Isolasi dan Karakterisasi Bakteri Ligninolitik Asal Tandan Sawit sebagai Kandidat Agen Biokonversi Pakan Ruminansia

Abstract

Limbah biomassa perkebunan sawit seperti tandan kosong kelapa sawit (TKKS) melimpah tetapi belum dimanfaatkan secara optimal. TKKS mengandung komponen lignoselulosa berupa selulosa dan hemiselulosa yang bermanfaat sebagai nutrien bagi ternak tetapi tingginya kandungan lignin menyebabkan kecernaan rendah, sehingga perlu dilakukan pengolahan. Berbagai metode pengolahan telah digunakan untuk meningkatkan kualitas TKKS, seperti perlakuan fisik, kimia, dan kombinasi keduanya. Metode tersebut umumnya memerlukan biaya tinggi, energi besar, dan menghasilkan limbah berbahaya. Pendekatan biologis melalui pemanfaatan mikroba penghasil enzim ligninolitik menjadi alternatif yang lebih ramah lingkungan dan efisien. Mikroba dari lingkungan perkebunan sawit diketahui memiliki potensi dalam mendegradasi TKKS. Namun eksplorasi terhadap mikroba dari tandan buah yang tidak mengalami proses termal belum banyak dilakukan. Oleh karena itu, penelitian ini bertujuan: (i) mengisolasi dan menyeleksi bakteri ligninolitik asal tandan sawit lapuk, (ii) mengidentifikasi isolat bakteri terpilih, (iii) menganalisis hasil aplikasi pretreatment biologis isolat bakteri ligninolitik terpilih pada TKKS. Tahap awal penelitian yaitu dilakukan isolasi bakteri ligninolitik dari tandan sawit lapuk alami pada media nutrien agar (NA), seleksi kualitatif pada media lignin agar (LgA) dan media luria bertani (LB) agar mengandung 0,1% guaiacol (G-M) dan 0,01% aniline blue (AB-M) untuk menguji potensi isolat bakteri menghasilkan enzim ligninolitik. Seleksi kuantitatif dilakukan pada mineral salt medium mengandung lignin (MSM-Lg) 1g/L dan diamati nilai dekolorisasi (? 465 nm) serta degradasi (? 280 nm) lignin menggunakan spektrofotometer. Selain itu dilakukan uji aktivitas enzim lakase (Lac), lignin peroksidase (LiP), mangan peroksidase (MnP), dan lytic polysaccharide monooxygenase (LPMO). Sebanyak 20 isolat bakteri didapatkan dari proses isolasi. Proses seleksi kualitatif dan kuantitatif menghasilkan 5 isolat bakteri (OFB471, OFB545, OFB413, OFB412, dan OFB111) yang memiliki potensi tinggi dalam mendegradasi lignin. Pengukuran kapasitas degradasi lignin dan aktivitas enzim LiP, MnP, Lac, dan LPMO terbaik ditunjukkan oleh isolat OFB412 dengan nilai dekolorisasi lignin (52,27%), degradasi lignin (44,02%), dan aktivitas enzim LiP, MnP, Lac, LPMO secara berturut-turut (10,386 U/mL, 0,081 U/mL, 0,064 U/mL, dan 0,857 U/mL). Identifikasi isolat terbaik OFB412 secara morfologi menunjukkan koloni berbentuk bundar dengan permukaan cembung, tepi rata, berwarna krem kekuningan, dan bertekstur halus. Hasil uji gram memperlihatkan warna ungu yang menandakan bakteri gram positif. Hasil identifikasi molekuler isolat OFB412 berdasarkan gen 16S rRNA memiliki kemiripan dengan Lysinibacillus xylanilyticus ON221880.1 dengan percent identity sebesar 99,49%. Pengamatan laju pertumbuhan OFB412 menunjukkan fase lag terjadi pada jam ke-0 hingga ke-3, fase eksponensial berlangsung hingga jam ke-18, dan setelah jam ke-18 memasuki fase stasioner. Time-study degradasi lignin menunjukkan peningkatan tajam degradasi lignin setelah jam ke-18 ketika bakteri memasuki fase stasioner. Aplikasi pretreatment TKKS secara biologis dilakukan menggunakan isolat OFB412 (P1) dengan menyertakan konsorsium OFB412+OFB413 (P2) dan OFB412+OFB111 (P3), serta kontrol tanpa inokulan (P0). Hasil pengamatan fisik TKKS menggunakan scanning electron microscopy (SEM) menunjukkan adanya perubahan struktur permukaan serat TKKS lebih longgar, matriks serat tampak mulai terurai, dan hilangnya badan silika pada P1, P2, dan P3 sedangkan struktur serat tampak kaku dan padat pada P0. Kandungan fraksi serat neutral detergent fiber (NDF), acid detergent fiber (ADF), hemiselulosa, dan selulosa menurun signifikan pada P1 dan P3, diikuti P2 dibandingkan kontrol P0 (p < 0,05). Sementara itu, kandungan lignin P1 dan P3 menurun secara signifikan dibandingkan P0, tetapi kandungan lignin P2 tidak berbeda nyata dengan P0 (p < 0,05). Kecernaan bahan kering (KCBK), kecernaan bahan organik (KCBO), kecernaan fraksi serat NDF dan ADF (KCNDF, KNADF), dan kecernaan lignin (KCL) meningkat secara signifikan pada P1, P2,P3 dibandingkan kontrol P0 (p < 0,05). Meskipun kandungan lignin P2 tidak berbeda nyata dengan kontrol , adanya kerusakan fisik serat akibat aktivitas bakteri mampu mengoptimalkan aksesibilitas mikroba rumen terhadap sumber pakan sehingga meningkatkan kecernaannya. Berdasarkan hal tersebut, isolat OFB412 merupakan bakteri ligninolitik yang memiliki aktivitas enzim LiP, MnP, Lac, serta LPMO, dan dapat diaplikasikan sebagai biotreatment untuk meningkatkan kualitas TKKS sebagai pakan ternak.