## PENGARUH VARIASI KECEPATAN AGITASI PADA PRODUKSI Β-GLUKAN DARI Saccharomyces cerevisiae

## Laras Cempaka
Departemen Ilmu dan Teknologi Pangan, Universitas Bakrie, Kuningan Jakarta 12920, Indonesia
*Corresponding author: laras.cempaka@bakrie.ac.id

## Abstract
β-glucan is very interesting to study because of a variety of benefits that it provides. Saccharomyces cerevisiae  is  a  unicellular  yeast  which  has  a  β-glucan  component  of  the  biggest  in  the  cell  wall. This  study  aimed  to  describe  the  effect  of  agitation  speed  on  the  production  of  β-glucan  from  S. cerevisiae.  Agitation  speed  plays  an  important  role  in  cell  growth.  This  research  used  agitation speed  at  80  rpm,  120  rpm  and  200  rpm.  The  research  design  used  was  a  completely  randomized design  with three replications.  During the fermentation  in sixteen hours,  several  parameters were examined including cell number, pH, glucose and protein of the medium and the crude β-glucan. β- glucan extraction procedures done by adding  NaOH 2% solution  to  the fermented product.  Then, the  supernatant  was  neutralized  with  acetic  acid  solution.  To  get  the  crude  deposits  of  β-glucan, ethanol 96% was added in volume as three times of the supernatant. Production of β-glucan was increas along with the growth of the cell.Data analysis was performed using one way ANOVA test followed  by  LSD  analysis.  Production  of  β-glucan  increases  with  cell  growth.  pH  value,  the concentration  of  carbon  source  and  nitrogen  source  on  the  substrate  decreased  during  the fermentation process. β-glucan production also increased as the rising of agitation speed from the 80 rpm until 200 rpm. Rate of β-glucan production in 80 rpm, 120 rpm and 200 rpm were 18.19 μgL -1 / hour, 40.42 μgL -1 / hour, 44.03 μgL -1 / hour, respectively. Based on the experiment results, the most optimum agitation speed for beta-glucan were respectively 200 rpm with beta-glucan content reached 1624.44 µg/L.
Keywords : Agitation, β-glucan, fermentation, Saccharomyces cerevisiae
PENDAHULUAN β-glukan  menjadi  bahan  yang  sangat menarik untuk dikaji karena beragam manfaat yang  diberikannya.  β-glukan  berpotensi sebagai stimulator sistem imun yang melindungi  tubuh  dari infeksi  patogen  (virus, bakteri, fungi) sebagai antitumor juga sebagai antioksidan  yang  mampu  menangkap  radikal bebas. Selain itu, β-glukan dapat pula sebagai zat penambah keefektifan suatu antibiotik dan penurun  kolesterol  LDL  di  dalam  tubuh (Thontowi, 2007).
β-glukan  dapat  diperoleh  dari  berbagai macam  organisme  diantaranya  bakteri,  jamur maupun  tumbuhan,  namun  β-glukan  lebih
efektif  diperoleh  dari  dinding  sel  ragi dibandingkan  sumber  lainnya  (Thontowi, 2007). Saccharomyces  cerevisiae termasuk ragi uniseluler yang merupakan galur potensial penghasil β-glukan, karena sebagian besar  dinding  selnya  tersusun  atas  β-glukan (Lee, 2001; Cabib, 2001; Lesage dan Bussey, 2006). S.  cerevisiae ini  menjadi  sangat intensif  dipelajari  terutama  aspek  biologis yang  berkaitan  dengan  dinding  selnya (Reclavsky, 1998; Thontowi, 2007).
β-glukan  ini  dapat  ditingkatkan  pro- duksinya dengan memperhatikan segala aspek yang  mendukung  pertumbuhan  sel  ragi (Pelczar,  1988;  Black,  1999;  Madigan  &
Martinko, 2006). Oleh karena itu, perlu dikaji hal-hal  yang  mendukung  pertumbuhan  sel seperti  ketepatan  dalam  menentukan  kompo- sisi  medium  maupun  pengondisian  lingkung- an  saat  proses  fermentasi  berlangsung.  Hal tersebut  penting  dalam  kaitannya  dengan transfer nutrien dan oksigen ke dalam sel.
Metabolisme  secara  aerob  adalah  pilih- an yang tepat untuk mendukung pertumbuhan sel,  karena  ATP  yang  terbentuk  akan  jauh lebih  besar  dibandingkan  pada  metabolisme anaerob.  Energi  dari  sumber  tersebut  yang dibutuhkan untuk membangun konstituen sel. Sebaliknya  jika  kondisi  anaerob  yang  terjadi, maka  sel  akan  merespon  dengan  cara mengeluarkan  metabolit  sekunder  sebagai mekanisme  pertahanan  kehidupan  sel  terha- dap  kondisi  yang  tidak  sesuai  dengan pertumbuhannya,  dalam  hal  ini S.  cerevisiae akan  mengeluarkan  metabolit  berupa  etanol dalam  kondisi  anaerob  pada  kadar  etanol tertentu, sel  akan mengalami  kematian. Salah satu cara mempertahankan kondisi yang aerob adalah dengan memberikan pengadukan pada kultur  fermentasi,  karena  peranan  agitasi diantaranya  adalah  menaikan  kecepatan  kela- rutan  oksigen,  mempercepat  transfer  nutrien dan  oksigen  ke  dalam  sel,  sehingga  agitasi perlu dilakukan untuk mengoptimalkan poten- si  pembentukan  β-glukan.  Penelitian  ini bertujuan  untuk  mengetahui  pengaruh  kece- patan agitasi terhadap pembentukan β-glukan oleh S. cerevisiae , serta menentukan kecepat- an agitasi yang terbaik

## MATERIAL DAN METODE
Media fermentasi cair sebanyak 100 mL dibuat  dengan  komposisi  sebagai  berikut: Konsentrasi  glukosa  sebesar  4%  diperoleh dari penelitian sebelumnya (Cempaka, 2014). Semua  bahan  dilarutkan  dalam  air,  dipa- naskan  sambil  diaduk  hingga  homogen. Media  disterilkan  dengan  autoklaf  pada  suhu 121°C  selama  15  menit.  Setelah  preparasi, inokulum  sebanyak  10 6 sel/mL  diinokulasi- kan.  Fermentasi  berlangsung  selama  16  jam dengan  kondisi  suhu  28°C,  pH  medium.
Selama  fermentasi  berlangsung  dilakukan pengambilan sampel setiap 4 jam sekali.
Metode  penghitungan  jumlah  sel  dila- kukan  dengan  pencuplikan  sampel  setiap  dua jam  sekali  selama  24  jam  proses  fermentasi. Sampel  sebanyak  1  tetes  dituangkan  ke  atas counting chamber, kemudian jumlah populasi mikroba  diamati  dengan  mikroskop.  Peng- ukuran nilai pH dilakukan dengan menggunakan  pH  meter.  Penentuan  kadar glukosa  dengan  metode  Somogyi  Nelson yaitu  sebanyak  2  mL  sampel  ditambahkan reagen  Somogyi  I  sebanyak  1,6  mL  dan reagen  Somogyi  II  sebanyak  0,4  mL. Kemudian  dikocok  dan  dipanaskan  dalam penangas  air  selama  15  menit.  Setelah  itu sampel  didinginkan  dalam  air  es,  lalu ditambahkan dengan larutan Nelson sebanyak 2 mL dan akuades sebanyak 4 mL. Campuran tersebut  kemudian  dikocok  dengan  menggu- nakan  vorteks  hingga  homogen.  Nilai absorbansi  diukur  pada  panjang  gelombang 520  nm.  Penentuan  kadar  protein  dengan menggunakan  metode  Lowry  yaitu  Sampel kultur sebanyak 0,1 mL ditambahkan  3,9 mL akuades dan 5,5 mL larutan Lowry kemudian dilakukan  homogenisasi  dengan  mengguna- kan  vorteks  dan  didiamkan  selama  15  menit. Setelah  itu  dilakukan  penambahan  larutan Folin  ciocalteau  akuades  (1:1)  sebanyak  0,5 mL, lalu dilakukan homogenisasi kembali dan didiamkan  selama  30  menit.  Blanko  dibuat dengan  mengganti  sampel  dengan  0,1  mL akuades. Pengukuran absorbansi  protein dila- kukan  pada  panjang  gelombang  650  nm dengan  menggunakan  spektrofotometer  Spe- ktronik 20.
Penentuan kadar β-glukan kasar sebagai berikut  sampel  kultur  sebanyak  15  mL disentrifugasi  dengan  kecepatan  7000  rpm selama 20 menit pada suhu 15°C. Supernatan dibuang,  pelet  biomassa  sel  ditambahkan  5 mL NaOH 2%, lalu dipanaskan selama 5 jam pada  suhu  90°C.  Proses  pembasaan  tersebut berfungsi  untuk  memisahkan  komponen mannoprotein dari komponen sel lainnya serta proses  pembasaan  tersebut  mampu  menaikan kelarutan  dari  β-glukan.  Suspensi  biomassa
sel  disentrifugasi  kembali  dengan  kecepatan 5000  rpm  selama  10  menit.  Ke  dalam supernatan  yang  diperoleh  ditambahkan CH 3 COOH tetes demi tetes hingga pH larutan sekitar 6,8-7, setelah itu diendapkan dengan 3 kali  volume  etanol  96%.  Penambahan  etanol 96% ini berfungsi untuk membentuk endapan β-glukan. Endapan yang terbentuk dipisahkan melalui  sentrifugasi  dengan  kecepatan  5000 rpm selama 10 menit. Endapan  yang terdapat diujung tabung sentrifugasi dipindahkan pada kertas  saring  Whatman  No.  1  yang  sudah diketahui  bobotnya  kemudian  dibilas  dengan etanol.Terakhir  keringkan  pada  suhu  ruang semalaman  sehingga  diperoleh  glukan  kasar. Setelah  kering  glukan  ditimbang  untuk kemudian  diukur  beratnya  dengan  cara menghitung selisih berat kertas saring.

## HASIL DAN PEMBAHASAN
Laju pertumbuhan tertinggi pada perlakuan kecepatan agitasi 80 rpm, 120 rpm, 200 rpm masing-masing sebesar 0,237 sel ml- 1/jam,  0,243  sel  ml-1/jam,  0,323  sel  ml- 1/jam.  Dengan  demikian,  semakin  besarnya putaran  per  menit  pada  proses  agitasi,  maka laju  pertumbuhan  sel  akan  semakin  tinggi. Pertambahan  jumlah  glukan  seiring  dengan pertambahan jumlah sel, hal ini menunjukkan bahwa  glukan  merupakan  metabolit  primer yang menyusun dinding sel (Griffin, 1993).
Nilai  pH  masing-masing  perlakuan menunjukkan  pola  yang  sama  yaitu  meng- alami  penurunan sepanjang proses fermentasi kemudian  terjadi  peningkatan  pada  saat menjelang  akhir  fermentasi  (16  jam  waktu fermentasi).  Pada  pengukuran  konsentrasi glukosa  dan  protein,  keduanya  memiliki  pola yang  serupa  yaitu  terjadi  penurunan  selama fermentasi berlangsung. Laju penurunan pada glukosa  jauh  lebih  tinggi  dibandingkan  laju penurunan  pada  protein.  Hal  ini  disebabkan telah  terjadi  penggunaan  kedua  substrat tersebut  sebagai  nutrient  pertumbuhan  bagi ragi.  Glukosa  yang  merupakan  monosakarida
lebih  mudah  digunakan  dibanding yeast dan pepton sebagai sumber protein.
Pada  awal  fermentasi  masing-masing perlakuan memiliki kandungan β-glukan yang berbeda, seharusnya berada pada jumlah yang sama  dikarenakan  jumlah  inokulum  yang  di- inokulasikan sama yaitu 10 6 sel/ml.
Terjadinya perbedaan ini dapat disebab- kan telah terjadinya perubahan morfologis sel yang diakibatkan pengocokan dengan putaran per  menit  yang  berbeda-beda.  Secara  visual, kecepatan  agitasi  80  rpm  ini  memperlihatkan endapan  berupa  serabut  yang  disinyalir sebagai  komponen  sel  terdegradasi,  sedang- kan  pada  120  rpm  dan  200  rpm  tidak didapatkan  hal  tersebut.  Pengocokan  yang kurang  homogen  terjadi  pada  80  rpm,  hanya sebagian  kecil  dari  keseluruhan  kultur terkocok, sel yang mengendap mengakibatkan ruang  gerak  antar  sel  yang  kecil  sehingga kontak nutrien maupun oksigen menjadi tidak merata.  Dari  hal  tersebut  beberapa  sel diantaranya  mengalami  kematian,  kemudian komponen  selnya  terdegradasi  dan  dapat dimanfaatkan  sebagai  suplai  nutrien  untuk sel-sel yang masih hidup.
Terjadinya  penurunan  jumlah  glukan dapat  disebabkan  oleh  adanya  pelepasan eksoenzim 1,3 β-D glukanase. Enzim 1,3 β-D glukanase  ini  merupakan  enzim  yang  dapat mengkatalisis proses hidrolisis glukan (Aryani, 2001).
Laju  pembentukan  β-glukan  rata-rata dari  masing-masing  perlakuan  80  rpm,  120 rpm  dan  200  rpm  yaitu  18,19  μgL -1 /jam, 40,42  μgL -1 /jam  dan  44,03  μgL -1 /jam.  Sema- kin  tingginya  putaran  pada  proses  agitasi semakin  besarnya  laju  pembentukan  β- glukan.  Berdasarkan  hasil  uji  statistik menggunakan one  way ANOVA  yang dilanjutkan  dengan  analisis  LSD  (Sarwono, 2005)  terhadap perlakuan kecepatan  agitasi  i, P value yang  diperoleh  yaitu  0,520  (P>0,05), sehingga Ho diterima.
Gambar 1 . Kurva Pertumbuhan S. cerevisiae (A), penurunan konsentrasi sumber karbon (B) dan penurunan konsentrasi sumber nitrogen
A B A C
Gambar 2. Kurva perbandingan pembentukan β -glukan dan pertumbuhan sel pada variasi kecepatan agitasi 80 rpm, 120 rpm dan 200 rpm
Pada  perlakuan  kecepatan  agitasi  ini tidak  terdapat  perbedaan  yang  signifikan  di antara  perlakuan  80  rpm,  120  rpm  dan  200 rpm.  Dari  hasil  penelitian,  produksi  tertinggi dan  laju  pembentukan  β-glukan  tertinggi  ada pada perlakuan kecepatan agitasi 200 rpm.

## KESIMPULAN
β-glukan  yang  terbentuk  semakin meningkat  laju  pembentukannya  seiring dengan  bertambahnya  jumlah  putaran  per menit  pada  proses  agitasi,  80  rpm,  120  rpm,
200  rpm  dengan  laju  rata-rata  sebesar  18,19 μgL -1 /jam, 40,42 μgL -1 /jam, 44,03 μgL -1 /jam. Berdasarkan  hasil  penelitian  diketahui  bahwa kecepatan  agitasi  optimum  untuk  meng- hasilkan  β-glukan  adalah  200  rpm  dengan kandungan β-glukan sebesar 1624,44 μgL -1 .

## DAFTAR PUSTAKA
Aryani, D. (2001). Analisis kualitatif keberadaan eksoenzim 1,3 -D glukanase dari  miselium  Ganoderma  tropicum menggunakan elektroforesis PAGE.
Skripsi  Institut  Teknologi  Bandung . Bandung Black, B. (1999). Microbiology Principle and Exploration. Prentice Hall.New Jersey. Cabib,  E.  A.  (2001).  The  yeast  cell  wall  and septum as paradigms of cell growth and morphogenesis. J  Biol  Chem ,  276, 19679-19682.
Cempaka,  L.,  Aryantha,  I.  N.  P.  (2014).
Effect  of  Glucose  Concentration  on  the Produc-tion  of  β-Glucan  by  Saccharo- myces cerevisiae. The 2nd Asian-
Australasian Dairy Goat Conference (p.
202). Faculty of Animal Science, Bogor
Agricultural University. Bogor.
Griffin,  D.  (1993). Fungal  physiology,  2nd ed. Willey-Liss,  Inc.  United  States  of America.
Lee, J. L. H. E. (2001). Purification of soluble β-Glucan with immuno-enhancing activity  from  the  cell  wall  of  yeast.
Bioscience  Biotechnology  and  Bioche- mistry , 65 (4), 837-841.
Lesage,  G.,  Bussey  H.  (2006).  Cell  Wall Assembly in Saccharomyces cerevisiae . Microbiology  and  molecular  biology reviews , 317-343.
Madigan,  M.  T.,  Martinko.  J.  M.  (2006).
Brock:  Biology  of  Microorganisms. Prentice Hall, International, Inc.London. Pelczar, M. J. (1988). Dasar-Dasar Mikrobio- logi. UI-Press. Jakarta.
Reclavsky.  (1998).  Signalling  towards  cell wall  synthesis  in  budding  yeast. Acta Univ Palacki Olomuc Fac Med , 141, 7- 14.
Sarwono, J.  (2009). Statistik itu mudah: pan- duan  lengkap  untuk  belajar  komputasi statistik menggunakan SPSS 16.
Penerbit Andi. Yogyakarta.
Thontowi,  A.  K.  (2007).  Produksi  β-Glukan Saccharomyces  cerevisiae dalam  Media dengan  Sumber  Nitrogen  Berbeda  pada Air-Lift  Fermentor. Biodiversitas ,  253- 256.