BAB II TINJAUAN PUSTAKA 2.1 Probiotik 2.1.1. Definisi Probiotik Kata probiotik berasal dari bahasa Yunani yang berarti for life. Probiotik pertama kali didefinisikan oleh Kollath tahun 1953 untuk menandai semua kompleks makanan organik dan anorganik untuk membedakannya dari antibiotik berbahaya. Bakteri probiotik merupakan mikroorganisme non patogen yang jika dikonsumsi memberikan pengaruh positif terhadap fisiologi dan kesehatan inangnya (Schrezenmeir dan de Vrese, 2001). Probiotik adalah mikroba hidup yang dapat diformulasikan ke dalam berbagai jenis produk, termasuk makanan, obat-obatan, dan suplemen makanan. Spesies Lactobacillus dan Bifidobacterium yang paling sering digunakan sebagai probiotik, namun spesies ragi Saccharomyces cerevisiae dan beberapa Escherichia coli dan Bacillus juga digunakan sebagai probiotik (Guarner, et al., 2008). Bayi memperoleh bakteri Lactobacillus dan Bifidobacterium yang ada di vagina pada saat proses kelahiran. Sebelum lahir, saluran cerna bayi adalah steril. Kolonisasi bakteri pada bayi akan dimulai dengan bakteri yang berasal dari bakteri vagina dan saluran cerna
dari
ibu. Selanjutnya
perkembangan
mikrobiota bayi dipengaruhi oleh makanan bayi. Selama konsumsi ASI maka komposisi mikrobiota bayi berubah cepat yang didominasi oleh Bifidobacterium sedangkan bayi yang diberi susu formula tanpa prebiotik akan didominasi oleh flora yang mirip dengan orang dewasa dan rendah Bifidobacterium terutama
5
Bifidobacterium infantis, Bifidobacterium longum, dan Bifidobacterium breve (Boehm, et al., 2010). 2.1.2. Manfaat Probiotik Organisme probiotik akan melawan bakteri yang merugikan dengan mengganggu metabolisme bakteri tersebut sehingga dapat meningkatkan kekebalan dan keadaan fisiologis tubuh. Manfaat probiotik juga dapat membantu menjaga kesehatan usus (Mandal dan Mandal, 2011). 2.1.2.1. Imunomodulator Bakteri probiotik telah diketahui memiliki aktivitas imunomodulator dalam tubuh manusia yakni dapat menstimulasi dan mengubah respon imun terhadap antigen. Secara umum, bakteri probiotik melakukan aktivitas imunomodulator
dalam
dua
cara
yaitu
imunomodulasi
spesifik
dan
imunomodulasi tertentu. Respon imun nonspesifik merupakan pertahanan awal bagi manusia. Contoh sel imunitas nonspesifik terdiri dari sel fagosit mononuklear yaitu monosit dan makrofag, polimorfonuklear limfosit terutama neutrofil, dan Natural Killer (NK) sel. Kumpulan bakteri asam laktat yang hidup telah terbukti menginduksi sitokin proinflamasi secara in vitro, faktor nekrosis tumor, dan interleukin 6, serta mengaktifkan produksi makrofag dan fagositosis pada tikus yang mencerminkan stimulasi imunitas nonspesifik (Mandal dan Mandal, 2011). 2.1.2.2. Hipokolesterolemia Kolesterol merupakan sterol yang paling banyak terdapat di jaringan hewan, terdapat di dalam membran plasma dan dalam lipoprotein plasma darah, sering disimpan di dalam dinding pembuluh darah bersama dengan lemak lain sehingga dapat menyebabkan penyumbatan pembuluh darah, kondisi ini dikenal
6
sebagai aterosklerosis, dalam hati dan otak dapat mengakibatkan serangan jantung dan stroke. Kolesterol juga dapat mengkristal ke bentuk batu empedu yang dapat menghalangi saluran empedu. Beberapa obat penurun kolesterol umumnya bertindak dengan memblokir biosintesis melalui penghambatan enzim 3-hidroksi3-methylglutaryl koenzim A HMG-CoA reduktase yaitu statin mengikat asam empedu dengan serbuk tak larut dari senyawa yang menyerupai colestipol diikuti oleh eliminasinya melalui feses, asam nikotinat, dan asam fibrik (Mandal dan Mandal, 2011). Kelemahan utama obat penurun kolesterol adalah memiliki beberapa efek samping jika obat tersebut digunakan dalam jangka panjang. Oleh karena itu, dilakukan penelitian terhadap identifikasi cara diet lainnya untuk mengurangi kadar kolesterol darah. Termasuk penggunaan serat larut, protein kedelai, sterol, bakteri
probiotik,
dan
prebiotik.
Bakteri
probiotik
menunjukkan
efek
hipokolesterol dimana strain dari bakteri harus berkolonisasi dalam usus terlebih dahulu. Bakteri probiotik ini memproduksi garam empedu hidrolase bile salt hidrolase (BSH). BSH mengkatalisis hidrolisis (deconjugation) dari glycine dan atau taurin terkonjugasi garam empedu menjadi residu asam amino dan asam empedu bebas. Asam empedu bebas kurang efisien diserap ke dalam usus dibandingkan dengan garam empedu terkonjugasi, dengan demikian cenderung untuk dibuang dengan kotoran. Ini akan memicu sintesis asam empedu baru untuk menggantikan yang hilang agar kadar garam empedu dapat seimbang (Mandal dan Mandal, 2011).
7
2.1.2.3. Antihipertensi Peptida bioaktif yaitu casokinins dan lactokinins dan dua tripeptida seperti valin-prolin-prolin dan isoleucine-prolin-prolin yang dihasilkan dari aksi proteolitik bakteri probiotik pada kasein (α2-kasein, k-kasein dan b-kasein) dan whey selama fermentasi oleh Saccharomyces cerevisiae dan Lactobacillus helveticus dapat mengurangi tekanan darah individu yang hipertensi. Tripeptida ini berfungsi meningkatkan aktivitas Angiotensin-I Converting Enzyme (ACE) inhibitor yang dapat menurunkan tekanan darah (Mandal dan Mandal, 2011). 2.1.2.4. Antialergi Reaksi alergi terjadi sebagai respon terhadap zat lingkungan yang tidak berbahaya dikenal sebagai alergen dan reaksi-reaksi ini dapat terjadi secara cepat. Reaksi tersebut dapat ditandai dengan aktivasi yang berlebihan dari sel-sel darah putih tertentu yang disebut sel mast dan basofil oleh jenis antibodi yang dikenal sebagai imunoglobulin E (IgE) dalam respon inflamasi yang ekstrim. Probiotik mampu meningkatkan fungsi penghalang dari mukosa usus dengan demikian dapat mengurangi pengeluaran antigen melalui mukosa. Ada dua jalur yaitu gerakan transelular dan paracelular rmelalui protein antigenik melintasi penghalang epitel saluran pencernaan. Modulasi langsung dari sistem kekebalan tubuh dengan probiotik dimediasi melalui induksi sitokin anti-inflamasi atau melalui peningkatan produksi sekretori IgA. Probiotik juga dapat membantu dalam mengurangi beberapa gejala alergi makanan seperti yang terkait dengan protein susu yakni dengan mendegradasi protein menjadi peptida yang lebih kecil dan asam amino (Mandal dan Mandal, 2011).
8
2.1.2.5. Mencegah Kanker Usus Penelitian telah menunjukkan bahwa diet dan antibiotik dapat menurunkan karsinogen dalam usus besar dan mengurangi tumor secara kimiawi. Efek ini tampaknya dimediasi melalui mikroflora usus. Studi tambahan menunjukkan bahwa pengenalan Lactobacillus acidophilus ke dalam makanan menurunkan kejadian tumor usus yang diinduksi secara kimia pada tikus. Sebuah mekanisme yang mungkin untuk efek-efek antikanker bergantung pada bakteri usus yang menghambat enzim yang mengkonversi prokarsinogen menjadi bentuk karsinogen (Lee dan Salminen, 2009). 2.1.2.6. Mencegah Irritable Bowel Syndrome Gejala klinis utamanya termasuk ketidaknyamanan perut atau nyeri, diare, sembelit, dan perut kembung. Patogenesis irritable bowel syndrome (IBS) masih belum jelas, namun bukti yang tersedia menunjukkan bahwa motilitas usus yang diubah dan hipersensitivitas visceral. Ada bukti yang menunjukkan bahwa ketidakseimbangan mikroflora usus dan peradangan mukosa yang disebabkan oleh bakteri yang menyebabkan IBS (Lee dan Salminen, 2009). 2.1.3. Bakteri Probiotik 2.1.3.1. Bakteri Asam Laktat Konsep bakteri asam laktat adalah nama kelompok yang diciptakan untuk bakteri yang digunakan dalam fermentasi dan koagulasi susu serta dapat menghasilkan asam laktat dari laktosa. Nama famili Lactobacteriaceae diterapkan oleh Orla-Jensen (1919) kepada sekelompok bakteri yang menghasilkan asam laktat sendiri atau asam asetat dan asam laktat, alkohol dan karbondioksida. Bakteri asam laktat adalah kelompok bakteri gram-positif yang disatukan
9
berdasarkan karakteristik morfologi, metabolisme, dan fisiologis. Bakteri asam laktat merupakan non spora, fermentasi karbohidrat, produksi asam laktat, tahan asam dalam keadaan non aerobik dan katalase negatif. Biasanya bakteri asam laktat adalah non motil dan tidak mereduksi nitrit dan dibagi menjadi empat genus Streptococcus, Leuconostoc, Pediococcus, dan Lactobacillus. Revisi taksonomi terbaru menunjukkan bahwa kelompok bakteri asam laktat bisa terdiri dari genera Aerococcus,
Carnobacterium,
Enterococcus,
Lactobacillus,
Lactococcus,
Leuconostoc, Pediococcus, Streptococcus, Tetragenococcus, dan Vagococcus (Lee dan Salminen, 2009). Klasifikasi bakteri asam laktat ke dalam genus berbeda sebagian besar didasarkan pada morfologi, cara fermentasi glukosa, pertumbuhan pada temperatur yang berbeda, konfigurasi dari asam laktat yang dihasilkan, kemampuan untuk tumbuh pada konsentrasi garam tinggi, dan toleransi pada asam atau basa (Lee dan Salminen, 2009). 2.1.3.2. Genus Lactobacillus Genus Lactobacilus meliputi kelompok bakteri gram positif berbentuk batang, biasanya non motil, tidak membentuk spora, dan anaerob fakultatif. Bakteri ini menghasilkan asam laktat atau campuran asam laktat, etanol, asam asetat dan CO2 (bergantung pada spesies) melalui fermentasi karbohidrat (Wardah, 2014). Lactobacillus memiliki peran penting dalam mengontrol pH usus melalui produksi asam yang menurunkan pH usus sehingga membatasi pertumbuhan bakteri patogen (Lee dan Salminen, 2009).
10
Bakteri Lactobacillus acidophilus digunakan untuk memproduksi produk susu fermentasi dan juga ditambahkan ke dalam susu pasteriusasi, dibuat dalam bentuk tablet atau kapsul untuk dikonsumsi sebagai probiotik. Bakteri ini dapat memetabolisme laktosa dan menghasilkan asam laktat dalam jumlah yang relatif besar. Lactobacillus acidophilus tidak terdapat dalam mukosa saluran pencernaan tetapi ditemukan di dalam sel epitel usus halus (Wardah, 2014). Bakteri Lactobacillus plantarum digunakan dalam fermentasi daging dan sayuran serta dapat memproduksi asam laktat. Lactobacillus curvatus dan Lactobacillus sake dapat tumbuh pada suhu rendah (2-40C), dapat memfermentasi sayuran dan produk daging (Wardah, 2014). 2.1.3.3. Genus Bifidobacterium Morfologi Bifidobacterium mirip dengan beberapa bakteri Lactobacillus sp. dan pada awalnya dimasukkan ke dalam genus Lactobacillus. Bifidobacterium merupakan bakteri gram positif, berbentuk bulat dengan ukuran yang bervariasi, sel tunggal atau rantai dengan ukuran yang berbeda-beda, tidak membentuk spora, non motil, dan anaerob, walaupun demikian beberapa jenis toleran terhadap O2. Spesies tumbuh optimal pada suhu 37-410C, dengan kisaran suhu pertumbuhan 25-450C dan umumnya tidak dapat tumbuh pada pH di atas 8,0 atau di bawah 4,5. Bifidobacterium merupakan bakteri penghasil asam laktat dan asam asetat dengan rasio 2:3, bakteri-bakteri tersebut kurang sensitif terhadap asam lambung dan resisten terhadap garam empedu, lisozim, dan enzim pankreatik yang terdapat dalam usus halus. Bifidobacterium dapat memfermentasi laktosa, galaktosa dan beberapa pentosa. Bifidobacterium berada di bagian proksimal kolon dekat ilium. Beberapa spesies dari genus ini adalah Bifidobacterium bifidum, Bifidobacterium
11
longum,
Bifidobacterium
Bifidobacterium
brevis,
thermophillum
Bifidobacterium
ditambahkan
dalam
thermacidophillum, produk
susu
dan
dimanfaatkan untuk memelihara kesehatan usus halus manusia (Wardah, 2014). 2.1.4. Produk- Produk Probiotik 2.1.4.1. Produk Probiotik dalam Makanan Probiotik yang paling sering digunakan sebagai makanan dalam bentuk produk susu fermentasi atau yoghurt. Produk tersebut membutuhkan pendinginan dan mempunyai batas waktu penyimpanan hanya beberapa minggu (Huckle dan Zhang, 2011). Yogurt berasal dari bahasa Turki, memiliki nama lain seperti mast (Iran), kisel mleka (Balkan), mauzun (Armenia), dan cieddu (Italia) (Irianto, 2013). Yogurt merupakan produk semisolid yang dibuat dengan pemanasan yang standar terhadap susu dicampur dengan adanya aktivitas dari simbiosis antara Streptococcus thermophilus dan Lactobacillus delbrueckii. Pada negara tertentu, penamaan yogurt terbatas pada produk yang dibuat dari dua kultur bakteri tersebut, dan pada negara lainnya suatu produk yang dibuat dengan penambahan kultur probiotik lainnya juga dapat disebut produk yogurt. Kultur lain yang umumnya digunakan ialah Lactobacillus acidophilus, Bifidobacterium sp, Lactobacillus reuteri, Lactobacillus casei, Lactobacillus rhamnosus GG, Lactobacillus gasseri, dan Lactobacillus johnsonii (Chandan, 2006). Yogurt kaya akan protein, beberapa vitamin B, dan mineral yang penting. Yogurt memiliki lemak sebanyak susu darimana ia dibuat. Karena struktur laktosa yogurt dirusak, maka yogurt bisa dikonsumsi orang yang alergi terhadap susu. Yogurt tidak mengandung vitamin C dan zat besi dalam jumlah yang cukup untuk
12
tubuh, tetapi yogurt merupakan sumber yang baik untuk mensuplai protein, fosfor, kalsium, magnesium, dan kalori (Irianto, 2013). Tabel 2.1 Beberapa produk pangan probiotik (Yeo, et al., 2011) Produk pangan Yogurt
Whey drink Keju Whey cheese
Es krim
Bakteri probiotik Lactobacillus acidophilus Lactobacillus casei Bifidobacterium bifidum Lactobacillus casei Lactobacillus casei Bifidobacterium animals Lactobacillus acidophilus Lactobacillus paracasei Lactobacillus johnsonii
2.1.4.2. Produk Probiotik dalam Sediaan Farmasi Produk probiotik saat ini telah berkembang menjadi bentuk sediaan bekukering padat yang memiliki umur simpan lebih lama dan tidak perlu pendinginan. Bentuk sediaan beku-kering probiotik dapat melindungi dan meningkatkan kelangsungan hidup bakteri sehingga memiliki stabilitas penyimpanan yang baik (Huckle dan Zhang, 2011). Bentuk sediaan beku-kering probiotik dalam bidang farmasi yaitu : a. Serbuk Sediaan probiotik dalam bentuk serbuk mempunyai stabilitas yang baik selama penyimpanan tetapi stabilitas penyimpanan probiotik dapat dipengaruhi oleh suhu dan cara penggunaan sediaan probiotik misalnya menyendoki serbuk dengan sendok basah. Suasana asam juga dapat mempengaruhi stabilitas sel bekukering sehingga digunakan teknik enkapsulasi (Huckel dan Zhang, 2011). Contoh sediaan probiotik dalam bentuk serbuk yang terdapat di pasaran yaitu Lacto B yang mengandung serbuk krim nabati, dekstrosa, campuran bakteri asam laktat
13
(Lactobacillus acidophilus 4,7 x 107 CFU/g, Bifidobacterium longum 1,3 x 107 CFU/g, Streptococcus thermophillus), susu mineral, konsentrat, vitamin C, vitamin B2, vitamin B6, niasin dan zink oksida (IAI, 2010). b. Kapsul Sebagian besar produk probiotik yang tersedia saat ini dibuat dalam bentuk sediaan kapsul. Hal ini karena sel-sel kering bisa dengan mudah dimasukkan ke dalam kapsul dan stabilitas selama penyimpanan dapat ditingkatkan daripada hanya disimpan dalam bentuk serbuk. Namun, sediaan kapsul masih memerlukan penyalutan (film enterik coating) untuk meningkatkan ketahanan sel bakteri terhadap asam lambung (Huckle dan Zhang, 2011). Contoh sediaan probiotik dalam bentuk kapsul yang berada di pasaran adalah Lacidofil yang mengandung 2 milyar (2 x 108) CFU organisme yang terdiri dari Lactobacillus helveticus Rosell52 dan Lactobacillus rhamnosus Rosell-11. Zat tambahan yang digunakan yaitu maltodekstrin, magnesium stearat, asam askorbat (IAI, 2010). c. Tablet Selain kapsul dan serbuk, tablet juga merupakan bentuk sediaan probiotik dalam farmasi yang terdapat di pasaran. Keuntungan dari sediaan ini mampu melindungi bahan aktif yang sensitif terhadap kelembaban dan panas serta memiliki stabilitas yang lebih baik dibandingkan dengan sediaan serbuk (Huckle dan Zhang, 2011). Contoh sediaan probiotik dalam bentuk tablet yaitu Lacbon dan Rillus. Tiap tablet Lacbon mengandung >50 juta Lactobacillus sporogenes. Tiap tablet Rillus mengandung viable cell 1,0 x 109 CFU yang terdiri dari Lactobacillus plantarum,
Streptococcus
thermophilus,
14
Bifidobacterium
bifidum,
dan
fructooligosaccharide. Zat tambahan yang digunakan yaitu isomalt, xylitol, susu, dan vanila (IAI, 2010).
2.2 Prebiotik Prebiotik adalah nutrisi yang digunakan untuk menstimulasi pertumbuhan bakteri yang menguntungkan dan sebagai bahan tambahan pangan yang tidak dapat dimetabolisme oleh manusia untuk menstimulasi pertumbuhan bakteri kolon yang dapat meningkatkan kesehatan manusia. Prebiotik dapat menstimulasi secara selektif pertumbuhan Bifidobacterium dan Lactobacillus dalam usus, sehingga meningkatkan daya tahan alami tubuh terhadap patogen. Beberapa nutrisi yang dikenal sebagai prebiotik adalah laktulosa, laktitol, fruktooligosakarida, galaktooligosakarida, laktosukrosa, dan inulin (Wardah, 2014).
2.3 Sinbiotik Sinbiotik merupakan gabungan 2 istilah yaitu probiotik dan prebiotik yang dapat diasumsikan sebagai penggunaan probiotik dan prebiotik secara terpisah. Sinbiotik mengandung jumlah bakteri yang menguntungkan usus dan penggunaan nutrisi untuk bakteri tersebut sehingga bakteri probiotik di dalam usus dapat tumbuh cepat dan menghasilkan manfaat yang lebih efektif (Wardah, 2014). Contoh di dalam suatu produk mengandung bakteri Lactobacillus, Bifidobacterium, Streptococcus sebagai probiotik dan fructooligosaccharide sebagai prebiotik (Neha, et al., 2012).
15
2.4 Viabilitas Bakteri Probiotik Viabilitas bakteri probiotik dalam produk pangan sangat penting untuk diperhatikan. Hal ini karena bakteri probiotik dalam produk tersebut harus tetap dapat bertahan hidup saat berada pada kondisi asam dalam lambung, selama proses pemecahan dengan enzim hidrolisis dan garam empedu dalam usus kecil. Viabilitas bakteri probiotik bergantung pada jenis bakteri yang digunakan, interaksi antara spesies-spesies bakteri yang digunakan, pembentukan hidrogen peroksida selama proses metabolisme bakteri dan tingkat keasamaan dari produk tersebut. Viabilitas bakteri dipengaruhi oleh nutrisi, konsentrasi gula, konsentrasi inokulum dan lama fermentasi (Tamime, et al., 2005). Viabilitas enkapsulasi.
bakteri
Teknik
probiotik
enkapsulasi
dapat dapat
dipertahankan melindungi
dengan
dan
teknik
meningkatkan
kelangsungan hidup bakteri dalam produk obat serta melindungi senyawa tertentu atau sel biologis terhadap lingkungan sekitar yang dapat merusak bahan inti. Teknik enkapsulasi dapat melindungi bakteri dari panas, oksigen dan kelembaban serta meningkatkan sifat aliran selama pengembangan formulasi. Hal ini dapat digunakan untuk obat yang berbeda cara penggunaannya. Dalam industri makanan,
bahan-bahan
dalam
formulasi
mikroenkapsulasi
membentuk
penghalang untuk melindungi bahan inti terhadap gastrointestinal. Sifat fisikokimia bahan pelapis mempengaruhi kelangsungan hidup dari sel yang dikemas dalam probiotik, jenis dan konsentrasi bahan pelapis, ukuran partikel, jumlah sel awal dan strain bakteri yang penting selama formulasi (Solanki, et al., 2013).
16
2.5 Faktor-Faktor yang Mempengaruhi Viabilitas Probiotik 2.5.1. Kondisi Fisiologis Kondisi fisiologis bakteri probiotik pada saat di preparasi dan pada saat terdapat di dalam produk makanan dan obat merupakan faktor yang penting dalam mempertahankan kelangsungan hidup bakteri probiotik. Pengeringan dalam produk dapat menjaga stabilitas bakteri selama penyimpanan, sedangkan produk dalam bentuk cair memungkinkan adanya aktivitas metabolit aktif dari bakteri (Neha, et al., 2012). 2.5.2. Toksisitas Bahan Kompatibilitas probiotik dengan bahan-bahan lain dalam formulasi dapat memiliki dampak yang signifikan terhadap kelangsungan hidup bakteri. Interaksi antara probiotik dan bahan-bahan lainnya dapat melindungi, menetralkan, atau merugikan stabilitas probiotik misalnya masuknya pengawet antimikroba dapat menghambat kehidupan probiotik. Peningkatan kadar bahan seperti garam, asam organik, dan nitrat dapat menghambat probiotik selama penyimpanan sedangkan kultur starter kadang-kadang dapat menghambat pertumbuhan probiotik selama fermentasi melalui produksi bakteriosin tertentu (Lee dan Salminen, 2009). 2.5.3. Suhu Suhu dimana organisme probiotik tumbuh sangat penting. Suhu optimum untuk pertumbuhan probiotik antara 370C hingga 430C. Probiotik Lactobacillus dapat tumbuh pada kisaran suhu yang lebih besar yaitu sampai 440C. Namun, ada juga yang dapat tumbuh pada suhu mesofilik yaitu suhu 150C (Lee dan Salminen, 2009). Bifidobacterium dapat tumbuh optimal pada suhu 37-410C, dengan kisaran suhu pertumbuhan 25-450C, sedangkan spesies Streptococcus thermophilus
17
tumbuh baik pada suhu 37-400C tetapi juga dapat tumbuh pada suhu 520C (Wardah, 2014). Suhu merupakan faktor penting yang mempengaruhi kelangsungan hidup probiotik selama pembuatan dan penyimpanan. Semakin rendah suhu maka viabilitas probiotik dalam produk akan lebih stabil. Selama pengolahan, suhu di atas 45-500C akan merugikan kelangsungan hidup probiotik. Semakin tinggi suhu maka semakin cepat waktu yang diperlukan untuk mengurangi jumlah bakteri yang viabel. Peningkatan suhu juga memiliki efek yang merugikan terhadap stabilitas produk saat didistribusikan dan disimpan (Lee dan Salminen, 2009). 2.5.4. pH Lactobacillus menghasilkan asam organik dari metabolisme karbohidrat. Oleh karena itu, genus bakteri ini dapat mentolerir nilai pH lebih kecil dibandingkan dengan bakteri yang lain. Banyak penelitian in vitro dan in vivo menunjukkan bahwa organisme probiotik dapat tahan terhadap asam saat transit di bagian lambung, meskipun waktu pemaparannya yang relatif singkat (Lee dan Salminen, 2009). Bifidobacterium tidak dapat tumbuh pada pH di atas 8,0 atau di bawah 4,5 sedangkan Streptococcus thermophilus mampu tumbuh pada pH 4 (Wardah, 2014). 2.5.5. Oksigen Lactobacillus dianggap anaerob sehingga oksigen dapat merusak pertumbuhan probiotik dan kelangsungan hidupnya. Namun, sensitivitas oksigen bervariasi antara spesies dan strain bakteri yang berbeda. Secara umum, Lactobacillus yang sebagian besar bersifat mikroaerofil lebih toleran terhadap oksigen dibandingkan dengan Bifidobacterium (Lee dan Salminen, 2009).
18
Bifidobacterium termasuk kelompok bakteri anaerob walaupun demikian beberapa jenis dari Bifidobacterium toleran terhadap oksigen, sedangkan Streptococcus thermophilus merupakan bakteri fakultatif anaerob yaitu bakteri yang dapat hidup dengan baik bila ada oksigen maupun tidak ada oksigen (Wardah, 2014). 2.5.6. Aktivitas Air Kadar kelembaban dan aktivitas air yang tinggi akan menurunkan daya tahan probiotik. Adanya interaksi antara aktivitas air dengan suhu yang mempengaruhi kehidupan probiotik. Produk probiotik dapat memiliki masa simpan yang lama pada bentuk kering ketika disimpan pada suhu kamar jika kadar kelembabannya rendah. Pada umumnya aktivitas air yang rendah akan memberikan ketahanan hidup yang baik. Solusi yang dapat dilakukan dalam meningkatkan ketahanan bakteri terhadap aktivitas air yaitu dengan cara mikroenkapsulasi (Neha, et al., 2012). 2.5.7. Nutrisi Jasad renik heterotrof membutuhkan nutrisi sebagai sumber karbon, nitrogen, dan energi untuk kehidupan dan pertumbuhannya serta mineral dan vitamin untuk faktor pertumbuhan. Nutrisi tersebut dibutuhkan untuk membentuk energi dan menyusun komponen-komponen sel. Kebutuhan zat-zat nutrisi setiap jasad renik bervariasi. Streptococcus, Lactobacillus, Bifidobacterium dan berbagai organisme heterotrof membutuhkan beberapa sumber nitrogen organik dalam bentuk asam amino, purin, dan pirimidin, serta faktor-faktor pertumbuhan seperti vitamin B, vitamin B1, vitamin B2, asam nikotinat, vitamin B6, asam pantotenat dan vitamin B12. Vitamin yang larut dalam lemak yaitu vitamin A, D dan E tidak
19
dibutuhkan oleh kebanyakan jasad renik. Vitamin C tidak berfungsi sebagai faktor pertumbuhan, tetapi dapat merangsang pertumbuhan beberapa organisme karena diduga dapat mengatur potensi oksidasi-reduksi yang tepat terhadap medium (Fardiaz, 1992).
2.6 Pengukuran dan Pertumbuhan Mikroorganisme 2.6.1. Fase Pertumbuhan Mikroorganisme Menurut Dwidjoseputro (1978) ada beberapa fase-fase pertumbuhan mikroorganisme, yaitu fase adaptasi, fase permulaan pembiakan, fase pembiakan cepat, fase pembiakan diperlambat, fase konstan, fase kematian, dan fase kematian dipercepat. Pada fase pertama, yaitu 1 sampai 2 jam setelah pemindahan, bakteri belum mengadakan pembiakan fase ini disebut fase adaptasi. Fase ini disusul dengan fase kedua, dimana jumlah bakteri mulai bertambah sedikit demi sedikit. Y
5 4 6
3
7
Jumlah sel hidup
2 1
2
Jumlah sel seluruhnya X : waktu Y : log dari jumlah sel
8
14
20
X
Gambar 2.1 Grafik yang menunjukkan fase-fase pertumbuhan bakteri: 1. Fase adaptasi, 2. Fase permulaan pembiakan, 3. Fase pembiakan cepat, 4. Fase pembiakan diperlambat, 5. Fase konstan, 6. Fase kematian, 7. Fase kematian dipercepat (Dwidjoseputro, 1978).
20
Fase kedua ini disusul dengan fase pembiakan cepat atau fase logaritma dimana pembiakan bakteri berlangsung paling cepat, maka bakteri dalam fase ini baik sekali untuk dijadikan inokulum. Pada fase berikutnya terjadi penurunan jumlah sel-sel bakteri dikarenakan faktor keadaan medium yang buruk, perubahan pH, dan menumpuknya produk buangan yang bersifat toksik sehingga kecepatan pertumbuhan bakteri menjadi berkurang fase ini disebut fase pembiakan diperlambat. Selanjutnya fase dimana jumlah bakteri yang membelah sama dengan jumlah bakteri yang mati, fase ini disebut fase konstan atau fase stasioner. Fase ini disusul dengan fase dimana jumlah bakteri yang mati makin banyak dan melebihi jumlah bakteri yang membelah diri, fase ini disebut fase kematian. Fase akhir yaitu fase dimana jumlah bakteri yang mati bertambah. Keadaan ini dapat berlangsung selama beberapa minggu. Hal ini bergantung kepada spesies dan keadaan medium serta faktor-faktor lingkungan. Apabila keadaan tersebut dibiarkan terus menerus maka dapat mengakibatkan bakteri tidak dapat dihidupkan kembali dalam medium baru. 2.6.2. Pengukuran Pertumbuhan Mikroorganisme Pertumbuhan mikroorganisme dapat diukur berdasarkan konsentrasi sel (jumlah sel per satuan isi kultur) ataupun densitas sel (berat kering dari sel-sel per satuan isi kultur). Dua parameter ini tidak selalu sama karena berat kering sel ratarata bervariasi pada tahap berlainan dalam pertumbuhan kultur. Kedua parameter tersebut juga tidak bermakna sama dalam penelitian mengenai biokimia mikroorganisme atau gizi mikroorganisme. Densitas sel adalah kuantitas yang lebih
bermakna,
sedangkan
dalam
penelitian
mengenai
inaktivasi
mikroorganisme, konsentrasi sel adalah kuantitas yang bermakna (Pratiwi, 2008).
21
Menurut Pratiwi (2008) pertumbuhan mikroorganisme dapat diukur dengan dua cara, yaitu secara langsung dan tidak langsung. Pengukuran pertumbuhan mikroorganisme secara langsung dapat dilakukan dengan beberapa cara yaitu: a. Pengukuran menggunakan bilik hitung (counting chamber) Pada pengukuran ini, untuk bakteri digunakan bilik hitung PetrofffHausser sedangkan untuk mikroorganisme eukariot digunakan hemositometer. Keuntungan menggunakan metode ini adalah mudah, murah dan cepat, serta dapat diperoleh informasi tentang ukuran dan morfologi mikroorganisme. Kerugiannya adalah populasi mikroorganisme yang digunakan harus banyak (minimum berkisar 106 CFU/ml), karena pengukuran dengan volume dalam jumlah sedikit tidak dapat dibedakan antara sel hidup dan sel mati, serta kesulitan menghitung sel yang motil. b. Pengukuran menggunakan electronic counter Pada pengukuran ini, suspensi mikroorganisme dialirkan melalui lubang kecil (orifice) dengan bantuan aliran listrik. Elektroda yang ditempatkan pada dua sisi orifice mengukur tahanan listrik (ditandai dengan naiknya tahanan) pada saat bakteri melalui orifice. Pada saat inilah sel terhitung. Keuntungan metode ini adalah hasil bisa diperoleh dengan lebih cepat dan akurat serta dapat menghitung sel dengan ukuran besar. Kerugiannya adalah metode ini tidak dapat digunakan untuk menghitung bakteri karena adanya gangguan debris, filamen dan sebagainya serta tidak dapat membedakan antara sel hidup dan sel mati.
22
c. Pengukuran dengan plating technique Metode ini merupakan metode perhitungan jumlah sel tampak (visible) dan didasarkan pada asumsi bahwa bakteri hidup akan tumbuh, membelah, dan memproduksi satu koloni tunggal. Satuan perhitungan yang dipakai adalah CFU dengan cara membuat seri pengenceran sampel dan menumbuhkan sampel pada media padat. Pengukuran dilakukan pada plate dengan jumlah koloni berkisar 25250 atau 30-300. Keuntungan metode ini adalah sederhana, mudah dan sensitif karena menggunakan colony counter sebagai alat hitung dan dapat digunakan untuk menghitung mikroorganisme pada sampel makanan, air ataupun tanah. Kerugiannya adalah harus digunakan media yang sesuai dan perhitungannya yang kurang akurat karena satu koloni tidak selalu berasal dari satu individu sel. d. Pengukuran dengan menggunakan teknik filtrasi membran (membrane filtration tehnique) Pada metode ini sampel dialirkan pada suatu sistem filter membran dengan bantuan vacuum. Bakteri yang terperangkap selanjutnya ditumbuhkan pada media yang sesuai kemudian jumlah koloni bakteri dihitung. Keuntungan metode ini adalah dapat menghitung sel hidup dan sistem perhitungannya langsung, sedangkan kerugiannya adalah tidak ekonomis.
23
