BAB 2 TINJAUAN PUSTAKA 2.1. Bakteri Asam Laktat - Karakterisasi Mikrokapsul Sinbiotik Bakteri Asam Laktat Isolat UM1 yang Dienkapsulasi dengan Alginant, Tepung Kacang Arab dan Inulin
DEPARTEMEN BIOLOGI FMIPA USU
BAB 2
TINJAUAN PUSTAKA
2.1. Bakteri Asam Laktat
Bakteri asam laktat (BAL) memiliki beberapa karakteristik. Adapun karakteristik
bakteri asam laktat yaitu, merupakan bakteri Gram positif, tidak membentuk
spora, berbentuk batang atau bulat, katalase atau oksidase negatif. Karakteristik
lainnya yaitu bersifat anaerob aerotoleran, tahan asam, fermentatif, habitatnya
harus kaya nutrisi, dengan komposisi basa DNA kurang dari 50% mol G+C
(Axelsson, 2004).
Bakteri asam laktat secara umum dibagi menjadi dua kelompok,
homofermentatif dan heterofermentatif. Kelompok pertama hanya menghasilkan
asam laktat selama fermentasi gula. Kelompok kedua membentuk sejumlah
karbon dioksida, etil alkohol, asam asetat dan gliserol bersamaan dengan sejumlah
besar asam laktat (Fardiaz, 1992).
Bakteri asam laktat mempunyai efek pengawetan karena menghasilkan
senyawa-senyawa yang mampu menghambat pertumbuhan berbagai mikroba.
Sebagian besar efek antimikroba ini disebabkan oleh pembentukan asam laktat
dan asam asetat serta penurunan pH. Selain itu, bakteri asam laktat juga
menghasilkan senyawa-senyawa penghambat lain seperti hidrogen peroksida,
diasetil, karbondioksida, reuterin dan bakteriosin (Vuyst and Vandamme, 1994;
Kusumawati, 2000). Bakteri asam laktat yang diisolasi dari saluran pencernaan
ikan mampu memproduksi komponen bakteriosin yang mampu menghambat
pertumbuhan mikroorganisme lainnya sehingga mampu meningkatkan status
kesehatan ikan tersebut (Verschuere et al., 2000).
BAL telah banyak digunakan sebagai suplemen makanan untuk
melindungi ikan dari berbagai infeksi (Verschuere et al., 2000). Mereka dianggap
sebagai produk yang aman untuk makanan ikan. Kemampuan mereka untuk
meningkatkan respon kekebalan terhadap patogen berbahaya memungkinkan
mereka dianggap sebagai metode alternatif untuk mengendalikan berbagai
penyakit pada ikan (El-Ezabi et al., 2011).
Universitas Sumatera Utara
6
DEPARTEMEN BIOLOGI FMIPA USU
2.2. Probiotik
Konsep tentang probiotik sebenarnya telah muncul sejak lama, ilmuwan Rusia
Elie Metchnikoff (penerima hadiah Nobel) pada tahun 1907 menyampaikan
hipotesisnya bahwa orang Bulgaria memiliki umur yang panjang dan sehat
dikarenakan konsumsi susu yang telah mengalami fermentasi. Beliau meyakini
bahwa konsumsi susu yang difermentasi oleh Lactobacillus memberikan efek
yang menguntungkan pada mikroba usus dan dapat menurunkan aktivitas toksin
yang dihasilkan mikroba. Selanjutnya konsep probiotik telah mengalami beberapa
perubahan definisi seiring dengan perkembangan hasil penelitian ilmiah tentang
pengaruh, mekanisme kerja dan aplikasinya. Definisi probiotik terbaru diusulkan
oleh Salminen et al., (1998) menyatakan bahwa probiotik adalah sediaan sel
mikroba hidup atau komponen dari sel mikroba yang memiliki pengaruh
menguntungkan terhadap kesehatan dan kehidupan inangnya. Sejumlah genus
bakteri dan khamir yang digunakan sebagai probiotik adalah Lactobacillus,
Leuconostoc, Pediococcus, Bifidobacterium dan Enterococcus. Spesies utama
yang dipercaya memiliki karakteristik probiotik (Shah, 2007).
Karakteristik suatu isolat bakteri untuk dapat dikategorikan sebagai
probiotik antara lain: bersifat nonpatogenik, harus mampu bertahan hidup, dan
bersaing, serta tumbuh dalam saluran pencernaan. Bakteri tersebut harus mampu
melewati beberapa rintangan seperti keasaman lambung yang tinggi, adanya
sekresi garam empedu ataupun antibiotik dalam usus halus, mampu menghasilkan
senyawa antimikroba untuk menekan pertumbuhan bakteri patogen, serta mampu
melakukan penempelan pada usus halus, untuk dapat berperan dalam mendukung
kesehatan inangnya. Lebih lanjut Shortt (1999), menyatakan probiotik harus
mempunyai kemampuan bertahan pada proses pengawetan dan dapat bertahan
pada penyimpanannya. Probiotik jika dikonsumsi dapat memberikan pengaruh
positif terhadap fisiologi dan kesehatan inangnya (Schrezenmeir and De Vrese,
2001).
Senyawa-senyawa hasil metabolisme bakteri probiotik mampu menekan
pertumbuhan bakteri patogen dan dapat menurunkan kolestrol. Irianto (2003)
menyampaikan bahwa pada dasarnya terdapat tiga mekanisme kerja probiotik
antara lain, menekan populasi mikroba melalui kompetisi dengan memproduksi
Universitas Sumatera Utara
7
DEPARTEMEN BIOLOGI FMIPA USU
senyawa-senyawa antimikroba atau melalui kompetisi nutrisi dan tempat
pelekatan pada saluran pencernaan; mengubah metabolisme mikrobial dengan
meningkatkan atau menurunkan aktivitas enzim; dan menstimulus imunitas
melalui peningkatan kadar antibodi atau aktivitas makrofag. Penelitian Yulinery
(2006), Lactobacillus sp. Mar 8 mampu tumbuh pada media GlucoseYeast Pepton
(GYP) dengan pH rendah di bawah pH 6 dan masih mampu untuk mengikat
kolesterol setelah disimpan selama 24 jam, sehingga dapat digunakan sebagai
agensia probiotik. Ayuzar (2008) melaporkan bahwa isolat Probiotik 1Ub, SKT-b,
dan Ua efektif menghambat pertumbuhan Vibrio harveyi dan dapat meningkatkan
kelangsungan hidup larva udang windu. Firdaus (2012) melaporkan Isolat L1k
merupakan bakteri proteolitik sebagai kandidat probiotik terpilih mampu
menghambat pertumbuhan patogen S. agalactiae tipe non-hemolitik hingga 102
CFU/ml secara in vitro.
2.3. Prebiotik
Prebiotik adalah bahan makanan yang tidak dicerna dan diserap oleh tubuh. Bahan
makanan yang tidak dicerna dan diserap ini mempunyai pengaruh baik terhadap
inang dengan memicu aktivitas, pertumbuhan yang selektif, atau keduanya
terhadap satu jenis atau lebih bakteri penghuni kolon. Pada umumnya merupakan
karbohidrat yang tidak dicerna dan tidak diserap, biasanya dalam bentuk
oligosakarida dan serat pangan (Hassan et al., 2014). Menurut (Caglar et al.,
2005), prebiotik meliputi inulin, galaktooligosakarida, fructooligosakarida (FOS),
dan laktosa. Menurut Antarini (2011), prebiotik dapat dibuat dari sari kedelai,
sari ubi jalar atau sari umbi dahlia (yang banyak mengandung inulin).
Bahan makanan dapat dikategorikan sebagai prebiotik apabila telah
memenuhi beberapa syarat. Menurut (Senditya et al., 2014), bahan makanan yang
diklasifikasikan sebagai prebiotik, harus:
1. Tidak dihidrolisis dan tidak diserap di bagian atas traktus gastrointestinal.
2. Substrat yang selektif untuk satu atau sejumlah mikroflora komensal yang
menguntungkan dalam kolon, jadi memicu pertumbuhan bakteri yang aktif
melakukan metabolisme.
Universitas Sumatera Utara
8
DEPARTEMEN BIOLOGI FMIPA USU
3. Mampu merubah mikrobiota kolon menjadi komposisi yang menguntungkan
kesehatan.
2.4. Sinbiotik
Sinbiotik (Eubiotik) adalah kombinasi probiotik dan prebiotik. Penambahan
mikroorganisme hidup (probiotik) dan substrat (prebiotik) untuk pertumbuhan
bakteri misalnya fruktooligosaccharide (FOS) dengan Bifidobacterium atau
Lactitol
dengan
Lactobacillus.
Keuntungan
dari
kombinasi
ini
adalah
meningkatkan daya tahan hidup bakteri probiotik oleh karena substrat yang
spesifik telah tersedia untuk fermentasi sehingga tubuh mendapat manfaat yang
lebih sempurna dari kombinasi ini. Keseimbangan antara probiotik dan prebiotik
akan memberikan efek kesehatan yang lebih optimal (Antarini, 2011). Sinbiotik
dapat menguntungkan inang melalui peningkatan, pertahanan dan implantasi
suplemen makanan yang mengandung mikroba hidup dalam saluran pencernaan,
yang secara selektif memacu pertumbuhan atau mengaktifkan metabolisme dari
sejumlah bakteri baik, sehingga meningkatkan kesehatan inangnya (Gibson and
Robertfroid, 2008).
Senditya et al. (2014) melaporkan bahwa mengkonsumsi probiotik,
prebiotik dan sinbiotik akan berpengaruh terhadap komposisi mikrobiota pada
usus karena dapat meningkatkan populasi bakteri probiotik. Peningkatan populasi
bakteri probiotik mampu menurunkan populasi bakteri patogen. Pada produk
sinbiotik paling optimal dalam efek peningkatan bakteri probiotik dan penurunan
bakteri patogen karena merupakan produk gabungan dari probiotik dan prebiotik.
Gustaw et al. (2011) dalam penelitiannya mengembangkan produk
bioyogurt dengan probiotik Lactobacillus acidophilus and Bifidobacterium sp.
Untuk
meningkatkan
viabilitas
probiotik
selama
penyimpanan,
produk
ditambahkan prebiotik FOS dan inulin. Prebiotik ditambahkan ke dalam produk
dalam konsentrasi 1%, 2% dan 3%. Produk bioyogurt disimpan pada suhu 4 °C
selama tiga minggu. Penambahan FOS dan inulin pada produk dapat
meningkatkan viabilitas probiotik dibandingkan dengan produk tanpa prebiotik.
Viabilitas S. thermophilus dengan penambahan 1%, 2% dan 3% FOS berturutturut adalah 9 log CFU/g, 7.8 log CFU/g and 7.7 log CFU/g. Viabilitas probiotik
Universitas Sumatera Utara
9
DEPARTEMEN BIOLOGI FMIPA USU
bertahan selama 14 hari kemudian menurun, namun tidak sampai mencapai 10 6
CFU/gram. Ann et al. (2007), melaporkan bahwa selama periode penyimpanan,
stabilitas Lactobacillus acidophilus ATCC 43121 yang dienkapsulasi dengan
mikroenkapsulasi ganda secara efektif memberikan manfaat probiotik ke inang.
2.5. Enkapsulasi
Enkapsulasi adalah suatu proses pembungkusan (coating) suatu bahan inti, dalam
hal ini adalah bakteri probiotik sebagai bahan inti dengan menggunakan bahan
enkapsulasi tertentu. Enkapsulasi bermanfaat untuk meningkatkan viabilitas
bakteri probiotik dan melindungi dari kondisi lingkungan yang tidak
menguntungkan (Wu et al., 2000). Material inti yang dilindungi disebut core dan
struktur yang dibentuk oleh bahan pelindung yang menyelimuti inti disebut
sebagai dinding, membran, atau kapsul (Krasaekoopt et al., 2003).
Keuntungan melakukan mikroenkapsulasi adalah mengurangi reaktivitas
materi inti terhadap lingkungan seperti suhu, oksigen, air, mengurangi penguapan
atau kecepatan transfer materi inti keluar dan memudahkan penanganan materi
inti. Oleh karena itu, mikrokapsul yang digunakan harus memiliki permeabilitas
yang rendah, baik terhadap oksigen maupun uap air (Bhandari and D’Arcy, 1996).
Capela et al. (2006), melakukan enkapsulasi Lactobacillus acidophilus dan
Lactobacillus casei dengan metode emulsi menggunakan 3% alginat dan CaCl 2
0,1 M pada 200 rpm. Proses enkapsulasi memberikan peningkatan viabilitas
probiotik pada yoghurt selama pengeringan beku dan setelah penyimpanan selama
enam bulan pada suhu 4 oC dan 21 oC.
Purwandhani et al. (2007), melakukan enkapsulasi Lactobacillus
acidophilus SNP 2 dengan metode ekstrusi dan emulsi satu lapis menggunakan
alginat 3% dan CaCl2 0,1 M serta enkapsulasi dua lapis (double coating) dengan
penambahan skim sebagai lapis pertama dan alginat 3% sebagai lapis kedua.
Enkapsulasi dengan metode emulsi menghasilkan ukuran beads yang lebih kecil
(50-100 µm) dibandingkan metode ekstrusi (2,5-4 mm). Sel probiotik
terenkapsulasi memiliki ketahanan terhadap panas yang lebih tinggi dibandingkan
sel bebas. Metode ekstrusi menghasilkan ketahan sel yang lebih tinggi
dibandingkan metode emulsi.
Universitas Sumatera Utara
10
DEPARTEMEN BIOLOGI FMIPA USU
2.6. Bahan Pengkapsul
Mikroorganisme sangat dipengaruhi oleh faktor lingkungan. Oleh karena itu,
mikroorganisme tersebut dienkapsulasi untuk menjaga viabilitasnya. Pacifico et
al. (2001) menyatakan bahwa untuk komponen yang bersifat peka seperti
mikroorganisme, dapat dienkapsulasi untuk meningkatkan viabilitas dan umur
simpannya. Bahan yang umum digunakan untuk enkapsulasi adalah berbagai jenis
polisakarida dan protein seperti pati, alginat, gum arab, gelatin, albumin, dan
kasein.
Enkapsulan seharusnya memiliki sifat-sifat seperti: viskositasnya rendah,
mampu menyebar atau mengemulsikan materi inti dan menstabilkan emulsi, tidak
reaktif dengan materi inti selama pemrosesan dan selama penyimpanan, mampu
menahan inti dalam strukturnya selama penyimpanan, terlepas secara sempurna
pada pelarut atau material lain yang digunakan dalam proses enkapsulasi, mampu
melindungi inti dari kondisi lingkungan, dan mampu bertahan pada suhu tinggi
selama proses pengeringan. Hampir semua enkapsulan tidak mempunyai semua
sifat seperti tersebut diatas, maka pada prakteknya digunakan kombinasi dengan
material penyalut lainnya (Thies, 2001).
Enkapsulasi bakteri asam laktat dapat dilakukan dengan menggunakan
alginat. Alginat adalah polisakarida alami asam β-D-manuronat (M) dan α-Lguluronat acid (G), biasanya diekstrak dari ganggang/ rumput laut dan saat ini
menjadi
bahan
yang
paling
banyak
digunakan
dan
dipelajari
untuk
mikroenkapsulasi (Chen et al., 2005; Hassan et al., 2014). Alginat sering
digunakan sebagai bahan enkapsulasi karena tidak beracun dan mudah tersedia.
(Sultana et al., 2000; Capela et al., 2006; Ding and Shah, 2008). Biji-bijian seperti
kacang arab juga dapat digunakan sebagai bahan pengkapsul karena merupakan
salah satu tanaman yang memiliki nilai gizi tinggi. Kacang arab merupakan
tanaman yang populer di daerah kering dan semi-kering Utara-Barat China (Wang
and Zhang, 2007). Biji kacang arab berukuran besar, berwarna putih-salmon, dan
mengandung kadar karbohidrat yang tinggi (41,10-42%) dan protein (21,7023,40%). Biji kacang arab memiliki daya cerna protein yang tinggi, mengandung
karbohidrat kompleks tingkat tinggi (indeks glikemik rendah), kaya akan vitamin
dan mineral dan relatif bebas dari faktor anti-nutrisi (Wood and Grusak, 2007).
Universitas Sumatera Utara
DEPARTEMEN BIOLOGI FMIPA USU
11
Konsentrasi bahan pengkapsul dapat mempengaruhi ukuran dan bentuk
kapsul. Adrianto (2011) melaporkan dalam penelitiannya, yaitu konsentrasi
biopolimer pada bahan enkapsulasi mempengaruhi ukuran, dan bentuk beads
kalsium alginat. Penggunaan biopolimer (natrium alginat) 2-4% menyebabkan
diameter beads meningkat seiring dengan meningkatnya konsentrasi natrium
alginat. Penggunaan natrium alginat 2-4% menghasilkan ukuran 2,4-3,2 mm
berbentuk bola-oval. Penggunaan total biopolimer 4% memiliki diameter beads
terbesar. Penggunaan natrium alginat lebih dari 4% menyebabkan beads
kehilangan bentuk bolanya. Ukuran dan bentuk beads dipengaruhi oleh
perbandingan alginat-bahan pengisi. Penggunaan bahan pengisi yang terlalu
banyak akan cenderung menurunkan ukuran beads. Jenis bahan pengisi yang
digunakan (whey protein concentrate (WPC 35), sodium caseinate, dan skim)
relatif tidak mempengaruhi ukuran dan bentuk beads.
Penelitian Rizqiati (2006), penggunaan galur Lactobacillus plantarum
sa28k dan Lactobacillus plantarum Mar8 memberikan hasil yang tidak berbeda
nyata secara statistik untuk semua jenis bahan enkapsulasi susu skim, gum arab
dan kombinasi susu skim-gum arab ditinjau dari ketahanan setelah spray drying,
viabilitas setelah penyimpanan selama satu bulan pada suhu rendah dan suhu
kamar serta ketahanannya terhadap pH rendah (pH 2) dan garam empedu (3%).
Natalia (2015) Melaporkan penggunaan bahan pengkapsul alginat+tepung gram
dan alginat+kacang hijau efektif dalam melindungi sel bakteri asam laktat. Bahan
enkapsulan yang paling efektif dalam enkapsulasi BAL US7 ialah 2% tepung
kacang arab+3% alginat serta 2% inulin sebagai sumber prebiotik, dimana
kombinasi bahan enkapsulan tersebut menghasilkan viabilitas sel yang paling
besar pada kondisi asam lambung tiruan, yaitu sebesar 97% sedangkan pada
perlakuan alginat+kacang hijau sebesar 92%.
2.7. Teknik Ekstrusi
Proses enkapsulasi probiotik menggunakan alginat dapat dilakukan dengan teknik
ekstrusi atau dengan teknik emulsi. Kedua teknik ini akan membentuk jel
hidrokoloid (kalsium alginat) berbentuk manik-manik (beads). Diantara kedua
teknik tersebut, ekstrusi merupakan teknik yang lebih sederhana dan
Universitas Sumatera Utara
DEPARTEMEN BIOLOGI FMIPA USU
12
membutuhkan biaya yang lebih rendah dalam pelaksanaannya (Krasaekoopt et al.,
2003; Heidebach et al., 2012).
Teknik ekstrusi (dropping method) dilakukan dengan prinsip melewatkan
larutan enkapsulan (yang didalamnya sudah terdapat komponen yang akan
dienkapsulasi) melewati suatu lubang kecil sehingga membentuk tetesan. Tetesan
yang terbentuk dijatuhkan ke dalam larutan CaCl 2 steril 0.05-1.5 M. Teknik
melewatkan larutan enkapsulan hingga menjadi tetesan ini dapat dilakukan
dengan berbagai cara (Gambar 1).
Gambar 1. Cara pembentukan tetesan mikrokapsul (a) dengan pipet atau vibrating
nozzle, (b) tetesan dijatuhkan ke dalam larutan CaCl2 0,05-1,5 M, (c) dengan
atomizing disk, (d) aliran udara coaxial, dan (e) elektrostatik potential (Zuidam
and Shimoni, 2010)
Enkapsulasi juga dapat dilakukan dengan metode spray drying dan freeze
drying. Spray drying merupakan suatu metode yang umum digunakan untuk
membuat tambahan pangan yang kering, stabil dan memiliki volume kecil. Selain
itu spray drying digunakan juga untuk mengawetkan mikroorganisme. Namun
mikroorganisme rentan terhadap panas dan kerusakan dehidrasi selama spray
drying (Lian et al., 2002 and Mosilhey, 2003). Freeze drying atau pengeringan
beku merupakan pengeringan yang terbaik untuk mencegah terjadinya perubahan
kimia dan meminimumkan kehilangan nutrien selama proses pengeringan
berlangsung, tetapi freeze drying memiliki kekurangan yaitu alatnya sangat mahal,
proses kerjanya lama, dan memerlukan biaya besar untuk operasionalnya (Filkova
and Mujumdar, 1995).
Universitas Sumatera Utara
13
DEPARTEMEN BIOLOGI FMIPA USU
2.8. Uji Viabilitas Bakteri Asam Laktat Terenkapsulasi
Enkapsulasi dapat mempertahankan viabilitas bakteri asam laktat dari pengaruh
lingkungan dibandingkan dengan sel bebas. Menurut Chandramouli et al. (2003),
metode enkapsulasi dapat meningkatkan viabilitas bakteri probiotik dibandingkan
dengan sel bebas tanpa enkapsulasi. Enkapsulasi dengan alginat dapat digunakan
dan aman untuk melindungi bakteri probiotik saat berada dalam saluran
pencernaan.
Krasaekoopt et al. (2006) dalam penelitiannya melakukan enkapsulasi
Lactobacillus acidophillus 547 (koleksi kultur di University of Queensland,
Australia), Lactobacillus casei 01 (produksi Chr. Hansen Pty Ltd., Australia), dan
Bifidobacterium bifidum ATTC 1994 (CSIRO starter koleksi kultur, Australia).
Enkapsulasi dilakukan dengan metode ekstrusi menggunakan alginat 2% yang
diberi perlakuan khusus dengan penyalutan citosan 0,4% untuk meningkatkan
stabilitas beads. Viabilitas sel terenkapsulasi lebih besar 1 siklus log selama
penyimpanan 4 minggu dibandingkan dengan sel bebas (tidak dienkapsulasi).
Nazzaro et al. (2009) dalam penelitiannya melakukan enkapsulasi
Lactobacillus acidophilus dengan teknik ekstrusi menggunakan alginat 2%, CaCl 2
0,05 M, dan dengan perlakuan khusus berupa penambahan 1% prebiotik inulin
dan 0,15% xanthan gum. Lactobacillus acidophilus terenkapsulasi memiliki
kemampuan tumbuh baik dalam jus wortel dan bertahan selama 8 minggu
penyimpanan pada suhu 4 oC. Enkapsulasi mampu meningkatkan viabilitas sel
selama fermentasi dan penyimpanan (5,59x1012 dan 4,35x1010 untuk probiotik
terenkapsulasi vs 4,47x1010 dan 2,08x108 untuk probiotik bebas).
Castilla et al. (2010) melakukan penelitian mengenai sifat tekstur dari
Lactobacillus casei terenkapsulasi dengan teknik ekstrusi menggunakan alginatpektin (1:2, 1:4, dan 1:6). Hasil menunjukan bahwa diameter beads meningkat
seiring dengan peningkatan proporsi pektin. Penggunaan alginat:pektin dengan
perbandingan 1:4 dan 1:6 mampu meningkatkan viabilitas sel pada simulasi
kondisi
pencernaan.
Tingkat
kematian
Bifidobacterium
longum
yang
terenkapsulasi dalam beads kalsium-alginat menurun secara proporsional dengan
meningkatnya konsentrasi alginat.
Universitas Sumatera Utara
BAB 2
TINJAUAN PUSTAKA
2.1. Bakteri Asam Laktat
Bakteri asam laktat (BAL) memiliki beberapa karakteristik. Adapun karakteristik
bakteri asam laktat yaitu, merupakan bakteri Gram positif, tidak membentuk
spora, berbentuk batang atau bulat, katalase atau oksidase negatif. Karakteristik
lainnya yaitu bersifat anaerob aerotoleran, tahan asam, fermentatif, habitatnya
harus kaya nutrisi, dengan komposisi basa DNA kurang dari 50% mol G+C
(Axelsson, 2004).
Bakteri asam laktat secara umum dibagi menjadi dua kelompok,
homofermentatif dan heterofermentatif. Kelompok pertama hanya menghasilkan
asam laktat selama fermentasi gula. Kelompok kedua membentuk sejumlah
karbon dioksida, etil alkohol, asam asetat dan gliserol bersamaan dengan sejumlah
besar asam laktat (Fardiaz, 1992).
Bakteri asam laktat mempunyai efek pengawetan karena menghasilkan
senyawa-senyawa yang mampu menghambat pertumbuhan berbagai mikroba.
Sebagian besar efek antimikroba ini disebabkan oleh pembentukan asam laktat
dan asam asetat serta penurunan pH. Selain itu, bakteri asam laktat juga
menghasilkan senyawa-senyawa penghambat lain seperti hidrogen peroksida,
diasetil, karbondioksida, reuterin dan bakteriosin (Vuyst and Vandamme, 1994;
Kusumawati, 2000). Bakteri asam laktat yang diisolasi dari saluran pencernaan
ikan mampu memproduksi komponen bakteriosin yang mampu menghambat
pertumbuhan mikroorganisme lainnya sehingga mampu meningkatkan status
kesehatan ikan tersebut (Verschuere et al., 2000).
BAL telah banyak digunakan sebagai suplemen makanan untuk
melindungi ikan dari berbagai infeksi (Verschuere et al., 2000). Mereka dianggap
sebagai produk yang aman untuk makanan ikan. Kemampuan mereka untuk
meningkatkan respon kekebalan terhadap patogen berbahaya memungkinkan
mereka dianggap sebagai metode alternatif untuk mengendalikan berbagai
penyakit pada ikan (El-Ezabi et al., 2011).
Universitas Sumatera Utara
6
DEPARTEMEN BIOLOGI FMIPA USU
2.2. Probiotik
Konsep tentang probiotik sebenarnya telah muncul sejak lama, ilmuwan Rusia
Elie Metchnikoff (penerima hadiah Nobel) pada tahun 1907 menyampaikan
hipotesisnya bahwa orang Bulgaria memiliki umur yang panjang dan sehat
dikarenakan konsumsi susu yang telah mengalami fermentasi. Beliau meyakini
bahwa konsumsi susu yang difermentasi oleh Lactobacillus memberikan efek
yang menguntungkan pada mikroba usus dan dapat menurunkan aktivitas toksin
yang dihasilkan mikroba. Selanjutnya konsep probiotik telah mengalami beberapa
perubahan definisi seiring dengan perkembangan hasil penelitian ilmiah tentang
pengaruh, mekanisme kerja dan aplikasinya. Definisi probiotik terbaru diusulkan
oleh Salminen et al., (1998) menyatakan bahwa probiotik adalah sediaan sel
mikroba hidup atau komponen dari sel mikroba yang memiliki pengaruh
menguntungkan terhadap kesehatan dan kehidupan inangnya. Sejumlah genus
bakteri dan khamir yang digunakan sebagai probiotik adalah Lactobacillus,
Leuconostoc, Pediococcus, Bifidobacterium dan Enterococcus. Spesies utama
yang dipercaya memiliki karakteristik probiotik (Shah, 2007).
Karakteristik suatu isolat bakteri untuk dapat dikategorikan sebagai
probiotik antara lain: bersifat nonpatogenik, harus mampu bertahan hidup, dan
bersaing, serta tumbuh dalam saluran pencernaan. Bakteri tersebut harus mampu
melewati beberapa rintangan seperti keasaman lambung yang tinggi, adanya
sekresi garam empedu ataupun antibiotik dalam usus halus, mampu menghasilkan
senyawa antimikroba untuk menekan pertumbuhan bakteri patogen, serta mampu
melakukan penempelan pada usus halus, untuk dapat berperan dalam mendukung
kesehatan inangnya. Lebih lanjut Shortt (1999), menyatakan probiotik harus
mempunyai kemampuan bertahan pada proses pengawetan dan dapat bertahan
pada penyimpanannya. Probiotik jika dikonsumsi dapat memberikan pengaruh
positif terhadap fisiologi dan kesehatan inangnya (Schrezenmeir and De Vrese,
2001).
Senyawa-senyawa hasil metabolisme bakteri probiotik mampu menekan
pertumbuhan bakteri patogen dan dapat menurunkan kolestrol. Irianto (2003)
menyampaikan bahwa pada dasarnya terdapat tiga mekanisme kerja probiotik
antara lain, menekan populasi mikroba melalui kompetisi dengan memproduksi
Universitas Sumatera Utara
7
DEPARTEMEN BIOLOGI FMIPA USU
senyawa-senyawa antimikroba atau melalui kompetisi nutrisi dan tempat
pelekatan pada saluran pencernaan; mengubah metabolisme mikrobial dengan
meningkatkan atau menurunkan aktivitas enzim; dan menstimulus imunitas
melalui peningkatan kadar antibodi atau aktivitas makrofag. Penelitian Yulinery
(2006), Lactobacillus sp. Mar 8 mampu tumbuh pada media GlucoseYeast Pepton
(GYP) dengan pH rendah di bawah pH 6 dan masih mampu untuk mengikat
kolesterol setelah disimpan selama 24 jam, sehingga dapat digunakan sebagai
agensia probiotik. Ayuzar (2008) melaporkan bahwa isolat Probiotik 1Ub, SKT-b,
dan Ua efektif menghambat pertumbuhan Vibrio harveyi dan dapat meningkatkan
kelangsungan hidup larva udang windu. Firdaus (2012) melaporkan Isolat L1k
merupakan bakteri proteolitik sebagai kandidat probiotik terpilih mampu
menghambat pertumbuhan patogen S. agalactiae tipe non-hemolitik hingga 102
CFU/ml secara in vitro.
2.3. Prebiotik
Prebiotik adalah bahan makanan yang tidak dicerna dan diserap oleh tubuh. Bahan
makanan yang tidak dicerna dan diserap ini mempunyai pengaruh baik terhadap
inang dengan memicu aktivitas, pertumbuhan yang selektif, atau keduanya
terhadap satu jenis atau lebih bakteri penghuni kolon. Pada umumnya merupakan
karbohidrat yang tidak dicerna dan tidak diserap, biasanya dalam bentuk
oligosakarida dan serat pangan (Hassan et al., 2014). Menurut (Caglar et al.,
2005), prebiotik meliputi inulin, galaktooligosakarida, fructooligosakarida (FOS),
dan laktosa. Menurut Antarini (2011), prebiotik dapat dibuat dari sari kedelai,
sari ubi jalar atau sari umbi dahlia (yang banyak mengandung inulin).
Bahan makanan dapat dikategorikan sebagai prebiotik apabila telah
memenuhi beberapa syarat. Menurut (Senditya et al., 2014), bahan makanan yang
diklasifikasikan sebagai prebiotik, harus:
1. Tidak dihidrolisis dan tidak diserap di bagian atas traktus gastrointestinal.
2. Substrat yang selektif untuk satu atau sejumlah mikroflora komensal yang
menguntungkan dalam kolon, jadi memicu pertumbuhan bakteri yang aktif
melakukan metabolisme.
Universitas Sumatera Utara
8
DEPARTEMEN BIOLOGI FMIPA USU
3. Mampu merubah mikrobiota kolon menjadi komposisi yang menguntungkan
kesehatan.
2.4. Sinbiotik
Sinbiotik (Eubiotik) adalah kombinasi probiotik dan prebiotik. Penambahan
mikroorganisme hidup (probiotik) dan substrat (prebiotik) untuk pertumbuhan
bakteri misalnya fruktooligosaccharide (FOS) dengan Bifidobacterium atau
Lactitol
dengan
Lactobacillus.
Keuntungan
dari
kombinasi
ini
adalah
meningkatkan daya tahan hidup bakteri probiotik oleh karena substrat yang
spesifik telah tersedia untuk fermentasi sehingga tubuh mendapat manfaat yang
lebih sempurna dari kombinasi ini. Keseimbangan antara probiotik dan prebiotik
akan memberikan efek kesehatan yang lebih optimal (Antarini, 2011). Sinbiotik
dapat menguntungkan inang melalui peningkatan, pertahanan dan implantasi
suplemen makanan yang mengandung mikroba hidup dalam saluran pencernaan,
yang secara selektif memacu pertumbuhan atau mengaktifkan metabolisme dari
sejumlah bakteri baik, sehingga meningkatkan kesehatan inangnya (Gibson and
Robertfroid, 2008).
Senditya et al. (2014) melaporkan bahwa mengkonsumsi probiotik,
prebiotik dan sinbiotik akan berpengaruh terhadap komposisi mikrobiota pada
usus karena dapat meningkatkan populasi bakteri probiotik. Peningkatan populasi
bakteri probiotik mampu menurunkan populasi bakteri patogen. Pada produk
sinbiotik paling optimal dalam efek peningkatan bakteri probiotik dan penurunan
bakteri patogen karena merupakan produk gabungan dari probiotik dan prebiotik.
Gustaw et al. (2011) dalam penelitiannya mengembangkan produk
bioyogurt dengan probiotik Lactobacillus acidophilus and Bifidobacterium sp.
Untuk
meningkatkan
viabilitas
probiotik
selama
penyimpanan,
produk
ditambahkan prebiotik FOS dan inulin. Prebiotik ditambahkan ke dalam produk
dalam konsentrasi 1%, 2% dan 3%. Produk bioyogurt disimpan pada suhu 4 °C
selama tiga minggu. Penambahan FOS dan inulin pada produk dapat
meningkatkan viabilitas probiotik dibandingkan dengan produk tanpa prebiotik.
Viabilitas S. thermophilus dengan penambahan 1%, 2% dan 3% FOS berturutturut adalah 9 log CFU/g, 7.8 log CFU/g and 7.7 log CFU/g. Viabilitas probiotik
Universitas Sumatera Utara
9
DEPARTEMEN BIOLOGI FMIPA USU
bertahan selama 14 hari kemudian menurun, namun tidak sampai mencapai 10 6
CFU/gram. Ann et al. (2007), melaporkan bahwa selama periode penyimpanan,
stabilitas Lactobacillus acidophilus ATCC 43121 yang dienkapsulasi dengan
mikroenkapsulasi ganda secara efektif memberikan manfaat probiotik ke inang.
2.5. Enkapsulasi
Enkapsulasi adalah suatu proses pembungkusan (coating) suatu bahan inti, dalam
hal ini adalah bakteri probiotik sebagai bahan inti dengan menggunakan bahan
enkapsulasi tertentu. Enkapsulasi bermanfaat untuk meningkatkan viabilitas
bakteri probiotik dan melindungi dari kondisi lingkungan yang tidak
menguntungkan (Wu et al., 2000). Material inti yang dilindungi disebut core dan
struktur yang dibentuk oleh bahan pelindung yang menyelimuti inti disebut
sebagai dinding, membran, atau kapsul (Krasaekoopt et al., 2003).
Keuntungan melakukan mikroenkapsulasi adalah mengurangi reaktivitas
materi inti terhadap lingkungan seperti suhu, oksigen, air, mengurangi penguapan
atau kecepatan transfer materi inti keluar dan memudahkan penanganan materi
inti. Oleh karena itu, mikrokapsul yang digunakan harus memiliki permeabilitas
yang rendah, baik terhadap oksigen maupun uap air (Bhandari and D’Arcy, 1996).
Capela et al. (2006), melakukan enkapsulasi Lactobacillus acidophilus dan
Lactobacillus casei dengan metode emulsi menggunakan 3% alginat dan CaCl 2
0,1 M pada 200 rpm. Proses enkapsulasi memberikan peningkatan viabilitas
probiotik pada yoghurt selama pengeringan beku dan setelah penyimpanan selama
enam bulan pada suhu 4 oC dan 21 oC.
Purwandhani et al. (2007), melakukan enkapsulasi Lactobacillus
acidophilus SNP 2 dengan metode ekstrusi dan emulsi satu lapis menggunakan
alginat 3% dan CaCl2 0,1 M serta enkapsulasi dua lapis (double coating) dengan
penambahan skim sebagai lapis pertama dan alginat 3% sebagai lapis kedua.
Enkapsulasi dengan metode emulsi menghasilkan ukuran beads yang lebih kecil
(50-100 µm) dibandingkan metode ekstrusi (2,5-4 mm). Sel probiotik
terenkapsulasi memiliki ketahanan terhadap panas yang lebih tinggi dibandingkan
sel bebas. Metode ekstrusi menghasilkan ketahan sel yang lebih tinggi
dibandingkan metode emulsi.
Universitas Sumatera Utara
10
DEPARTEMEN BIOLOGI FMIPA USU
2.6. Bahan Pengkapsul
Mikroorganisme sangat dipengaruhi oleh faktor lingkungan. Oleh karena itu,
mikroorganisme tersebut dienkapsulasi untuk menjaga viabilitasnya. Pacifico et
al. (2001) menyatakan bahwa untuk komponen yang bersifat peka seperti
mikroorganisme, dapat dienkapsulasi untuk meningkatkan viabilitas dan umur
simpannya. Bahan yang umum digunakan untuk enkapsulasi adalah berbagai jenis
polisakarida dan protein seperti pati, alginat, gum arab, gelatin, albumin, dan
kasein.
Enkapsulan seharusnya memiliki sifat-sifat seperti: viskositasnya rendah,
mampu menyebar atau mengemulsikan materi inti dan menstabilkan emulsi, tidak
reaktif dengan materi inti selama pemrosesan dan selama penyimpanan, mampu
menahan inti dalam strukturnya selama penyimpanan, terlepas secara sempurna
pada pelarut atau material lain yang digunakan dalam proses enkapsulasi, mampu
melindungi inti dari kondisi lingkungan, dan mampu bertahan pada suhu tinggi
selama proses pengeringan. Hampir semua enkapsulan tidak mempunyai semua
sifat seperti tersebut diatas, maka pada prakteknya digunakan kombinasi dengan
material penyalut lainnya (Thies, 2001).
Enkapsulasi bakteri asam laktat dapat dilakukan dengan menggunakan
alginat. Alginat adalah polisakarida alami asam β-D-manuronat (M) dan α-Lguluronat acid (G), biasanya diekstrak dari ganggang/ rumput laut dan saat ini
menjadi
bahan
yang
paling
banyak
digunakan
dan
dipelajari
untuk
mikroenkapsulasi (Chen et al., 2005; Hassan et al., 2014). Alginat sering
digunakan sebagai bahan enkapsulasi karena tidak beracun dan mudah tersedia.
(Sultana et al., 2000; Capela et al., 2006; Ding and Shah, 2008). Biji-bijian seperti
kacang arab juga dapat digunakan sebagai bahan pengkapsul karena merupakan
salah satu tanaman yang memiliki nilai gizi tinggi. Kacang arab merupakan
tanaman yang populer di daerah kering dan semi-kering Utara-Barat China (Wang
and Zhang, 2007). Biji kacang arab berukuran besar, berwarna putih-salmon, dan
mengandung kadar karbohidrat yang tinggi (41,10-42%) dan protein (21,7023,40%). Biji kacang arab memiliki daya cerna protein yang tinggi, mengandung
karbohidrat kompleks tingkat tinggi (indeks glikemik rendah), kaya akan vitamin
dan mineral dan relatif bebas dari faktor anti-nutrisi (Wood and Grusak, 2007).
Universitas Sumatera Utara
DEPARTEMEN BIOLOGI FMIPA USU
11
Konsentrasi bahan pengkapsul dapat mempengaruhi ukuran dan bentuk
kapsul. Adrianto (2011) melaporkan dalam penelitiannya, yaitu konsentrasi
biopolimer pada bahan enkapsulasi mempengaruhi ukuran, dan bentuk beads
kalsium alginat. Penggunaan biopolimer (natrium alginat) 2-4% menyebabkan
diameter beads meningkat seiring dengan meningkatnya konsentrasi natrium
alginat. Penggunaan natrium alginat 2-4% menghasilkan ukuran 2,4-3,2 mm
berbentuk bola-oval. Penggunaan total biopolimer 4% memiliki diameter beads
terbesar. Penggunaan natrium alginat lebih dari 4% menyebabkan beads
kehilangan bentuk bolanya. Ukuran dan bentuk beads dipengaruhi oleh
perbandingan alginat-bahan pengisi. Penggunaan bahan pengisi yang terlalu
banyak akan cenderung menurunkan ukuran beads. Jenis bahan pengisi yang
digunakan (whey protein concentrate (WPC 35), sodium caseinate, dan skim)
relatif tidak mempengaruhi ukuran dan bentuk beads.
Penelitian Rizqiati (2006), penggunaan galur Lactobacillus plantarum
sa28k dan Lactobacillus plantarum Mar8 memberikan hasil yang tidak berbeda
nyata secara statistik untuk semua jenis bahan enkapsulasi susu skim, gum arab
dan kombinasi susu skim-gum arab ditinjau dari ketahanan setelah spray drying,
viabilitas setelah penyimpanan selama satu bulan pada suhu rendah dan suhu
kamar serta ketahanannya terhadap pH rendah (pH 2) dan garam empedu (3%).
Natalia (2015) Melaporkan penggunaan bahan pengkapsul alginat+tepung gram
dan alginat+kacang hijau efektif dalam melindungi sel bakteri asam laktat. Bahan
enkapsulan yang paling efektif dalam enkapsulasi BAL US7 ialah 2% tepung
kacang arab+3% alginat serta 2% inulin sebagai sumber prebiotik, dimana
kombinasi bahan enkapsulan tersebut menghasilkan viabilitas sel yang paling
besar pada kondisi asam lambung tiruan, yaitu sebesar 97% sedangkan pada
perlakuan alginat+kacang hijau sebesar 92%.
2.7. Teknik Ekstrusi
Proses enkapsulasi probiotik menggunakan alginat dapat dilakukan dengan teknik
ekstrusi atau dengan teknik emulsi. Kedua teknik ini akan membentuk jel
hidrokoloid (kalsium alginat) berbentuk manik-manik (beads). Diantara kedua
teknik tersebut, ekstrusi merupakan teknik yang lebih sederhana dan
Universitas Sumatera Utara
DEPARTEMEN BIOLOGI FMIPA USU
12
membutuhkan biaya yang lebih rendah dalam pelaksanaannya (Krasaekoopt et al.,
2003; Heidebach et al., 2012).
Teknik ekstrusi (dropping method) dilakukan dengan prinsip melewatkan
larutan enkapsulan (yang didalamnya sudah terdapat komponen yang akan
dienkapsulasi) melewati suatu lubang kecil sehingga membentuk tetesan. Tetesan
yang terbentuk dijatuhkan ke dalam larutan CaCl 2 steril 0.05-1.5 M. Teknik
melewatkan larutan enkapsulan hingga menjadi tetesan ini dapat dilakukan
dengan berbagai cara (Gambar 1).
Gambar 1. Cara pembentukan tetesan mikrokapsul (a) dengan pipet atau vibrating
nozzle, (b) tetesan dijatuhkan ke dalam larutan CaCl2 0,05-1,5 M, (c) dengan
atomizing disk, (d) aliran udara coaxial, dan (e) elektrostatik potential (Zuidam
and Shimoni, 2010)
Enkapsulasi juga dapat dilakukan dengan metode spray drying dan freeze
drying. Spray drying merupakan suatu metode yang umum digunakan untuk
membuat tambahan pangan yang kering, stabil dan memiliki volume kecil. Selain
itu spray drying digunakan juga untuk mengawetkan mikroorganisme. Namun
mikroorganisme rentan terhadap panas dan kerusakan dehidrasi selama spray
drying (Lian et al., 2002 and Mosilhey, 2003). Freeze drying atau pengeringan
beku merupakan pengeringan yang terbaik untuk mencegah terjadinya perubahan
kimia dan meminimumkan kehilangan nutrien selama proses pengeringan
berlangsung, tetapi freeze drying memiliki kekurangan yaitu alatnya sangat mahal,
proses kerjanya lama, dan memerlukan biaya besar untuk operasionalnya (Filkova
and Mujumdar, 1995).
Universitas Sumatera Utara
13
DEPARTEMEN BIOLOGI FMIPA USU
2.8. Uji Viabilitas Bakteri Asam Laktat Terenkapsulasi
Enkapsulasi dapat mempertahankan viabilitas bakteri asam laktat dari pengaruh
lingkungan dibandingkan dengan sel bebas. Menurut Chandramouli et al. (2003),
metode enkapsulasi dapat meningkatkan viabilitas bakteri probiotik dibandingkan
dengan sel bebas tanpa enkapsulasi. Enkapsulasi dengan alginat dapat digunakan
dan aman untuk melindungi bakteri probiotik saat berada dalam saluran
pencernaan.
Krasaekoopt et al. (2006) dalam penelitiannya melakukan enkapsulasi
Lactobacillus acidophillus 547 (koleksi kultur di University of Queensland,
Australia), Lactobacillus casei 01 (produksi Chr. Hansen Pty Ltd., Australia), dan
Bifidobacterium bifidum ATTC 1994 (CSIRO starter koleksi kultur, Australia).
Enkapsulasi dilakukan dengan metode ekstrusi menggunakan alginat 2% yang
diberi perlakuan khusus dengan penyalutan citosan 0,4% untuk meningkatkan
stabilitas beads. Viabilitas sel terenkapsulasi lebih besar 1 siklus log selama
penyimpanan 4 minggu dibandingkan dengan sel bebas (tidak dienkapsulasi).
Nazzaro et al. (2009) dalam penelitiannya melakukan enkapsulasi
Lactobacillus acidophilus dengan teknik ekstrusi menggunakan alginat 2%, CaCl 2
0,05 M, dan dengan perlakuan khusus berupa penambahan 1% prebiotik inulin
dan 0,15% xanthan gum. Lactobacillus acidophilus terenkapsulasi memiliki
kemampuan tumbuh baik dalam jus wortel dan bertahan selama 8 minggu
penyimpanan pada suhu 4 oC. Enkapsulasi mampu meningkatkan viabilitas sel
selama fermentasi dan penyimpanan (5,59x1012 dan 4,35x1010 untuk probiotik
terenkapsulasi vs 4,47x1010 dan 2,08x108 untuk probiotik bebas).
Castilla et al. (2010) melakukan penelitian mengenai sifat tekstur dari
Lactobacillus casei terenkapsulasi dengan teknik ekstrusi menggunakan alginatpektin (1:2, 1:4, dan 1:6). Hasil menunjukan bahwa diameter beads meningkat
seiring dengan peningkatan proporsi pektin. Penggunaan alginat:pektin dengan
perbandingan 1:4 dan 1:6 mampu meningkatkan viabilitas sel pada simulasi
kondisi
pencernaan.
Tingkat
kematian
Bifidobacterium
longum
yang
terenkapsulasi dalam beads kalsium-alginat menurun secara proporsional dengan
meningkatnya konsentrasi alginat.
Universitas Sumatera Utara