UIN Syarif Hidayatullah Jakarta
pernapasan, dan akseptor terminal elektron Pratiwi, 2008. Bakteri ini memetabolisme tartrat, malat, dan sitrat menjadi laktat, asam asetat, dan asetoin.
Sel berbentuk batang dengan ukuran 0,7- 1,1 μm x 2,0-4,0 μm.
Sensitivitas: SO
2
: Ya Sorbat: Tidak
pH: dibawah 3 Etanol: Ya. Pertumbuhan bakteri dan metabolism gula menurun karena
etanol meningkat. Pemanasan: tidak dapat ditoleransi pada suhu diatas 45
o
University of California, 2014 C.
Medium: MRS agarbroth. Kondisi pertumbuhan bakteri: suhu 37
o
C dan 5 CO
2
Suhu penyimpanan: -80 untuk keadaan lingkungan.
o
C atau dibawahnya keadaan beku, dan 2
o
C-8
o
C keadaan dingin Anonim, 2014.
2.5 Metabolisme Bakteri Asam Laktat
Berdasarkan jalur metabolisme saccharolytic, bakteri asam laktat dapat dibedakan menjadi dua kelompok yaitu Prescott dkk, 2002:
1. Homofermentatif: Bakteri dalam kelompok ini akan mengubah heksosa
menjadi asam laktat dalam jalur Embden-Meyerhof EM, dan tidak dapat memfermentasikan pentosa atau glukonat, sehingga asam laktat menjadi
satu-satunya produk. Jalur metabolisme homofermentatif ini dapat dilihat pada Gambar berikut:
UIN Syarif Hidayatullah Jakarta
Gambar 2.3 Jalur Metabolisme Homofermentatif Bakteri
Sumber: Kusuma, 2009
2. Heterofermentatif: Heksosa difermentasikan menjadi asam laktat, karbon
dioksida, dan etanol atau asam asetat sebagai akseptor elektron alternatif. Pentosa lalu diubah menjadi laktat dan asam asetat.
2.6 Enkapsulasi
Enkapsulasi merupakan suatu cara untuk melindungi bakteri dari faktor- faktor lingkungan yang berbahaya bagi bakteri tersebut. Tujuan dari enkapsulasi
adalah untuk membuat lingkungan dimana bakteri akan bertahan selama proses,
Fruktosa Glukosa
Fruktosa-6-fosfat ATP
ADP Glukosa-6-fosfat
ATP ADP
2 Gliseraldehid-3-fosfat ATP
ADP
2-piruvat
2-Laktat 4 ATP
4 ADP 2 P
i
2 NAD
+
2 NADH
4 ATP 4 ADP
2 NAD
+
2 NADH
UIN Syarif Hidayatullah Jakarta
penyimpanan, dan keluar pada tempat yang tepat misalnya, usus kecil dalam saluran pencernaan. Keuntungan dari enkapsulasi adalah melindungi bakteri dari
pH lambung yang rendah yang telah teruji di beberapa penelitian serta sebagai basis produk seperti olahan susu Chávarri dkk, 2012. Enkapsulasi merupakan
proses fisikokimia atau mekanik untuk melapisi suatu bahan.
2.7 Mikroenkapsulasi
Mikroenkapsulasi merupakan teknik penjerapan sel-sel mikroorganisme dengan melapiskannya pada hidrokoloid yang tepat untuk memisahkan sel-sel dari
lingkungan. Salah satu prinsip metode mikroenkapsulasi probiotik adalah struktur microbead Mortazavian dkk, 2007. Mikrokapsul yang terbentuk dapat berupa
partikel tunggal atau membentuk agregat yang biasanya memiliki rentang ukuran partikel antara 5-
5000 μm. Ukuran tersebut bervariasi tergantung metode dan ukuran bahan inti yang digunakan Benita, 1996.
Keuntungan mikroenkapsulasi adalah mikroenkapsulasi terdiri atas membran yang semipermeabel, bulat melingkar, tipis, dan kuat sehingga sel
bakteri dapat tertahan dengan mikroenkapsulasi. Jika dibandingkan dengan penjerapan matriks, mikroenkapsulasi tidak ada inti padat pada mikrokapsul dan
diameter yang kecil membantu menurunkan keterbatasan perpindahan massa sel. Nutrisi dan metabolit akan mudah menyebar melewati membran semipermeabel.
Membran akan mengeluarkan sel dan menurunkan kontaminasi Kailasapathy, 2002.
Teknik yang paling sering digunakan untuk mikroenkapsulasi probiotik adalah emulsi, ekstrusi, dan semprot kering. Enkapsulasi merupakan proses,
secara fisikokimia atau mekanik, penjerapan bahan dalam material untuk memproduksi partikel yang berukuran nanometer sampai milimeter Chen and
Chen, 2007.
2.7.1 Teknik Emulsi
Penelitian yang dilakukan Sheu dan Marshall menjerapkan bakteri dengan menggunakan sistem air dalam minyak. Bahan enkapsulasi, misalnya natrium
alginat, awalnya dicampurkan dengan sel bakteri kemudian disuspensi dengan
UIN Syarif Hidayatullah Jakarta
fase minyak, Tween 80 sebagai emulsifier. Emulsi kemudian dipecah dengan penambahan CaCl
2
, dan membentuk mikroenkapsulasi yang dikumpulkan dengan sentrifugasi. Bahan lainnya, misalnya k-karagenan, dapat menggunakan KCl
sebagai pemecah emulsi atau dilakukan cross-linked dengan gelatin Rokka, 2010.
2.7.2 Teknik Ekstrusi
Pada teknik ekstrusi larutan hidrokoloid disiapkan pertama kali, kemudian probiotik ditambahkan dan campuran tersebut diteteskan melalui syringe atau
nozzle. Droplet atau butiran akan jatuh ke larutan. Ukuran mikroenkapsulasi dipengaruhi oleh ukuran syringe. Selain itu, diameter bead alginat akan meningkat
ketika konsentrasi natrium alginat juga meningkat Rokka, 2010. Pada umumnya, metode ekstrusi merupakan metode yang sederhana dan murah, serta
pengoperasiannya dapat menurunkan kerusakan sel probiotik sehingga didapatkan viabilitas yang tinggi pada bakteri probiotik Kailasapathy, 2002.
Keuntungan: prosesnya sederhana dan murah, tidak menyebabkan kerusakan pada sel probiotik, memberikan viabilitas probiotik yang tinggi, dapat dilakukan dalam
kondisi aerobik maupun anaerobik Solanki, 2013. Kerugian: sulit untuk memproduksi skala besar karena pembentukan mikrobead
yang lama, penggunaan bahan penyalut terbatas, rentan rusak pada struktur karbohidrat Solanki, 2013.
2.7.3 Teknik Adesi
Beragam pati dan modifikasi pati telah diuji dalam kemampuannya menjerap bakteri probiotik. Misalnya, kalsium akan menginduksi polimer alginat
yang terdiri atas pati Hi-Maize
TM
sebagai bahan pengisi yang digunakan untuk enkapsulasi probiotik. Granul pati Hylon VII memiliki luas permukaan yang
tinggi sehingga baik digunakan untuk mengikat bahan aktif. pH yang rendah dan protease telah ditemukan fungsinya dalam menghambat adesi antara
Bifidobacterium dengan pati Rokka, 2010.
UIN Syarif Hidayatullah Jakarta
2.7.4 Teknik Semprot Kering
Teknik ini melibatkan atomisasi emulsi atau suspensi probiotik dan bahan pembawa dengan gas kering yang dihasilkan oleh penguapan air yang cepat.
Hasilnya akan berupa serbuk kering. Proses semprot kering spray-drying dikontrol oleh aliran gas, suhu, dan produk itu sendiri Rokka, 2010. Keuntungan
dari proses semprot kering adalah pengoperasiannya menggunakan alat canggih. Kekurangannya adalah suhu tinggi yang digunakan saat proses semprot kering
akan mengganggu bakteri probiotik didalam mikroenkapsulasi. Proses semprot kering memerlukan ketepatan saat penambahan dan pengkontrolan kondisi, seperti
suhu inlet dan outlet Kailasapathy, 2002. Suhu inlet yang terlalu tinggi 120
o
C dan suhu outlet yang
terlalu tinggi 60
o
C dapat menurunkan viabilitas enkapsulasi bifidobacteria O’Riordan, dkk, 2001.
2.7.5 Teknik Pengeringan Beku
Teknik pengeringan beku freeze-drying termasuk teknik kering pada metode mikroenkapsulasi probiotik. Pada umumnya, pengeringan beku memiliki
keuntungan, diantaranya: dapat menurunkan rusaknya sel probiotik dibandingkan dengan teknik lainnya. Kelemahan metode ini adalah relatif lebih mahal, dan sulit
digunakan pada tingkat industri Mortazavian dkk, 2007. Teknik pengeringan beku terdiri atas 3 langkah:
a Pembekuan Probiotik bakteri akan dibekukan pada suhu -196
o
b Pengeringan primer C dalam cairan nitrogen.
Es kemudian disublimasikan dan selanjutnya proses pengeringan primer.
Proses sublimasi es dengan vakum tinggi dan suhu tinggi. Sublimasi merupakan fase transisi, dari wujud padat menjadi gas, yang menyebabkan
suhu dan tekanan dibawah titik nol mutlak 0,01. Sekitar 95 air dihilangkan pada langkah ini.
c Pengeringan sekunder. Penghilangan air sampai dibawah 4, meningkatkan penyimpanan jangka
panjang, dan mencegah kerusakan produk Charalampopoulos, dkk, 2009.
UIN Syarif Hidayatullah Jakarta
2.8 Bahan yang Digunakan Untuk Mikroenkapsulasi
2.8.1 Alginat
Alginat merupakan polisakarida yang berasal dari alga coklat. Alginat adalah garam dari asam alginat yang mengandung ion natrium, kalsium atau
kalium Kadi dan Atmaja, 1988. Alginat juga merupakan matriks enkapsulasi yang paling sering digunakan pada makanan karena biocompatible, keamanan,
dan murah. Alginat merupakan k opolimer linear ikatan β-1,4-D- asam
manoronat M dan residu α-L-asam guluronat G diekstraksi dari berbagai macam alga. Jeratan senyawa dalam gel alginat dilakukan cross-linked oleh ion
logam seperti kalsium dapat menghasilkan kapsul yang larut air Sohail, 2010.
Gambar 2.4 Struktur Molekul Natrium Alginat
Sumber: Phillips, dkk, 1990
Keuntungan penggunaan alginat dalam mikroenkapsulasi adalah mudah membentuk matriks gel di sekitar bakteri dan aman bagi tubuh manusia, murah,
pengkondisiannya mudah, mudah disiapkan, dan mudah dipecah di usus dan mengeluarkan bakteri yang terjerap Mortazavian dkk, 2007.
Kelemahan penggunaan alginat adalah rentan terhadap lingkungan asam, dan sulit untuk digunakan skala industri karena mahal dan biasanya permukaan
bead tidak rata Mortazavian dkk, 2007.
2.8.1.1 Natrium Alginat
Sodium alginat atau natrium alginat terdiri atas garam sodium dari asam alginat dimana campuran asam poliuronat tersusun atas residu D-asam manuronat
dan L-asam guluronat.
UIN Syarif Hidayatullah Jakarta
Natrium alginat digunakan pada berbagai sediaan oral dan topikal. Pada sediaan tablet, natrium alginat digunakan sebagai pengikat dan disintegran. Pada
sediaan topikal, natrium alginat digunakan sebagai agen suspensi dalam pasta, krim, dan gel, serta agen penstabil emulsi minyak dalam air. Saat ini, natrium
alginat juga digunakan untuk bahan mikroenkapsulasi obat, dan juga digunakan pada sediaan nanopartikel Rowe, 2009.
Kelarutan natrium alginat, di antaranya praktis tidak larut etanol 95, eter, kloroform, dan etanol yang dicampur air. Praktis tidak larut dalam pelarut
organik dan larutan asam, dengan pH dibawah 3. Larut dalam air namun perlahan- lahan memebentuk larutan koloid Rowe, 2009.
Viskositas dari natrium alginate adalah 1 bv larutan pada suhu 20
o
Natrium alginat merupakan zat higroskopis meskipun stabil jika disimpan pada kelembaban yang rendah, dan suhu yang sejuk. Larutan natrium alginat lebih
stabil pada pH 4-10. Dibawah pH 3, asam alginat akan mengendap. Larutan natrium alginat tidak boleh disimpan pada kemasan logam Rowe, 2009.
C akan memiliki viskositas 20-400 cP. Viskositas bergantung pada konsentrasi, pH,
suhu, atau adanya ion logam Rowe, 2009.
Natrium alginat tidak cocok dengan derivat akridin, Kristal violet, fenilmerukurat asetat dan nitrat, garam kalsium, logam berat, dan etanol dengan
konsentrasi lebih dari 5. Konsentrasi elektrolit yang rendah menyebabkan peningkatan viskositas namun konsentrasi elektrolit yang tinggi menyebabkan
salting-out pengendapan sodium alginat Rowe, 2009.
2.8.2 Gom Xantan dan Gom Gellan
Gom gellan merupakan polisakarida yang diproduksi oleh Pseudomonas elodea yang terdiri atas unit berulang 4 monomer: glukosa, asam glukoronat,
glukosa, dan ramnosa. Campuran gom xantan dan gellan digunakan sebagai enkapsulasi bakteri Burgain, 2011.
2.8.3 k-Karagenan
Merupakan polimer alam yang sering digunakan dalam produk makanan. Teknologi yang harus digunakan saat pemakaian polimer ini adalah pemanasan
UIN Syarif Hidayatullah Jakarta
pada suhu 40
o
C sampai 50
o
Kelemahan dari k-karagenan adalah membentuk gel yang rapuh dan tidak tahan terhadap tekanan Burgain, 2011.
C ketika sel ditambahkan pada larutan polimer. Proses pendinginan pada suhu ruang dapat membentuk gel dan mikropartikel akan stabil
dengan penambahan ion potasium.
2.8.4 Kitosan
Merupakan polisakarida linear yang tersusun atas glukosamin. Kitosan memiliki kelemahan, di antaranya tidak efektif untuk menjaga viabilitas sel
dengan cara enkapsulasi namun lebih sering digunakan sebagai pelapis. Selain itu, kelemahan kitosan adalah dapat menghambat efek bakteri asam laktat Burgain,
2011.
2.8.5 Pati
Pati merupakan polisakarida yang terdiri atas sejumlah glukosa yang tergabung dalam ikatan glukosidat. Pati terdiri atas amilosa, polimer linear D-
glukopiranosa yang ber ada dalam ikatan α-1-4 glukosidat dan ikatan α-1-6
glukosidat. Pati yang tidak dicerna oleh enzim pankreas amilase didapatkan dari kolon yang difermentasi. Hal tersebut yang menjadikan pati baik dalam
mengeluarkan sel bakteri pada usus besar Burgain, 2011.
2.8.6 Gelatin
Gelatin merupakan gom protein yang dapat membuat gel yang termoreversibel dan digunakan sebagai enkapsulasi bakteri, dalam bentuk tunggal
atau kombinasi dengan bahan lain. Karena gelatin merupakan amfoterik alami, gelatin digunakan kombinasi bersama polisakarida anionik seperti gom gellan.
Hidrokoloid tersebut larut dalam pH lebih dari 6 karena mereka membawa jarring- jaring bersifat negatif dan akan terjadi gaya tolak-menolak diantara mereka
Burgain, 2011.
UIN Syarif Hidayatullah Jakarta
2.9 Faktor yang Mempengaruhi Keefektivan Mikroenkapsulasi Probiotik
Beberapa faktor yang mempengaruhi keefektivan proses enkapsulasi probiotik:
1. Karakteristik Enkapsulat. Pemilihan bahan enkapsulat harus memperhatikan lingkungan sekitar.
Jika tujuannya membuat sel probiotik mencapai usus, maka pemilihan bahan enkapsulat harus diperhatikan sampai enkapsulat terjadi
dekomposisi setelah melewati usus. Jika bead harus berada di usus besar, maka bead harus bertahan terhadap kondisi pancreas dan usus halus. Hal
ini tidak mudah karena adanya pembatasan karakteristik kimia zat enkapsulasi. Untuk itu, enkapsulat harus resisten terhadap kondisi asam
lambung. Terkadang digunakan komponen hidrofobik tipe tertentu untuk enkapsulasi agar bead dapat bertahan di kelembaban tinggi pada produk
Mortazavian dkk, 2007.
2. Penyalutan Enkapsulat. Penyalutan merupakan cara efisien untuk meningkatkan karakteristik
fisikokimia, dan meningkatkan kekuatan mekanik. Penyalutan CaCl
2
pada enkapsulat alginat dapat meningkatkan kekuatan bead Chandramouli dkk,
2004.
3. Konsentrasi Larutan Pembuatan Enkapsulat dan Diameter Bead Konsentrasi larutan dalam membuat larutan enkapsulat dan diameter
bead merupakan faktor yang sangat penting dalam meningkatkan keefektivan enkapsulasi. Penelitian Sultana dkk tahun 2000, menyatakan
bahwa bead alginat dengan ukuran diameter 0,5-1,0 mm dapat meningkatkan viabilitas Bifidobacteria dalam yogurt pada pH normal dan
disimpan dalam kulkas. Peningkatan diameter bead menyebabkan penurunan kemampuan mencerna oleh enzim pankreas Mortazavian dkk,
2007.
UIN Syarif Hidayatullah Jakarta
2.10 Fungsi Probiotik
