BAB I PENDAHULUAN
1.1.
Latar Belakang Masalah Beras ketan hitam merupakan salah satu produk hasil pertanian di
Indonesia yang biasanya dikonsumsi dalam bentuk olahan atau jajanan/snack. Bahan pangan olahan yang dapat ditemui pada beberapa daerah adalah tape ketan hitam. Tape merupakan makanan hasil fermentasi alami dengan bahan baku dari ketela (Manihot utilissima) atau dari beras ketan (hitam atau putih) dengan menggunakan ragi tape. Komponen bioaktif yang terdapat dalam beras ketan hitam adalah antosianin. Zat warna ungu yang juga dapat ditemui pada terong, buah jamblang (duwet), beras hitam, buah delima, blueberry, dan lain-lain. Antosianin merupakan komponen warna utama dalam bahan pangan yang dapat menimbulkan warna ungu, biru, hingga merah kehitaman. Antosianin merupakan turunan polihidroksil atau polimetoksi dari 2-phenyl-benzopyrylium. Antosianin yang ada di dalam tanaman berada dalam bentuk glikosida, komponen yang terikat pada gula. Antosianin yang sudah lepas dari gulanya disebut dengan antosianidin. Jenis gula yang biasanya terikat dalam molekul antosianidin adalah glukosa, galaktosa, ramnosa, arabinosa, dan xilosa (Avila et al., 2009). Berdasarkan jenis gugus yang terikat pada posisi R1-R7, terdapat kurang lebih 10 spesies antosianidin. Konsumsi antosianin dalam diet terbukti mampu memberikan efek perlindungan terhadap penyakit kardiovaskular (Oki et al., 2002; Wang dan Stoner, 2009), diabetes mellitus (Matsui et al., 2002), anti inflammasi (Kano et
1
al., 2005), dan antikanker (Bagchi et al., 2004). Antosianin merupakan antioksidan yang berfungsi baik sebagai penangkap ion Fe dan Cu maupun sebagai
senyawa
yang
mampu
menghambat
oksidasi
lipoprotein
dan
penggumpalan platelet (Ghiselli et al., 1998). Melihat banyaknya manfaat yang dapat diberikan oleh antosianin, maka antosianin layak untuk dikembangkan sebagai pangan fungsional. Menurut Rice-Evans et al. (1997), glikosilasi dapat mempengaruhi aktivitas biologis antosianin dan menyebabkan m olekul menjadi lebih mudah larut air akan tetapi menurun reaktivitasnya sebagai antioksidan. Kelarutan dalam air penting untuk menentukan apakah komponen bioaktif akan terabsorb dengan baik ataukah tidak. Beberapa hasil penelitian menunjukkan bahwa strain anggota spesies bakteri asam laktat menunjukkan aktivitas enzim ȕ glukosidase dan berpartisipasi dalam hidrolisis glikosida makanan (Matsuda et al., 1994; Jeon et al., 2002; Otieno et al., 2005; Avila et al., 2009). Proses fermentasi juga dapat meningkatkan aktivitas biologis senyawa aktif dan komponen nutrisi di dalam bahan makanan (Parves et al., 2006; Zhu et al., 2007; Lee et al., 2008; Chelule et al., 2010). Hidrolisis glikosida antosianin merupakan langkah awal dalam degradasi dan absorbsi antosianin di dalam tubuh. Enzim yang berperan dalam hidrolisis ini di antaranya adalah ȕ, D-galaktosidase; ȕ, D-glukosidase; dan Į, Lrhamnosidase. Bakteri asam laktat berpotensi untuk dikembangkan sebagai starter dalam biokonversi antosianin menjadi komponen yang lebih bermanfaat bagi tubuh.
2
Bakteri mempunyai peranan yang penting dalam degradasi antosianin dan menentukan aktivitas biologisnya. Degradasi antosianin melalui proses fermentasi diduga akan mengubah aktivitas biologis. Salah satu kelompok strain anggota bakteri yang telah diisolasi dan diketahui mempunyai aktivitas enzim ȕglukosidase adalah bakteri asam laktat. Bakteri asam laktat telah dikembangkan dan diuji kemampuannya dalam memperbaiki kualitas pangan, baik sebagai probiotik, penghasil bakteriosin, penurun kolesterol, penghasil inhibitor enzim angiotensin, dan memperbaiki sistem pencernaan (Rahayu et al., 1996; Ngatirah et al., 2000; Rahayu, 2003; Suhartatik, et al., 2004; Lestari et al., 2004; Wikandari et al., 2011; Djafaar et al., 2013). Golongan bakteri ini aman untuk digunakan dalam bahan pangan. Degradasi antosianin secara enzimatik menggunakan bakteri asam laktat akan menghasilkan komponen yang lebih sederhana, lebih stabil, dan diabsorbsi oleh tubuh lebih baik. Untuk itu, perlu dilakukan usaha untuk menggali potensi bakteri
asam
laktat
indigenous
dalam degradasi
enzimatik
antosianin.
Permasalahan yang harus dijawab melalui penelitian ini adalah adakah strain anggota kelompok bakteri asam laktat indigenous yang mempunyai kemampuan untuk mendegradasi antosianin? Sejauh mana peranannya dalam mendegradasi antosianin? Seberapa besarkah aktivitas enzimnya? Penggalian potensi bakteri asam laktat dalam mendegradasi antosianin ini penting untuk dilakukan supaya dapat diciptakan produk-produk inovatif yang mempunyai nilai biologis lebih baik.
3
1.2.
Kebaruan Penelitian Beberapa jenis beras mempunyai aktivitas antioksidan karena adanya
kandungan antosianin di dalamnya. Beras yang diketahui mempunyai aktivitas antioksidan adalah beras hitam, beras merah, beras coklat, baik dari jenis ketan (sticky) maupun bukan (Perera dan Jansz, 2000; Ling et al., 2001; Itani dan Ogawa, 2004; Tananuwong dan Tewaruth, 2010; Sompong et al., 2011). Peneliti tentang beras yang mempunyai sifat fungsional ini ditekankan pada besar kecilnya aktivitas antioksidan, kadar antosianin, kadar fenol, dan mineral yang terdapat di dalam beras berwarna serta sifat fungsionalitas lainnya. Komponen antosianin yang terdapat pada beras hitam (Oryza sativa L.) adalah sianidin-3-glikosida dan peonidin-3-glikosida (Hu et al., 2003; Abdel-Aal et al. 2006; Zawistwoski et al., 2009). Hiemori et al. (2009) mengidentifikasi adanya antosianin jenis lain pada beras hitam (Oryza sativa L. ssp. japonica var SBR), yaitu sianidin diheksosida (dalam 3 isomer yang berbeda) dan satu jenis sianidin heksosida selain sianidin-3-glukosida dan peonidin-3-glukosida. Jenis antosianin yang terdapat pada beras ketan hitam belum pernah dilaporkan. Beberapa spesies anggota kelompok bakteri asam laktat menunjukkan aktivitas enzim ȕ-glukosidase, suatu enzim yang telah diketahui mempunyai kemampuan untuk menghidrolisis senyawa glikosida seperti antosianin (Avila et al., 2009) dan isoflavon (Pyo et al., 2005). Pada penelitian yang dilakukan oleh Avila et al. (2009), isolat BAL yang digunakan merupakan mikroflora kolon dan akan membatasi pengembangan atau aplikasi di bidang pangan (sertifikasi halal). Penelitian tentang uji kemampuan bakteri asam laktat indigenous untuk
4
menghidrolisis glikosida flavonoid dalam biji kerandang telah dilakukan (Djafaar et al., 2013). Bakteri asam laktat indigenous telah banyak dipelajari kemampuannya sebagai bakteri yang berperan dalam fermentasi beberapa jenis makanan tradisional Indonesia, seperti asinan rebung, tempe, asinan sawi, growol, ikan asin, terasi, dan lain-lain (Rahayu et al., 2003). Namun belum ada publikasi yang menunjukkan adanya strain anggota kelompok bakteri asam laktat indigenous yang mempunyai kemampuan untuk hidrolisis antosianin (Rahayu et al., 2003; Putri et al., 2011; Djafaar et al., 2013). Komponen gula dalam glikosida mempengaruhi aktivitas biologis dan arah pemecahan antosianin oleh mikroorganisme. Komponen yang terdapat dalam beras ketan hitam kemungkinan dapat mempengaruhi arah pemecahan antosianin. Penelitian yang telah dilakukan oleh Avila et al. (2009) menunjukkan bahwa beberapa spesies anggota kelompok bakteri asam laktat Lactobacillus plantarum dan L. casei yang diisolasi dari kolon menunjukkan adanya aktivitas enzim ȕglukosidase. Adapun strain yang diuji dalam penelitian tersebut adalah L. plantarum IFPL711, IFPL715, IFPL722, IFPL724, IFPL935, dan dari spesies L. casei terdapat dua strain yang positif mempunyai aktivitas enzim ȕ-glukosidase, yaitu L.casei LC-01 dan L. casei IFPL7190. Lactobacillus plantarum dan L. casei menunjukkan aktivitas enzim membran bound, Bifidobacterium lactis BB-12 menunjukkan aktivitas enzim intraselular, dan L. acidophilus menunjukkan aktivitas enzim ǃ glukosidase intra dan ekstraselular. Hasil degradasi enzimatik antosianin murni malvidin-3-glukosida dan delfinidin-3-glukosida adalah asam
5
galat, asam homogenistat, asam siringat, asam ȡ kumarat, asam sinapat, dan asam DMB propionat serta beberapa senyawa yang tidak dapat diidentifikasikan. Penelitian ini diharapkan dapat memberikan informasi mengenai potensi pengembangan antosianin beras ketan hitam terfermentasi sebagai pangan fungsional sehingga dapat dikembangkan lebih lanjut menjadi produk pangan dengan kualitas yang lebih baik, terutama antosianin yang mempunyai bioaktivitas yang lebih baik. Secara umum dapat dirangkum bahwa kebaharuan dari penelitian ini terletak pada varietas beras ketan hitam yang digunakan, bakteri asam laktat yang mempunyai kemampuan untuk menghidrolisis antosianin dan diisolasi dari makanan tradisional, serta komponen kimiawi hasil degradasi antosianin beras ketan hitam oleh bakteri asam laktat indigenous. 1.3.
Rumusan Masalah Publikasi tentang identifikasi jenis antosianin yang terdapat pada beras
ketan hitam (black glutinous rice) belum ditemukan, sehingga perlu diketahui komponen antosianin apakah yang terdapat di dalam beras ketan hitam. Pada umumnya, beras ketan hitam yang beredar di masyarakat berasal dari varietas lokal yang telah dikembangkan bertahun-tahun. Salah satu varietas yang ditanam adalah varietas Setail. Perbedaan varietas, iklim wilayah penanaman, dan jenis tanah diperkirakan akan mempengaruhi kandungan antosianin yang terdapat di dalam beras. Untuk itu, perlu dilakukan pengujian jenis antosianin yang terdapat dalam beras ketan hitam dan berapa jumlah/kadar antosianinnya. Isolasi yang ditujukan untuk mengisolasi strain anggota kelompok bakteri asam laktat yang menunjukkan aktivitas enzim ǃ glukosidase dari makanan
6
fermentasi tradisional di Yogyakarta belum pernah dilakukan sebelumnya. Informasi tentang peranan BAL penghasil enzim ǃ glukosidase juga masih belum diketahui, sehingga perlu dicari informasi tentang sumber pangan tradisional yang mengandung bakteri ini. Beberapa informasi tentang isolat yang didapatkan penting untuk diketahui, guna menentukan tindakan atau pengembangan lebih lanjut, seperti aktivitas enzimnya, posisi enzim (intra, ekstraselular, ataukah membran bound), perubahan yang terjadi selama proses fermentasi, serta metabolit yang dihasilkannya. Bakteri asam laktat penghasil enzim ȕ-glukosidase yang mempunyai kemampuan untuk menghidrolisis antosianin beras ketan hitam belum pernah diisolasi sebelumnya, sehingga menimbulkan pertanyaan pada makanan fermentasi jenis apa sajakah yang kemungkinan besar mengandung bakteri jenis isolat ini. Isolasi lebih ditekankan pada bahan pangan tradisional olahan nabati dan terfermentasi. Bagaimana juga dengan aktivitas enzimnya? Koleksi kultur yang dimiliki oleh FNCC (Food and Nutrition Culture Collection) belum diketahui apakah mempunyai sejumlah isolat yang layak untuk dikembangkan sebagai starter dalam pengembangan pangan fungsional berbasis antosianin beras ketan hitam. Beberapa pustaka menyebutkan bahwa enzim ȕ-glukosidase merupakan enzim yang terikat membran sel (membrane bound) , dan intraselular namun ada juga yang menunjukkan adanya aktivitas enzim ekstraselular. Glikosida merupakan molekul yang tergolong besar, sehingga kemungkinan besar, sel membutuhkan sistem transport yang sangat kompleks untuk memasukkan
7
glikosida antosianin ke dalam sel. Informasi tentang keberadaan enzim penting untuk diketahui aplikasi enzim dalam proses pengolahan, terutama apabila dalam kegiatan penelitian ini diiperoleh isolat baru. Begitu juga dengan informasi tentang peran degradasi enzimatik ini terhadap antosianin sebagai senyawa bioaktif, masih menjadi pertanyaan.
1.4.
Tujuan Penelitian
Tujuan Umum Mendapatkan informasi tentang potensi bakteri asam laktat indigenous dalam degradasi enzimatik antosianin beras ketan hitam Tujuan Khusus 1. Mendapatkan informasi tentang karakteristik kimiawi antosianin ekstrak beras ketan hitam dan tape beras ketan hitam 2. Mendapatkan isolat BAL penghasil ȕ glukosidase dari makanan fermentasi tradisional dan mendapatkan informasi tentang kekerabatannya dengan spesies yang lain 3. Mengetahui perubahan sifat kimiawi medium selama fermentasi antosianin beras ketan hitam menggunakan BAL penghasil ȕ glukosidase menggunakan medium MRS termodifikasi 4. Mengetahui metabolit hasil degradasi enzimatik antosianin oleh BAL 1.5.
Manfaat Penelitian
1. Memperoleh informasi tentang potensi beras ketan hitam sebagai bahan pangan fungsional
8
2. Memperoleh informasi tentang kemampuan tumbuh bakteri asam laktat yang mempunyai kemampuan tumbuh pada media yang kaya akan antosianin beras ketan hitam dan mampu mendegradasi antosianin tersebut. 3. Memperoleh informasi tentang stabilitas antosianin selama proses fermentasi menggunakan isolat bakteri asam laktat yang mempunyai kemampuan untuk mendegradasi antosianin beras ketan hitam. 4. Dapat digunakan sebagai informasi awal tentang penelitian lanjutan. Terutama untuk
pengembangan
antosianin
sebagai
pewarna
alami
pada
makanan/minuman fermentasi dengan memanfaatkan bakteri asam laktat sebagai mikroorganisme yang dapat memperbaiki proses.
9
