25

IV. HASIL DAN PEMBAHASAN

A. PENELITIAN PENDAHULUAN

1. Karakterisasi Tongkol Jagung

a. Analisis Proksimat

Analisis proksimat dilakukan untuk mengetahui kondisi awal tongkol

jagung. Hasil analisis proksimat disajikan pada Tabel 4.

Tabel 4. Hasil analisis proksimat tongkol jagung

Komponen % b.b % b.k

Air 10.71 -

Abu 1.69 1.89

Protein 0.60 0.67

Lemak 2.34 2.62

Serat Kasar 79.15 88.64

Karbohidrat (by difference) 5.51 6.18

Keterangan: % b.b = Persentase berdasarkan bobot basah % b.k = Persentase berdasarkan bobot kering

Kadar air merupakan salah satu faktor yang mempengaruhi daya

simpan bahan selama menunggu proses pengolahan. Hasil analisis kadar air

tongkol jagung awal yaitu 10.71%, menunjukkan bahwa tongkol jagung yang

digunakan memiliki kadar air yang rendah. Kadar air yang rendah

menyebabkan bahan lebih tahan terhadap serangan mikroba selama

penyimpanan. Tongkol jagung memiliki kadar abu sebesar 1.69% (b.b) dan

1.89% (b.k). Kadar abu menunjukkan besarnya kandungan bahan anorganik

dan kandungan unsur mineral dalam suatu bahan. Menurut Chang dan Miles

(1989), mineral merupakan komponen yang penting bagi pertumbuhan fungi.

Mineral utama yang dibutuhkan bagi pertumbuhan fungi yaitu fosfor, kalsium

dan magnesium.

Kadar protein tongkol jagung menunjukkan hasil yang sangat kecil,

yaitu 0.60% (b.b). Hal ini menunjukkan bahwa tongkol jagung yang

26

digunakan memiliki kandungan nutrisi (protein) yang kurang mencukupi

khususnya jika akan dipergunakan langsung untuk bahan pakan ternak.

Tongkol jagung memiliki kadar lemak sebesar 2.34% (b.b) dan 2.62% (b.k).

Lemak merupakan zat ekstraktif yang larut dalam pelarut organik seperti eter,

aseton, dan lain-lain (Fengel dan Wegener, 1995).

Serat kasar merupakan residu dari bahan makanan atau pertanian

setelah diperlakukan dengan asam dan alkali mendidih dan terdiri dari selulosa

dengan sedikit lignin dan pentosan (Apriyantono et al., 1989). Kadar serat

kasar tongkol jagung yang tinggi, yaitu 79.15% (b.b) menunjukkan bahwa

bahan tersebut merupakan sumber karbon yang baik yang berguna sebagai

nutrisi bagi pertumbuhan mikroba, khususnya bagi mikroba yang dapat

menguraikan komponen serat (ligninolitik dan selulolitik).

Hasil analisis karbohidrat (by difference) menunjukkan bahwa tongkol

jagung memiliki kandungan karbohidrat sebesar 5.51% (b.b) dan 6.18% (b.k).

Kandungan karbohidrat tongkol jagung yang cukup tinggi memiliki peluang

yang cukup besar sebagai sumber karbon (C) bagi pertumbuhan mikroba.

b. Analisis Komponen Lignoselulosa

Lignoselulosa merupakan komponen utama tanaman yang

menggambarkan jumlah sumber bahan organik yang dapat diperbaharui

(Sjostrom, 1995). Lignoselulosa terdiri dari selulosa, hemiselulosa, lignin dan

beberapa bahan ekstraktif lain. Semua komponen lignoselulosa terdapat pada

dinding sel tanaman.

Hasil analisis komponen lignoselulosa awal tongkol jagung manis

yang digunakan pada penelitian ini menunjukkan hasil kadar lignin 19.74%,

kadar selulosa 41.45% dan hemiselulosa 33.91%. Sedangkan tongkol jagung

yang digunakan oleh Iswanto (2009) mempunyai kandungan lignin sebesar

15%, kadar selulosa 45% dan kadar hemiselulosa 35%. Hal tersebut

menunjukan bahwa setiap jenis tongkol jagung mempunyai komposisi

komponen lignoselulosa yang berbeda. Perbedaan komposisi kimia tongkol

jagung tersebut dipengaruhi oleh beberapa faktor antara lain perbedaan

varietas, tempat tumbuh, kelembaban dan cuaca saat pemanenan (Shofiyanto,

27

2008). Hasil analisis komponen lignoselulosa tongkol jagung sebelum

didelignifikasi dapat dilihat pada Tabel 5.

Tabel 5. Komposisi komponen lignoselulosa tongkol jagung sebelum didelignifikasi

Komponen % b.k

Zat Ekstraktif 4.92 Lignin 19.74 Selulosa 41.45 Hemiselulosa 33.91

Keterangan:

% b.k = Persentase berdasarkan bobot kering

Bagian terpenting dan yang terbanyak dalam lignocellulosic material

adalah polisakarida khususnya selulosa dan hemiselulosa yang terbungkus

oleh lignin dengan ikatan yang cukup kuat. Dalam kaitan konversi biomassa,

bagian yang terpenting adalah polisakarida. Karena polisakarida tersebut yang

akan dihidrolisis menjadi monosakarida seperti glukosa, sukrosa, xilosa,

arabinosa dan lain-lain sebelum dikonversi menjadi produk turunannya.

Berdasarkan hasil analisis kandungan komponen lignoselulosa, dapat

dikatakan bahwa lignin yang terkandung dalam tongkol jagung cukup tinggi.

Lignin merupakan senyawa yang heterogen dengan berbagai tipe ikatan

sehingga tidak dapat diuraikan oleh enzim hidrolisis (Hofrichter, 2002).

Lignin dapat didegradasi oleh fungi pelapuk kayu tetapi hanya dapat

didegradasi secara sempurna oleh fungi pelapuk putih (white rot fungi). Fungi

ini dapat mendegradasi polimer selulosa, hemiselulosa dan lignin dengan

bantuan enzim ekstraseluler yang terdiri atas selulase, xilanase, hemiselulase,

serta enzim pendegradasi lignin yaitu laccase (Lac) dan peroksidase yang

terdiri dari lignin peroksidase (LiP) dan mangan peroksidase (MnP).

28

2. Penentuan Fungi Terbaik

Parameter utama yang digunakan untuk penilaian jenis fungi pelapuk

putih terbaik yang akan terpilih dari ketiga jenis fungi yaitu Schizophyllum

commune, Phanerochaete chrysosporium dan isolat Pleurotus EB9 berdasarkan

kemampuan fungi dalam mendegradasi lignin paling tinggi pada tongkol

jagung selama 30 hari inkubasi. Persentase penurunan kadar lignin oleh

masing-masing fungi selama 30 hari inkubasi dapat dilihat pada Gambar 16.

Gambar 16. Persentase penurunan kadar lignin tongkol jagung (PC*:

Phanerochaete chrysosporium, SC*: Schizophyllum commune, EB9*: isolat Pleurotus EB9)

Hasil penelitian menunjukkan bahwa berdasarkan bobot lignin awal

dan bobot lignin setelah perlakuan inkubasi fungi pada tongkol jagung telah

terjadi penurunan lignin (Gambar 16). Setelah 30 hari inkubasi, tongkol jagung

yang diinkubasi dengan P. chrysosporium mengalami penurunan kadar lignin

paling tinggi diantara ketiga jenis fungi lainnya, yaitu 26.07% (Gambar 16 dan

Lampiran 1). Pada penelitian sebelumnya yang dilakukan oleh Fadilah (2008),

selama inkubasi pada suhu 38 oC selama 30 hari, P. chrysosporium mampu

menurunkan kadar lignin batang jagung sebesar 81.4 %. Hasil penurunan kadar

lignin yang kecil pada penelitian ini diduga terjadi karena P. chrysosporium

tidak diinkubasi pada suhu optimumnya yang berkisar antara 38 – 40 oC.

Penurunan kadar lignin oleh isolat Pleurotus EB9 setelah diinkubasi

selama 30 hari sangat kecil yaitu 1.66%. Tidak seperti pada P. chrysosporium

1.66%

14.15%

26.07%

29

yang dapat menghasilkan enzim pendegradasi komponen fenolik (MnP) dan

komponen non fenolik (LiP) sekaligus, Pleurotus EB9 hanya menghasilkan

satu jenis enzim pendegradasi lignin yaitu enzim laccase. Menurut Kimura et

al. (1990), usaha untuk mendeteksi aktivitas enzim lignin peroksidase pada

P.ostreatus di bawah beberapa kondisi kultur tidak menunjukkan hasil yang

positif. Sannia et al. (1991) menemukan bahwa pada fungi pelapuk putih

Pleurotus terdapat aktivitas enzim laccase. Laccase merupakan fenol oksidase

yang mengandung tembaga yang tidak membutuhkan H2O2 tetapi

menggunakan molekul oksigen (Thurston, 1994). Laccase dapat mengoksidasi

komponen non fenolik jika terdapat mediator seperti ABTS (2,2- azinobis

(3-etilbenzthiazolin-6-sulfonat)) atau HBT (hidroksibenzotriazol) (Bourbonnais

dan Paice, 1990). Padahal sekitar 90% struktur lignin tersusun atas unit non

fenolik (Srebotnik et al., 1994). Hal inilah yang menyebabkan kecilnya

persentase penurunan lignin pada substrat yang diinkubasi oleh Pleurotus

dibandingkan substrat yang diinkubasi oleh P. chrysosporium.

Seperti halnya pada Pleurotus, fungi S. commune diketahui dalam

mendegradasi lignin fungi ini hanya menghasilkan enzim laccase. Lebih

rendahnya bobot lignin akhir yang dialami oleh substrat setelah diinkubasi

dengan S. commune disebabkan oleh lebih besarnya penurunan bobot kering

yang dialami oleh substrat tersebut. Namun pada Lampiran 1 dapat dilihat

bahwa persentase kadar lignin substrat yang diinkubasi selama 30 hari oleh

kedua jenis fungi tersebut hampir sama yaitu 22.55% pada S. commune dan

22.36% pada isolat Pleurotus EB9.

Menurut Herliyana (1997), setelah 6 minggu inkubasi pada media padat

dengan kondisi diberi aerasi, pemberian S. commune dapat menurunkan kadar

lignin pada pulp kayu Acacia mangium sebesar 69.3% dan pada pulp kayu

Pinus merkusii sebesar 10%. Berdasarkan kondisi tersebut dapat dikatakan

bahwa kemampuan S. commune dalam mendegradasi lignin pada masing-

masing substrat berbeda-beda, termasuk pada substrat tongkol jagung. Hal ini

terjadi karena perbedaan komposisi kimia dari substrat tersebut.

30

Lignin merupakan senyawa polimer aromatik yang sulit didegradasi dan

hanya sedikit organisme yang mampu mendegradasi lignin, diantaranya fungi

pelapuk putih. Fungi mendegradasi lignin menjadi produk yang larut dalam air

dan CO2 (Boyle et al., 1992). P. chrysosporium mempunyai kemampuan

mendegradasi komponen lignin tongkol jagung paling besar diantara yang lain.

Oleh karena itu, P. chrysosporium digunakan sebagai fungi terpilih untuk

mendelignifikasi tongkol jagung pada penelitian utama.

Selain penurunan kadar lignin, tongkol jagung setelah diinkubasi

dengan fungi juga mengalami penurunan bobot kering. Seperti halnya

penurunan lignin, tongkol yang diinkubasi dengan P. chrysosporium memiliki

tingkat penurunan bobot kering paling tinggi yaitu 28.22% (Gambar 17).

Gambar 17. Persentase penurunan bobot kering tongkol jagung (PC*:

Phanerochaete chrysosporium, SC*: Schizophyllum commune, EB9*: isolat Pleurotus EB9)

Persentase penurunan bobot kering tongkol jagung merupakan salah

satu ukuran adanya biodegradasi oleh fungi. Berdasarkan Gambar 15 dapat

diketahui bahwa P. chrysosporium mempunyai kemampuan menurunkan bobot

kering tongkol jagung terbesar diantara ketiga jenis fungi. Terjadinya

penurunan bobot kering selama waktu inkubasi diduga karena adanya degradasi

tongkol jagung oleh enzim yang dikeluarkan oleh fungi. Menurut Hatakka

(2001), white-rot fungi menghasilkan berbagai jenis enzim yang terlibat dalam

proses degradasi lignin, juga menghasilkan selulase, xilanase dan hemiselulase.

15.79%

27.32%

28.22%

31

B. PENELITIAN UTAMA

1. Struktur Mikroskopis Tongkol Jagung

Struktur mikroskopis serat tongkol jagung awal dengan struktur serat

tongkol jagung yang telah diinkubasi dengan P. chrysosporium dapat dilihat pada

Gambar 18.

(a) (b)

(c) (d) Gambar 18. Struktur mikroskopis serat tongkol jagung (perbesaran 400x): tanpa

polarisasi (a) sebelum didelignifikasi, (b) diinkubasi 30 hari oleh P. chrysosporium; dengan cahaya terpolarisasi; (c) sebelum didelignifikasi, (d) diinkubasi 30 hari oleh P. chrysosporium

Pada Gambar 18 tampak struktur seperti benang yang disebut fibril.

Fibril merupakan kumpulan molekul-molekul selulosa dan mengandung bagian

yang teratur dan kurang teratur. Struktur tongkol jagung awal Gambar 18 (a)

tampak struktur fibril yang masih tersusun lurus. Namun, setelah inkubasi 30 hari

(Gambar 18 (b) ) dapat dilihat bahwa struktur serat tampak lebih renggang. Hal

ini terjadi karena selama waktu inkubasi terjadi degradasi oleh enzim yang

dikeluarkan oleh fungi, sehingga menyebabkan dinding-dinding sel semakin

lama semakin keropos dan menghasilkan struktur sarang lebah. Zona lisis fibril

selulosa tidak terlindungi dan melonggar (Fengel dan Wegener, 1995).

Pada penampakan tongkol jagung dengan cahaya yang terpolarisasi

(Gambar 18 (c), (d) ), terdapat warna kebiruan yang menunjukkan struktur

32

kristalin selulosa. Pada struktur tongkol jagung awal (sebelum didelignifikasi),

tampak struktur kristalin selulosa yang ditandai dengan warna kebiruan. Pada

inkubasi 30 hari warna kebiruan pada cahaya terpolarisasi semakin sedikit. Hal

ini menunjukkan bahwa lignin yang dikandung semakin sedikit dengan semakin

lamanya waktu inkubasi. Menurut Knauf dan Moniruzzaman (2004), perubahan

yang terjadi pada struktur lignoselulosa yang telah diberi perlakuan awal dapat

berupa pemisahan antara selulosa dengan materi yang melindunginya

(hemiselulosa dan lignin). Perubahan struktur selulosa yang pada awalnya

berbentuk kristal menjadi amorf, sehingga mudah untuk dihidrolisis.

2. Biodelignifikasi oleh P. chrysosporium

a. Bobot Kering Setelah Inkubasi

Perlakuan inkubasi fungi P. chrysosporium pada tongkol jagung telah

menyebabkan penurunan dan kenaikan bobot kering. Hasil perhitungan bobot

kering tongkol jagung sebelum dan sesudah delignifikasi dapat dilihat pada

Gambar 19 dan Lampiran 3.

Gambar 19. Bobot kering tongkol jagung sebelum (awal) dan setelah

delignifikasi (*Urutan berdasarkan rancangan percobaan dapat dilihat pada Lampiran 2.)

Degradasi komponen lignoselulosa tongkol jagung ditandai oleh

penurunan bobot kering bahan. Enzim yang dikeluarkan oleh fungi mampu

mengkatalis reaksi biokimia pada media lignoselulosa, sehingga holoselulosa

dan lignin dapat dirombak menjadi senyawa-senyawa yang lebih sederhana.

Bob

ot k

erin

g (g

)

33

Senyawa-senyawa ini selanjutnya dapat diabsorpsi dan dimetabolisme oleh

fungi (Herliyana, 1997).

Akan tetapi, dari hasil yang didapatkan terjadi peningkatan bobot

kering pada dua perlakuan. Kenaikan ini terjadi karena adanya pertumbuhan

komponen miselia fungi yang cepat. Menurut Fadilah (2009), penambahan

nutrisi berupa glukosa dalam media mempunyai dua keuntungan, salah

satunya adalah pertumbuhan fungi yang cepat pada media. Oleh karena

adanya penambahan komponen miselia fungi, terjadilah kenaikan bobot

kering substrat setelah delignifikasi. Penampakan pertumbuhan miselia P.

chrysosporium pada media tongkol jagung dapat dilihat pada Gambar 20.

Gambar 20. Penampakan pertumbuhan miselia Phanerochaete chrysosporium pada media tongkol jagung

b. Kadar Zat Ekstraktif

Zat ekstraktif terdiri dari beberapa komponen senyawa organik seperti

asam, resin, asam lemak, terpena dan alkaloid (Sjostrom, 1995). Zat

ekstraktif memiliki bobot molekul yang bervariasi. Zat ini terdapat pada

bahan berlignoselulosa tetapi tidak menyusun dinding sel. Kemampuan P.

chrysosporium mendegradasi komponen ekstraktif tongkol jagung

dipengaruhi oleh sifat ekstraktif yang terkandung. Menurut Lewin dan

Goldstein (1991), pada beberapa spesies kayu terdapat zat ekstraktif yang

merupakan racun yang menghambat pertumbuhan mikroba, sehingga

meningkatkan ketahanan kayu. Bahan dengan kandungan zat ekstraktif

tinggi, degradasinya akan berlangsung lebih lambat. Pada tongkol jagung

terdapat komponen ekstraktif berupa lemak 0.7% dan asam uronat sebesar

3.36% (Parajo et al., 2003).

34

Pemberian fungi pada serbuk tongkol jagung menyebabkan turunnya

kadar zat ekstraktif. Kadar zat ekstraktif merupakan bobot zat ekstraktif per

bobot keing oven substrat (BKO). Hasil perhitungan kadar zat ekstraktif yang

larut dalam etanol:benzene (1:2) sebelum (awal) dan sesudah didelignifikasi

dapat dilihat pada Lampiran 3 dan Gambar 21.

Zat ekstraktif pada tongkol jagung setelah perlakuan mengalami

penurunan yang bervariasi. Penurunan terbesar terjadi pada sampel dengan

nomor percobaan 7 yaitu dari 0.0492 (g/g BKO) menjadi 0.0064 (g/g BKO)

atau sekitar 86.75% (Lampiran 3). Menurut Rayner dan Boddy (1995)

keberadaan zat ekstraktif pada kayu dapat mempengaruhi pertumbuhan fungi,

yaitu berperan sebagai sumber karbon, sebagai stimulan pertumbuhan dan

sebagai penghambat pertumbuhan. Penurunan zat ekstraktif pada tongkol

jagung diperkirakan zat ekstraktif yang terkandung dalam tongkol jagung

tersebut dipergunakan sebagai sumber karbon oleh fungi.

Gambar 21. Kadar zat ekstraktif (g/g) yang larut dalam etanol:benzene (1:2)

sebelum (awal) dan sesudah didelignifikasi(*Urutan berdasarkan rancangan percobaan dapat dilihat pada Lampiran 2.)

c. Kadar Lignin

Biodegradasi lignin dapat terjadi jika fungi pelapuk putih

menghasilkan enzim degradasi lignin ekstraselular, yaitu lignin peroksidase

dan Mn peroksidase yang disebut sebagai keadaan ligninolitik. Lignin

peroksidase dan Mn peroksidase diketahui merupakan ekstraselular enzim

yang mengkatalisis oksidasi suatu senyawa aromatik. Keadaan ligninolitik P.

35

chrysosporium akan teraktivasi saat metabolisme sekunder pertumbuhan

fungi dan diatur oleh tersediaanya nutrisi, oksigen, trace logam, dan pH

(Fadilah, 2009).

Hasil penelitian menunjukkan bahwa waktu inkubasi 37.8 hari (No.

Percobaan 10) menyebabkan penurunan kadar lignin yang paling tinggi yaitu

dari 0.187 (g/g BKO) menjadi 0,136 (g/g BKO) 32.82 % (Lampiran 3). Dari

data juga diperoleh bahwa semakin lama waktu inkubasi, maka penurunan

kadar lignin tongkol jagung semakin besar. Hal ini menunjukkan bahwa fungi

P. chrysosporium memang merupakan organisme ligninolitik yang efisien.

Kadar lignin sebelum (awal) dan sesudah didelignifikasi oleh

P. chrysosporium dapat dilihat pada Gambar 22.

Gambar 22. Kadar lignin (g/g) sebelum (awal) dan sesudah didelignifikasi

oleh Phanerochaete chrysosporium (*Urutan berdasarkan rancangan percobaan dapat dilihat pada Lampiran 2.)

Tingginya laju degradasi lignin pada hari ke 37.8 mungkin disebabkan

oleh masih cukupnya nutrisi untuk pertumbuhan fungi. Dalam percobaan ini

ditambahkan glukosa sebagai nutrisi tambahan bagi fungi.

d. Kadar Selulosa

Selain mendegradasi komponen lignin, fungi P. chrysosporium juga

menyebabkan terjadinya degradasi selulosa. Degradasi selulosa oleh fungi

merupakan hasil kerja sekelompok enzim selulolitik yang bekerja secara

sinergis. Fungi P. chrysosporium menghasilkan enzim selulase dengan

aktivitas menyerupai endogluconases (EGs) dan exocellobiohydrolases

36

(CBHs) tergantung sumber karbon yang tersedia (Broda et al., 1996). Enzim

endoglucanases menghidrolisis secara acak bagian amorf selulosa serat

menghasilkan oligosakarida dengan panjang yang berbeda dan terbentuknya

unjung rantai baru. Enzim Exoglucanases bekerja terhadap ujung pereduksi

dan nonpereduksi rantai polisakarida selulosa dan membebaskan glukosa

yang dilakukan oleh enzim glucanohydrolases atau selobiosa yang dilakukan

oleh enzim cellobiohydrolases sebagai produk utama (Lynd et al., 2002).

Pada Gambar 23 dapat dilihat bahwa kadar selulosa mengalami

penurunan selama inkubasi oleh fungi P. chrysosporium. Penurunan ini

membuktikan bahwa selama waktu inkubasi fungi P. chrysosporium telah

melakukan degradasi komponen selulosa oleh enzim-enzim selulolitik yang

dihasilkan. Kadar selulosa (g/g BKO) sebelum (awal) dan setelah

delignifikasi dapat dilihat pada Gambar 23 dan Lampiran 3.

Gambar 23. Kadar selulosa (g/g) sebelum (awal) dan setelah perlakuan

inkubasi oleh Phanerochaete chrysosporium (*Urutan berdasarkan rancangan percobaan dapat dilihat pada Lampiran 2.)

Selulosa akan diuraikan oleh fungi menjadi senyawa yang sederhana

yang dipergunakan sebagai nutrisi untuk pertumbuhannya. Selanjutnya,

senyawa yang lebih sederhana tersebut akan dipergunakan fungi dalam siklus

metabolismenya. Penambahan nutrisi berupa glukosa merupakan faktor yang

memperkecil degradasi selulosa oleh fungi. Semakin banyak glukosa yang

ditambahkan, laju degradasi selulosa semakin kecil. Hal ini dikarenakan

fungi akan mengkonsumsi glukosa terlebih dahulu sebelum merombak

37

struktur selulosa menjadi gula yang lebih sederhana untuk kebutuhan

hidupnya.

e. Kadar Hemiselulosa

Hemiselulosa mengalami biodegradasi menjadi monomer gula dan

asam asetat dengan bantuan enzim hemiselulase. Hemiselulase seperti

kebanyakan enzim lainnya yang dapat menghidrolisis dinding sel tanaman

merupakan protein multi-domain. Xilan merupakan karbohidrat utama

penyusun hemiselulosa dan Xilanase merupakan hemiselulase utama yang

menghidrolisis ikatan β-1,4 rantai xilan. Fungi P. chrysosporium

menghasilkan endoxylanase yang berperan dalam pemecahan xilan menjadi

oligosakarida (Perez et al., 2002).

Dari Gambar 24 dapat dilihat bahwa beberapa sampel mengalami

peristiwa kenaikan jumlah komponen hemiselulosa. Peningkatan kandungan

hemiselulosa pada substrat dapat diakibatkan oleh ikut terhitungnya

komponen miselia fungi sebagai bagian dari hemiselulosa. Hal ini

kemungkinan terjadi karena pada beberapa sampel kecepatan pertumbuhan

miselia lebih tinggi daripada kecepatan degradasi komponen lignoselulosa.

Menurut Chang dan Miles (1989), rata-rata miselia fungi memiliki

kandungan serat mulai 7.4%-24.6%.

Gambar 24. Kadar hemiselulosa (g/g) sebelum (awal) dan setelah perlakuan

inkubasi oleh Phanerochaete chrysosporium (*Urutan berdasarkan rancangan percobaan dapat dilihat pada Lampiran 2.)

38

3. Pengaruh Faktor Terhadap Nisbah Kadar Lignin/Holoselulosa

Proses biodelignifikasi dipengaruhi oleh beberapa faktor yaitu waktu

inkubasi dan jumlah miselia yang ditambahkan dalam media. Faktor-faktor

tersebut dapat dioptimalkan, sehingga dapat meningkatkan efektifitas

delignifikasi. Peningkatan efektifitas delignifikasi ini dapat dilihat dari tingkat

degradasi lignin oleh P. chrysosporium. Selain mendegradasi lignin, P.

chrysosporium juga melakukan degradasi komponen holoselulosa (selulosa dan

hemiselulosa). Hal ini dilakukan karena fungi tersebut memerlukan gula yang

lebih sederhana untuk pemenuhan nutrisinya. Oleh karena itu perlu dilakukan

penambahan gula sederhana (glukosa) pada media untuk mengurangi tingkat

degradasi komponen polisakaridanya.

Proses delignifikasi yang ideal adalah ketika lignin terurai dalam jumlah

yang besar namun komponen holoselulosa terurai dalam jumlah yang kecil.

Holoselulosa adalah bagian dari serat yang bebas dari zat ekstraktif dan lignin,

terdiri dari semua komponen selulosa dan hemiselulosa (Chang dan Alan, 1971).

Oleh karena itu, parameter utama untuk menilai efektifitas delignifikasi adalah

dari penurunan kadar lignin dan kadar holoselulosa tongkol jagung. Menurut

Goenadi et al. (1996), untuk menghitung efektifitas biodelignifikasi dihitung

nisbah lignin/holoselulosa. Nisbah terendah menyatakan bahwa kondisi tersebut

adalah kondisi optimum untuk pertumbuhan fungi.

Pada penelitian ini dilakukan pengujian pengaruh faktor waktu inkubasi,

jumlah miselia yang ditambahkan serta jumlah glukosa yang ditambahkan

terhadap nisbah lignin/holoselulosa serta interaksi ketiga faktor terhadap nisbah

lignin/holoselulosa. Hubungan faktor reaksi terhadap respon dapat diketahui

melalui serangkaian percobaan yang sistematis yang diuji melalui analisis

statistik.

a. Waktu Inkubasi

Hasil analisis statistik (Tabel 6) menunjukkan bahwa baik efek linier

maupun kuadratik dari waktu inkubasi memberikan pengaruh yang nyata

terhadap nisbah lignin/holoselulosa.

39

Tabel 6. Pengaruh linier dan kuadratik faktor waktu inkubasi terhadap nisbah lignin/holoselulosa

Sumber* Peluang nilai p > F Keterangan

x1 <.0001 Nyata

x1* x1

<.0001 Nyata

Notasi x1: Efek linier waktu inkubasi; x1* x1: Efek kuadratik waktu inkubasi

Gambar 25. Pengaruh waktu inkubasi (hari) terhadap nisbah kadar lignin

terhadap holoselulosa; (a) Kombinasi dengan jumlah miselia yang ditambahkan (ml/10 g substrat); (b) Kombinasi dengan jumlah glukosa (g/10 g substrat).

Gambar 25 (a) dab (b) menunjukkan bahwa sampai sekitar hari ke-24

respon terus mengalami penurunan. Akan tetapi setelahnya, terlihat bahwa

telah terjadi kenaikan nilai nisbah lignin/holoselulosa. Nilai nisbah

lignin/holoselulosa yang semakin menurun dapat disebabkan terdegradasinya

lignin yang nilainya lebih tinggi dari tingkat degradasi komponen

holoselulosanya. Hal ini dikarenkan masih tersedianya glukosa pada media

sehingga fungi akan mengkonsumsi glukosa tersebut terlebih dahulu sampai

40

glukosa yang tersedia habis. Setelah hari ke 24 nisbah lignin/holoselulosa

cenderung naik. Kenaikan tersebut dapat terjadi karena cadangan glukosa

pada media kemungkinan telah habis, sehingga fungi melakukan degradasi

holoselulosa menjadi gula yang lebih sederhana untuk pemenuhan nutrisinya.

Adanya degradasi komponen holoselulosa tersebut membuat kandungan

holoselulosa menurun, sehingga nisbah lignin/holoselulosa akan cenderung

naik.

Meskipun faktor waktu inkubasi berpengaruh nyata terhadap nisbah

lignin/holoselulosa, namun pengaruh interaksi antara waktu inkubasi dengan

jumlah miselia dan jumlah glukosa yang ditambahkan tidak menunjukkan

pengaruh yang nyata terhadap nilai nisbah lignin/holoselulosa. Hal ini dapat

dilihat dari bentuk permukaan respon (Gambar 25 a dan b) yang cenderung

tidak berubah pada berbagai kombinasi antara waktu inkubasi dengan faktor

penambahan miselia dan glukosa. Hal ini dikuatkan oleh peluang nilai p > F

dari hasil analisis yang menunjukkan pengaruh interaksi tersebut tidak nyata

(Tabel 7).

Tabel 7. Pengaruh interaksi antara waktu inkubasi dengan jumlah miselia dan jumlah glukosa yang ditambahkan terhadap nisbah lignin/holoselulosa

Sumber* Peluang nilai p > F Keterangan

x1-x2 0.8117 Tidak Nyata

x1-x3 0.6916 Tidak Nyata

Notasi “x1-x2” berarti interaksi waktu inkubasi dengan jumlah miselia yang ditambahkan dan seterusnya.

b. Jumlah Miselia yang Ditambahkan

Dari hasil penelitian, didapatkan bahwa bobot kering miselia Fungi P.

chrysosporium adalah 0.03 g/ml suspensi yang ditambahkan. Siahaan (1997)

menyatakan bahwa semakin banyak penambahan jumlah isolat FFP pada

sampel, terjadi kecenderungan penurunan lignin yang meningkat. Namun,

pada penelitian ini penambahan jumlah miselia (x2) dalam proses

41

delignifikasi menunjukkan bahwa penambahan jumlah miselia tidak

menurunkan nisbah kadar lignin terhadap holoselulosa secara nyata.

Tabel 8. Pengaruh linier dan kuadratik faktor jumlah miselia yang ditambahkan terhadap nisbah lignin/holoselulosa

Sumber* Peluang nilai p > F Keterangan

x2 0.8335 Tidak nyata

x2* x2 0.7999 Tidak Nyata

Notasi x2: Efek linier jumlah miselia yang ditambahkan; x2* x2: Efek kuadratik

jumlah miselia yang ditambahkan.

Gambar 26. Pengaruh jumlah miselia yang ditambahkan (ml/10 g substrat)

terhadap nisbah kadar lignin terhadap holoselulosa; (a) Kombinasi dengan waktu inkubasi (hari); (b) Kombinasi dengan jumlah glukosa (g/10 g substrat).

Penambahan jumlah miselia (x2) dalam proses delignifikasi

menghasilkan grafik respon nisbah lignin/holoselulosa pada Gambar 26 (a)

dan (b). Grafik yang cenderung datar tersebut menunjukkan bahwa

penambahan jumlah miselia tidak menurunkan nisbah kadar lignin terhadap

42

holoselulosa secara nyata. Hal ini diperkuat dengan hasil analisis efek linier

dan kuadratik (Tabel 8) yang menunjukkan bahwa penambahan jumlah

miselia memberikan pengaruh yang tidak nyata terhadap respon. Ini berarti

bahwa penambahan jumlah miselia paling rendah (2.5 ml/10 g substrat) telah

memenuhi kebutuhan proses delignifikasi.

Pengaruh interaksi antara jumlah miselia dengan waktu inkubasi dan

jumlah glukosa yang ditambahkan pada proses yang diamati tidak

menunjukkan pengaruh yang nyata terhadap nilai nisbah lignin/holoselulosa.

Ini dapat dilihat dari bentuk permukaan respon (Gambar 26 a dan b) yang

cenderung tidak berubah pada berbagai kombinasi dengan faktor lain dan

dikuatkan oleh peluang nilai p > F dari hasil analisis yang menunjukkan

pengaruh interaksi tersebut tidak berpengaruh nyata (Tabel 9).

Tabel 9. Pengaruh interaksi antara jumlah miselia dengan waktu inkubasi

dan jumlah glukosa yang ditambahkan terhadap nisbah lignin/holoselulosa

Sumber* Peluang nilai p > F Keterangan

x2 - x1 0.8117 Tidak Nyata

x2 - x3 0.9754 Tidak Nyata

Notasi “x2-x1” berarti interaksi waktu inkubasi dengan jumlah miselia yang ditambahkan dan seterusnya.

c. Jumlah Glukosa yang Ditambahkan

Penambahan glukosa pada media (x3) yang diamati menghasilkan

grafik respon nisbah kadar lignin terhadap holoselulosa pada gambar 27 (a)

dan (b). Meskipun tampak dari grafik (b) bahwa nisbah kadar lignin

terhadap holoselulosa mengalami sedikit penurunan seiring dengan

bertambahnya jumlah glukosa yang ditambahkan, tetapi dari analisis efek

linier maupun kuadratik menunjukkan bahwa pengaruh faktor jumlah glukosa

adalah tidak nyata terhadap respon (Tabel 10).

43

Tabel 10. Pengaruh linier dan kuadratik faktor jumlah glukosa yang ditambahkan terhadap nisbah lignin/holoselulosa

Sumber* Peluang nilai p > F Keterangan

x3 0.6172 Tidak nyata

x3* x3 0.4023 Tidak nyata

Notasi x3: Efek linier jumlah glukosa yang ditambahkan; x3* x3: Efek

kuadratik jumlah glukosa yang ditambahkan.

Gambar 27. Pengaruh jumlah glukosa (g/10 g substrat) terhadap nisbah kadar lignin terhadap holoselulosa kombinasi dengan: (a) Waktu inkubasi (hari); (b) Jumlah miselia yang ditambahkan (ml/10 g substrat).

Pengaruh interaksi antara jumlah glukosa yang ditambahkan dengan

waktu inkubasi dan jumlah miselia yang ditambahkan pada proses yang

diamati tidak menunjukkan pengaruh yang nyata terhadap nilai nisbah

lignin/holoselulosa. Ini dapat dilihat dari bentuk permukaan respon (Gambar

27) yang cenderung tidak berubah pada berbagai kombinasi dengan faktor

lain. Hal ini dikuatkan oleh peluang nilai p > F dari hasil analisis yang

menunjukkan pengaruh interaksi tersebut tidak berpengaruh nyata (Tabel 11).

44

Tabel 11. Pengaruh interaksi antara jumlah glukosa dengan waktu inkubasi dan jumlah miselia yang ditambahkan terhadap nisbah lignin/holoselulosa

Sumber* Peluang nilai p > F Keterangan

x3-x1 0.6916 Tidak Nyata

x3- x2 0.9754 Tidak Nyata

Notasi “x3-x1” berarti interaksi waktu inkubasi dengan jumlah glukosa dan seterusnya.

C. KONDISI TERBAIK PROSES BIODELIGNIFIKASI

Hasil pengolahan data nisbah lignin/holoselulosa pada berbagai perlakuan

menghasilkan persamaan optimasi nisbah lignin/holoselulosa untuk proses

delignifikasi sebagai berikut.

LHN* = 0.314541 - 0.007922 x1 - 0.000709 x2 - 0.061692 x3 + 0.000168 x1

2 +

0.000046 x22 + 0.194656 x3

2 + 0.000020 x12 - 0.001181 x13 + 0.000246

x23 ....................................................................................................... (2)

Notasi LHN

* adalah nisbah lignin/holoselulosa (g/g), x1 adalah waktu

inkubasi (hari), x2 adalah jumlah miselia yang ditambahkan (ml), dan x3 adalah

jumlah glukosa yang ditambahkan (g).

Hasil analisis kanonik terhadap permukaan respon diketahui bahwa model

permukaan respon adalah minimum. Hal tersebut menyebabkan nilai optimum

dapat ditentukan dari permukaan respon. Penentuan kondisi terbaik proses

biodelignifikasi oleh Phanerochaete chrysosporium dengan menggunakan

persamaan mendapatkan kondisi seperti pada Tabel 13.

Tabel 12. Kondisi terbaik proses biodelignifikasi oleh Phanerochaete

chrysosporium

* x1 : Waktu Inkubasi (Hari); x2 : Jumlah Miselia (ml/10 g substrat) ; x3 : Jumlah Glukosa (g/10 g substrat).

Faktor* Kode Nilai

x1 0.22 24.25

x2 -0.85 1.89

x3 0.18 0.23

45

Pada kondisi tersebut, diperkirakan memberikan hasil nisbah kadar lignin

terhadap holoselulosa sebesar 0.210689 g/g. Artinya, terdapat lignin sebesar

0.210689 g tiap 1 g holoselulosa. Nilai nisbah ini didapatkan pada kondisi waktu

inkubasi fungi Phanerochaete chrysosporium selama 24.25 hari, jumlah miselia

yang ditambahkan 1.89 ml/10 g substrat dan jumlah glukosa 0.23 g/10 g substrat.

Hasil analisis statistik optimasi faktor waktu inkubasi, jumlah miselia dan jumlah

glukosa terhadap respon nisbah lignin terhadap holoselulosa dapat dilihat pada

Lampiran 4.