## KINETIKA PERTUMBUHAN
Lactobacillus plantarum dan Lactobacillus sp .

## PADA MEDIA  MRS CAIR
[Growth Kinetics of Lactobacillus plantarum and Lactobacillus sp. in MRS Medium]
Yoyok  B. Pramono 1) , Eni Harmayani 2) , dan  Tyas Utami 2)
1) Program Studi Ilmu dan Teknologi Pangan, Pasca Sarjana Universitas Gadjah Mada, Yogyakarta  55281. E-mail : yok_bp@hehe.com
2) Jurusan Teknologi Pangan dan Hasil Pertanian, FTP Universitas Gadjah Mada,  Yogyakarta 55281.
Diterima 23 September 2002/Disetujui  17 April 2003

## ABSTRACT
Lactobacillus  plantarum    FNCC  250  and  Lactobacillus  sp.   FNCC  401  were    isolated  from  traditional  fermented  food  which    had potential properties as probiotic agents and  to reduce cholesterol. The aim of  the research was to study the  growth kinetics of Lactobacillus plantarum  FNCC 250 and Lactobacillus sp.  FNCC 401 at  MRS medium, using  glucose a substrate limiting factor. Cells were inoculated  into MRS medium containing  glucose  concentration of   0.05 ; 0.1 ; 0.2 ; 0.3 ; 0.5 ; 1 ; 1.5 ; 2 ; and  3  %  (w/v). Fermentation was carried out at 37 o C,   with initial pH 6.8 and was monitored   for 24  hours. During the fermentation, dry cell weight,  reducing sugar and pH  were analysed. The results showed that K s ( the substrate saturation constant) of Lactobacillus plantarum  FNCC  250  was 0.04 (g.l -1 ) ; μ max   (the maximum growth rate)  was  0.17 (h -1 ) ; and Y (growth yield) was 0.24 ( g.g -1 ), meanwhile   for Lactobacillus sp.  FNCC 401 K s was 0.06 (g.l -1 ), μ max was 0.26 (h -1 ) ; and Y (growth yield)  was 0.24 ( g.g -1 ) .
Key words : Fermentation,  growth  kinetics,  Lactobacillus plantarum,  and Lactobacillus sp.

## PENDAHULUAN
Lactobacilus plantarum FNCC 250 dan Lactobacillus sp . FNCC 401 merupakan bakteri asam laktat yang  diisolasi  dari  makanan  fermentasi  tradisional,  yaitu dari  gatot  dan  dadih.    Isolat  ini    berpotensi  untuk menurunkan kolesterol sehingga dapat digunakan sebagai agensia  probiotik  yang  dapat  memberikan  efek  kesehatan yang  menguntungkan  (Ngatirah,  2000).  Untuk  mencapai tujuan tersebut diperlukan jumlah biomasa sel yang cukup besar  agar dapat mencapai saluran pencernaan.
Disatu  sisi  informasi  data  kinetika  pertumbuhan isolat  lokal  yang  dapat  digunakan  sebagai  informasi  awal dalam  suatu  proses  fermentasi  dalam  memproduksi biomasa sel saat ini masih terbatas. Informasi ini diperlukan sebagai  pendekatan  kuantitatif  dalam  memahami  proses fermentasi.  Oleh  karena  itu  diperlukan  suatu  penelitian untuk  mempelajari  kinetika  pertumbuhan  bakteri khususnya,  untuk  referensi  awal  dalam  simulasi  desain proses fermentasi guna produksi sel yang lebih besar untuk jangka berikutnya.
Kinetika  pertumbuhan  dapat  memberikan  informasi tentang  kecepatan  produksi  biomasa  sel  dan  pengaruh lingkungan  terhadap  kecepatan  pertumbuhan.    Data pengamatan  dapat  disajikan  dalam  parameter-parameter pertumbuhan    yaitu  :  a).  kecepatan  pertumbuhan  spesifik, b). growth yield , c). metabolic quotient , d). afinitas  substrat,
e).  jumlah  maksimum  biomasa  (Whitaker  dan  Stanburry, 1984). Adapun parameter yang diukur adalah   max  yaitu kecepatan  pertumbuhan  spesifik  maksimum  (per  jam),  Y ( growth  yield )  yang  menunjukkan  efisiensi  penggunaan nutrisi  oleh  suatu  mikroorganisme  untuk  pertumbuhannya (g/g) dan Ks (konstanta saturasi).
Mengingat  pentingnya  informasi  tentang  kinetika pertumbuhan  suatu  mikroorganisme,  maka  penelitian  ini dilakukan  dengan  tujuan    mempelajari  kinetika pertumbuhan Lactobacillus  plantarum FNCC  250  dan Lactobacillus sp . FNCC 401 pada media MRS cair dengan glukosa sebagai substrat pembatas .

## METODOLOGI
Preparasi  kultur Kultur bakteri yang digunakan adalah Lactobacillus plantarum FNCC  250  yang  berasal  dari  gatot,  dan L actobacillus  sp .  FNCC  401  yang  berasal  dari  dadih. Kultur  berasal  dari  PAU,  Pangan  dan  Gizi,  Universitas Gadjah Mada, Yogyakarta.
Kultur  diuji  kemurniannya  dalam  medium  agar, pengecatan Gram, dan pengujian mikroskopis. Setelah itu dilakukan  pembuatan  kultur  stok  dengan  cara menambahkan  gliserol  20  %  dan  skim  10  %  (1:1)    pada massa  sel,  dicampur  hingga  homogen  dan  dimasukkan
dalam tabung eppendorf dan disimpan pada suhu –40 o C. Sub  kultur  dilakukan  setiap  akan  digunakan  untuk  kultur kerja dengan cara menginokulasikan 1 ose dari kultur stok, dimasukan  ke  dalam  media  cair  MRS  yang  ditambahkan dengan  20  %  ekstrak  tomat  diinkubasikan  selama  24  jam pada suhu 37 o C.
Pembuatan  kurva  standar    dilakukan  untuk menentukan  berat  sel  kering.  Berat  sel  kering  diukur dengan  mengambil  5  ml  dari  kultur  yang  telah diinkubasikan selama 24 jam dengan pengenceran berseri, sehingga  konsentrasi  dapat  diketahui.  Kemudian absorbansinya    diukur  pada  panjang  gelombang  660  nm dengan spektrofotometer.

## Media
Untuk  peremajaan  atau  untuk  subkultur  digunakan media  de  Mann  Rogose  and  Sharp    (MRS  cair)  dengan glukosa yang bervariasi : 0,05; 0,1; 0,2; 0,3; 0,5; 1; 1,5; 2, dan  3  %.  Komposisi  per  1000  ml  adalah  sebagai  berikut: lab.  lemco  8  g,  ekstrak  yeast  4  g,  pepton  10  g,  sodium asetat 5 g dipotasium hidrogen fosfat 2 g, MgSO 4 7 H 2 O 0,2 g; MnSO 4 4 H 2 O 0,05 g; tween  80 1 ml,  dan triamonium sitrat 2 g.

## Bahan kimia .
Bahan  kimia  yang  digunakan  dalam  penelitian  ini adalah  NaOH    0,1  N  dan  HCl  untuk  pengaturan  pH medium,  dan  buffer  pH  4  dan  7  untuk  standarisasi  pH meter,  untuk  analisa  gula  reduksi  diperlukan  glukosa standar dengan reagensia arsenomolibdat.

## Peralatan penelitian
Peralatan  penelitian  yang  digunakan  dalam penelitian  ini  adalah  inkubator  (Forma  Scientific),  outoflaf (Hiramaya),  sentrifuge  (Labofuge  200  heraus) magnetik stirrer ,  pH  meter,    cawan  timbang,  desikator,  neraca analitik, spektrofotometer (UV-Vis Shimadsu) dan beberapa jenis alat gelas.

## Fermentasi
Penyiapan  starter  dilakukan  pada  50  ml  media dengan  cara  menginokulasikan  media  dengan  5  ml  kultur umur 20 – 24 jam dalam media MRS cair dan diinkubasikan selama  20  –  24  jam.    Untuk  produksi  biomasa  sel digunakan 10 % starter.
Fermentasi  dilakukan  dalam  erlenmeyer    yang digoyang dengan kecepatan rpm 200 rpm/menit pada suhu 37 o C.  Pemanenan sel dilakukan dengan sentrifugasi 3500 rpm  selama  15  menit.  Sampling  dilakukan  per  30  menit pada 2 jam pertama, kemudian per 2 jam selama 24 jam.

## Metode  pengukuran  dan perhitungan  parameter kinetika pertumbuhan
Untuk  mengetahui  konsumsi  substrat  dilakukan pengukuran gula reduksi dengan metode Nelson-Somogyi, sedangkan  untuk  mengukur  jumlah  sel  sebagai  berat  sel kering  dengan  mengukur  absorbansi  pada  panjang gelombang 660 nm dengan spektrofotometer.  Pengukuran pH dengan pH meter.
Parameter (μ) menyatakan kecepatan pertumbuhan spesifik    (per  jam).  Cara  menentukan    μ  ialah  dengan mengamati  pada  fase  pertumbuhan  logaritmik  dengan rumus :
t x x t 0 ln ln
dimana    X t adalah  konsentrasi  biomasa  setelah  interval waktu t (jam).
Untuk  menentukan  μ max (kecepatan  pertumbuhan spesifik  maksimum)  dan  Ks  (konstanta  saturasi) dipergunakan persamaan Monod :
S K S s m
Yang  menyatakan  pengaruh  kadar  substrat terhadap  laju  pertumbuhan  spesifik,  kurva  yang  terbentuk berupa  hiperbolik  dengan  garis asymtot ,  sehingga  sulit untuk diinterpretasikan, oleh karena itu persamaan Monod tersebut dimodifikasi menjadi persamaan  :
s K m s m 1 1 1
sehingga  didapat  garis  lurus  yang  dapat  di  tarik  garis regresi liniernya.
Menentukan growth yield digunakan rumus :
S X Y
dimana  Δ  X  adalah  jumlah  perubahan  biomasa  dan  Δ  S adalah  jumlah  perubahan  substrat  (glukosa)  yang dikonsumsi.

## HASIL DAN PEMBAHASAN
Kecepatan pertumbuhan spesifik maximum (μ max ), dan  konstanta  saturasi  (Ks)  pada Lactobacilus plantarum FNCC 250 dan Lactobacillus sp . FNCC 401. Kecepatan  pertumbuhan  spesifik  (μ)  didasarkan pada  persamaan  yang  berlaku  pada  fase  pertumbuhan logaritmik. Hal ini akan berlaku jika  perbandingan kondisi biomasa dan kondisi lingkungan konstan (Pirt, 1975), yaitu inokulum  yang  masih  hidup  dan  aktif,  adanya  sumber energi  dan  nutrisi,  minimalnya  inhibitor  yang  menghambat pertumbuhan dan kondisi lingkungan  yang cocok.  Secara umum  fase  logaritmik  kedua  strain  terjadi  pada  jam  2-6 untuk  semua  variasi  glukosa  yang  dalam  hal  ini  berlaku sebagai substrat pembatas.
Untuk Lactobacillus  plantarum FNCC  250  didapat hubungan  antara  konsentrasi  glukosa  (substrat)  dengan kecepatan pertumbuhan spesifiknya (μ) ada dalam tabel 1.
Data  tersebut  diperoleh  pada  konsentrasi  substrat 0,05  hingga  2  %.  Semakin  besar  kadar  substrat  maka semakin  besar  harga  μ.  Untuk  menentukan  μ m dan  Ks dibuat  kurva  1/  μ    vs  1/s  dari  data  tersebut  (Gambar  1.), mulai dari konsentrasi substrat 0,05  hingga 2 %, kemudian dibuat  persamaan  garis  regresi  liniernya  didapat    Y  = 6,03756  +  0,2431  x.    Dari  hasil  perhitungan Lactobacillus plantarum FNCC  250  mempunyai    μ m (kecepatan pertumbuhan  spesifik  maksimum)  =  0,17  per  jam  dan  Ks (konstanta saturasi) = 0,04 g/l.
Tabel 1. Hubungan antara konsentrasi Substrat (glukosa) dengan kecepatan pertumbuhan untuk Lactobacillus plantarum FNCC 250. Konsentrasi substrat (s) % Kecepatan pertumbuhan spesifik   (per jam) 0,05 0,0958 0,1 0,1146 0,2 0,1211 0,3 0,1369 0,5 0,1393 1,0 0,1650 1,5 0,1835 2,0 0,1919 3,0 0,1740
y = 0,2431x + 6,0376 R2 = 0,919 -5 -4 -3 -2 -1 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 -30 -28 -26 -24 -22 -20 -18 -16 -14 -12 -10 -8 -6 -4 -2 0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 22 24 1/substrat 1/ s pec if ic gr ow th rat e
Gambar 1. Kurva untuk mencari   max dan konstanta saturasi Lactobacillus. plantarum FNCC 250
Sedangkan  untuk Lactobacillus sp . FNCC 401 dari hasil perhitungan  diperoleh  hubungan antara konsentrasi glukosa (substrat) dengan kecepatan pertumbuhan spesifik seperti dalam Tabel 2.
Tabel 2.  Hubungan antara konsentrasi substat (glukosa) dengan kecepatan pertumbuhan untuk Lactobacillus sp. FNCC 401.
Konsentrasi substrat (s) % Kecepatan pertumbuhan spesifik   (per jam) 0,05 0,1329 0,1 0,1473 0,2 0,1639 0,3 0,2030 0,5 0,2560 1,0 0,2945 1,5 0,3033 2,0 0,2680 3,0 0,3071

## Perubahan pH
Berdasarkan  penelitian  sebelumnya  (Ngatirah, 2000) Lactobacilus plantarum FNCC 250 dan Lactobacillus sp . FNCC 401 dapat tumbuh optimum pada pH 6,8, untuk itu pH awal diatur 6,8 sebelum sterilisasi, ternyata setelah sterilisasi  pH  turun  menjadi  6,44  –  5,97,  pada  awal inokulasi  starter.  Setelah  fermentasi  pH  medium  turun menjadi  antara  4,49-2,99.  Hal  ini  diduga  terjadi  karena perbedaan jumlah sel awal.
Growth yield ( Y) Untuk  isolat Lactobacillus  plantarum FNCC  250 maupun isolat Lactobacillus sp . FNCC 401 diperoleh untuk diperoleh Y  yang sama  yaitu Y = 0,24 (g/g). Rangkuman data tersebut dapat dilihat pada Tabel 3.
y = 0,2177x + 3,8289 R 2 = 0,890 -5 -4 -3 -2 -1 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 -30 -28 -26 -24 -22 -20 -18 -16 -14 -12 -10 -8 -6 -4 -2 0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 22 24 1/substrat 1/ sp ec if ic g ro w th ra te -1/Ks 1/ μ m
Gambar 2. Kurva untuk mencari   max dan konstanta saturasi Lactobacillus sp. FNCC 401
Dari  tabel  2.  didapat  pada  substrat  0,05  -  1,5  % semakin  besar  kadar  substrat  maka  semakin  besar  harga μ.  Untuk    mengetahui  berapa  kecepatan  μ. m yang  akan tercapai  dibuat  kurva  1/  μ.  vs  1/s  dari  data  tersebut (Gambar  2),  kemudian  dibuat  persamaan  regresi  liniernya hingga didapat  y= 3,8289 + 0,218 x. Dari hasil perhitungan dengan modifikasi persamaan Monod untuk Lactobacillus sp .  FNCC  401  diperoleh  μ. m (kecepatan  pertumbuhan maksimum) 0,26 per jam dan konstanta saturasi (Ks) 0,06 g/l.
Tabel  3. Parameter kinetika pertumbuhan Lactobacillus plantarum FNCC 250 dan Lactobacillus sp . FNCC 401. Isolat max (perjam) Ks (g/l) Y (g/g) Lactobacillus plantarum FNCC 250 0,17 0,04 0,24 Lactobacillus sp . FNCC 401 0,26 0,06 0,24
Kondisi  lingkungan  yang  cocok  akan  mendukung penggunaan nutrien dalam medium sebagai sumber energi pertumbuhan, biosintesis dan pembuatan produk metabolit yaitu  asam  laktat.  Hasil  penelitian  menunjukkan growth
Hasil Penelitian                                Jurnal. Teknol. dan Industri Pangan, Vol. XIV, No.1 Th. 2003
yield pada Lactobacillus  plantarum FNCC  250  maupun isolat Lactobacillus sp. FNCC 401  diperoleh Y = 0,24 (g/g). Perubahan  pH yang terjadi menunjukkan adanya produksi asam  laktat,  hal  ini  akan  mempengaruhi  terhadap penurunan  pH  yang  ada.  Schuler  dan  Kargi  (1992) menunjukkan  bahwa growth  yield untuk Streptococcus faecalis dengan  menggunakan  glukosa  sebagai  subsrat pembatas dengan kondisi aerob dan anaerob didapat 58,2 g.mol -1 dan  21,5  g.  mol -1 ,  yang  menunjukkan  efisiensi penggunaan substrat bervariasi tergantung lingkungan dan cara fermentasinya. Jika dilihat dari hasil penelitian ini, nilai growth  yield untuk Lactobacillus  plantarum FNCC  250 maupun Lactobacillus sp. FNCC 401 sebesar 43,2 g. mol- 1.  menunjukkan  efisiensi  penggunaan  substrat  (glukosa) antara kedua isolat tersebut sama.
Owens dan Legan (1987) melakukan penghitungan    konstanta  saturasi  untuk Streptococcus sanguis dan Streptococcus mutans didapat 110 μ M   dan 2170  μ  M,    ini  menunjukan  bahwa  afintas  antar  mikroba terhadap  substrat  berbeda.  Demikian  juga  antara Lactobacilus  plantarum FNCC  250    konstanta  saturasinya sebesar  223,9  μM    dan Lactobacillus  sp .  FNCC  401 sebesar  316,1  μM.  Ks  merupakan  cerminan  dari  afinitas mikroba  terhadap  substrat,  dimana  Ks  semakin  kecil semakin baik.
Hasil  penelitian  Payot  et  al.,  (1998)  menunjukkan bahwa  μ  max  untuk Bacillus  coagulans dengan  media yang  menggunakan  sukrosa    dan  berbagai  variasi  nutrien didapat    0,28  per  jam.  Hal  ini  menunjukkan  bahwa  media mempengaruhi  kecepatan  pertumbuhan  yang  diperoleh disamping  juga  kondisi  lingkungan  yang  ada  serta  strain isolatnya.    Dari  hasil  penelitian  diperoleh  μ  max  untuk Lactobacillus plantarum FNCC 250  sebesar  0,17 per jam dan Lactobacillus sp . FNCC 401  0,26 per jam yang berarti bahwa  kecepatan  pertumbuhan  spesifik  maksimum Lactobacillus  sp .  FNCC  401  lebih  cepat  dari  pada Lactobacillus plantarum FNCC 250.

## KESIMPULAN
Laju  pertumbuhan  spesifik  maksimum  untuk Lactobacillus  plantarum FNCC  250  adalah  0,17  per  jam,
dengan  Ks  (konstanta  saturasi  0,04  (g/l)  dan growth  yield (Y)  0,24  (g/g),  sedangkan  untuk Lactobacillus sp.  FNCC 401 laju pertumbuhan spesifik maksimumnya  adalah 0,26 per  jam  dengan  konstanta  saturasi  0,06  (g/l)  dan growth yield 0,24  (g/g).  Terjadi  perubahan  pH  (penurunan)  dari sekitar  6,44    hingga  2,99  selama  proses  fermentasi. Konsentrasi glukosa 1,5 = 2% dalam MRS cair mencukupi untuk pertumbuhan Lactobacillus plantarum FNCC 250 dan Lactobacillus sp. FNCC 401

## UCAPAN TERIMA KASIH
Penelitian ini dibiayai dari dana hibah bersaing IX tahun  2002  untuk  itu  disampaikan  terima  kasih  kepada Direktorat    Pendidikan  Tinggi  Departemen  Pendidikan Nasional  Republik  Indonesia  yang  telah  mendanai penelitian ini.

## DAFTAR PUSTAKA
Ngatirah.  2000 .  Seleksi  bakteri  asam  laktat    sebagai agensia  probiotik  yang  berpotensi  menurunkan kolesterol.  Tesis  UGM.  Yogyakarta.  Tidak diterbitkan.
Owen,  J.D.  and  Logan,  JD.  1987 .  Determination  of  the monod  substrate  saturation  constant  for  microbial growth.  FEMS.  Mic.  Rev.  46  :  419.  Elsevier.  NY. USA.
Payot,  T.,  Chemaly,  Z.  and  Fick,  M.    1999. Lactid  acid production  by Bacillus  coagulans .  Kinetics  studies and  optimization  of  culture  medium  for  batch  and continous fermentations. Enz. & Mic. Tech 24 :191- 199. Elsevier. NY. USA.
Pirt,  J.S.  1975. Principle  of  microbe  and  cultivation.  John Willey and sons. NY. USA
Schuler,  M.L.  dan  Kargi,  F.  1992. Bioprocess engineering.  Basic  Consep.  Prentice  Hall. Englewood. New Jersey.
Whitaker,  A.  and  Stanburry,  P.F.  1984 .  Principles  of fermentation  technology.  Pergamon  Press.  Ltd. England.