Imobilisasi Bakteri Penghasil Biosurfaktan Potensial Antibakteri dalam Tandan Kosong Kelapa Sawit (TKKS)

Abstract

Biosurfaktan merupakan senyawa yang bersifat ampifilik karena memiliki sisi hidrofilik dan hidrofobik. Senyawa ini memiliki kemampuan untuk menurunkan tegangan permukaan dua molekul yang berbeda polaritasnya. Berbagai pemanfaatan produk biosurfaktan telah dilakukan, akan tetapi produksi biosurfaktan dalam skala besar masih menjadi kendala karena hasil produksinya yang rendah. Oleh karena itu, dibutuhkan metode untuk meningkatkan efektivitas produksi biosurfaktan. Salah satu metode yang dapat digunakan ialah imobilisasi bakteri.

Imobilisasi merupakan penjebakan bakteri dalam matriks berupa padatan sehingga tidak diperlukan prekultur bakteri berulang untuk proses produksi. Proses ini dapat menurunkan biaya dan waktu produksi biosurfaktan. Matriks imobilisasi penting untuk diperhatikan dalam proses imobilisasi. Alginat banyak digunakan dalam imobilisasi sel sebagai agen bioremediasi namun biaya untuk imobilisasi menggunakan alginat cukup tinggi. Penggunaan matriks berupa biomassa limbah pertanian dapat menjadi pilihan. Tandan kosong kelapa sawit (TKKS) digunakan karena termasuk limbah pertanian yang berlimpah jumlahnya dan belum dimanfaatkan dengan baik. Selain itu, TKKS dapat juga berperan sebagai substrat bagi pertumbuhan bakteri penghasil biosurfaktan. Penelitian ini bertujuan mengukur aktivitas antibakteri, mengkarakterisasi senyawa biosurfaktan, dan, mengimobilisasi bakteri penghasil biosurfaktan dalam TKKS.

Bakteri PS109 yang diisolasi dari media Glucose Soybean Meal (GSB) diuji aktivitas biosurfaktan dan antibakterinya terhadap Escherichia coli dan Staphylococcus aureus. Hasilnya, isolat tersebut mampu menghasilkan zona penyebaran pada oil-spreading test, penyebaran bentuk tetesan pada drop-collapse test, dan zona bening pada uji hemolisis. Isolat ini juga menghasilkan aktivitas antibakteri terhadap S. aureus ketika ditumbuhkan pada media yang mengandung TKKS selama tujuh hari dan supernatannya diekstraksi menggunakan etil asetat. Identifikasi bakteri menunjukkan kemiripan terhadap Pseudomonas aeruginosa NBRC 12689. Bakteri P. aeruginosa memang telah diketahui kemampuannya dalam memproduksi biosurfkatan kelompok glikolipida, yaitu rhamnolipidaa. Hal ini terbukti dari hasil kromatografi lapis tipis menggunakan eluen kloroform, metanol, dan air yang menunjukkan noda yang sejajar dengan standar rhamnolipidaa pada Rf 0,58 dan 0,35 untuk monorhamnolipidaa dan dirhamnolipida. Gugus-gugus yang menjadi penciri rhamnolipidaa pada analisis FTIR (Fourrier Transfrom-Infrared) di antaranya terdapat gugus hidroksil (-OH), karbonil (C=O), dan ikatan glikosidik (C – O – C).

Imobilisasi dalam TKKS selama empat siklus dengan masing-masing siklus 7 hari menunjukkan bahwa bakteri PS109 mampu melekat pada TKKS. Aktivitas biosurfaktan kembali diuji dan dihasilkan seluruh uji positif namun aktivitasnya menurun setelah siklus kedua, kecuali pada indeks emulsifikasi yang terus meningkat hingga siklus keempat. Penghitungan jumlah sel juga menunjukkan bahwa bakteri tetap melekat dan terus bertumbuh setelah terjadi pencucian sel. Jumlah sel mencapai kestabilan pada siklus ketiga dan keempat yang ditunjukkan dengan penempelan sel pada observasi Scanning Electron Microscope (SEM).

Biosurfactants are amphiphilic compounds because they have both hydrophilic and hydrophobic sides. These compounds have the ability to reduce surface tension between two molecules of differing polarities. Although biosurfactants have been utilized in various applications, large-scale production remains a challenge due to their low yields. Therefore, methods are needed to improve the efficiency of biosurfactant production. One method that potential to be used is bacterial immobilization. Immobilization involves bacteria trapped in a solid matrix and eliminated the need for repeated bacterial precultures during the production process. This process can reduce the cost and time required for biosurfactant production. The choice of immobilization matrix is critical in this process. Alginate is widely used in cell immobilization as a bioremediation agent, but the cost of using alginate for immobilization is relatively high. Using agricultural waste biomass as a matrix is a viable alternative. Oil palm empty fruit bunches (OPEFB) are used because they are abundant agricultural waste that has not been fully utilized. Moreover, OPEFB can also serve as a substrate for the growth of biosurfactant-producing bacteria. This study aims to measure antibacterial activity, characterize biosurfactant compounds, and immobilize biosurfactant-producing bacteria in OPEFB.

The PS109 bacteria, isolated from Glucose Soybean Meal (GSB) medium, were tested for biosurfactant and antibacterial activities against Escherichia coli and Staphylococcus aureus. The results showed that the isolate produced a spreading zone in the oil-spreading test, droplet collapse in the drop-collapse test, and a clear zone in the hemolysis test. The isolate also exhibited antibacterial activity against S. aureus when grown on a medium containing OPEFB for seven days, with the supernatant extracted using ethyl acetate. Bacterial identification revealed similarities to Pseudomonas aeruginosa NBRC 12689. P. aeruginosa is known for its ability to produce glycolipid biosurfactants, specifically rhamnolipidas. This was confirmed by thin-layer chromatography using a chloroform, methanol, and water eluent, which showed spots corresponding to rhamnolipida standards at Rf 058 and 0.35 for monorhamnolipida and dirhamnolipida, respectively. FTIR (Fourier Transform Infrared) analysis indicated the presence of characteristic rhamnolipida groups, including hydroxyl (-OH), carbonyl (C=O), and glycosidic bonds (C–O–C).

Immobilization PS109 bacteria in OPEFB over four cycles (each cycle lasting for seven days) demonstrated that PS109 bacteria could attach to OPEFB. Biosurfactant activity tests yielded positive results throughout, although activity decreased after the second cycle, except for the emulsification index, which continued to increase through the fourth cycle. Cell count analysis showed that the bacteria remained attached and continued to grow after cell washing. The cell count stabilized during the third and fourth cycles, as confirmed by cell adhesion observed through Scanning Electron Microscope (SEM) analysis.