BAB 2 TINJAUAN PUSTAKA
2.1 Fermentasi Pada Nira Arenga pinnata Mer. (tanaman aren) adalah salah satu tanaman dari famili Arecaceae yang banyak ditanam di India (Muralidharan dan Deepthi, 2013). Tanaman ini menghasilkan cairan dari pangkal bunga jantan yang belum mekar dan sering disebut nira. Cairan dari pohon ini dapat difermentasi untuk menghasilkan alkohol yang bisa digunakan oleh masyarakat (Kismurtono, 2012). Nira merupakan cairan yang keluar melalui proses penyadapan bunga jantan tanaman aren yang belum terbuka. Bagian pangkal tandan bunga jantan yang belum mekar inilah yang akan dipotong lalu disadap setiap pagi dan sore. Pada 100 ml nira terkandung gula sebanyak 10-15% dengan kondisi pH yang mendekati normal. Tingginya kandungan gula pada nira menyebabkan nira mudah terfermentasi oleh berbagai macam mikroorganisme akibat penyadapan yang kurang bersih (Kharisma, 2014). Mikroba ini berasal dari jerigen penampungan nira, kondisi manggar yang terpapar langsung dengan udara dan orang yang menyadap nira tersebut. Kondisi penyadapan yang terbuka akan mempercepat masuknya bakteri kontaminan yang berasal dari lingkungan ke dalam nira tersebut (Rusbana, 2009). Selain gula, nira aren juga memiliki kandungan mineral dan vitamin yang tinggi. Nira adalah salah satu minuman yang baik bagi kesehatan tubuh manusia (Muralidharan dan Deepthi, 2013). Tidak hanya tanaman aren, kelapa juga menghasilkan cairan nira dari bagian tandan bunga jantan yang belum mekar. Nira kelapa dan nira aren yang terfermentasi secara spontan disebut tuak dan minuman fermentasi ini populer di negara Asia. Tuak adalah salah satu jenis minuman fermentasi yang mengandung berbagai mikroorganisme alami yang termasuk ke dalam kelompok probiotik. Mikroorganisme probiotik ini sering digunakan sebagai tambahan alami pada makanan dan berfungsi dalam meningkatkan sistem imun tubuh tanpa efek samping (Ashraf dan Shah, 2011). Nira digunakan sebagai bahan baku pembuatan gula aren maupun minuman fermentasi yang disebut tuak, karena kandungan gulanya tinggi.
Universitas Sumatera Utara
6
Kandungan gula nira bisa mencapai 15% dengan pH yang mendekati netral, kandungan gula inilah yang menjadi sumber karbon utama mikroorganisme tersebut (Xia et al, 2011). Fase pertama fermentasi spontan yang terjadi pada nira kelapa didominasi oleh kelompok bakteri Leuconostoc, Lactobacillus, Streptococcus, Staphylococcus, Bacillus, dan Enterobacter yang beberapa diantaranya diketahui ialah BAL. Aktivitas BAL dalam fermentasi akan menyebabkan penurunan pH pada nira. Selain BAL, kerusakan pada nira juga dapat disebabkan oleh khamir yang melakukan fermentasi alkohol (Vidanapathirana et al, 1983). Penurunan pH nira yang terjadi dengan cepat akan mempengaruhi ketersediaan sukrosa di dalam nira. Sukrosa terdegradasi oleh enzim hidrolase bakteri yang menghidrolisis sukrosa menjadi asam. Reaksi hidrolisis tersebut dapat terjadi secara spontan sehingga nira yang terfermentasi berubah menjadi asam (Wang, 2004). Pada beberapa daerah seperti di India nira banyak dikonsumsi sebagai minuman yang bernama keraamritham. Keraamritham ini adalah sejenis minuman yang terbuat dari nira dan tidak mengandung alkohol pada suhu rendah. Daya simpan minuman ini pun bisa mencapai 3 bulan pada suhu rendah. Keraamritham ini merupakan minuman yang mengandung banyak nutrisi terutama kandungan vitamin dan mineral (Jayaprakash et al, 2013). 2.2 Ciri Umum Bakteri Asam Laktat Bakteri asam laktat (BAL) adalah bakteri yang telah lama dikenal dan dimanfaatkan oleh manusia dalam proses pengolahan bahan makanan, yaitu melalui proses fermentasi BAL. Bakteri yang terlibat dalam proses fermentasi ini memberikan kontribusi yang besar terhadap perbaikan rasa, tekstur dan masa simpan produk. Sifat pengawet oleh BAL adalah karena adanya produksi senyawa metabolit dan penurunan pH pada lingkungan fermentasi, hal inilah yang menghambat pertumbuhan mikroba lain selama fermentasi berlangsung (Rahayu et al, 1999). Hutkins
(2006)
menyatakan
bahwa
BAL
digunakan
dalam
memfermentasi makanan karena mampu memetabolisme gula dengan produk akhir asam laktat dan asam organik lainnya. Ada 2 jalur fermentasi pada BAL
Universitas Sumatera Utara
7
yaitu homofermentatif dan heterofermentatif. Jalur homofermentatif adalah dimana lebih dari 90% substrat gula diubah menjadi asam laktat, sedangkan jalur heterofermentatif menghasilkan ± 50% asam laktat dan 50% bahan seperti asam asetat, etanol dan karbondioksida. Bakteri asam laktat pada umumnya mempunyai satu atau dua jalur ini (obligat homofermentatif atau obligat heterofermentatif), meskipun ada beberapa spesies yang mempunyai metabolisme keduanya (fakultatif homofermentatif). BAL pada umumnya mempunyai karakteristik morfologi, fisiologi dan metabolit tertentu. Bakteri ini termasuk ke dalam Gram positif, tidak menghasilkan endospora, berbentuk bulat maupun batang, dan menghasilkan asam laktat sebagai mayoritas produk akhir selama memfermentasi karbohidrat (Axellson,
1998).
Pada
saat
fermentasi,
BAL
homofermentatif
akan
memetabolisme gula melalui jalur Embden-Meyerhoff-Parnass menjadi asam laktat dalam jumlah yang banyak. Sedangkan, BAL heterofermentatif akan memetabolisme gula melalui jalur fosfoketolase menjadi asam laktat dan produk oranik lainnya seperti alkohol, asam asetat, asam lemak bebas, asam format, amonia, diasetil, asetonin dan CO2 (Salminen et al., 2004). 2.3 Bakteri Asam Laktat Sebagai Probiotik Probiotik didefenisikan sebagai suplementasi mikroba hidup yang menguntungkan bagi inang dengan jalan meningkatkan keseimbangan mikroba usus manusia (Yuliana, 2012). BAL khususnya genus Lactobacillus dan Bifidobacterium merupakan probiotik yang menguntungkan bagi kesehatan seperti penanggulangan diare, menstimulasi sistem kekebalan tubuh, menurunkan kadar kolesterol, pencegahan kanker kolon dan penanggulangan dermatitis atopik pada anak-anak. Syarat BAL termasuk ke dalam probiotik ialah mampu bertahan hidup di dalam saluran pencernaan, meskipun terdapat berbagai suasana yang menghambat pertumbuhan BAL tersebut seperti air liur, asam lambung dan garam empedu (Fadhilah et al, 2015). Probiotik didefenisikan sebagai suplemen mikroba hidup yang menguntungkan bagi inang dengan cara meningkatkan keseimbangan mikroba yang baik dan menekan pertumbuhan bakteri patogen pada usus manusia (Yuliana, 2012).
Universitas Sumatera Utara
8
Menurut
Food
and
Agriculture
Organization/World
Health
Organization (FAO/WHO) (2001) pada umumnya strain probiotik tidak hanya mampu bertahan melewati saluran pencernaan tetapi juga memiliki kemampuan untuk berkembang biak dalam saluran pencernaan yaitu mampu bertahan pada suasana cairan lambung dan cairan empedu. Selain itu probiotik juga harus mampu menempel pada sel epitel usus manusia, mampu membentuk kolonisasi pada saluran pencernaan, mampu menghasilkan zat anti mikroba (bakteriosin) dan memberikan pengaruh yang menguntungkan kesehatan manusia Aktivitas probiotik terbagi atas 3 aspek seperti sebagai nutrisi, fisiologis dan aspek antimikroba. Aspek nutrisi yaitu adanya enzim lactase untuk membantu metabolisme komponen makanan, sintesis beberapa jenis vitamin (K, folat, piridoksin, pantotenat, biotin dan riboflavin) dan mengurangi senyawa racun yang ada pada makanan dalam usus. Aspek fisiologis meliputi kemampuan menjaga keseimbangan komposisi mikroflora usus dan menstimulasi sistem kekebalan
usus.
Aspek
efek
antimikroba
meliputi
kemampuan
untuk
meningkatkan ketahanan terhadap mikroba patogen (Naidu dan Clemens, 2000). Karena manfaat dari BAL telah banyak diketahui oleh masyarakat, maka masyarakat mengidentifikasi BAL sebagai pengawet produk makanan. Sifat pengawet dari BAL ini terutama disebabkan oleh adanya asam laktat, hidrogen peroksida dan senyawa bakteriosin. Bakteriosin adalah protein yang terdiri dari molekul-molekul yang dihasilkan dari bermacam-macam spesies bakteri yang mempengaruhi kegiatan bakterisidal terhadap bakteri yang mudah dipengaruhi olehnya (Melia dan Indri, 2010). Banyak kendala dijumpai pula dalam penggunaan probiotik, termasuk kemampuan bertahan, kolonisasi dan kompetisi nutrien untuk masuk ke dalam suatu lingkungan ekosistem yang sudah memiliki jenis bakteri lainnya. Lisal (2005) menambahkan jika bahan yang mengandung probiotik tidak dikonsumsi secara berkelanjutan, maka bakteri yang ditambahkan itu dengan cepat akan mengalami wash-out (terbilas dan dikeluarkan dari saluran pencernaan).
Universitas Sumatera Utara
9
2.4 Senyawa Antimikroba Bakteri Asam Laktat Bakteri asam laktat (BAL) merupakan bakteri anaerob fakultatif yang cukup luas penyebarannya di alam seperti terdapat pada bagian tanaman itu sendiri, saluran pencernaan baik hewan maupun manusia, berbagai produk makanan maupun minuman fermentasi seperti yoghurt, tuak, keju, saos, kedelai dan sake. BAL dapat mengendalikan pertumbuhan bakteri patogen dengan cara memproduksi asam organik, hidrogen peroksida, diasetil dan bakteriosin (Januarsyah, 2007). Kecap ikan adalah salah satu jenis makanan fermentasi yang banyak ditumbuhi oleh BAL dari jenis L. plantarum yang mampu menghambat pertumbuhan kapang dari jenis Penicillium citrinum. Antimikotik ini mampu dihasilkan oleh BAL setelah kontak dengan kapang selama 12-48 jam (Handayani, 2001). Sedangkan menurut penelitian Cahyaningsih (2006), bahwa pada nira lontar terdapat BAL dari spesies Leuconostoc mesenteroides, Leuconostoc pseudomesenteroides, Lactobacillus plantarum, dan Lactobacillius fermentum. Isolat BAL ini mampu menghambat pertumbuhan bakteri patogen Salmonella typhimurium dan Aspergilus flavus yang ada pada biji kakao (Usmiati et al, 2011). Kemampuan BAL dalam menghambat pertumbuhan bakteri patogen khususnya patogen pada pangan melalui berbagai mekanisme. Salah satu mekanisme BAL dalam mengurangi senyawa toksin dari media cair adalah dengan adanya pengikatan secara fisik antara BAL dan patogen tersebut. Salah satu contohnya adalah Lactobacillus dan strain bakteri probiotik. BAL ini mampu menurunkan senyawa aflatoksin B1 (AFB1) dari jaringan usus halus tepatnya bagian duodenum. Aktivitas antimikroba yang dimiliki oleh probiotik ini dapat digunakan sebagai detoks racun usus manusia dari bakteri patogen pada usus (Hussein, 2009). BAL bermanfaat untuk peningkatan kualitas dan keamanan bahan pangan melalui penghambatan secara alami terhadap mikroorganisme yang bersifat patogen. BAL menghasilkan beberapa komponen hidrogen peroksida (Amezquuita dan Brashears, 2002). Hidrogen peroksida memiliki efek bakterisidal karena produksi superoksida oksigen dan radikal hidroksil yang
Universitas Sumatera Utara
10
menyebabkan oksidasi sel bakteri dan merusak struktur dasar molekul dari protein sel (Zalan et al., 2005). Bakteriosin dibagi menjadi 4 kelas yaitu bakteriosin kelas 1 yang disebut lantibiotik contohnya nisin yang dihasilkan oleh Lactobacillus lactis sangat aktif melawan sebagian besar bakteri gram positif dengan merusak dinding sel dari bakteri tersebut (Benech et al., 2002). Bakteriosin kelas II berupa non lantibiotik contohnya pediosin yang dihasilkan oleh Lactobacillus plantarum yang dapat menghambat Listeria monocytogenes (Loessner et al., 2002). Bakteriosin kelas III merupakan protein yang tidak tahan terhadap panas dan berat molekul lebih dari 30 kDa. Bakteriosin kelas IV merupakan glikoprotein atau lipoprotein (Oscariz dan Pisabarro, 2000). Penghambatan patogen oleh BAL disebabkan karena aktivitas kultur BAL
yang
menghasilkan
asam
dan
senyawa
metabolit.
Komponen
metabolit-metabolit tersebut ialah seperti hidrogen peroksida, diasetil, etanol, dan bakteriosin. BAL yang diperoleh dari fermentasi asinan sawi ini memiliki aktivitas penghambatan yang tinggi dalam menghambat peretumbuhan bakteri patogen E.coli dan Staphylococcus aureus. Hasil akhir fermentasi karbohidrat dari bakteri asam laktat berupa beberapa komponen yang memiliki sifat antimikroba (Rachmawati et al, 2006). 2.5 Bakteri Patogen Asal Pangan Bakteri patogen merupakan mikroorganisme indikator keamanan pada makanan. Bakteri patogen ini dapat dibagi menjadi 2 berdasarkan cara patogenitas terhadap makanna tersebut. Penyebab yang pertama yaitu intoksikasi, intoksikasi ini adalah keracunan yang disebabkan oleh bakteri patogen yang berkembang di dalam bahan makanan dan menghasilkan toksin. Penyebab yang kedua yaitu infeksi, infeksi ini disebabkan bakteri tersebut mmenghasilkan racun di dalam sistem pencernaan (Buckle et al., 2007). Umumnya bakteri yang terkait dengan keracunan makanan diantaranya adalah Salmonella, Shigella, Campylobacter, Listeria monocytogenes, Yersinia enterocolityca, Staphylococcus aureus, Clostridium perfringens, Clostridium botulinum, Bacillus cereus, Vibrio cholerae. Vibrio parahaemolyticus, E.coli enteropatogenik dan Enterobacter sakazaki
Universitas Sumatera Utara
11
(Badan Pengawas Obat dan Makanan, 2008). Salmonella ialah salah satu jenis bakteri patogen yang sering mengkontaminasi bahan makanan. Salmonella merupakan bakteri Gram negatif, tidak membentuk spora, berbentuk batang, dapat memfermentasi glukosa dan biasanya disertai dengan pembentukan gas tetapi tidak memfermentasi laktosa maupun sukrosa (Frazier dan Westhoff, 1988). Salmonella spp. merupakan salah satu penyebab utama keracunan makanan di seluruh dunia. Tidak hanya makanan mentah, makanan siap saji juga tidak dibenarkan mengandung bakteri dari genus Salmonella. Salmonella spp. dapat menyebabkan penyakit seperti gastroenteritis, bacteremia, enteric ataupun paratyphoid fever dan infeksi lokal (Lindquist, 1998; Baeumler dkk., 2000). Escherichia coli merupakan indikator dari kontaminan yang berasal dari fekal. Habitat alami E. coli adalah saluran pencernaan hewan dan manusia tepatnya usus besar (Badan Pengawas Obat dan Makanan, 2008). E. coli dipergunakan sebagai mikroba indikator terhadap kontaminasi feses pada air dan susu, termasuk dalam grup Enterobacteriaceae dan bersifat motil flagella peritrikus (Buckle et al., 2007). Enteropathogenic Escherichia coli (EPEC) merupakan salah satu dari keempat kelompok bakteri patogenik indikator kontaminasi fekal dan penyebab diare. Bakteri ini melekatkan diri pada sel mukosa usus kecil dan membentuk filamentous aktin pedestal sehingga menyebabkan diare cair (Arifin, 2009). Bakteri patogen pengkontaminasi pangan lainnya adalah Staphylococcus aureus. Bakteri ini tumbuh pada permukaan kulit manusia (flora normal), mulut atau rongga hidung manusia. Keberadaan bakteri ini pada makanan dapat disebabkan oleh sanitasi dari pengolah pangan tersebut kurang memadai (Badan Pengawas Obat dan Makanan, 2008). 2.6 Mekanisme Kerja Antimikroba Antimikroba merupakan substansi atau zat kimia yang dihasilkan oleh suatu mikroorganisme dimana zat tersebut mampu menghancurkan sel bakteri lain (Gan, 1987). BAL dapat berfungsi mengawetkan makanan karena mampu memproduksi asam organik, menurunkan pH lingkungannya dan mensekresikan
Universitas Sumatera Utara
12
senyawa yang mampu menghambat mikroorganisme patogen seperti hidrogen peroksida, diasetil, karbondioksida, asetaldehid, d-isomer asam-asam amino dan bakteriosin. Bakteriosin merupakan senyawa protein yang disekresikan oleh bakteri yang bersifat menghambat pertumbuhan bakteri lain terutama yang memiliki kekerabatan erat secara filogenetik. Senyawa ini mudah terdegradasi oleh enzim proteolitik dalam pencernaan hewan dan manusia. Bakteriosin yang dihasilkan BAL mudah diterima sebagai bahan tambahan dalam makanan baik oleh ahli kesehatan maupun oleh konsumen karena bakteri ini secara alami berperan dalam proses fermentasi makanan (Kusmiati & Amarila, 2002). Antimikroba sering juga disebut antibiotika yang dihasilkan oleh bakteri tersebut. Antibiotika ini bersifat toksik untuk mikroba target, namun relatif tidak toksik terhadap inang. Berdasarkan mekanisme kerjanya, antibiotika dibagi ke dalam 5 kelompok yaitu: 1) Mengganggu metabolisme sel mikroba, 2). Menghambat sintesis dinding sel mikroba, 3) Merusak keutuhan dinding sel mikroba, 4) Menghambat atau merusak asam nukleat sel mikroba tersebut (Gan, 1987).
Universitas Sumatera Utara
