10

BAB II KAJIAN TEORI

A. Dasar Teori

1. Pertumbuhan Mikroorganisme

Pertumbuhan dapat didefinisikan sebagai pertambahan secara

teratur semua komponen di dalam sel hidup. Pada organisme uniseluler

(bersel tunggal), pertumbuhan adalah pertambahan jumlah sel yang

berarti juga pertambahan jumlah organisme (Srikandi Fardiaz, 1992:

97).

Pertumbuhan mikroorganisme lebih ditunjukkan oleh adanya

peningkatan jumlah mikroorganisme dan bukan peningkatan ukuran sel

individu. Ciri khas reproduksi bakteri adalah pembelahan biner, di

mana dari satu sel bakteri dapat dihasilkan dua sel anakan yang sama

besar. Interval waktu yang dibutuhkan bagi sel untuk membelah diri

atau untuk populasi menjadi berjumlah dua kali lipat dikenal sebagai

waktu generasi. Tidak semua spesies bakteri memiliki waktu generasi

yang sama. Mayoritas bakteri memiliki waktu generasi berkisar 1-3

jam. Faktor-faktor yang mempengaruhi pertumbuhan mikroorganisme

dapat dibedakan menjadi faktor fisik dan faktor kimia termasuk nutrisi

dalam media kultur. Faktor fisik meliputi suhu, pH, gas atmosfer,

cahaya, dan tekanan osmosis. Faktor kimia meliputi nutrisi dan media

kultur, yaitu substrat (Sylvia, 2008: 106; Khairil, 2008: 4).

11

Kombinasi nutrien dan kondisi lingkungan fisik yang sesuai akan

menciptakan pertumbuhan optimum bakteri. Pertumbuhan optimum

bakteri ialah pertambahan jumlah massa sel atau total massa sel yang

maksimal.

Pengaruh faktor fisik pada pertumbuhan bakteri yaitu :

a. Suhu. Suhu menentukan aktivitas enzim yang terlibat dalam

aktivitas kimia. Peningkatan suhu sebesar 10 °C dapat

meningkatkan enzim sebesar dua kali lipat. Pada temperatur

yang sangat tinggi akan terjadi denaturasi protein yang bersifat

tidak dapat balik (irreversible), sedangkan pada temperatur yang

sangat rendah aktivitas enzim akan berhenti. Pada suhu

pertumbuhan optimal akan terjadi kecepatan pertumbuhan

optimal dan dihasilkan jumlah sel yang maksimal (Sylvia, 2008:

111).

Setiap spesies bakteri tumbuh pada suatu kisaran suhu

tertentu. Bakteri dapat diklasifikasikan sebagai: psikrofil, yang

tumbuh pada 0 °C sampai 30 °C; mesofil, yang tumbuh pada 25

°C sampai 40 °C; dan termofil, yang tumbuh pada suhu 50 °C

atau lebih. Suhu inkubasi yang memungkinkan pertumbuhan

tercepat selama periode waktu yang singkat (12-24 jam) disebut

suhu pertumbuhan optimum (Pelczar dan Chan, 1986: 139).

12

b. Gas Atmosfer

Gas-gas utama yang mempengaruhi pertumbuhan bakteri ialah

oksigen dan karbon dioksida. Bakteri memperlihatkan

keragaman yang luas dalam hal respons terhadap oksigen bebas,

dan atas dasar ini dibagi menjadi empat kelompok yaitu aerobik

(organisme yang membutuhkan oksigen), anaerobik (tumbuh

tanpa oksigen molekular), anaerobik fakultatif (tumbuh pada

keadaan aerobik dan anerobik), dan mikroaerofilik (tumbuh

terbaik bila ada sedikit oksigen atmosferik) (Pelczar dan Chan,

1986: 139-140).

c. Potensial Hidrogen (pH)

Menurut Pelczar dan Chan (1986: 140), pH optimum

pertumbuhan bagi kebanyakan bakteri terletak diantara 6,5-7,5.

pH merupakan indikasi konsentrasi ion hidrogen. Peningkatan

dan penurunan konsentrasi ion hidrogen dapat menyebabkan

ionisasi gugus-gugus dalam protein, amino, dan karboksilat. Hal

ini dapat menyebabkan denaturasi protein yang menganggu

pertumbuhan sel.

Mikroorganisme asidofil, tumbuh pada kisaran pH optimal 1,0-

5,5; neutrofil, tumbuh pada kisaran pH optimal 5,5-8,0;

alkalofil, tumbuh pada pH optimal 8,5-11,5; sedangkan alkalofil

ekstrem tumbuh pada kisaran pH optimal ≥10 (Sylvia, 2008:

112).

13

d. Tekanan Osmosis

Osmosis merupakan perpindahan air melewati membran

semipermeabel karena ketidakseimbangan material terlarut

dalam media. Dalam larutan hipotonik, air akan masuk kedalam

sel mikroorganisme; sedangkan dalam larutan hipertonik air

akan keluar dari dalam sel secara mikroorganisme sehingga

membran plasma mengkerut dan lepas dari dinding sel

(plasmolisis), serta menyebabkan sel secara metabolik tidak

aktif. Mikroorganisme halofil mampu tumbuh pada kadar garam

tinggi, umumnya NaCl 3%, mikroorganisme halofil ekstrem

mampu tumbuh pada konsentrasi garam (NaCl) tinggi sebesar

≥33% (Sylvia, 2008: 112).

e. Cahaya

Organisme fotoautotrofik harus diberi sumber pencahayaan,

karena cahaya adalah sumber energinya. Organisme heterotrof

tidak memerlukan cahaya sebagai sumber energinya.

Pengaruh faktor kimia pada pertumbuhan bakteri yaitu :

a. Nutrisi

Nutrisi merupakan substansi yang diperlukan untuk biosintesis

dan pembentukan energi. Berdasarkan kebutuhannya, nutrisi

dibedakan menjadi dua yaitu makroelemen, yaitu elemen-

elemen nutrisi yang diperlukan dalam jumlah banyak (gram)

seperti karbon (C), oksigen (O), hidrogen (H), nitrogen (N),

14

sulfur (S), fosfor (P), kalium (K), magnesium (Mg), kalsium

(Ca), besi (Fe). Sedangkan mikroelemen, yaitu elemen-elemen

nutrisi yang diperlukan dalam jumlah sedikit (dalam takaran mg

hingga ppm) seperti mangan (Mn), zinc (Zn), kobalt (Co),

molibdenum (Mo), nikel (Ni), dan tembaga (Cu). Ada juga

nutrien tambahan meliputi vitamin yang merupakan molekul

organik kecil yang umumnya merupakan seluruh atau sebagian

kofaktor enzim, dan hanya sejumlah kecil yang digunakan untuk

pertumbuhan; asam amino yang diperlukan untuk sintesis

protein, serta purin dan pirimidin yang diperlukan dalam sintesis

asam nukleat (Sylvia, 2008: 114-115).

b. Media Kultur

Bahan nutrisi yang digunakan untuk pertumbuhan

mikroorganisme di laboratorium disebut media kultur.

Pengetahuan tentang habitat normal mikroorganisme sangat

membantu dalam pemilihan media yang cocok untuk

pertumbuhan mikroorganisme di laboratorium.

Berdasarkan konsistensinya, media dikelompokkan menjadi dua

macam yaitu media cair (liquid media) dan media padat (solid

media). Menurut kandungan nutrisinya, media dapat dibedakan

menjadi beberapa macam yaitu media sintetik (synthetic media),

media kompleks (complex media), media umum (general

media), media penyubur (enrichment media), media selektif

15

(selective media), media diferensial (differential media), dan

media khusus (Sylvia, 2008 : 115-117).

Substrat juga berpengaruh terhadap pertumbuhan bakteri.

Substrat yang digunakan dalam proses fermentasi berpengaruh

terhadap aktivitas dan produktivitas enzim. Proses fermentasi

terjadi karena adanya aktivitas mikroba dengan substrat organik

yang sesuai (Khairil, 2008: 4-7). Kecepatan pertumbuhan

bakteri tergantung pada konsentrasi substrat. Pada umumnya

bakteri sudah tumbuh pada konsentrasi substrat rendah dengan

kecepatan maksimum. Hanya pada konsentrasi substrat rendah

kecepatan pertumbuhan tergantung pada konsentrasi substrat

(Schlegel, 1994: 232)

Fase pertumbuhan mikroorganisme yaitu fase lag, fase log (fase

eksponensial), fase stasioner, dan fase kematian.

Fase lag merupakan fase adaptasi, yaitu fase penyesuaian

mikroorganisme pada suatu lingkungan baru. Ciri fase lag adalah tidak

ada peningkatan jumlah sel, yang ada hanyalah peningkatan ukuran sel.

Sel mengalami perubahan dalam komposisi kimiawi dan bertambahnya

ukuran; substansi interselular bertambah (Sylvia, 2008: 106; Pelczar

dan Chan, 1986: 152).

Lamanya fase ini bervariasi. Lama dari fase lag di pengaruhi oleh

beberapa faktor, di antaranya adalah:

16

a. Medium dan lingkungan pertumbuhan. Sel yang ditempatkan

dalam medium dan lingkungan pertumbuhan yang sama seperti

sebelumnya, mungkin tidak diperlukan waktu adaptasi. Tetapi jika

nutrien yang tersedia dan kondisi lingkungan yang baru sangat

berbeda dari sebelumnya, diperlukan waktu penyesuaian untuk

mensintesis enzim-enzim yang dibutuhkan untuk metabolisme.

b. Jumlah inokulum. Jumlah awal sel yang semakin tinggi akan

mempercepat fase adaptasi (Srikandi Fardiaz, 1992: 99).

Fase log (fase eksponensial) merupakan fase di mana

mikroorganisme tumbuh dan membelah pada kecepatan maksimum,

tergantung pada genetika mikroorganisme, sifat media, dan kondisi

pertumbuhan. Sel baru terbentuk dengan laju konstan dan massa yang

bertambah secara eksponensial. Hal yang dapat menghambat laju

pertumbuhan adalah bila satu atau lebih nutrisi dalam kultur habis,

sehingga hasil metabolisme yang bersifat racun akan tertimbun dan

menghambat pertumbuhan (Sylvia, 2008: 107).

Menurut Schlegel (1994: 226), di dalam sebuah biak statik juga

terjadi perubahan-perubahan sel sepanjang pertumbuhan eksponensial,

karena lingkungan terus berubah, konsentrasi substrat semakin

berkurang, kerapatan sel bertambah, dan produk-produk metabolisme

tertimbun. Karena kecepatan pembelahan diri relatif konstan, maka

tahap log ini paling cocok untuk menetapkan kecepatan pembelahan

diri (dan kecepatan pertumbuhan). Untuk mempelajari pengaruh faktor-

17

faktor lingkungan seperti suhu, pH, aerasi, demikian juga mengenai

kemampuan menggunakan berbagai substrat, dapat diikuti peningkatan

jumlah sel misalnya secara turbidimetri sepanjang pertumbuhan

eksponensial.

Fase stasioner, tahap stasioner dimulai kalau sel-sel sudah tidak

tumbuh lagi. Kecepatan pertumbuhan tergantung dari kadar substrat,

menurunnya kecepatan pertumbuhan sudah terjadi ketika kadar substrat

berkurang sebelum substrat habis terpakai (Schlegel, 1994: 226).

Pertumbuhan mikroorganisme berhenti dan terjadi keseimbangan antara

jumlah sel yang membelah dengan jumlah sel yang mati. Pada fase ini

terjadi akumulasi produk buangan yang toksik. Ukuran sel-sel pada fase

ini menjadi lebih kecil karena sel tetap membelah meskipun zat nutrisi

sudah mulai habis. Pada fase ini sel-sel menjadi lebih tahan terhadap

keadaan ekstrem. Pergantian sel terjadi dalam fase ini yaitu terdapat

kehilangan sel yang lambat karena kematian diimbangi oleh

pembentukan sel-sel baru melalui pertumbuhan dan pembelahan dengan

nutrisi yang dilepaskan oleh sel-sel yang mati karena mengalami lisis

(Sylvia, 2008: 107; Srikandi Fardiaz, 1992: 100-101).

18

Fase kematian, jumlah sel yang mati meningkat. Faktor

penyebabnya adalah ketidaktersediaan nutrisi, energi cadangan di dalam

sel habis, dan akumulasi produk buangan yang toksik (Sylvia, 2008:

108; Srikandi Fardiaz, 1992: 101).

Gambar 1. Grafik Pertumbuhan Mikroba dalam Biakan Sistem Tertutup (batch culture) (Sumber: Sumarsih, 2003: 53)

2. Pengukuran Pertumbuhan Mikroorganisme

Pertumbuhan mikroorganisme dapat diukur berdasarkan

konsentrasi sel (jumlah sel per satuan isi kultur) ataupun densitas sel

(berat kering dari sel-sel per satuan isi kultur). Densitas sel adalah

kuantitas yang lebih bermakna, sedangkan dalam penelitian mengenai

inaktivasi mikroorganisme, konsentrasi sel adalah kuantitas yang

bermakna.

Pertumbuhan mikroorganisme dapat diukur dengan dua cara, yaitu

secara langsung dan tidak langsung. Pengukuran secara langsung yaitu

19

mengunakan metode Petroff-Hausser, metode hitungan cawan, metode

MPN (Most Probable Number), dan metode turbidimetri (kekeruhan).

Sedangkan pengukuran secara tidak langsung yaitu pengukuran

aktivitas metabolik dan pengukuran berat sel kering (BSK) (Srikandi

Fardiaz, 1992: 118; Sylvia, 2008: 110).

Pengukuran secara langsung yaitu :

a. Metode Petroff-Hausser. Pada pengukuran ini, untuk bakteri

digunakan bilik hitung Petroff-Hausser, sedangkan untuk

mikroorganisme eukariot digunakan hemositometer. Bilik

hitung ini berbentuk kotak-kotak skala, setiap ukuran skala

seluas 1 mm2 dan terdapat 25 buah kotak besar dengan luas 0,04

mm2, dan setiap kotak besar terdiri dari 16 kotak kecil. Tinggi

contoh yang terletak antara gelas objek dengan gelas penutup

adalah 0,02 mm. Cara menghitungnya yaitu jumlah sel dalam

beberapa kotak besar dihitung, kemudian dihitung jumlah sel

rata-rata dalam satu kotak besar.

Jumlah sel per ml

contoh

= Jumlah sel per kotak

besar

X 1,25 x 106

Keuntungan menggunakan metode ini adalah mudah, cepat,

murah, serta dapat memperoleh informasi tentang ukuran dan

morfologi mikroorganisme. Kerugiannya adalah populasi

mikroorganisme yang digunakan harus banyak (minimum

berkisar 106 CFU/mL), tidak dapat membedakan sel yang hidup

20

dan mati, serta kesulitan menghitung sel yang motil (Srikandi

Fardiaz, 1992: 121-122; Sylvia, 2008: 108).

b. Metode hitungan cawan. Menurut Srikandi Fardiaz (1992: 123-

125), prinsip metode ini adalah jika jasad renik yang masih

hidup ditumbuhkan pada medium agar, maka sel jasad renik

tersebut akan berkembang biak dan membentuk koloni yang

dapat dilihat langsung tanpa menggunakan bantuan mikroskop.

Keuntungan metode ini yaitu hanya sel yang hidup dapat

dihitung, beberapa jenis jasad renik dapat dihitung sekaligus,

dapat digunakan untuk isolasi dan identifikasi. Sedangkan

kerugiannya yaitu hasil perhitungan tidak menunjukkan jumlah

sel yang sebenarnya, medium dan kondisi inkubasi yang

berbeda mungkin akan menghasilkan nilai berbeda, memerlukan

persiapan dan waktu inkubasi yang cukup lama untuk dapat

dihitung, dan jasad renik yang ditumbuhkan harus dapat tumbuh

pada medium padat, membentuk koloni yang kompak dan jelas,

tidak menyebar. Jumlah koloni terbaik yang dapat dihitung yaitu

30-300 koloni. Pengenceran biasanya dilakukan secara desimal

yaitu 1:10, 1:100, 1:1000, dan seterusnya. Larutan yang

digunakan untuk pengenceran dapat berupa larutan buffer fosfat,

0,85% NaCl atau larutan ringer. Metode hitungan cawan

dibedakan atas dua cara yaitu metode tuang (pour plate) dan

21

metode permukaan (spread plate). Cara menghitung jumlah

koloni yaitu :

Koloni per ml atau

per gr

= Jumlah koloni

per cawan

X 1

Faktor

pengenceran

c. Metode MPN (Most Probable Number). Menurut Srikandi

Fardiaz (1992: 126-127), metode ini menggunakan medium cair

di dalam tabung reaksi, di mana perhitungan dilakukan

berdasarkan jumlah tabung yang positif yaitu yang ditumbuhi

jasad renik setelah inkubasi. Pengamatan tabung yang positif

biasanya ditandai dengan adanya kekeruhan atau terbentuknya

gas di dalam tabung durham yang diletakkan pada posisi

terbalik. Setiap pengenceran umumnya digunakan tiga atau lima

seri tabung. Metode MPN biasanya digunakan untuk

menghitung jumlah jasad renik dalam sampel yang berbentuk

cair. Cara menghitung jumlah sel yaitu :

MPN sampel = Nilai MPN dari Tabel x 1

Pengenceran tabung tengah

d. Metode Turbidimetri (kekeruhan). Secara rutin jumlah sel

bakteri dapat dihitung dengan cara mengetahui kekeruhan

(turbiditas) kultur. Semakin keruh suatu kultur, semakin banyak

jumlah selnya. Prinsip dasar metode turbidimetri adalah jika

cahaya mengenai sel, maka sebagian cahaya diserap dan

sebagian cahaya akan diteruskan. Jumlah cahaya yang diserap

22

proporsional (berbanding lurus) dengan jumlah sel bakteri. Atau

jumlah cahaya yang diteruskan berbanding terbalik dengan

jumlah sel bakteri. Semakin banyak jumlah sel, semakin sedikit

cahaya yang diteruskan. Alat yang digunakan untuk pengukuran

adalah spektrofotometer atau kolorimeter dengan cara

membandingkan densitas optik (optical density, OD) antara

media tanpa pertumbuhan bakteri dan media dengan

pertumbuhan bakteri. Metode ini mempunyai kelemahan yaitu

tidak dapat membedakan antara sel mati dan sel hidup (Tjahjadi,

2007: 30-31; Sylvia, 2008: 110).

Pengukuran secara tidak langsung yaitu :

a. Pengukuran aktivitas metabolik. Metode ini didasarkan pada

asumsi bahwa jumlah produk metabolit tertentu, misal asam

atau CO2, menunjukkan jumlah mikroorganisme yang terdapat

dalam media.

b. Pengukuran berat sel kering (BSK). Metode ini umum

digunakan untuk mengukur pertumbuhan fungi berfilamen

(Sylvia, 2008: 110).

3. Bakteri Selulolitik

Bakteri yang memiliki kemampuan menguraikan selulosa menjadi

monomer glukosa dan menjadikannya sebagai sumber karbon dan

sumber energi (Hardjo et al., 1994: 15). Proses degradasi selulosa

dimulai dari perombakan selulosa oleh selulase bakteri menjadi

23

selobiosa, kemudian selobiosa dirombak lagi menjadi glukosa-1-fosfat

yang merupakan proses akhir.

Dekomposisi selulosa oleh bakteri selulolitik dipengaruhi oleh

beberapa faktor lingkungan, yaitu faktor biotik dan abiotik, meliputi

suhu, pH, komposisi media, salinitas, aktifitas enzimatis dari bakteri

selulolitik serta macam bakteri itu sendiri (Mouzouras et. al., 1988

dalam Ronny, 2000: 11). Kebanyakan aktivitas enzim yang dihasilkan

oleh bakteri selulolitik yang diisolasi dari rayap, suhu optimumnya

yaitu 37 °C (Tresnawati et. al., 2003: 41).

4. Bakteri Selulolitik Genus Flavobacterium

Sel berbentuk batang sejajar dan membulat pada ujungnya,

berukuran 0,5 x 1,0-3,0 µm. Tidak mempunyai granula intraseluler

yang tersusun dari poly-β-hydroxybutyrate. Tidak membentuk

endospora. Sel termasuk gram-negatif. Bersifat non-motil. Koloni tidak

melebar. Termasuk kedalam bakteri aerob. Isolat tumbuh pada suhu 37

°C. Pada media padat, koloni biasanya menunjukkan warna kuning

sampai oranye tetapi ada beberapa koloni yang tidak menunjukkan

warna tersebut. Koloni biasanya transparan (terkadang ada yang tidak

transparan), bentuk koloni bundar (diameter 1-2 mm), permukaan

koloni berbentuk convex atau low convex, seluruh tepi koloni

mempunyai bentuk smooth dan shiny. Uji katalase, oksidase, dan

phosphatase bersifat positif. Tidak dapat mencerna agar. Bersifat asam,

tetapi tidak memproduksi gas dari karbohidrat dalam media yang

24

mempunyai konsentrasi pepton rendah. Distribusi bakteri ini tersebar

luas di tanah dan air, ditemukan juga di kulit hewan, susu pada

makanan, dan lingkungan rumah sakit pada alat-alat pemeriksaan klinis

untuk manusia. Contoh tipe spesies : Flavobacterium aquatile (Holt,

et.al., 1994: 83).

5. Selulosa

Selulosa adalah karbohidrat berpolimer berantai lurus (1,4)-ß-D-

glukosa berbentuk seperti serabut, liat, tidak larut dalam air, dan

ditemukan dalam dinding sel pelindung tumbuhan, terutama pada

tangkai, batang, dahan, dan semua bagian berkayu jaringan tumbuhan.

Selulosa tidak hanya merupakan polisakarida struktural ekstraselular

yang paling banyak dijumpai pada dunia tumbuhan, tetapi juga

merupakan senyawa yang paling banyak di antara semua biomolekul

pada tumbuhan atau hewan.

Selulosa merupakan homopolisakarida linear tidak bercabang,

terdiri dari 10.000 atau lebih unit D-glukosa yang dihubungkan oleh

ikatan 1-4 glikosida dalam konfigurasi ß. Karena ikatan ß nya, rantai D-

glukosa pada selulosa membentuk konformasi yang melebar dan

mengalami pengelompokan antar sisi menjadi serat yang tidak larut.

Rayap mudah mencernakan selulosa, hanya karena saluran ususnya

memiliki suatu organisme parasit, yang mengeluarkan selulase, suatu

enzim penghidrolisa selulosa yang menyebabkan rayap mampu

mencernakan kayu (Lehninger, 1982: 326-328).

25

Selulosa terdiri dari rantai ß-D-glukosa dengan derajat polimerisasi

sebesar kurang lebih 14.000. Sifat-sifat fisik dari fibril selulosa

terutama kekokohannya dan ketidaklarutannya, tidak sesuai dengan

struktur berupa rantai tunggal. Rantai-rantai ini harus saling

berhubungan dengan cara menutupi gugus hidrofil dan peningkatan

stabilitas. Berdasarkan hasil analisis struktur sinar rontgen terdapat

daerah sisi kristalin silih berganti dengan daerah tidak kristalin. Seutas

benang selulosa terdiri dari fibril selulosa yang diliputi oleh selaput lilin

dan pektin (Schlegel, 1994: 470).

Gambar 2. Struktur Selulosa (Sumber: M. Edy, 2008: 6)

Selulosa bersifat tahan terhadap asam lemah dan basa lemah, tetapi

dengan asam yang kuat dihidrolisis menjadi glukosa. Selulosa selain

larut dalam asam kuat, juga larut dalam reagen Switser dan dalam

pencernaan mikroorganisme tertentu (Mozur, 1971 dalam Ronny, 2000:

5).

Rantai molekul selulosa tersusun sejajar dan dipengaruhi oleh

ikatan hidrogen antara gugus-gugus OH yang bersebelahan. Ikatan

hidrogen dari gugus-gugus hidroksil antar rantai akan menyebabkan

terjadinya orientasi paralel memanjang. Susunan selulosa yang teratur

26

disebut dengan kristalin, sedangkan bagian yang kurang teratur dikenal

dengan daerah amorf (Wirahadikusumah, 1990 dalam Ronny, 2000: 5-

6).

6. Carboxymethyl Cellulose (CMC)

Dalam penelitian Hari Sumardikan (2007: 25), Carboxymethyl

Cellulose (CMC) dalam daftar makanan dapat ditulis sebagai cellulose

gum, CMC, Sodium Carboxymethyl Cellulose (Na-CMC).

Carboxymethyl cellulose (CMC) adalah eter asam karboksilat turunan

selulosa yang berwarna putih, tidak berbau, padat, digunakan sebagai

bahan penstabil (Fennema, 1996). Carboxymethyl Cellulose (CMC)

dibuat dari reaksi sederhana yaitu pulp kayu ditambah dengan NaOH

kemudian direaksikan dengan Na monokhlor asetat atau dengan asam

monoklor asetat (Tranggono, 1990). Carboxymethyl Cellulose (CMC)

dapat membentuk sistem dispersi koloid dan meningkatkan viskositas

sehingga partikel-partikel yang tersuspensi akan tertangkap dalam

sistem tersebut dan tidak mengendap oleh pengaruh gaya gravitasi

(Potter and Norman, 1986). Carboxymethyl Cellulose (CMC) dapat

mencegah pengendapan protein pada titik isoelektrik dan meningkatkan

kekentalan, disebabkan bergabungnya gugus karboksil CMC dengan

gugus muatan positif dari protein (Srikandi Fardiaz, 1986).

27

Gambar 3. Struktur Carboxymethyl Cellulose (CMC) (Sumber: http://www.lsbu.ac.uk/water/hycmc.html)

7. Enzim Selulase

Enzim selulase termasuk jenis enzim hidrolase yaitu mengkatalisis

reaksi hidrolisis pemutusan ikatan β-1,4-glikosida pada molekul

selulosa. Nama sistematik enzim ini adalah β-1,4-glukan-4-

glukanohidrolase. Nomor sistematiknya adalah 3.2.1.4 (Gagen, 1976

dalam Ronny, 2000 : 8).

Pada proses penguraian selulosa, bakteri selulolitik mengeluarkan

enzim selulase dan enzim kelompok selobiose, tergantung pada kondisi

lingkungan material tersebut berada. Penguraian selulosa menjadi

glukosa-1-phosphat oleh enzim hidrolitik dikelompokkan menjadi tiga,

yaitu :

a. 1,4-β-D-glukan-4-glukanohidrolase atau endo-1,4-β-glukanase

(EC 3.2.1.4). Enzim tersebut secara acak menyerang ikatan β-

1,4 yang terdapat dalam CMC dan merombak selulosa dengan

memecah ikat unit single glukosa.

b. 1,4-β-D-glukan-selobiohidrolase (EC 3.2.1.19) dan 1,4-β-D-

glukan-glukohidrolase (EC 3.2.1.74). Keduanya merupakan exo-

28

1,4-β-D-glukanase yang bekerja pada rantai selulosa non reduksi

dan dapat memecah selobiosa menjadi glukosa.

c. 1,4-β-D-glukosidase (EC 3.2.1.21). Enzim ini menghidrolisa

selobiosa menjadi enam unit glukosa (Enari and Markkanen,

1992 dalam Ronny, 2000: 9).

Mekanisme hidrolisis selulosa oleh enzim selulase dapat dilihat

dalam gambar berikut :

Gambar 4. Mekanisme Hidrolisis Selulosa (Sumber :

wikipedia.org/wiki/cellulase)

8. Rayap

Rayap adalah serangga-serangga sosial pemakan selulosa yang

berukuran sedang merupakan ordo Isoptera. Mereka hidup dalam

masyarakat-masyarakat dengan organisasi yang tinggi dan terpadu, atau

koloni-koloni, dengan individu-individu yang secara morfologi

dibedakan menjadi bentuk-bentuk, berlainan atau kasta-kasta yaitu

29

reproduktif, pekerja, dan prajurit yang melakukan fungsi-fungsi biologi

yang berbeda. Sayap-sayap (hanya ada pada kasta reproduktif)

berjumlah empat dan berselaput tipis. Sayap-sayap depan dan belakang

hampir sama ukurannya, dari itulah nama Isoptera diperoleh. Sungut-

sungutnya berbentuk untaian seperti merjan atau berbentuk serabut.

Bagian-bagian mulut rayap pekerja dan reproduktif adalah tipe

pengunyah. Nimfa-nimfa mempunyai kemampuan untuk berkembang

menjadi salah satu kasta tersebut. Kasta-kasta yang mandul (pekerja

dan prajurit) pada rayap terdiri dari dua jenis kelamin, dan kasta-kasta

reproduktif dan mandul terbentuk dari telur-telur yang dibuahi (Borror

et al, 1992: 295-296).

Kasta-kasta pada rayap dijelaskan sebagai berikut:

a. Kasta Reproduktif (Raja dan Ratu)

Rayap ini bersklerotisasi keras dan memiliki mata-mata majemuk.

Raja biasanya kecil, tetapi dalam banyak jenis ratu

mengembangkan abdomennya yang membesar sebagai akibat

kapasitas telur yang meningkat. Tugas rayap kasta ini adalah

mencari tempat untuk bersarang, kawin, dan mendirikan koloni-

koloni baru.

b. Kasta Pekerja

Individu-individu yang paling banyak dalam sebuah koloni.

Mereka bertubuh pucat dan lunak, dengan bagian mulut tipe

pengunyah. Tugas rayap kasta pekerja dalam koloni yaitu

30

pembuatan dan perbaikan sarang, mencari makan, memberikan

makan, dan merawat anggota-anggota lain dari koloni tersebut.

c. Kasta Prajurit

Rayap kasta ini mempunyai kepala sangat bersklerotisasi,

memanjang, hitam dan besaryang diperuntukkan dalam berbagai

cara untuk pertahanan. Kebanyakan mempunyai mandibel-

mandibel panjang, sangat kuat, mempunyai kait, dan dimodifikasi

untuk memotong dengan cara seperti gunting untuk memotong

pkepala, anggota tubuh, atau merobek-robek musuh atau pemangsa.

Gambar 5. Ratu Rayap (a) dikelilingi Pekerja (b) dan Prajurit (c) dan Individu-individu Rayap Coptotermes sp yang Bergerombol

(Sumber: Tarumingkeng, 2001: 122).

b

a

c

31

9. Klasifikasi Rayap

Jika dilihat dari cara hidupnya, rayap dibagi menjadi empat

golongan yaitu :

a. Rayap pohon yaitu jenis yang menyerang kayu hidup, bersarang

dalam pohon dan berhubungan dengan tanah.

b. Rayap kayu lembab yaitu jenis yang menyerang kayu lembab yang

telah mati, sarangnya berada dalam kayu tanpa berhubungan

dengan tanah.

c. Rayap kayu kering adalah jenis yang hidup dalam kayu kering

terutama kayu-kayu dibawah atap. Koloni bersarang dalam kayu,

tidak memerlukan air dan tidak berhubungan dengan tanah.

d. Rayap subteran ialah jenis yang menyerang kayu baik yang

terdapat didalam maupun di atas tanah dan umumnya bersarang di

dalam tanah. Jenis ini dapat menyerang kayu yang terletak jauh

dari pusat sarangnya dengan membuat jalan yang tertutup dari

bahan tanah untuk mengangkut bahan makanan ke dalam

sarangnya (Tarumingkeng, 1971 dalam Adawiah, 2000: 7-8).

Berdasarkan tingkat evolusi rayap, dibagi dalam rayap tingkat

rendah (lower termite) terdiri dari famili Mastotermitidae,

Kalotermitidae, Hadotermitidae, dan Rhinotermitidae dan rayap tingkat

tinggi (higher termite) yaitu dari famili Termitidae. Selanjutnya

dikatakan rayap tingkat rendah mempunyai banyak protozoa disamping

32

bakteri dan spirokaeta. Sedangkan rayap tingkat tinggi mengalami

evolusi sangat lanjut dan memiliki sedikit protozoa dalam ususnya.

10. Kebiasaan-kebiasaan Rayap

Seringkali rayap-rayap membersihkan satu sama lain dengan

bagian-bagian mulut mereka. Makanan rayap terdiri dari kupasan kulit

dan tinja individu-individu lain, individu-individu yang mati, bahan-

bahan tumbuh-tumbuhan seperti kayu-kayuan dan produk-produk kayu.

Di dalam saluran pencernaan rayap terdapat mikroba selulolitik

yang berperan dalam mendegradasi partikel-partikel kayu menjadi

senyawa terlarut yang banyak mengandung selulosa (kurang lebih 40-

45% bahan kering) (Novianto, 2009: 14-15). Selulosa dalam makanan

rayap dicerna oleh berbagai macam protista flagellata tak terbilang

jumlahnya yang hidup dalam saluran pencernaan rayap. Hubungan ini

adalah salah satu contoh yang sangat bagus dari simbiosis mutualisme.

Beberapa rayap mengandung bakteri daripada flagellata.

Ada beberapa sifat penting yang perlu diperhatikan dari perilaku

rayap dalam mencari makan yaitu :

a. Trophalaxis yaitu sifat rayap untuk saling menjilat, kemudian

melakukan pertukaran makanan melalui mulut dan anus. Sifat ini

diinterpretasikan sebagai cara untuk memperoleh protozoa bagi

individu yang baru saja ganti kulit (ekdisis), karena pada saat

ekdisis kulit, usus juga tanggal sehingga protozoa simbion yang

diperlukan untuk mencerna selulosa ikut keluar dan perlu reinfeksi

33

dengan jalan trofalaktin. Juga untuk pertukaran feromon yaitu

hormon untuk dikeluarkan (keluar tubuh) untuk pengaturan

populasi koloni.

b. Kanibalistik yaitu rayap untuk memakan individu sejenis yang

lemah dan sakit, sifat ini banyak menonjol apabila rayap dalam

keadaan kekurangan makanan.

c. Neorophagy yaitu sifat rayap untuk memakan bangkai sesamanya.

d. Kriptobiotik yaitu menyembunyikan diri dari sinar dan gangguan.

Sifat ini tidak berlaku pada rayap bersayap (calon kasta

reproduktif) dimana selama periode dalam hidupnya memerlukan

cahaya (Adawiah, 2000: 16).

11. Mikroba dalam Saluran Pencernaan Rayap

Usus belakang berwarna sama dengan usus depan kecuali pada

kantong rektum yang merupakan bagian agak gelap karena pada bagian

ini terdapat sejumlah besar mikroorganisme, protozoa (flagellata),

bakteri, dan spirokhaeta.

Semua jenis rayap tingkat rendah ditunjukkan dengan fauna usus

yang kompleks yang memiliki bakteria dan protozoa. Pada rayap

tingkat tinggi bakteri usus mempunyai peranan yang khusus dalam

metabolisme nutrisi, walaupun mereka tidak dipercaya sebagai

kontributor utama pada dekomposisi selulosa.

Distribusi bakteri yang diidentifikasi pada setiap rayap

menujukkan bahwa terdapat korelasi antara bakteri utama usus dan

34

famili rayap tersebut. Famili Mastotermitidae dan Kalotermitidae yang

merupakan famili yang terendah dari rayap tingkat rendah memiliki

bakteri utama Streptococcus sp, famili Rhinotermitidae yang

merupakan famili tertinggi dari rayap tingkat rendah terdapat bakteri

utama Enterobacter dan famili Termitidae ditemukan bakteri

Staphylococcus sp (Eutick et. al., 1997 dalam Adawiah, 2000 : 14).

Menurut Breznak (1982) dalam Novianto (2009 : 15), masing-

masing mikroorganisme mempunyai peran yang berbeda dalam

mencerna selulosa tergantung kepada kelas rayap dimana

mikroorganisme tersebut berdiam. Pada rayap kelas rendah, protozoa

mempunyai peran lebih besar daripada bakteri dalam mencerna sumber

serat. Namun hal sebaliknya terjadi pada rayap kelas tinggi dimana

bakteri menjadi mikroba dominan dalam mencerna pakan.

Keberadaan mikroorganisme di dalam usus rayap merupakan suatu

bentuk interaksi yang menguntungkan (simbiosis mutualisme). Rayap

memberikan perlindungan berupa tempat yang anaerob dan makanan

bagi mikroorganisme. Di lain pihak mikroorganisme menyumbang

enzim selulase untuk membantu proses pencernaan serat kasar bagi

rayap (Novianto, 2009: 16).

12. Rayap Famili Rhinotermitidae

Rayap-rayap ini kecil (yang dewasa panjangnya kira-kira 6-8 mm).

Bentuk-bentuk yang tidak bersayap sangat pucat (rayap prajurit

memiliki kepala yang berwarna coklat), dan bentuk-bentuk yang

35

bersayap berwarna hitam. Terdapat ubun-ubun di bagian atas depan

kepala. Anggota-anggota ini selalu melakukan kontak dengan tanah.

Rayap-rayap prajurit dapat dikenali dengan kepala mereka yang bulat

telur dan sebuah lubang ubun-ubun yang besar di tepi muka kepala.

Sarangnya dibawah tanah atau di dalam kayu. Ciri-ciri rayap dewasa

bersayap famili Rhinotermitidae yaitu terdapat ubun-ubun, Rangka

sayap tebal di bagian anterior sayap di belakang sisik, sisik sayap depan

lebih panjang daripada protonum, protonum datar, sersi 2 ruas, R

biasanya tanpa cabang-cabang anterior, sangat luas penyebarannya.

Sedangkan ciri-ciri rayap prajurit famili Rhinotermitidae yaitu sama

seperti ciri-ciri rayap dewasa tetapi dengan kepala lebih panjang dan

lebar, mandibel-mandibel tanpa geligi tepi, dan sangat luas tersebar

(Borror et al., 1992: 298-299).

B. Kerangka Berpikir

Bakteri selulolitik adalah bakteri yang memiliki kemampuan

menguraikan selulosa menjadi monomer glukosa dan menjadikannya

sebagai sumber karbon dan sumber energi (Hardjo et al., 1994: 15).

Pemanfaatan bakteri selulolitik yaitu sebagai penghasil enzim selulase

yang digunakan untuk menghidrolisis selulosa.

Salah satu hewan perombak (decomposer) selulosa yang sangat

potensial di daerah tropis adalah rayap (insekta: Isoptera). Kemampuan

36

rayap dalam mendegradasi selulosa ini dimungkinkan karena keberadaan

bakteri selulolitik dalam ususnya (Eutick et al., 1978: 824).

Meilani (2012: 53) berhasil melakukan isolasi dan

mengidentifikasi isolat bakteri selulolitik dari usus rayap kasta pekerja dan

prajurit. Hasil identifikasi menunjukkan bahwa isolat bakteri terpilih

dengan kode C5I1; C5I5; C5I6; C6I5 merupakan bakteri selulolitik dari genus

Flavobacterium sedangkan isolat bakteri dengan kode C6I6 merupakan

bakteri selulolitik dari genus Acinetobacter.

Namun demikian, informasi tentang kemampuan bakteri selulolitik

yang diisolasi dari rayap dalam mendegradasi selulosa masih terasa

kurang, padahal informasi tersebut sangat dibutuhkan dalam upaya

memanfaatkan potensi bakteri selulolitik dalam mendegradasi selulosa

pada berbagai limbah yang mengandung selulosa. Langkah awal penting

dalam upaya memanfaatkan potensi bakteri selulolitik yang diisolasi dari

rayap dalam mendegradasi selulosa adalah mengetahui pertumbuhan

bakteri tersebut.

Pertumbuhan bakteri dipengaruhi oleh nutrisi dan berbagai faktor

fisik antara lain suhu, pH, gas atmosfer, tekanan osmosis, dan lain-lain.

Faktor substrat juga berpengaruh terhadap pertumbuhan bakteri.

Kecepatan pertumbuhan bakteri tergantung pada konsentrasi substrat

(Schlegel, 1994: 232). Carboxymethyl Cellulose (CMC) merupakan salah

satu sumber karbon yang dapat digunakan untuk media pertumbuhan

37

bakteri selulolitik. Kombinasi nutrien dan lingkungan fisik yang sesuai

akan menghasilkan pertumbuhan optimum bakteri.

Bakteri selulolitik yang berhasil diisolasi dan diidentifikasi dari

usus rayap kasta pekerja dan prajurit belum dilakukan penelitian tentang

optimasi pertumbuhannya terhadap faktor-faktor pertumbuhan. Maka

perlu dilakukan penelitian lanjutan, antara lain dengan memberikan

perlakuan variasi suhu, konsentrasi Carboxymethyl Cellulose (CMC), dan

jenis isolat bakteri selulolitik untuk mengetahui apakah variasi perlakuan

tersebut mempengaruhi pertumbuhan bakteri selulolitik yang diisolasi dari

usus rayap kasta pekerja dan prajurit.

C. Hipotesis Penelitian

Berdasarkan dasar teori yang dikemukakan, didapatkan hipotesis

penelitian yaitu:

1. Pertumbuhan bakteri selulolitik yang diisolasi dari usus rayap kasta

pekerja dan prajurit lebih meningkat pada suhu 37 °C (suhu optimum)

dibandingkan dengan suhu ruang (25-28 °C).

2. Pertumbuhan bakteri selulolitik yang diisolasi dari usus rayap kasta

pekerja dan prajurit lebih meningkat pada medium Carboxymethyl

Cellulose (CMC) cair konsentrasi 2% dibandingkan dengan medium

Carboxymethyl Cellulose (CMC) cair konsentrasi 1%.

38

3. Pola pertumbuhan tiga isolat bakteri selulolitik yang diisolasi dari usus

rayap kasta pekerja dan prajurit berbeda setelah diberi pengaruh variasi

suhu dan konsentrasi Carboxymethyl Cellulose (CMC).