagai hasil dari proses pemecahan
karbohidrat oleh Bakteri Asam Laktat (BAL), dimana asam laktat
mampu memberikan beberapa pengaruh terhadap bahan makanan sebagai
berikut:a. Bahan makanan menjadi resisten terhadap pembusukan
mikrobiologi dan pembentukan racun-racun makanan;b. Mencegah
pertumbuhan mikroba lain yang tidak dikehendaki selama proses
fermentasi (Rahayu et al., 1999); c. Memberikan cita rasa yang
lebih enak dan bisa juga memperbaiki nilai gizi.Masyarakat Korea
percaya bahwa asam laktat dapat mengeliminasi parasit-parasit dan
mikroba-mikroba pathogen tinja yang terdapat pada sayur-sayuran dan
buah-buahan apabila tinja manusia atau hewan digunakan sebagai
pupuk. Hal ini karena pada sayur-sayuran dan buah-buahan mengandung
gula dan komponen nutrisi lain yang cukup sebagai substrat untuk
pertumbuhan bakteri asam laktat dan mikroba jenis lainnya. BAL
mempunyai distribusi yang luas dan kemampuan tumbuh pada berbagai
substrat organik dan di berbagai kondisi seperti kondisi asam,
basa, suhu rendah, suhu tinggi, kadar garam tinggi, anaerob,
sehingga menjadikan bakteri asam laktat sebagai kompetitor tangguh
di semua sektor pengolahan pangan (Daulay, 1991). Pengaruh faktor
lingkungan terhadap pertumbuhan bakteri sangat menentukan kinetika
(kecepatan) proses fermentasi yang berlangsung (Yuliana, 2008). BAL
akan menurunkan nilai pH (membuat suasana asam) dari lingkungan
pertumbuhannnya, selain faktor lingkungan jenis BAL juga bisa
mempengaruhi hasil fermentasi termasuk jenis BAL yang
homofermentatif atau heterofermentatif (Murni et al., 2013).
Bakteri asam laktat bersifat probiotik yang terdapat di dalam
usus besar dipengaruhi oleh adanya substrat yang difermentasi oleh
Bifidobacteria dan Lactobacillus (Anonim, 2008). Substrat ini
berasal dari bahan makanan yang tidak dapat diserap dan dicerna
oleh enzim mamalia termasuk manusia antara lain dietary fiber yang
larut di dalam air (termasuk golongan pectin, gum, mannan,
alginate, laminarin) dan yang tidak larut didalam air (termasuk
golongan selulosa, hemiselulosa dan lignin) (Arief, 2007). Dari
hasil penelitian banyak digunakan bakteri asam laktat yaitu L.
acidophilus dan Bifidobacterium. Sedangkan dari hasil penelitian
lainnya seperti bakteri L. bulgaricus, S. thermophillus,
L.acidophylus, dan Bifidobacterium adalah beberapa jenis bakteri
asam laktat yang dapat pula dikelompokkan ke dalam kelompok
probiotik (mikroba hidup yang dapat memperbaiki kondisi saluran
pencernaan sehingga mampu meningkatkan kesehatan). Ada beberapa
manfaat bakteri probiotik bagi tubuh (Harti, 2007 dan 2009)
yaitu:a. Mampu mencegah terjadinya kanker (menghilangkan bahan
prokarsiogenik atau bahan penyebab kanker dari tubuh dan
mengaktifkan kembali sistem kekebalan tubuh;
b. Mampu menghasilkan bahan aktif anti tumor;c. Memproduksi
berbagai vitamin yang mudah diserap ke dalam tubuh seperti thiamin
(B1), riboflavin (B2), piridoksin (B6), asam folat, sianokobalanin
(B12);
d. Memproduksi asam lemak dan asam asetat di usus yang dapat
menekan pertumbuhan bakteri E coli dan Clostridium perfringens
penyebab radang usus dan menekan pertumbuhan bakteri pathogen
lainnya, serta mengurangi penyerapan amonia dan amina;
e. Berperan didalam penurunan kadar kolesterol, dimana
Bifidobakteria menghasilkan niasin yang memberikan kontribusi
terhadap penurunan kolesterol tersebut. Bakteri asam laktat dapat
memproduksi enzim yang disebut Bile Salt Hydrolase (BSH) yang dapat
bekerja mengurangi konjugasi garam empedu sehingga akan
meningkatkan asam empedu bebas yang tidak mudah diserap oleh usus
halus dibanding dengan asam empedu konjugasi. Upaya untuk
menyetimbangkan jumlah asam empedu tubuh, dibutuhkan kolesterol
yang diambil dari darah yang berfungsi sebagai precursor, sehingga
kadar kolesterol dapat diturunkan secara total. Pemberian mikroba
probiotik ternyata dapat membantu mendegradasi kolesterol dengan
cara mengkonversi kolesterol menjadi asam empedu kolat, sehingga
konsentrasi kolesterol dalam darah dapat direduksi dan kadar
kolesterol menjadi lebih stabil.
Berdasarkan hasil penelitian secara epidemiologi dan klinik
menunjukkan bahwa plasma dari total kolesterol dan densitas
kolesterol lipoprotein rendah merupakan faktor resiko utama
terjadinya serangan jantung. Penyakit kardiovaskuler termasuk
jantung koroner dan stroke adalah penyebab sekitar 20% seluruh
kematian tiap tahunnya di seluruh dunia, bahkan menurut WHO
dilaporkan bahwa pembunuh paling besar di dunia adalah penyakit
kardiovaskuler yang terutama disebabkan oleh konsumsi makanan cepat
saji secara berlebihan. Untuk mencegah hal ini terjadi maka
konsumsi makanan sehat dan kaya serat sangat dianjurkan, misalnya
saja growol (makanan tradisional masyarakat Indonesia yang berasal
dari umbi ketela pohon atau ketela, yang termasuk kelompok
umbi-umbian).
PENELITIAN ISOLAT BAL PADA GROWOLA. FERMENTASI BAKTERI ASAM
LAKTAT (BAL)
Fermentasi terbagi atas dua jenis, yakni homofermentatif dan
heterofermentatif. Homofermentatif adalah fermentasi yang produk
akhirnya hanya berupa asam laktat dari metabolisme gula, misalnya
pada proses fermentasi yang terjadi dalam pembutan yoghurt.
Sedangkan yang dimaksud heterofermentatif adalah fermentasi yang
produk akhirnya tidak hanya asam laktat, ada juga etanol, alkohol,
karbondioksida, ester dan sedikit asam-asam volatil lainnya,
misalnya pada proses fermentasi yang terjadi dalam pembuatan tape.
Beberapa jenis BAL yang biasa dimanfaatkan dalam pengolahan makanan
dan minuman adalah sebagai berikut (Heru, 2011): Streptococcus
Bakteri yang termasuk dalam kelompokini adalah Streptococcus
thermophilus, Streptococcus lactis dan Streptococcus cremoris.
Bakteri jenis ini adalah bakteri gram positif yang berbentuk bulat
(coccus) yang mempunyai rantai dan semuanya mempunyai nilai
ekonomis penting dalam industri susu;
Pedicoccus cerevisae
Termasuk bakteri gram positif berbentuk bulat, khususnya
terdapat berpasangan atau berempat (tetrads). Walaupun jenis ini
tercatat sebagai perusak bir dan anggur, bakteri ini berperan
penting dalam fermentasi daging dan sayuran; Leuconostoc
dextranicumTermasuk bakteri gram positif berbentuk bulat yang
terdapat secara berpasangan dan berantai pendek. Bakteri-bakteri
ini berperan dalam perusakan larutan gula dengan produksi
pertumbuhan dekstran berlendir. Bakteri jenis ini juga penting
dalam fermentasi sayuran dan juga ditemukan dalam sari buah, anggur
dan bahan pangan lainnya;
Lactobacillus
Bakteri dalam kelompok ini misalnya Lactobacillus lactis,
Lactobacillus acidophilus, Lactobacillus bulgaricus, Lactobacillus
plantarum dan Lactobacillus delbrueckii. Bakteri-bakteri ini
termasuk bakteri gram positif, berbentuk batang, berpasangan
membentuk rantai dari sel-selnya. Jenis ini umumnya lebih tahan
terhadap keadaan asam dari pada jenis-jenis Pedicoccus atau
Streptococcus. Jumlah bakteri ini akan menjadi lebih banyak
terdapat pada tahapan akhir dari fermentasi asam laktat pada
sayuran dan susu.B. BAHAN MAKANAN GROWOLGrowol merupakan makanan
khas dari daerah Kulonprogo, Yogyakarta yang terbuat dari umbi
ketela pohon. Pembuatan growol sangat sederhana yakni bahan utama
umbi ketela pohon dikupas kulitnya kemudian direndam selama 3 hari
berturut-turut. Setelah proses perendaman selesai maka umbi ketela
pohon di cuci bersih kemudian digiling, selanjutnya dikukus dan
dikemas dalam plastik ataupun keranjang bambu. Rasa makanan ini
hambar cenderung asam jika tidak dimakan bersama makanan pendamping
ketak dan pento yang terbuat dari kelapa (Hidayat, 2013). Selain
sebagai bahan makanan pengganti nasi (selain tiwul dan gatot),
growol juga bermanfaat untuk mencegah kegemukan serta menyembuhkan
penyakit maag dan juga penyakit gula. Makanan ini mampu bertahan
selama tiga sampai empat hari jika disimpan di tempat yang kering,
tanpa adanya bahan pengawet (Kompas, 2010).
Gambar 1. Makanan Tradisional Growol
Umbi ketela pohon yang memiliki nama ilmiah Manihot esculenta
memiliki klasifikasi ilmiah sebagai berikut:
Kingdom: Plantae
Divisi
: Magnoliophyta
Kelas
: Magnoliopsida
Ordo
: Malpighiales
Famili
: Euphorbiaceae
Upafamili: CrotonoideaeBangsa
: ManihoteaeGenus
: ManihotSpesies
: M. esculentaMerupakan tanaman perdu tahunan tropika dan
subtropika yang dikenal luas sebagai salah satu bahan makann pokok
penghasil karbohidrat dan daunnya sebagai sayuran. Ukuran tanaman
ini bisa mencapai tinggi 7 meter, akar tunggang dengan sejumlah
akar cabang yang berukuran besar menjadi umbi yang dapat
dikonsumsi. Ukuran umbi rata-rata memiliki garis tengah 2-3 cm dan
panjang 50-80 cm, berwarna putih atau kekuning-kuningan. Makanan
ini kaya akan karbohidrat pati dengan sedikit glukosa, dan
mengandung sedikit protein, sumber protein yang banyak justru
terdapat pada daun singkong karena mengandung asam amino metionina.
Umbi ketela tanpa adanya pengolahan mudah membusuk dan berubah
warna menjadi biru gelap akibat glukosa di dalam ketela pohon
teroksidasi dan membentuk glukosida yang kemudian berubah menjadi
asam sianida yang bersifat racun, meskipun disimpan di dalam lemari
pendingin sekalipun. Asam Sianida (HCN) bersifat pahit,
kandungannya 50 kali lebih banyak pada umbi yang sudah membusuk.
Kadar racun HCN dapat dikurangi/ diperkecil dengan cara perendaman,
ekstraksi pati dalam air, penccian, perebusan, fementasi,
pemanasan, pengukusan, pengeringan dan penggorengan. Kandungan HCN
dalam setiap 1 kg umbi segar adalah sekitar 20 mg HCN, sedangkan
komposisi kandungan gizi lainnya per 100 gram umbi segar mengandung
kalori (121 kal), air (62,50 gr), fosfor (40 gr), karbohidrat (34
gr), kalsium (33 gr), vitamin C (30 mg), protein (1,2 gr), zat besi
(0,7 mg), lemak (0,3 gr) dan vitamin B1 (0,01 mg) (Cereda,
1996).Untuk itu metode fermentasi pada umbi ketela pohon ini sangat
penting guna mengawetkan bahan pangan ini, agar tidak menghasilkan
racun. Penelitian tentang fermentasi pada growol ini telah
dilakukan oleh Widya Dwi Rukni Putri dan tim, pada April Tahun 2012
dengan tujuan untuk mendapatkan isolat BAL indigenus dari
fermentasi growol yang memiliki kemampuan amilotik, sehingga dapat
dimanfaatkan sebagai inokulum untuk produksi asam laktat dari pati.
Penelitian terhadap jenis BAL yang tumbuh selama proses fermentasi
growol adalah jenis Lactobacillus yang bersifat homofermentatif
(Muttarokah, 1998; Ngatirah, 2000), akan tetapi kemampuan amilotik
BAL belum diuji pada saat itu. Jenis Lactobacillus yang bisa
diidentifikasi selama proses fermentasi growol adalah Lactobaciluus
sake/ Mut 5 (Ngatirah, 2000). C. PERSIAPAN BAHAN DAN PERALATAN
PENGUJIANBahan dan peralatan yang digunakan dalam penelitian isolat
BAL makanan growol ini adalah:a. Bahan baku yang digunakan adalah
air rendaman umbi ketela pohon varietas lokal dari Desa Sangon,
Kulonprogo, Yogyakarta dengan bentuk umbi pendek dan berwarna
putih;
b. Air perendam berasal dari air yang bersumber dari Pegunungan
daerah Kulonprogo, Yogyakarta;
c. Bahan kimia yang digunakan antara lain media pertumbuhan
mikroba MRS Broth (Oxoid Ltd), ekstrak yeast (Oxoid Ltd), pati
larut (Difco), agar, peptone (Difco), glukosa, aquades, CaCO3,
natrium azida, alkohol, NaOH, safranin, I2, KI, kristal violet,
amonium oksalat, indikator pp, kapas dan kertas pembungkus;d. Bahan
untuk identifikasi yaitu kit API 50 CHL (API system, Bio-merieux,
Japan);e. Peralatan yang digunakan adalah laminar air flow,
vortex-mixer model VM-2000, inkubator, autoklaf, spektrofotometer
(UNICO UV-2100), timbangan digital (Denver Instrumen M-310),
mikropipet (Soccorex), pH meter, dan sentrifusa.D. TAHAPAN
PENGUJIAND.1. Persiapan awal inokulum BAL
1. Dua sampel umbi ketela pohon yang terendam air diambil dari
produsen lokal di Desa Sangon, Kulonprogo, Yogyakarta. Air rendaman
ini secara aseptis disimpan di dalam dua ember (wadah yang
digunakan untuk fermentasi) dan dibawa ke laboratorium;2. Sampel
disimpan pada suhu 29 2oC selama lima hari (120 jam);3. Selama
proses fermentasi, sampel diambil secara aseptis setiap 12 jam
untuk pengukuran pH serta setiap 24 jam untuk analisis
mikrobiologis (sampel dari air rendaman dan umbi umbi ketela
pohon);
4. Sebanyak 25 gram sampel masing-masing dari air rendaman dan
umbi umbi ketela pohon yang direndam ditimbang dalam labu
erlenmeyer steril dan dilarutkan dalam 225 ml larutan pepton 0,1%
yaitu berat sampel/volume larutan pepton;5. Sampel dihomogenkan
dengan menggunakan Stomacher 400 Lab Blender selama 1 menit;6.
Hasil homogenisasi dibuat variasi pengenceran yaitu 10-1, 10-2,
10-3, 10-4, 10-5, 10-6 dan 10-7;
7. Sebanyak tiga seri pengenceran yang sesuai untuk setiap 24
jam fermentasi, dituangkan sebanyak 1 ml (dilakukan duplo) pada
medium de Man Rogosa Sharp Agar (de Man (1960)) yang disuplementasi
dengan 1.5% CaCO3 ke dalam cawan petri;8. Cawan petri dimasukkan ke
dalam kantong plastik kedap udara dan diinkubasi pada suhu 37oC
selama 48 jam;
9. Koloni bakteri yang menghasilkan zona bening dengan karakter
yang berbeda dihitung untuk enumerasi total bakteri penghasil
asam;
10. Isolat dengan zona bening dimurnikan dengan metode streak
plate, kemudian ditumbuhkan dalam media agar tegak untuk analisis
selanjutnya dan disimpan pada suhu -40oC dalam tabung mikro dengan
medium MRS-gliserol 15% untuk penyimpanan dan pengawetan
isolat;
11. Untuk setiap uji karakterisasi isolat dari media agar tegak
diremajakan dalam 1,5 ml MRS broth dan diinkubasi selama 1824
jam.D.2. Analisa kemampuan amilotik BAL
Karakterisasi bakteri asam laktat (BAL) meliputi morfologi sel,
pewarnaan gram, uji katalase, dan produksi gas dari glukosa.
Selanjutnya isolat yang dikarakterisasi sebagai BAL diuji lebih
lanjut kemampuan amilolitiknya pada media dengan pati sebagai
satu-satunya sumber karbon. Langkah-langkah tahapan kedua ini
adalah sebagai berikut:1. Isolat bakteri asam laktat digoreskan
pada MRS agar dan diinkubasi pada suhu 37oC selama 2448 jam;
2. Selanjutnya masing-masing koloni dari isolat diambil dan
digoreskan dalam bentuk garis lurus pada media pati agar dengan
pati merupakan satu-satunya sumber karbon. Komposisi medium pati
agar meliputi 10 g pati larut, 10 g pepton, 5 g ekstrak khamir, dan
15 g agar per liter;
3. Setelah diinkubasi pada suhu 37oC selama 48 jam,
masing-masing petri yang berisi isolat dituangi dengan larutan
gram-iodin (0,5% kristal iodin ditambahkan pada larutan 1,5%
larutan kalium iodida) untuk membentuk warna biru gelap karena
terjadinya kompleks pati-iodin;
4. Strain dengan kemampuan amilolitik akan menghidrolisis pati
pada media di sekeliling tempat tumbuhnya dan dalam zona degradasi
tidak terbentuk warna biru, yang merupakan dasar deteksi dan
seleksi strain amilolitik;
5. Zona bening akan tampak setelah beberapa saat ditambahkan
larutan iodin dan kelebihan larutan iodine dibuang.
D.3. Analisa hidrolisis pati secara kuantitatif
Isolat yang analisis kualitatif amilolitiknya menunjukkan hasil
positif diuji lebih lanjut dengan analisis amilolitik kuantitatif.
Langkah-langkah tahapan ketiga ini adalah sebagai berikut:
1. Masing-masing isolat berumur 24 jam diambil sebanyak 25 L dan
ditumbuhkan pada media pati terlarut cair dengan komposisi 5 g pati
terlarut, 5 g pepton, 5 g ekstrak khamir, 0.5 g MgSO4.7H2O, 0.01 g,
FeSO4.7H2O dan 0.01 g NaCl yang dilarutkan dalam 1 liter akuades;2.
Selama 24 dan 48 jam inkubasi, media cair diambil sebanyak 2 mL
untuk diketahui profil degradasi patinya;3. Untuk uji degradasi
pati 1 mL broth disentrifugasi untuk mengendapkan sel bakterinya,
kemudian supernatant diencerkan 100 kali dengan akuades;4. Sebanyak
10 mL supernatan hasil pengenceran dimasukkan tabung reaksi dan
ditambahkan 1 mL larutan gram iodin;5. Campuran dihomogenisasi dan
absorbansi larutan yang membentuk senyawa kompleks berwarna biru
diukur dengan spektrometer pada panjang gelombang 585 nm;6.
Konsentrasi pati sisa dari masing-masing supernatan dihitung
berdasarkan kurva standar.D.4. Identifikasi BAL
Isolat dengan karakter gram positif, katalase negatif, tidak
memproduksi gas selama fermentasi, dan bersifat amilolitik,
dikarakterisasi lebih lanjut kemampuannya dalam memfermentasi 49
jenis karbohidrat. Langkah-langkah tahapan keempat ini adalah
sebagai berikut:1. Menggunakan kit API 50 CHL (Biomerieux,
Perancis). Isolat umur 24 jam digoreskan pada media MRS agar
sehingga didapatkan koloni murni dalam jumlah banyak;2. Selanjutnya
disuspensikan pada medium API CHL dan dihomogenisasi. Suspensi
isolat pada medium API CHL diteteskan pada API CHL strips yang
berisi substrat 49 macam karbohidrat kemudian diinkubasikan pada
suhu 37C selama 48 jam;3. Kemampuan isolat dalam memfermentasi
substrat diamati pada 24 dan 48 jam inkubasi. Perubahan warna dari
biru gelap menjadi kuning dinyatakan sebagai perubahan yang
positif;4. Hasil yang diperoleh diolah dengan menggunakan software
API 50 CHL sehingga didapatkan data jenis bakteri untuk
masing-masing isolat.E. HASIL ANALISASetelah seluruh rangkaian
proses pengujian sampel selesai, maka dapat dilakukan analisa
terhadap hasil pengujian, diantaranya:
Analisa perubahan pH dan jumlah bakteri asam laktat selama
fermentasi umbi ketela pohon pada pembuatan growolHasil pengujian
menunjukkan terjadinya perubahan pH selama lima hari fermentasi
umbi ketela pohon. Di awal hingga tiga hari fermentasi, terjadi
penurunan pH yang cukup tajam yaitu dari 6,57 menjadi 4,66, yang
kemudian meningkat kembali pada hari kelima fermentasi (Gambar 1).
Kondisi ini paralel dengan perubahan jumlah isolat BAL yang diambil
dari media fermentasi pada waktu yang sama (Gambar 2).
Gambar 2. Perubahan pH pada air perendam umbi ketela pohon
selama fermentasi umbi ketela pohon (0-120 jam)
Gambar 3. Perubahan jumlah bakteri penghasil asam selama
fermentasi umbi ketela pohon (0-120 jam) dari sampel air dan umbi
umbi ketela pohonBakteri asam laktat merupakan jenis bakteri yang
dominan selama fermentasi umbi ketela pohon pada pembuatan growol
ini. Peningkatan jumlah mikroba penghasil asam menyebabkan
terjadinya penurunan pH selama fermentasi. Peningkatan kembali pH
pada hari kelima menunjukkan bahwa asam-asam organik yang
dihasilkan dimanfaatkan sebagai substrat oleh jenis mikroba yang
lainnya. Hal ini menunjukkan perubahan dominasi mikroba untuk
setiap tahapan fermentasi. Dominasi pertumbuhan mikroba pada
fermentasi growol dalam jangka waktu lima hari telah diteliti oleh
Rascana (1986), yang menunjukkan jumlah mikroba yang terbesar
(dominan) setiap harinya berturut- turut sebagai berikut: pertama
termasuk jenis Streptococcus sp; kedua termasuk kelompok
Coryneform; ketiga termasuk yeast dan Enterobacteriaceae, Bacillus
sp, Acinetobacter sp; keempat termasuk jenis bakteri Lactobacillus
sp; dan kelima termasuk kelompok Moraxella sp. Seluruh
mikroorganisme tersebut ada selama fermentasi dan jumlahnya
bervariasi.Perubahan jumlah BAL selama fermentasi menunjukkan
terjadinya seleksi pertumbuhan yang dapat disebabkan karena
perubahan pada kondisi fermentasinya. Faktor lingkungan relatif
diatur stabil selama fermentasi, maka yang berpengaruh cukup besar
adalah kondisi media, diantaranya adalah jumlah substrat dan pH.
Pada awal fermentasi, jumlah nutrisi yang mudah diproses (glukosa)
masih tinggi sehingga jumlah mikroba penghasil asam meningkat,
selanjutnya glukosa habis digantikan dengan sumber karbon berupa
pati. Mikroba yang tidak mampu memanfaatkan pati sebagai substrat
akan mati sehingga jumlahnya pada air perendam turun. Mikroba yang
menempel pada umbi ketela pohon kemungkinan lebih mudah beradaptasi
dengan substrat berupa pati sehingga jumlahnya cenderung meningkat
selama fermentasi. Jumlah mikroba penghasil asam yang tumbuh pada
air perendam dan umbi ketela pohon pada jam ke-120 hampir sama
jumlahnya, kondisi ini kemungkinan disebabkan karena umbi ketela
pohon sudah mulai hancur dan tersuspensi pada air perendam. Analisa
terhadap karakteristik isolat selama fermentasi umbi ketela pohon
pada pembuatan growolSebanyak 231 bakteri diisolasi dari air
perendam dan umbi ketela pohon selama fermentasi umbi ketela pohon
pada proses pembuatan growol. Sebanyak 63 isolat diantaranya adalah
bakteri asam laktat dengan karakteristik gram positif, katalase
negatif dan tidak menghasilkan gas saat ditumbuhkan pada substrat
glukosa, serta didominasi jenis yang memiliki bentuk batang dengan
panjang sel yang berbeda (Tabel 1). Jumlah isolat yang bukan
merupakan bakteri asam laktat relatif tinggi, karena fermentasi
yang dilakukan adalah fermentasi alami atau spontan sehingga
berbagai jenis mikroba tumbuh terutama pada awal fermentasi. Selama
fermentasi berlangsung akan terjadi perubahan kondisi media yang
selanjutnya menjadi penyeleksi alami mikroba yang mampu beradaptasi
terhadap perubahan tersebut. Jumlah isolat bakteri asam laktat
dengan karakter yang diinginkan lebih banyak berasal dari umbi
ketela pohon yang direndam dibanding air perendam, hal ini
memberikan harapan bahwa isolat yang tumbuh adalah bakteri asam
laktat yang memang memiliki kemampuan tumbuh dan memanfaatkan umbi
ketela pohon sebagai substratnya. Pada penelitian terdahulu tentang
isolasi bakteri asam laktat dari produk pangan berbasis umbi ketela
pohon menunjukkan menunjukkan hal yang sama. Fermentasi umbi ketela
pohon pada pembuatan fufu di Afrika menunjukkan peran bakteri asam
laktat dalam pembentukan aroma, penghambatan bakteri pembusuk dan
patogen (Sobowale et al., 2007). Potongan umbi ketela pohon
terfermentasi pada pembuatan gari (makanan tradisional Afrika) juga
telah diteliti oleh Anike dan Okafor (2008), yang menunjukkan bahwa
hasil isolasi adalah Lactobacillus sp. yang merupakan jenis bakteri
asam laktat yang tumbuh dominan.Tabel 1 Karakteristik Isolat yang
Diisolasi Dari Perendaman Umbi Ketela Pohon Selama 0-120 Jam
Analisa terhadap karakteristik amilotik BALSebanyak 63 isolat
bakteri asam laktat diuji kemampuan tumbuhnya pada media dimana
pati merupakan satu-satunya sumber karbon. Sebagian besar isolat
(50 isolat) tidak mampu menggunakan pati sebagai substratnya
sedangkan 13 isolat dapat tumbuh tetapi tidak memiliki zona bening
yang jelas, yang menunjukkan bahwa kemampuan amilolitik isolat
tersebut lemah. Akan tetapi pengujian amilolitik kuantitatif
menunjukkan bahwa terdapat lima isolat dengan kemampuan degradasi
pati yang cukup besar pada pengamatan 048 jam inkubasi, selain itu
hampir semua isolat memiliki kemampuan tumbuh pada pH rendah (Tabel
2).
Tabel 2 Kemampuan Tumbuh Isolat BAL Pada Medium Pati dan pH
Rendah
Isolat bakteri asam laktat UB5.H5S4 memiliki kemampuan
amilolitik yang tertinggi dibandingkan isolat yang lainnya. Terjadi
penurunan jumlah pati yang cukup besar setelah fermentasi 24 jam
yang menunjukkan kemampuan bakteri tersebut dalam produksi enzim
amilase. Reddy et al. (2008) menunjukkan beberapa strain
Lactobacillus sp. menghasilkan amilase ekstraseluler dan
memfermentasi pati secara langsung menjadi asam laktat. Hal ini
disebabkan karena fermentasi dengan BAL amilolitik akan
menggabungkan dua proses yaitu hidrolisis enzimatis substrat
karbohidrat (pati) sekaligus fermentasi yang memanfaatkan gula yang
dihasilkan menjadi asam laktat.Kemampuan BAL dalam mendegradasi
pati sangat dipengaruhi oleh karakter bakteri tersebut dan hal ini
berkaitan dengan lingkungan isolat tersebut diperoleh. Seluruh
isolat yang digunakan dalam penelitian ini adalah isolat hasil
isolasi dari proses fermentasi umbi ketela pohon pada pembuatan
growol. Isolat UA10 adalah isolat yang diperoleh setelah 72 jam
fermentasi umbi ketela pohon. Jumlah gula yang tersedia bagi
pertumbuhan mikrob pada kondisi tersebut sudah banyak berkurang dan
substrat utama yang tersedia adalah pati. Hal ini yang kemungkinan
menyebabkan isolat tersebut memiliki kemampuan amilolitik
tinggi.
Fermentasi menyebabkan terjadinya perubahan karakteristik pati
yang disebabkan terjadinya penyerangan granula-granula pati oleh
enzim sekaligus asam yang dikeluarkan oleh mikroorganisme yang
terlibat (Marcon et al., 2006). Degradasi pati oleh bakteri asam
laktat terjadi karena sumber karbon dibutuhkan bagi pertumbuhannya
sehingga bakteri menghasilkan enzim amilase ekstraselular. Enzim
ini memecah ikatan polimer pati menjadi lebih pendek, oligosakarida
atau molekul gula sederhana, sehingga uji iodin yang dilakukan
menyebabkan terjadinya perubahan warna yang berbeda. Identifikasi
diperkuat dengan hasil penggunaan iodin untuk mewarnai amilosa
menunjukkan warna biru gelap, yang terjadi karena pembentukan
kompleks. Kompleks tersebut terjadi akibat amilosa membentuk
kumparan heliks disekeliling molekul iodin. Apabila polimer amilosa
terputus menjadi lebih pendek maka terjadi perubahan ikatan
kompleks dengan iodin sehingga warna menjadi lebih muda, merah,
atau cokelat (Murphy, 2000). Asam laktat juga dapat menyebabkan
degradasi pati selama fermentasi dengan mengoksidasi bagian amorf
dan selanjutnya secara simultan menghidrolisis amilosa dan
amilopektin. Waktu yang dibutuhkan asam laktat untuk mendegradasi
pati lebih panjang dibandingkan pemutusan ikatan oleh enzim.
Analisa terhadap identifikasi bakteri asam laktat
amilolitikIdentifikasi menggunakan API 50 CHL dan interpretasi data
menggunakan API software menunjukkan bahwa terdapat dua jenis
spesies yang berbeda dari lima isolat yang memiliki karakter
amilolitik (Tabel 3) yaitu Lactobacillus rhamnosus dan
Lactobacillus plantarum. Isolat Lactobacillus plantarum mendominasi
jenis isolat yang tumbuh pada perendaman umbi ketela pohon
dibandingkan dengan jenis Lactobacillus rhamnosus. Jenis isolat
yang sama ternyata memiliki kemampuan amilolitik yang berbeda-beda
apabila diisolasi pada lama fermentasi yang berbeda pula (Tabel 2).
Berdasarkan pengamatan pertumbuhan selama fermentasi, L. rhamnosus
mulai tumbuh pada hari kedua fermentasi. Pada saat tersebut jumlah
gula sederhana pada umbi ketela pohon sudah menurun dan mikrob yang
tumbuh adalah yang mampu memanfaatkan pati sebagai sumber karbon.
Adapun L. plantarum yang tumbuh mulai awal hingga akhir fermentasi
dapat memiliki kemampuan amilolitik sebagai bentuk adaptasi
terhadap lingkungan media. Jenis dan kondisi media menjadi penentu
jenis dan kemampuan mikroorganisme dalam memfermentasi atau
menggunakan pati sebagai substrat bagi pertumbuhannya. Hal ini
menjadi penyebab beragamnya jenis isolat amilolitik yang diisolasi
dari jenis media atau bahan yang berbeda. Spesies L. manihotivorans
diisolasi dari fermentasi pati umbi ketela pohon (Guyot dan
Guyot-Morlon, 2001), L. amylovorus dari jagung (Nakamura, 1981), L.
plantarum dari kentang dan umbi ketela pohon (Giraud et al., 1994),
Lactobacillus fermentum dari (Agati et al., 1998; Sanni et al.,
2002) dan L. amylophylus dari substrat yang diperoleh dari bahan
berpati lainnya (Naveena et al., 2003; Vishnu et al., 2002).
Penelitian Kostinek et al. (2007) juga menunjukkan bahwa bakteri
asam laktat yang dominan tumbuh pada fermentasi gari (umbi ketela
pohon terfermentasi) adalah kelompok bakteri asam laktat jenis
Lactobacillus plantarum spp, sedangkan Weissella dan Leuconostoc
adalah jenis bakteri yang dominan berikutnya.Tabel 3 Hasil
Identifikasi Isolat Dengan API 50 HCl
F. KESIMPULANDari hasil penelitian yang telah dilakukan dapat
diambil beberapa kesimpulan berikut:
1. Perendaman umbi ketela pohon pada pembuatan growol yang
berlangsung selama 1-5 hari merupakan proses fermentasi yang
melibatkan bakteri asam laktat dengan kemampuan amilolitik yang
berbeda;2. Jenis bakteri asam laktat hasil isolasi didominasi oleh
Lactobacillus plantarum dan Lactobacillus rhamnosus berdasarkan
identifikasi menggunakan kit API 50 CHL;3. Kondisi media dan lama
fermentasi terbukti mempengaruhi jenis bakteri asam laktat yang
tumbuh dan kemampuannya dalam mendegradasi pati;4. Penelitian lebih
lanjut dapat dilakukan dengan metode identifikasi yang lebih akurat
dan aplikasi bakteri asam laktat hasil isolasi ini dalam
memfermentasi pati umbi ketela pohon mentah.DAFTAR PUSTAKANakamura
LK. 1981. Lactobacillus amylolyticus: a new starch hydrolyzing
spesies from swine waste corn fermentation. Dev Ind Microbiol 20:
53140 Rascana AP. 1986. Microflora in Traditional Growol
Fermentation. Scription. Faculty of Agricultural Technology, Gadjah
Mada University. YogyakartaDarwis, A.A dan E. Sukara.
1989.Teknologi Mikrobial. Pusat Antar Universitas Bioteknologi.
Institut Pertanian Bogor.
Daulay, D. 1991. Fermentasi Asam Laktat Dalam Pengolahan Pangan.
PAU Pangan dan Gizi. IPB. Bogor.Giraud E, Champailler A, and
Raimbault M. 1994. Degradation of raw starch by a wild amylolytic
strain of Lactobacillus plantarum. Appl Environ Microbiol. 60:
431923.Cereda, M.P. and Mattos, M.C.Y. (1996). "Linamarin - The
Toxic Compound of Cassava". Journal of Venomous Animals and Toxins
(online) 2 (1), 6-12; ISSN 0104-7930.
Agati VJP, Guyot J, Morlon-Guyot P, Talamond, and Hounhouigan
D.J. 1998. Isolation and characterization of new amylolytic strains
of Lactobacillus fermentum from fermented maize doughs (mawe and
ogi) from Benin. J Appl Microbiol 85:51220 Muttarokah. 1998. Lactic
Acid Bacteria in Fermented Food of Yogyakarta. Scription. Faculty
of Agricultural Technology. Gadjah Mada University,
YogyakartaRahayu, E.S., F.D. Titiek, D. Mahyu, dan S. Edi. 1999.
Bakteri Asam Laktat pada Makanan Fermentasi Tradisional (abstrak).
Di dalam : Panduan Seminar Nasional Makanan Tradisional. Yogyakarta
16 Maret 1999.
Murphy P. 2000. Handbook of Hydrocolloids. Woodhead Publishing
Ltd and CRC Press LLC, New York. Ngatirah. 2000. Seleksi Bakteri
Asam Aktat sebagai Agensia Probiotik Yang Berpotensi Menurunkan
Kolesterol. Tesis S-2. Pascasarjana. UGM, Yogyakarta.Guyot JP and
Morlon-Guyot J. 2001. Effect of different cultivation conditions on
Lactobacillus manihotivorans OND32T, an amylolytic Lactobacillus
isolatd from sour starch cassava fermentation. International
Journal of Food Microbiology 67: 217-225.
Sanni A, Morlon-Guyot J, and Guyot JP. 2002. New efficient
amylase-producing strains of Lactobacillus plantarum and L.
fermentum isolatd from different Nigerian traditional fermented
foods. Int J Food Microbiol 72:5362.Vishnu C, Seenayya G, and Reddy
G. 2002. Direct fermentation of various pure and crude starchy
substrats to L(+) lactic acid using Lactobacillus amylophilus GV6.
World J Microbiol Biotechnol 18: 429433.
Naveena BJ, Vishnu C, Altaf Md, and Reddy G. 2003. Wheat bran an
inexpensive substrat for production of lactic acid in solid state
fermentation by Lactobacillus amylophilus GV6-optimization of
fermentation conditions, crystalline and pasting properties of
cassava starch are influenced by its molecular properties. Sci Ind
Res 62: 453456
Marcon MJA, Vieira MA, Santo K, De Simas KN, Amboni RDMC, and
Amante ER. 2006. The effect of fermentation on cassava starch
microstructure. Journal of Food Process Engineering 29: 362372.
Arief, I. 2007. Prebiotik & Probiotik Manfaat Bagi Kesehatan
dalam http://www. pjnhk.go.id, 21 September 2007.Harti, A.S. 2007.
Kajian Efek Sinergistik Probiotik dengan Prebiotik terhadap
Diaregenik Escherichia coli. Laporan Hasil Penelitian Dosen Muda.
Dibiayai oleh Direktorat Jendral Pendidikan Tinggi, Tahun
2007.Kostinek M, Specht I, Edward VA, Pinto C, Egounlety M, Sossa
C, Mbugua S, Dortu C, Thonart P, Taljaard L, Mengu M, Franz CMAP,
and Holzapfel WH. 2007.Sobowale AO, Olurin TO, and Oyewole OB.
2007. Efffect of lactic acid bacteria starter culture fermentation
of cassava on chemical and sensory characteristics of fufu flour.
African Journal of Biotechnology 6(16): 1954 1958.
Anike N and Okafor N. 2008. Secretion of Methionine by
microorganism associated with cassava fermentation. African Journal
of Food Agri. Nutr. and Development 8: 77-90.
Anonim, 2008, Pro Fiber (Formula Serat dengan Probiotik),
http:///www. Sun- gaibaru.com/produk/lihat/lihatproduk. php?id=4, 8
April 2008.Reddy G, Altaf MD, Naveena BJ, Venkateshwar M, and Kumar
EV. 2008. Amylolytic bacterial lactic acid fermentation, a review.
Biotechnology Advances 26: 2234. Yuliana, Neti. 2008. Kinetika
Pertumbuhan Bakteri Asam Laktat Isolat T5 yang Berasal Dari
Tempoyak. Jurnal Teknologi Industri dan Hasil Pertanian Volume 13
No. 2 edisi September 2008. Jurusan Teknologi Industri Pertanian
Fakultas Pertanian Universitas Lampung.Harti, A.S. 2009.
Biopreparasi Synbiotik (Probiotik dan Prebiotik) Dalam Yoghurt
Sebagai Imunostimulan dan Penurun Kolesterol, Program Hibah
Kompetitif Penelitian Sesuai Prioritas Nasional Batch I Tahun
2009.Kompas. 2010. Growol Makanan Rakyat Cegah Kegemukan dalam
http://regional.kompas.com/read/2010/08/16/11570266/.Growol.Makanan.Rakyat.
Cegah.Kegemukan (16 Agustus 2010).
Heru Nurcahyo, Dr. Drh. 2011. Diktat Bioteknologi. Jurusan
Pendidikan Biologi Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam.
Universitas Negeri Yogyakarta.
Putri, Widya et al. 2012. Isolasi dan Karakteristik Bakteri Asam
Laktat Amilotik Selama Fermentasi Growol, Makanan Tradisional
Indonesia. Jurnal Teknologi Pertanian Vol. 13 No.1 (April 2012)
Halaman 52-60. Hidayat, Amin. 2013. Growol, Makanan Khas Kulonprogo
dalam
http://aminstereo88.wordpress.com/2013/05/06/growol-makanan-khas-kulon-progo/
(6 Mei 2013)Murni, Ika., et al. 2013. Pemanfaatan Bakteri Asam
Laktat Dalam Proses Pembuatan Tahu dan Tempe Untuk Peningkatan
Kadar Isoflavon, Asam Linolet dan Asam Linolenat. Jurnal Kesehatan
Masyarakat Juli 2013. Surakarta
TUGAS MATA KULIAH
BIOTEKNOLOGI PANGAN DAN AGROINDUSTRI
(TPP 6220)
PEMBAHASAN JURNAL PENELITIAN DENGAN JUDUL
ISOLAT DAN KARAKTERISASI BAKTERI ASAM LAKTAT AMILOTIK SELAMA
FERMENTASI GROWOL,
MAKANAN TRADISIONAL INDONESIA
Oleh :
YULIA MAGHRIBA
146100100111016
PROGRAM PASCA SARJANA
MINAT BIOTEKNOLOGI PANGAN DAN AGROINDUSTRI
JURUSAN TEKNOLOGI HASIL PERTANIAN
FAKULTAS TEKNOLOGI PERTANIAN
UNIVERSITAS BRAWIJAYA
2014