Rhizopus oryzae MATERI KULIAH SEMESTER 3

4.2 Pembahasan

Praktikum yang kami lakukan kali ini berjudul fungi.  Berikut ini akan dibahas mengenai jamur-jamur yang kami amati dalam praktikum fungi, diantaranya: Rhizopus oryzae, Rhizopus nigricans, Neurospora crassa, dan Saccharomyces cerevisiae.

Pembaasan yang pertama adalah Rhizopus oryzae. Rhizopus oryzae merupakan spesies yang termasuk dalam Kingdom Fungi , Divisio Zygomycota, Class Zygomycetes, Ordo Mucorales, Family Mucoraceae, dan Genus Rhizopus.

Rhizopus oryzae merupakan jamur yang sering digunakan dalam pembuatan tempe. Jamur ini aman dikonsumsi karena tidak menghasilkan toksin dan mampu menghasilkan asam laktat. Rhizopus oryzae mempunyai kemampuan mengurai lemak kompleks menjadi trigliserida dan asam amino. Selain itu jamur ini juga mampu menghasilkan protease. Menurut Sorenson dan Hesseltine (1986), Rhizopus oryzae tumbuh baik pada kisaran pH 3,4-6. Pada penelitian, semakin lama waktu fermentasi, pH tempe semakin meningkat sampai pH 8,4, sehingga jamur semakin menurun karena pH tinggi kurang sesuai untuk pertumbuhan jamur. Secara umum jamur juga membutuhkan air untuk pertumbuhannya, tetapi kebutuhan air untuk jamur lebih sedikit dibandingkan dengan bakteri. Selain pH dan kadar air, jumlah nutrien dalam bahan juga dibutuhkan oleh jamur.

Ciri-ciri R. oryzae secara umum, antara lain ialah hifa tidak bersekat (senositik), hidup sebagai saprotrof, yaitu dengan menguraikan senyawa organik. Pembuatan tempe dilakukan secara aerobik. Reproduksi aseksual cendawan R. oryzae dilakukan dengan cara membentuk sporangium yang di dalamnya terdapat sporangiospora. Pada R. oryzae terdapat stolon, yaitu hifa yang terletak di antara dua kumpulan sporangiofor (tangkai sporangium). Reproduksi secara seksual dilakukan dengan fusi hifa (+) dan hifa (-) membentuk progamentangium. Progamentangium akan membentuk gametangium. Setelah terbentuk gamentangium, akan terjadi penyatuan plasma yang disebut plasmogami. Hasil peleburan plasma akan membentuk cigit yang kemudian tumbuh menjadi zigospora. Zigospora yang telah tumbuh akan melakukan penyatuan inti yang disebut kariogami dan akhirnya berkembang menjadi sporangium kecambah. Di dalamsporangium kecambah setelah meiosis akan terbentuk spora (+) dan spora (-) yang masing-masing akan tumbuh menjadi hifa (+) dan hifa (-).



Siklus hidup Rhizopus oryzae

Sifat-sifat Rhizopus oryzae, yaitu koloni berwarna putih berangsur-angsur menjadi abu-abu, stolon halus atau sedikit kasar dan tidak berwarna hingga kuning kecoklatan. Sporangiofora tumbuh dari stolon dan mengarah ke udara, baik tunggal atau dalam kelompok (hingga 5 sporangiofora), rhizoid tumbuh berlawanan dan terletak pada posisi yang sama dengan sporangiofora. Terdapat sporangia globus atau sub globus dengan dinding berspinulosa (duri-duri pendek), yang berwarna coklat gelap sampai hitam bila telah masak. Kolumela oval hingga bulat dengan dinding halus atau sedikit kasar. Rhizopus oryzae memiliki spora bulat, oval atau berbentuk elips atau silinder. Suhu optimal untuk pertumbuhan jamur ini adalah 350C, minimal 5-70C dan maksimal 440C. Berdasarkan asam laktat yang dihasilkan Rhizopus oryzae termasuk mikroba heterofermentatif.

Pembahasan selanjutnya yaitu Rhizopus nigricans. Rhizopus nigricans merupakan spesies yang termasuk dalam Kingdom Fungi, Divisio Zygomycota, Class Zygomycetes, Ordo Mucorales, Family Mucoraceae, dan Genus Rhizopus.

Rhizopus nigricans merupakan jamur yang terdapat pada roti. Jika roti lembab disimpan di tempat yang hangat dan gelap, beberapa hari kemudian akan tampak jamur tumbuh diatasnya. Spora yang berkecambah pada permukaan roti akan membentuk massa yang bercabang, berwarna perak dengan hifa tidak bersekat. Dalam beberapa hari, miselium akan menutupi permukaan roti dari rhizoidnya menembus kedalam roti.


Gambar Perkembangan Jamur dalam Roti

Rhizoid menyekresikan enzim pencernaan yang bekerja menguraikan gula dan tepung yang berada dalam roti. Gula dan tepung tersebut kemudian diserap oleh rhizoid kedalam hifa. Pada roti akan terjadi perubahan warna, bau, dan rasa yang ditimbulkan oleh jamur yang disebabkan terjadinya perubahan senyawa kimia hasil aktivitas enzim.

Pada roti akan tumbuh bulatan hitam yang disebut sporangium yang dapat menghasilkan sekitar 50.000 spora. Sporangium dibentuk pada ujung sporangiofor. Jika sporangium matang, dinding pelindung yang tipis pecah dan spora tersebar. Spora tersebut disebut spora aseksual dan reproduksi yang terjadi adalah secara aseksual. Reproduksi seksual terjadi juga didalam jamur roti dengan cara konjugasi.



Secara garis besar tahap tahap konjugasi adalah sebagai berikut:
a.Hifa yang kelihatannya serupa memiliki sifat fisiologis yang berbeda dan biasanya diberi tanda positi (+) dan negatif (-). Hifa tidak dapat dibedakan menjadi hifa jantan dan hifa betina. Hifa yang bermuatan positif dan negatif tersebut bercabang pendek dan dinamakan gametangium.
b.Gametangium positif (+) bersinggungan dengan gametangium negatif (-).
c.Terjadi peleburan antara kedua gametangia sehingga terbentuk zigosporangium yang diploid(2n).
d.Ukuran zigosporangium bertambah besar dan kemudian memasuki masa dormansi.
e.Setelah beberapa bulan, jika kondisi lingkungan cukup baik, zigosporangium berkecambah. Kemudian, membentuk sporangium untuk menghasilkan spora seksual. Pembentukan spora tersebut terjadi secara meiosis.
f.Spora tersebar, jika jatuh di tempat yang sesuai akan tumbuh dan berkembang menjadi hifa (individu baru).

Pembahasan berikutnya adalah Neurospora crassa. Neurospora crassa dikenal pula dengan nama ilmiahnya Neurospora sitophila (dahulu Monilia sitophila).  Nama Neurospora berasal dari kata neuron (=sel saraf), karena guratan-guratan pada sporanya menyerupai bentuk akson. Jamur oncom termasuk dalam kelompok kapang (jamur berbentuk filamen).

Sebelum diketahui perkembangbiakan secara seksualnya, jamur oncom masuk ke dalam kelompok Deuteromycota, tetapi setelah diketahui fase seksualnya (teleomorph), yaitu dengan pembentukan askus, maka jamur oncom masuk ke dalam golongan Ascomycota.

Neurospora crassa merupakan salah satu spesies yang masuk ke dalam Genus Neurospora, Family Sordariaceae, Ordo Sordariales, Class Ascomycetes, Divisio Ascomycota, dan Kingdom Fungi. Neurospora crassa dikenal pula sebagai kontaminan, terutama di dalam laboratorium. Kapang dari Genus Neurospora telah lama diketahui dan telah dipelajari sejak 1843.  Spesies N. crassa telah banyak digunakan di dalam penelitian laboratorium sejak 1941.  Pertumbuhan jamur ini yang sangat pesat, warna jingganya yang khas, serta bentuk spora (konidia) yang berbentuk seperti tepung merupakan ciri-ciri khas kapang ini. Di negara subtropis dan  tropis, makanan fermentasi dari kapang  telah banyak ditemukan di negara-negara Asia Timur dan Asia Tenggara, termasuk Indonesia.

Rhizopus, Amylomyces, Mucor, Monascus dan Neurospora telah berperan sebagai mikoflora. Dalam kehidupan sehari-hari kapang Neurospora telah memegang peranan penting terutama dalam pengolahan makanan  fermentasi.  Kapang Neurospora telah dimanfaatkan untuk membuat oncom yang sangat populer bagi masyarakat Jawa Barat.  Di Brazil, Neurospora telah digunakan dalam proses pengolahan singkong menjadi minuman fermentasi.  Menurut Pandey, A. 2004, dalam Concise encyclopedia of bioresource technology, penerbit The Haworth Press:  Beberapa strain dari Neurospora crassa, dapat mengkonversi selulosa dan hemiselulosa menjadi ethanol.


Biakan (culture) Neurospora crassa dalam cawan petri


Bentuk dari spora Neurospora (terdapat guratan-guratan di permukaan spora)

Bentuk askospora dari N. crassa


Foto mikroskopik Neurospora crassa dengan SEM dari spora yang telah berkecambah

Neurospora crassa memiliki spora berbentuk seperti urat saraf berloreng-loreng, sering terdapat pada produk-produk bakeri dan  menyebabkan kerusakan sehingga biasanya disebut bakery mold atau red bread-mold. Neurospora crassa juga dikenal sebagai jamur oncom. Dalam proses fermentasi jamur ini berkembang biak dan menjadikan makanan berwarna kuning-kemerahan. Jika jamur ini menyerang laboratorium mycology atau bakteriologi sebagai kontaminan, maka dapat menimbulkan bahaya pada kultur dan sangat sulit untuk dihilangkan karena banyaknya jumlah konidia yang mudah menyebar yang diproduksi dan karena pertumbuhannya yang sangat cepat.

Neurospora, seperti kebanyakan anggota Sordariaceae lainnya, adalah organisme yang pertumbuhannya sangat cepat tetapi askosporanya membutuhkan perlakuan khusus untuk tumbuh sebagaimana dilakukan pada Sordariaceae lainnya. Sel hifanya memiliki inti banyak (multinucleate). Miseliumnya berpigmen dengan jumlah pigmen bervariasi tergantung substratumnya.

Neurospora crassa bersifat octosporous, hermaphrodit dan heterothallic. Unsur betinanya diwakili oleh protoperithecia, dimana setiap multinucleate askogonium ditempelkan. Askogonia menghasilkan cabang hifa panjang yang berfungsi sebagai trichogynes. Antheridia tidak dihasilkan. Unsur jantan diwakili oleh mikrokonidia yang diproduksi dalam rantai di microconidiophores; sejenis konidia, yang juga dapat menyalurkan nuclei ke receptive trichogynes. Dalam spesies ini, ditemukan bahwa peran organ seks jantan tidak terlalu besar dan fungsi seksual dikerjakan oleh bagian khusus dari thallus.

Pembahasan terakhir adalah Saccharomyces cerevisiae. Saccharomyces cerevisiae merupakan spesies yang termasuk dalam Kingdom Fungi, Divisio Ascomycota, Class Ascomycetes, Ordo Saccharomycetales, Familia Saccharomycetaceae ,dan Genus Saccharomyces.

Saccharomyces merupakan mikroorganisme yang sangat dikenal masyarakat luas sebagai ragi roti (baker’s yeast). Ragi roti ini selain digunakan dalam pembuatan makanan dan minuman, juga digunakan dalam industri etanol (Umbreit, 1959). Saccharomyces cerevisiae adalah mikroorganisme bersel tunggal dengan ukuran antara 5 sampai 20 mikron dan berbentuk bola atau telur. Saccharomyces cerevisae tidak bergerak karena tidak memiliki struktur tambahan di bagian luarnya seperti flagella (Prescott, 1959).
Saccharomyces cerevisiae mempunyai lapisan dinding luar yang terdiri dari polisakarida kompleks dan di bawahnya terletak membran sel. Sitoplasma mengandung suatu inti yang bebas (discrete nucleus) dan bagian yang berisi sejumlah besar cairan yang disebut vakuola (Buckle, 1987).

Saccharomyces cerevisiae dapat tumbuh dalam media cair dan padat. Pembelahan sel terjadi secara aseksual dengan pembentukan tunas, suatu bahan proses yang merupakan sifat khas dari khamir. Mula-mula timbul suatu gelembung kecil dari permukaan sel induk. Gelembung ini secara bertahap membesar, dan setelah mencapai ukuran yang sama dengan induknya terjadi pengerutan yang melepaskan tunas dari induknya. Sel yang baru terbentuk selanjutnya akan memasuki tahap pertunasan kembali. Tunas pada Saccharomyces serevisae dapat berkembang dari setiap bagian permukaan sel induk (pertunasan multipolar).


Siklus hidup Saccharomyces cerevisiae (Kavanagh, 2005)

Saccharomyces cerevisiae dapat berkembangbiak secara seksual dan umumnya melibatkan proses perkawinan yang diikuti dengan produksi spora seksual yang disebut akrospora dan spora-spora tersebut berada dalam bentuk kantung yang disebut askus. Biasanya khamir berkembang secara aseksual dan hanya pada kondisi lingkungan tertentu saja akan terjadi perkembangbiakan secara seksual (Buckle,1987).

Struktur Saccharomyces cerevisiae terdiri dari sel anak, budding dan sel induk. Tepi berbentuk entire, dan permukaan halus. Koloninya berwarna putih keruh, permukaaan dan tepinya rata. Saccharomyces cerevisiae mikroorganisme eukaryotic dengan diameter 5-10 µm, reprduksinya melalui proses difusi yang dikenal sebagai budding. Saccharomyces cerevisiae dapat survive dan tumbuh dalam bentuk haploid dan diploid. Sel haploid adalah simple siklus hidup dalam fase mitosis dan pertumbuhan, dan jika berada dalam kondisi lingkungan yang stress akan mati. Sel diploid adalah simple siklus hidup dalam fase mitosis dan pertumbuhan, tetapi jika berada dalam kondisi lingkungan yang stress mengalami sporulasi, memasuki meiosis dan menghasilkan sebuah varietas dari spora haploid yang dapat melaukan konjugasi, kembali ke bentuk diploid (Narita, 2008).


Saccharomyces cerevisiae berperan dalam proses fermentasi. Seiring berkembangnya bioteknologi, S. cerevisiae juga digunakan untuk menciptakan revolusi terbaru manusia di bidang rekayasa genetika sehingga dijuluki sebagai superjamur. Selain itu, spesies ini digunakan dalam memproduksi berbagai makanan, minuman, biofuel, kimia, industri enzim, pharmaceutical, agrikultur, dan lingkungan (Narita, 2008).

Saccharomyces cerevisiae atau di Indonesia lebih dikenal dengan nama jamur ragi, telah memiliki sejarah yang luar biasa di industri fermentasi. Karena kemampuannya dalam menghasilkan alkohol inilah, Saccharomyces cerevisiae disebut sebagai mikroorganisme aman (Generally Regarded as Safe) yang paling komersial saat ini. Dengan menghasilkan berbagai minuman beralkohol, mikroorganisme tertua yang dikembangbiakkan oleh manusia ini memungkinkan terjadinya proses bioteknologi yang pertama di dunia. Seiring dengan berkembangnya genetika molekuler, S. cerevisiae juga digunakan untuk menciptakan revolusi terbaru manusia di bidang rekayasa genetika. S. cerevisiae yang sering mendapat julukan sebagai super jamur telah menjadi mikroorganisme frontier di berbagai bioteknologi modern.

Tentu saja kegunaan mikroorganisme ini pun menjadi semakin penting di dunia industri fermentasi. Saat ini S. cerevisiae tidak saja digunakan dalam bidang fermentasi tradisional, tetapi mikroorganisme-mikroorganisme S. cerevisiae baru yang didapatkan dari riset dan aplikasi bioteknologi telah merambah sektor-sektor komersial yang penting, termasuk makanan, minuman, biofuel, kimia, industri enzim, pharmaceutical, agrikultur, dan lingkungan. Di masa depan, terutama karena krisis energi yang semakin sering terjadi, etanol yang diproduksi oleh fermentasi jamur ragi ini sepertinya akan mendapat perhatian khusus karena potensinya sebagai biofuel.

S. cerevisiae adalah jamur bersel tunggal yang telah memahat milestones dalam kehidupan dunia. Jamur ini merupakan mikroorganisme pertama yang dikembangbiakkan oleh manusia untuk membuat makanan (sebagai ragi roti, sekitar 100 SM, Romawi kuno) dan minuman (sebagai jamur fermentasi bir dan anggur, sekitar 7000 SM, di Assyria, Caucasia, Mesopotamia, dan Sumeria). Di Indonesia sendiri, jamur ini telah melekat dalam kehidupan sehari-hari. Nenek moyang kita dan hingga saat ini kita sendiri menggunakannya dalam pembuatan makanan dan minuman, seperti tempe, tape, dan tuak.

Di dunia sains, mikroorganisme ini adalah yang pertama kali diobservasi melalui mikroskop oleh Bapak Ahli MikrobiologiAntonie van Leewenhoek. Louis Pasteur, yang terkenal dalam penemuannya mengenai cara pensterilan susu, menggunakannya sebagai bahan biokimia hidup dalam proses transformasi. Jamur ini juga digunakan sebagai pabrik tempat pembuatan vaksin hepatitis B rekombinan yang pertama. Tak hanya itu, S. cerevisiae juga merupakan pabrik enzim makanan pertama (chymosin, enzim yang digunakan dalam pembuatan keju). Dan tentu saja penemuan spektakuler dalam memecahkan seluruh sekuens genom S. cerevisiae merupakan langkah pionir yang menentukan dalam menguak misteri sekuens genom manusia. Hampir semua teknologi frontier, seperti genomik, proteomik, dan nanobioteknologi, menggunakan jamur ini sebagai model. Tidak diragukan lagi bahwa inovasi sains dan teknologi juga akan semakin melaju di bidang bioekonomi. S. cerevisiae, sebagai model sains dan mikroorganisme komersial yang populer, akan terus memegang peranan penting di masa depan.

Di masa depan, S. cerevisiae akan menjadi sel inang yang semakin diperhitungkan dalam pembuatan low volume, high value produk bioteknologi, seperti enzim, bahan-bahan kimia, protein terapi, dan produk pharmaceutical lainnya yang berdaya komersial tinggi. Selain menghasilkan 800.000 ton protein dalam setahun, telah dihasilkan pula 60 juta ton bir, 30 juta ton anggur, dan 600.000 ton jamur ragi. Tak mengherankan mikroorganisme ini merupakan tulang punggung dalam produksi empat komoditas fermentasi terbesar di dunia.
Oleh karena itu, biomass jamur (baik untuk industri makanan manusia dan ternak) dan produksi tradisional etanol (untuk industri bir, anggur, minuman suling, dan energi) diperkirakan akan terus menyumbangkan produksi fermentasi terbanyak di dunia.

Dalam bidang energi, jamur ragi sebagai pabrik etanol merupakan suatu strategi alternatif yang telah dikembangkan di beberapa negara, seperti Brasil, Afrika Selatan, dan Amerika Serikat. Saat ini biomass tanaman adalah sumber biofuel yang paling banyak dikembangkan karena harganya yang murah dan persediaannya yang mudah didapat. Sayangnya, salah satu penghambat justru adalah langkanya low-cost technology dalam pengolahan tanaman menjadi etanol. Tentu saja tidak sembarang jamur ragi dipakai, melainkan beberapa strain S. cerevisiae yang telah direkayasa daur metabolismenya secara genetika sehingga dapat menghasilkan etanol secara efektif dan efisien. Biofuel dalam bentuk etanol merupakan salah satu harapan masa depan dari superjamur ini. Alasan utama dari penggunaan etanol adalah sumber energi yang sustainable dan ramah lingkungan serta sangat menguntungkan secara ekonomi makro terhadap komunitas pedesaan (petani).

Seiring dengan itu, krisis energi dalam bentuk minyak bumi diperkirakan akan terjadi sehubungan dengan prediksi bahwa produksi minyak dunia akan memuncak dalam waktu 25 tahun mendatang dan selanjutnya menurun secara drastis.

Bagi negara-negara yang relatif miskin sumber daya minyak dan pengekspor minyak dunia, hal ini sangat mengancam kesejahteraan mereka, bahkan dapat mengancam pertahanan dan keamanan mereka. Oleh karena itu, mereka berpacu dengan waktu untuk mengembangkan dan mengaplikasikan teknologi baru yang dapat memuluskan transisi energi oil menuju energi biofuel yang dapat diperbarui. Tentu saja, bagi negara berkembang seperti Indonesia, pekerjaan rumah yang utama adalah bagaimana memanfaatkan sumber daya hayati jamur di Indonesia sehingga dapat mengembangkan ilmu sekaligus memajukan ekonomi berbasiskan ilmu pengetahuan ini.

Beberapa peneliti Indonesia dengan kredibilitas tinggi di beberapa perguruan tinggi dan lembaga penelitian telah menemukan ratusan jenis jamur, bahkan lebih. Langkah selanjutnya adalah bagaimana kekayaan ini dimanfaatkan seoptimal mungkin, baik di bidang sains dasar maupun di bidang bioekonomi.

Saccharomyces cerevisiae mempunyai mikrostruktur yang terdiri dari kapsul dan dinding sel .Dinding sel khamir pada sel-sel yang muda sangat tipis, namun semakin lama semakin menebal seiring dengan waktu. Pada dinding sel terdapat struktur yang disebut bekas lahir (bekas yang timbul dari pembentukan oleh sel induk) dan bekas tunas (bekas yang timbul akibat pembentukan anak sel). Setiap sel hanya dapat memiliki satu bekas lahir, namun bisa membentuk banyak bekas tunas. Saccharomyces cerevisiae dapat membentuk 9 sampai 43 tunas dengan rata-rata 24 tunas per sel, dan paling banyak lahir pada kedua ujung sel yang memanjang. Dinding sel khamir terdiri dari komponen-komponen sebagai berikut: Glukan Khamir (30-35% berat kering dinding sel), Mannan (30% dari berat kering dinding khamir), Protein (6% berat kering dinding sel), Kitin (1-2 %), Lipid (8.5-13.5 %). Mikrostruktur selanjutnya adalah membran sitoplasma, nucleus, vakuola, mitokondria, globula lipid Saccharomyces cerevisiae yang mengandung lipid dalam jumlah sangat sedikit. Lipid ini disimpan dalam bentuk globula yang dapat dilihat dengan mikroskop setelah diberi pewarna lemak seperti Hitam Sudan atau Merah Sudan. Dan sitoplasma.

Saccharomyces cerevisiae berkembang biak dengan cara berikut: 1. Pertunasan multipolar, dimana tunas muncul dari sekitar ujung sel . 2. Pembelahan tunas, yaitu gabungan antara pertunasan dan pembelahan. Pada proses ini mula-mula terbentuk tunas, tetapi tempat melekatnya tunas pada sel induk relatif besar, kemudian terbentuk septa yang memisahkan tunas dari induk selnya. Pada Saccharomyces, areal tempat melekatnya tunas pada induk sedemikian kecilnya sehingga seolah tidak pernah terbentuk septa (tidak dapat dilihat oleh mikroskop biasa). 3.Pembentukan askospora. Pada khamir diploid seperti Saccharomyces cerevisiae, meiosis dapat terjadi langsung dari sel vegetatif. Spora berbentuk bulat atau oval dengan permukaan halus.

Saccharomyces cerevisiae berfungsi dalam pembuatan roti dan bir, karena Saccharomyces bersifat fermentatif (melakukan fermentasi, yaitu memcah glukosa menjadi karbon dioksida dan alkohol) kuat. Namun, dengan adanya oksigen, Saccharomyces juga dapat melakukan respirasi yaitu mengoksidasi gula menjadi karbon dioksida dan air. Saccharomyces dimanfaatkan untuk membuat tapai, bir, dan roti. Dalam proses pembuatan bir, khamir akan mengubah karbohidrat menjadi glukosa. Kemudian mengubah glukosa tersebut menjadi alkohol. Apabila ditulis dengan rumus kimia, reaksi yang terjadi adalah sebagai berikut.
C6H12O6  -->  2C2H5OH + 2CO2
Saccharomyces juga dimanfaatkan untuk mengembangkan adonan roti, misalnya kue apem atau roti tawar. Adonan yang sudah jadi tidak langsung diolah, tetapi dibiarkan beberapa saat. Hal ini berfungsi untuk memberikan kesempatan pada khamir untuk melakukan proses fermentasi yang menghasilkan gas CO2. Gas CO2 yang terperangkap dalam adonan membuat teksturnya menjadi berongga dan mengembang. Khamir juga digunakan dalam industri alkohol. Proses akhir untuk mendapatkan alkohol ialah dengan cara penyulingan.