Penggunaan Enzim Filtrase Untuk Meningkatkan Ketersediaan Fosfor dalam Pakan Nabati

Enzim (biokatalisator) adalah senyawa protein sederhana maupun protein kompleks yang bertindak sebagai katalisator spesifik. Enzim yang tersusun dari protein sederhana jika diuraikan hanya tersusun atas asam amino saja, misalnya pepsin, tripsin, dan kemotripsin. Sementara itu, enzim yang berupa protein kompleks bila diuraikan tersusun atas asam amino dan komponen lain. Animasi sederhana untuk menjelaskan enzim dan komponennya

Enzim lengkap atau sering disebut holoenzim, terdiri atas komponen protein dan nonprotein. Komponen protein yang menyusun enzim disebut apoenzim. Komponen ini mudah mengalami denaturasi, misalnya oleh pemanasan dengan suhu tinggi. Adapun penyusun enzim yang berupa komponen nonprotein dapat berupa komponen organik dan anorganik. Komponen organik yang terikat kuat oleh protein enzim disebut gugus prostetik, sedangkan komponen organik yang terikat lemah disebut koenzim. Beberapa contoh koenzim antara lain:

• vitamin (vitamin B1, B2, B6, niasin, dan biotin), NAD (nikotinamida adenin dinukleotida), dan koenzim A (turunan asam pentotenat).
• Komponen anorganik yang terikat lemah pada protein enzim disebut kofaktoratau aktivator, misalnya beberapa ion logam seperti Zn2+, Cu2+, Mn2+, Mg2+, K+, Fe2+, dan Na+ .

Cara Kerja Enzim Salah satu ciri khas enzim yaitu bekerja secara spesifik. Artinya, enzim hanya dapat bekerja pada substrat tertentu. Bagaimana cara kerja enzim? Beberapa teori berikut menjelaskan tentang cara kerja enzim a. Lock and Key Theory (Teori Gembok dan Kunci) Teori ini dikemukakan oleh Fischer(1898). Enzim diumpamakan sebagai gembok yang mempunyai bagian kecil dan dapat mengikat substrat. Bagian enzim yang dapat berikatan dengan substrat disebut sisi aktif. Substrat diumpamakan kunci yang dapat berikatan dengan sisi aktif enzim

Tepung ikan merupakan sumber protein utama yang digunakan dalam pembuatan pakan ikan, namun penggunaan tepung ikan akan mengalami masalah terutama pada harga dan ketersediaannya dalam memenuhi kebutuhan untuk budi daya. Usaha untuk mengatasi permasalahan tersebut adalah dengan mengurangi penggunaan tepung ikan dan menggantinya dengan sumber protein dari bahan nabati. Bahan pengganti tepung ikan umumnya adalah tepung bungkil kedelai karena selain mempunyai protein yang tinggi, profil asam aminonya relatif mirip dengan profil asam amino dari tepung ikan (Hertrampf dan Pascual, 2000). Tepung bungkil kedelai mampu mensubstitusi sebagian tepung ikan dalam pakan rainbow trout (Hardy, 2002), ikan gurami (Suprayudi et al., 2003). Robinson dan Li (2002) menggunakan berbagai bahan baku nabati dalam pakan ikan channel catfish yaitu tepung bungkil kedelai, tepung polard, dan tepung biji kapas.

 Penggunaan sumber bahan baku nabati dalam bahan pakan ikan perlu memperhatikan adanya faktor anti nutrisi yaitu asam fitat. Asam fitat merupakan bentuk penyimpanan utama fosfor (P) dan dapat mencapai 80% dari total fosfor yang ada. Asam fitat juga mampu mengikat mineral-mineral bervalensi 2 atau 3 (kalsium, besi, seng, magnesium) untuk membentuk kompleks yang sulit diserap usus (Baruah et al., 2004). Fosfor yang terkandung dalam bahan baku nabati tidak mampu dimanfaatkan oleh ikan karena keterbatasan enzim pemecah asam fitat yaitu fitase (Masumoto et al., 2001; Debnath et al., 2005). Asam fitat diekskresikan bersama feses ikan akan mengalami degradasi oleh mikroba penghasil fitase dalam air, sehingga fosfor akan dilepaskan ke perairan. Kandungan fosfor yang tinggi di perairan akan memicu proses eutrofikasi yang akan merugikan bagi kelangsungan proses budi daya (Baruah et al.,  2004). Penambahan enzim fitase dalam pakan dapat meningkatkan pemanfaatan P dari sumber bahan baku nabati, sehingga dapat mengurangi pencemaran P ke perairan (Baruah et al. 2004). Fitase adalah enzim yang mampu mengkatalisis hidrolisis asam fitat (mioinositol heksakisfosfat) menjadi mio-inositol mono, di, tri, tetra dan pentafosfat, serta fosfat organik (Baruah et al. 2004)

Sejumlah penelitian sudah dilakukan untuk mengetahui pengaruh enzim fitase terhadap ketersediaan fosfor dari bahan nabati pakan ikan. Masumoto et al. (2001) menyatakan bahwa fitase dengan dosis 50 mg/100 g tepung bungkil kedelai, mampu meningkatkan ketersediaan P pakan ikan Japanese flounder ukuran 35 g.  Yan et al. (2002) melaporkan bahwa pemberian enzim fitase 1000 unit per kilogram pakan mampu meningkatkan konsentrasi Ca, P, Mg dalam tulang ikan channel catfish ukuran 12 g. Debnath et al. (2005) melaporkan bahwa penambahan enzim fitase dengan dosis 500 unit per kilogram pakan, mampu meningkatkan pertumbuhan ikan Pangasius pangasius ukuran fingerling.  

Efektivitas penggunaan enzim fitase terhadap kecernaan nutrien dan kinerja pertumbuhan sangat dipengaruhi oleh spesies, ukuran, dan bahan baku yang digunakan. Untuk mendapatkan informasi lebih luas limbah P ke dalam perairan, sehingga akan tercipta pakan yang ramah lingkungan.

Hasil pakan uji yang digunakan dalam penelitian terdiri atas empat macam pakan yang berbeda berdasarkan perlakuan, yaitu: (A) pakan dengan penambahan  P anorganik, (B)  pakan tanpa P anorganik dengan penambahan enzim fitase, (C) pakan tanpa P anorganik dengan penambahan enzim fitase dan asam sitrat, dan (D) pakan tanpa P anorganik dan tanpa pemberian enzim  fitase. Pakan uji untuk setiap perlakuan adalah isoprotein dan isokalori.  Enzim fitase yang digunakan adalah enzim fitase merek Natuphos 5000®. Jumlah enzim fitase yang ditambahkan adalah 50 mg/100 g bahan nabati (bungkil kedelai dan polard), 50 mg enzim fitase setara dengan 250 unit enzim fitase.  Asam sitrat digunakan untuk membuat kondisi pH pakan 5,5. Komposisi pakan uji berdasarkan hasil penelitian Mayasari (2005) yang dimodifikasi, tertera pada Tabel 1. Proses pembuatan pakan dari 1 kg bahan baku menggunakan metode Cheng dan Hardy (2002) dan Masumoto et al, (2001).

Pembahasan  hasil uji penelitian

Penambahan enzim fitase dengan atau tanpa asam sitrat mampu meningkatkan nilai kecernaan P pakan.  Ikan yang diberi pakan dengan penambahan enzim fitase, kecernaan P (86,10%) lebih tinggi dibanding pakan yang tidak diberi penambahan enzim fitase (68,55%).  Hal ini membuktikan bahwa enzim fitase mampu membebaskan P yang terikat dalam asam fitat yang terdapat pada bungkil kedelai dan polard, sehingga dapat meningkatkan kecernaan P. Hasil yang sama diperoleh Tales et al. (1998) melaporkan bahwa penambahan enzim fitase dalam pakan yang mengandung bahan nabati dapat meningkatkan kecernaan P dari 63% menjadi 79,8% pada ikan seabass (Dicentracus labraks) ukuran juvenile, Papatryphon dan Soares (2001) pada ikan striped bass (Morone saxatilis) dari 59% menjadi 87%, Cheng dan Hardy (2004) pada ikan rainbow trout ukuran 20 g dari 80% menjadi 89,1%, Sajjadi dan Carter (2004) pada ikan Atlantik salmon (Salmo salar) ukuran 100 g dari 63, 84% menjadi 74, 06%, dan Yulisman (2006) pada ikan baung (Hemibagrus nemurus) ukuran 6,9 g dari 64,5% menjadi 87,0%. Ketiadaan enzim fitase dalam pakan D menyebabkan P yang terdapat dalam bahan nabati masih terikat dalam asam fitat, sehingga kecernaan P menjadi rendah. 

Kecernaan P pakan yang diberi penambahan enzim fitase dengan atau tanpa asam sitrat ternyata sama, keduanya mempunyai kecernaan P yang tinggi.  Penambahan asam sitrat bertujuan untuk membuat kondisi pH pakan sebesar 5,5.  Pada pH tersebut enzim fitase akan bekerja dengan optimal, sehingga proses pelepasan P dari asam fitat akan maksimal. Masumoto et al. (2001) menyatakan bahwa umumnya pH pakan yang menggunakan bahan nabati bungkil kedelai berada pada kisaran 6,5, dimana pada pH tersebut aktivitas enzim fitase sudah mulai menurun, sehingga perlu ditambahkan asam sitrat untuk membuat kondisi pH berada pada kisaran 5,5.  Pakan B yang hanya ditambahkan enzim fitase tanpa pemberian asam sitrat, ternyata memberikan hasil yang sama terhadap kecernaan P. Proses hidrolisis asam fitat dimulai pada saat seluruh bahan baku pakan sudah tercampur. Pada penelitian ini diperoleh bahwa pH pakan yang menggunakan bahan nabati bungkil kedelai dan polard pH pakannya sebesar 6,1. Pada pH tersebut enzim fitase ternyata mampu bekerja dengan baik sehingga proses pelepasan P dari asam fitat juga dapat maksimal dilakukan. Sheuermann et al. (1988) dalam Beruah et al. (2004) menyatakan bahwa enzim fitase aktif bekerja pada rentang pH  4-6,9. 

Adanya perbedaan nilai rasio P terlarut/P total

Bahwa enzim fitase melepaskan P dari bahan nabati terjadi melalui dua tahap. Pertama pada saat pembuatan pakan: pada saat pakan diinkubasi pada suhu 37 ^oC, maka proses pelepasan P dari asam fitat terjadi. Hal ini terlihat dari nilai rasio P terlarut/P total dari pakan tanpa penambahan enzim fitase sebesar 19,5% menjadi 44,1% pada pakan dengan penambahan enzim fitase. Tahap kedua dapat dijelaskan dengan melihat adanya perbedaan nilai rasio P terlarut/P total dari pakan dengan penambahan enzim fitase dengan nilai kecernaannya. Nilai  rasio P terlarut/P total yaitu 39,7% pada pakan B dan 44,1% pada pakan C, tetapi nilai kecernaan P meningkat menjadi 86,1% untuk pakan B dan 85,05% untuk pakan C. Hal ini menjelaskan bahwa pada saat makanan masuk dalam saluran pencernaan, enzim fitase masih aktif bekerja. Hal ini senada dengan pendapat Masumoto et al. (2001) bahwa melalui proses inkubasi, pakan yang diberi penambahan enzim fitase 50 mg/100 g bahan nabati pada suhu 37 oC selama 2 jam memberikan nilai P terlarut/P total sebesar 58,7% dan nilai kecernaan  P nya 95,4%.     

Kecernaan P akan berpengaruh pada nilai P absolut yang dicerna akibat dari jumlah P yang dikonsumsi yang berbeda sehingga P yang tersedia dalam tubuh juga berbeda.  Nilai konsumsi P yang tinggi dan didukung kecernaan yang tinggi menyebabkan nilai P yang dicerna juga tinggi, sehingga konsentrasi P dalam serum darah akan tinggi. Konsentrasi P dalam serum darah menggambarkan hasil absorbsi P yang ditransport. Djodjosubagio (1990) menyatakan bahwa penyebaran fosfor dalam tubuh melalui peredaran darah dan cairan antar sel. Material pakan yang tidak dapat dicerna oleh ikan akan dikeluarkan melalui feses. Pemberian enzim fitase dalam pakan mampu mengurangi ekskresi P yang terbuang melalui feses. Ikan yang diberikan pakan dengan penambahan enzim fitase, jumlah limbah fosfor yang dihasilkan lebih rendah dibanding dengan perlakuan tanpa pemberian enzim fitase. Ini membuktikan bahwa dengan penambahan enzim fitase fosfor yang terikat dalam asam fitat mampu diuraikan sehingga dapat dimanfaatkan oleh ikan. Hasil berbeda pada perlakuan D dan A dimana fosfor yang terikat dalam asam fitat tidak dapat cerna oleh ikan sehingga limbah fosfornya tinggi. Hewan–hewan monogastrik seperti ikan tidak mampu mencerna asam fitat oleh karenanya akan dilepas ke perairan.  Asam fitat yang diekskresikan ini selanjutnya akan mengalami degradasi oleh mikroba penghasil fitase dan melepaskan fosfor.  Fosfor dalam jumlah yang besar masuk ke perairan akan memicu timbulnya eutrofikasi di perairan (Baruah et al. 2004). 

Penurunan limbah P yang dihasilkan karena penambahan enzim fitase dalam pakan, dapat lebih jelas jika kita mengitungnya berdasarkan 1 kg produksi ikan. Untuk memperoleh 1 kg ikan lele, maka dengan penambahan enzim fitase dalam pakan, limbah P yang dihasilkan hanya 1,7 g, atau lebih rendah sekitar 58 % dari pakan kontrol (pakan A).  Hasil yang sama diperoleh Teles et al. (1998) pada ikan sea bass (Dicentrachus labrax) mampu mengurangi limbah P sebesar 58%, Sajjadi dan Carter (2004) pada ikan Atlantic salmon (Salmo salar) mampu menurunkan limbah P sebesar 52%, Vielma et al. (2000) pada ikan rainbow trout (Oncorhynchus myksis) sebesar 47%, dan Yulisman (2006) pada ikan baung (Hemibagrus nemurus) menurunkan limbah P sebesar 80%

Komposisi mineral P dalam serum darah menunjukkan bahwa pemberian enzim fitase mampu meningkatkan kadar P dalam serum darah. Mineral P yang mempunyai kecernaan tinggi tentunya akan lebih mudah diserap oleh usus dan selanjutnya oleh darah ditransport ke seluruh tubuh. Hal ini dibuktikan ikan yang diberikan pakan dengan penambahan enzim fitase yang memiliki kecernaan P tinggi, kandungan mineral dalam serum darah juga lebih tinggi dibanding perlakuan yang tanpa pemberian enzim fitase. Masumoto et al. (2001) melaporkan pemberian enzim fitase pada pakan ikan Japanese flounder, konsentrasi P dalam serum darah lebih tinggi (8,1 mg/100 ml) dibanding pada ikan yang tanpa diberi tambahan enzim fitase (5,9 mg/100 ml). 

Meningkatnya mineral P yang terserap akan dapat meningkatkan aktivitas metabolisme, yang pada gilirannya akan meningkatkan pertumbuhan. Hal ini berkaitan dengan fungsi P yang sangat besar peranannya dalam berbagai proses metabolisme dalam tubuh. Mineral P diperlukan pada saat proses fosforilasi dalam pembentukan Adenosintrifosfot (ATP).  ATP merupakan senyawa fosfor berenergi tinggi yang diperlukan untuk semua aktivitas tubuh (Page 1989). Meningkatnya ketersediaan P dalam tubuh, tentunya akan lebih banyak menyediakan P untuk sintesis protein. Hal ini berkaitan dengan penggunaan P untuk proses sintesis protein, dimana dalam proses sintesis protein sangat diperlukan mineral P. Proses sintesis protein sedikitnya membutuhkan empat ATP yaitu: 1 ATP dalam proses pengikatan aminoasil t-RNA dalam daur perpanjangan, 1 ATP untuk kerja mekanik translokasi ribosom, dan 2 ATP untuk pembentukan aminoasil t-RNA dan asam amino (Page 1989). Ikan yang diberi pakan B dan C ternyata memanfaatkan mineral P lebih banyak dibanding pakan A dan D. Meningkatnya penggunaan mineral P oleh tubuh tentunya akan meningkatkan proses sintesis protein. Efek ini terlihat pada retensi protein, dimana pada pakan B dan C retensi proteinnya lebih tinggi dibanding pakan A dan D, walupun laju pertumbuhan harian antara ikan yang diberi pakan B dan C sama dengan pada pakan kontrol (pakan A). 

Selain untuk proses sintesis protein mineral P juga sangat berperan dalam pembentukan tulang.  Hal ini terlihat pada kandungan mineral P dalam tulang, ikan yang menggunakan mineral P lebih banyak (B dan C) kandungan mineral P dalam tulang lebih tinggi. Hasil ini sesuai dengan Li et al. (2004) dimana pemberian enzim fitase 500 unit per kilogram pakan ikan channel catfish dapat meningkatkan mineral P pada tulang dari 7,4 % menjadi 9,8%,  Hughes dan Soares (1998) pada ikan striped bass (Monorene saxatilis) dari 59,2 mg/g menjadi 78,1 mg/g. Kekurangan fosfor mengakibatkan rendahnya kandungan fosfor dalam tulang, hal ini disebabkan fosfor yang ada, sebagian besar digunakan untuk kebutuhan maintence tubuh sehingga fosfor yang dideposisi pada tulang menjadi rendah. Distribusi mineral P dalam tubuh tubuh sebagian besar berada di tulang  sebanyak 85%, dan sebagian kecil dalam jaringan tubuh sebanyak 15% (Georgievskii 1982). Meningkatnya laju pertumbuhan, tentunya akan meningkatkan konsentrasi P dalam tubuh, hal ini terlihat pada kandungan mineral P dalam tubuh dimana ikan yang diberi pakan B dan C kandungan mineral dalam tubuh lebih tinggi dibanding dengan pakan D, karena laju pertumbuhan antara B dan C sama dengan pakan A, maka kandungan mineral P dalam tubuh juga sama.

Komposisi mineral lain seperti Ca dan Zn tidak menunjukkan perbedaan, baik dalam tubuh, tulang maupun serum darah. Hasil yang sama dilaporkan oleh Masumoto et al. (2001) penambahan enzim fitase dalam ikan Japanese flounder tidak memberikan dampak terhadap kandungan Ca dan Zn dalam serum darah. Hal ini mungkin disebabkan karena ikan mempunyai kemampuan menyerap mineral Ca dari lingkungannya, sehingga dampak pemberian enzim fitase dalam pakan tidak terlihat. Pakan yang tanpa penambahan enzim fitase mungkin kekurangan Ca dalam pakannya, tetapi bisa dipenuhi dengan cara mengambilnya dari lingkungan, sehingga konsentrasi Ca dalam dalam tubuh, tulang maupun serum darah darah tidak menunjukkan perbedaan.  Hasil berbeda dilaporkan oleh Hughes dan Soares (1998) pemberian enzim fitase pada ikan striped bass ukuran 160 g mampu meningkatkan konsentrasi Ca dari 88,2 mg/g menjadi 101,3 mg/g dalam tulang. Perbedaan ini mungkin disebabkan perbedaan bahan baku pakan dan spesies ikan yang digunakan. Untuk mineral Zn, penambahan enzim fitase tidak memberikan peningkatan konsentrasi Zn baik di tubuh, tulang maupun serum darah. Hasil yang sama diperoleh Masumoto et al. (2001) menyatakan bahwa penambahan enzim fitase 50 mg/100 g bungkil kedelai tidak mempengaruhi konsentrasi Zn dalam serum darah.   

Meningkatnya proses metabolisme dalam tubuh akan memacu ikan untuk mengkonsumsi pakan lebih banyak. Semakin banyak pakan yang dikonsumsi dan penggunaan pakan yang efisien, sehingga pertumbuhan akan meningkat. Hal ini dapat dilihat pada ikan yang diberi pakan B, C dan A, dimana kebutuhan fosfor mencukupi, maka semua proses metabolisme berjalan dengan lancar. Pada keadaan ini ikan akan memanfaatkan pakan dengan efisien, sehingga akan meningkatkan laju pertumbuhannya.  Di sisi lain ikan yang diberikan pakan D, diduga kekurangan P akibatnya penggunaan pakan tidak efisien, sehingga memberikan nilai laju pertumbuhan yang rendah juga. Lall (2002) menyatakan bahwa kekurangan fosfor akan menyebabkan rendahnya efisiensi pakan dan menurunkan laju pertumbuhan. Hasil ini sesuai dengan penelitian dari Li et al (2004) pada  pemberian enzim fitase 500 unit per kg pakan mampu mengganti pemberian dicalsium fosfat dalam pakan dan mempengaruhi pertumbuhan ikan channel catfish, Debnath et al.      (2005), pada ikan Pangasius pangasius.  Keceranaan P yang rendah pada pakan yang tidak diberikan enzim fitase menyebabkan mineral P yang tersedia tidak mencukupi kebutuhan tubuh, sehingga  proses metabolisme dalam tubuh terganggu dan menyebabkan pertumbuhanya lebih rendah.

Nilai konversi pakan berhubungan erat dengan laju pertumbuhan dan konsumsi pakan.  Ketersedian P dalam tubuh yang cukup membuat ikan lebih efisien dalam memanfaatkan pakan, sehingga memberikan nilai konversi pakan yang kecil, ini terlihat pada pakan B dan C dan A. Di sisi lain pada pakan tanpa penambahan enzim fitase nilai konversi pakan paling besar (pakan D). Sesuai dengan penelitian Debnath et al. (2005) penambahan enzim fitase mampu menghasilkan nilai konversi pakan yang lebih baik dibandingkan pada pakan yang tidak diberikan enzim fitase pada ikan Pangasius pangasius, Yulisman (2006) pada ikan baung (Hemibagrus nemurus). 

Enzim fitase dengan dosis 50 mg/100 g bahan nabati dapat digunakan dalam formulasi pakan ikan lele untuk mengganti penambahan fosfor anorganik, dan mengurangi limbah fosfor.