SELEKSI BAKTERI ASAM LAKTAT INDIGENUS SEBAGAI GALUR PROBlOTlK DENGAN KEMAMPUAN MEMPERTAHANKAN KESEIMBANGAN MIKROFLORA FESES DAN MEREDUKSI KOLESTEROL SERUM DARAH TlKUS
OLEH NETTY KUSUMAWATI
PROGRAM PASCA SARJANA INSTITUT PERTANIAN BOGOR 2002
ABSTRAK NETTY KUSUMAWATI. Seleksi Bakteri Asart1 Laktat Indigenus sebagai Galur Probiotik dengan Kemampuan Metnpertahankan Keseimbangan Mikroflora Feses dan Mereduksi Kolesterol Serum Darah Tikus Dibimbing oleh BETTY SRI LAKSMl JENIE, SIS\VA SETYAHADI, dan RATIH DEWANTI-HARIYADI. Sebanyak 18 galur bakteri asam laktat yang diisolasi dari makanan fermentasi Indonesia diuji potensinya sebagai galur probiotik yang meliputi ketahanan terhadap asam dan garam empedu, kemampuan met~gasimilasi kolesterol dan ~tlenghambat bakteri patogen yaitu Bacilltrs cereus, Staphy1ococctr.s aurerrs dan Escherrchia coli. Semua galur yang diuji menunjukkan toleransi yang tinggi untuk tumbuh pada lingkungan asam, sedangkan ketahanannya terhadap garam empedu beragam untuk masing-masing galur. Galur-galur bakteri asam laktat tersebut juga menunjukkan kemampuan untuk mengasimilasi kolesterol, serta memiliki aktivitas penghambatan terhadap bakteri patogen yang diuji dengan derajat yang berbeda secara nyata (p>0,05) untuk masing-masing galur. Tiga galur bakteri asam laktat yaitu Lacrobacillrt.s plunta~wnr sa28k, Lacfobacill?rs crcidophi11r.s FNCC116 dan L.uctobacillr~.s casei FNCC262 yang memiliki ketahanan yang baik untuk tumbuh pada lingkungan yang asam dan mengandung garam empedu serta menunjukkan kemampuan yang besar untuk mengasimilasi kolesterol, diuji lebih lanjut pengaruh hipokolesterolemiknya pada tikus Sprague Dawley dalam bentuk susu fermentasi. Setelah 4 minggu perlakuan pemberian susu fermentasi, tikus yang menerima susu yang difermentasi oleh ketiga galur bakteri asam laktat tersebut memiliki kadar kolesterol serum darah yang secara nyata lebih rendah (p>0,05) dibandingkan dengan tikus yang diberi susu non fermentasi (kontrol). I,. pla~~tnr~mi sa28k, I,. acidophilr~sFNCC 1 16, dan Lactohac~lluscasei J3JCC343 memiliki ketahanan yang baik untuk tumbuh pada lingkungan yang asam dan mengandung garam empedu serta menunjukkan aktivitas penghambatan yang tinggi terhadap ketiga bakteri patogen, sehingga diuji lebih lanjut pengaruhnya terhadap komposisi mikroflora feses tikus dalam bentuk susu fermentasi. Hasil pengujian menunjukkan bahwa konsumsi susu yang difermentasi pleh galur bakteri asam laktat tersebut menyebabkan peningkatan yang nyata (p>0,05) terhadap jumlah laktobasili, yang diiringi dengan penurunan yang nyata (p>0,05) jumlah bakteri koliform dan stafilokoki pada feses tikus Hasil dari penelitian ini menunjukkan bahwa galur bakteri asam laktat indigenus yang diisolasi dari makanan fermentasi Indonesia dapat dipertimbangkan sebagai galur probiotik yang memiliki pengaruh yang menguntungkan untuk mempertahankan keseimbangan mikroflora usus dan mereduksi kolesterol serum darah.
SURGT PERNYATAAN
Dengan ini saya menyatakan bahwa tesis yang berjudul : SELEKSI BAKTERI ASAM LAKTAT INDIGENUS SEBAGAI GALUR PROBIOTIK DENGAN KEMAMPUAN MEMPERTAHANKAN KESETMBANGAN MIKROFLORA FESES DAN MEREDUKSI KOLESTEROL SERUM DARAH TIKUS
adalah benar merupakan hasil karya saya sendiri dan belum pernah dipublikasikan. Semua sumber data dan informasi yang digunakan telah dinyatakan secara jelas dan dapat diperiksa kebenarannya.
Bogor, 25 S ptember 2002
/'I
SELEKSI BAKTERI ASAM LAKTAT INDIGENUS SEBAGAI GALUR PROBIOTIK DENGAN KEMAMPUAN MEMPERTAHANKAN KESEIMBANGAN MIKROFLORA FESES DAN MEREDUKSI KOLESTEROL SERUM DARAH TIKUS
NETTY KUSUMAWATI
Tesis sebagai salah satu syarat untuk memperoleh gelar Magister Sains pada Program Studi Ilmu Pangan
PROGRAM PASCA SARJANA INSTITUT PERTANIAN BOGOR 2002
Judul Tesis
Seleksi Bakteri Asam Laktat Indigenus sebagai Galur Probiotik dengan Kemampuan Mempertahankan Keseimbangan hlikroflora Feses darl Mereduksi Kolesterol Serum Darah Tikus Nama : Netty Kusumawati NRP : 99216 Program Studi : Iltnu Pangan .
Menyetuj ui, I. Konlisi Pembimbing
Prof.Dr.Ir. Betty ~ ; Laksmi i Jenie. MS Ketua
pe*~
Dr.Ir. Ratih Dewanti-Hariyadi Anggota
Dr.lr. Siswa Setyahadi Anggota
Mengetahui, 2 Ketua Program Studi Ilmu Pangan
Prof Dr Ir Betty Sri Laksmi Jenie. MS
Tanggal Lulus : 25 September 2002
3 Direktur Program Pascasarjana
RIWAl'AT HIDUP Penulis dilahirkan di Sidoarjo - Jawa Timur pada tanggal 30 Desember 1971 sebagai anak kedua dari tiga bersaudara dari ayah Ngaderi dan ibu Siti Lusiya. Pendidikan sarjana ditemp~ih di Program Studi Teknologi Hasil Pertanian, Jurusan Teknologi Pertanian, Universitas Brawijaya Malang, lulus pada tahun 1995. Pada tahun 1999 penulis diterima di Program Studi Ilmu Pangan pada Program Pascasarjana IPB dan memperoleh gelar Magister Sains pada tahun 2002. Penulis bekerja sebagai staf pengajar di Universitas Katolik Widya Mandala Surabaya pada Fakultas Teknologi Pertanian sejak tahun 1996 sampai sekarang.
PRAKATA Puji syuAur kehadirat Tuhan Yang Maha Kuasa yang telah memberikan karunia dan tuntunanNya sehingga penulis dapat menyelesaikan karya ilmiah ini. Karya ilmiah yang berjudul "Seleksi Bakteri Asam Laktat Indigenus sebagai Galur Probiotik dengan Kemampuan Mempertahankan Keseimbangan Mikroflora Feses dan Mereduksi Kolesterol Serum Darah Tikus" ini ditulis berdasarkan data hasil penelitian yang dilakukan penulis mulai Agustus 200 1 sampai April 2002 di Laboratorium Mikrobiologi Pangan dan Kimia Pangan PAU P B , Laboratorium Biokimia dan kandang hewan percobaan Jurusan Teknologi Pangan dan Gizi IPB serta Laboratorium Fermentasi Pangan, Pusat Pengkajian dan Penerapan Teknologi Bioindustri, BPPT Serpong Atas terselesaikannya karya ilmiah ini penulis ingin menyampaikan penghargaan dan ucapan terimakasih yang mendalam kepada banyak pihak sebagai berikut. Kepada Unika Widya Mandala Surabaya yang telah memberikan kesempatan dan dana untuk menempuh pendidikan di Program Studi Ilmu Pangan, dan juga kepada Pusat Pengkajian dan Penerapan Teknologi Bioindustri, BPPT atas bantuan dana untuk penelitian. Kepada Ibu YrofDr.Ir. Betty Sri Laksrni Jenie, MS, Bapak Dr. Siswa Setyahadi dan Ibu Dr.1r. Ratih Dewanti-Hariyadi, MSc sebagai dosen pembimbing atas semua bimbingan dan bantuannya. Kepada Ibu Dr.Ir. Nurheni Palupi atas kesediaannya menjadi dosen penguji dan masukannya. Ucapan terima kasih juga disampaikan kepada Ibu Dr. Ingrid Surono atas bantuannya mengusahakan kultur dan bahan kimia, Ibu Ir Chandra Utami Wirawati MSi atas pemberian kultur bakteri asam laktat dari tempoyak, dan Ibu Ir. Retno W. atas bantuan dan kerjasamanya di Lab. Fermentasi Pangan BPPT Serpong, serta kepada Ibu Dr.Ir. Lilis Nuraida, MSc atas ijinnya menggunakan literatur koleksi beliau. Kepada Mbak Ari FM di Lab. Mikrobiologi Pangan, Mas Adi dan Bapak Wahid di Lab. Biokimia dan kandang hewan percobaan serta Bapak Taufik di Lab. Kimia Pangan atas bantuannya selama melakukan penelitian. Kepada teman-teman IPN angkatan '99 terutama teman-teman di Sub Program Mikrobiologi Pangan Ardi, Evan, Evi dan Fatim, Mbak Tina dan Mbak Epril, Christin, Indria dan Daisy, juga semua teman-teman di Lab. Mikrobiologi Pangan, atas persahabatan dan kebersamaannya. Ucapan terimakasih yang amat besar kepada keluargaku terkasih: Ibu, Bapak, adikku Penny, kakakku Nenny dan Catur, Ezra, atas dukungan. doa dan kasih sayangnya. Mungkin ada banyak pihak yang tidak dapat disebutkan satu persatu yang telah memberikan bantuan dan dukungan selama pembuatan karya ilmiah ini, untuk itu penulis mengucapkan banyak terima kasih. Semoga karya ilmiah ini bermanfaat.
Bogor, Oktober 2002 Netty Kusumawati
DAFTAR IS1 Halaman
DAFTAR TABEL
..........................................................
DAFTAR GAM-BAR . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . DAFTAR LAM.PIRAN . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . PENDAHLILUAN Latar Belakang . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . ............................................................... Tujuan Penelltian .. Manfaat Penelitian . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . TWJAUAN PUSTAKA . . Problotik . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Karakteristik. Klasifikasi datl Aplikasi Bakteri Asam Laktat Susu Fermentasi . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Ketahanan Bakteri Asam Laktat terhadap Garam Empedu . . . . . . . Ketahanan Bakteri Asam Laktat terhadap pH Rendah . . . . . . . . . . . . . Aktivitas Antimikroba Bakteri Asam Laktat . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Mikroflora Usus . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Pengaruh Probiotik terhadap h.likroflo1-aUsus . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Struktur dan Metabolisme Kolesterol dalam Tubuh . . . . . . . . . . . . . . . Pengaruh Probiotik terhadap Kolesterol Serunl Darah . . . . . . . . . . . . METODE PENELITIAN Bahan . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . P!at
............................................................................
Prosedur Pelaksanaan Penelitian Persiapan Kultur Bakteri Asam Laktat . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Pengujian Ketahanan terhadap Asam . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Pengujian Ketahanan terhadap Garam Empedu . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Pengujian Aktivitas Antagonistik terhadap Bakteri Patogen . . . . . . . . . . Pengujian Asimilasi Kolesterol ............................................ Persiapan Kandang. Pemberian Ransum dan Susu Fermentasi serta Penimbangan Berat Badan Tikus . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Pengujian Mikroflora Feses Tikus . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Pengujian Kolesterol Serum Darah Tikus ................................ .. Pengujian Statistika . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
xii
HASIL DAN PEMBAHASAN Ketahanan terhadap pH Rendah . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Ketahanan terhadap Ciaram Empedu . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Aktivitas Antagonistik Bakteri Asam Laktat terhadap Bakteri Patogen Aktivitas Asimilasi Kolesterol . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Pemilihan Galur untuk Uji 111-vivo . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Pengaruh Pemberian Susu yang Difermentasi oleh Bakteri Asam Laktat terhadap Berat Badan Tikus . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Pengaruh Pemberian Susu yang Difermentasi oleh Bakteri Asam Laktat terhadap Mikroflora Feses Tikus . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. Laktobaslll .................................................................... Laktobasili Tahan terhadap Garam Empedu . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Koliform . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Stafilokoki . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Pengaruh Susu yang Difermentasi oleh Bakteri Asam Laktat terhadap Kolesterol Serum Darah Tikus . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . KESIMPULAN DAN SARAN Kesimpulan ...................................................................... Saran .............................................................................. DAFTAR PUSTAKA L AMPIRAN
.............................................................
............................................................................
DAFTAR TABEL Halaman Beberapa bakteri asam laktat yang sering digunakan dala~nproduk fermentasi susu . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
10
Mikroor~anismeyang digunakan dalam produk probiotik
.............
11
........................
19
Komposisi mikroflora pada saluran pencernaan
Hasil-hasil penelitian efek susu fermentasi terhadap mikroflora feses ............................................................................
24
Hasil-hasil penelitian uji asimilasi kolesterol . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
29
Hasil-hasil penelitian efek hipokolesterolemik dari bakteri asam laktat . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
32
Galur bakteri asam laktat asal makanan fermentasi
34
..
Komposlsi ransum tikus
.....................
....................................................
Komposisi campuran mineral untuk ransum tikus . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
41 41
DAFTAR GAMBAR
Mekanisme pengaruh probiotik berupa sel hidup dan tidak hidup terhadap kesehatan ..........................................................
6
Diagram skematik sirkulasi hepatik asam empedu
12
Hubungan antara flora usus dan tubuh manusia
......................
.........................
Faktor-faktor yang mempengaruhi flora usus ............................
20
Struktur kolesterol
25
...........................................................
Skema garis besar penelitian ................................................
36
Tikus Sprague Dawley dewasa (a) dan kandang metabolit (b) ........
40
Diagram alir pembuatan susu fermentasi
.................................
42
Aorta abdominal tempat pangambilan darah tikus ......................
44
Alat analisa kolesterol serum darah
44
.......................................
Pengaruh pH rendah terhadap selisih jumlah koloni bakteri asam laktat yang tumbuh pada kontrol dan perlakuan ..................
46
Pengaruh garam empedu 1% terhadap selisih jumlah koloni bakteri asam laktat yang tumbuh pada kontrol dan perlakuan . . . . . . . . . . . . . . . . . .
51
Pengaruh garam empedu 5% terhadap selisih jumlah koloni bakteri asam laktat yang tumbuh pada kontrol dan perlakuan . . . . . . . . . . . . . . . . . .
52
Aktivitas antagonistik bakteri asam laktat terhadap B. cereus
.........
55
Aktivitas antagonistik bakteri asam laktat terhadap S . atruerrs
.........
55
Aktivitas antagonistik bakteri asam laktat terhadap E. coli 17.
20
Aktivitas asimilasi kolesterol oleh bakteri asam laktat
.............
56
..................
60
Halaman 1 8.
Diagram pemilitlan galur untuk uji in-vivo
19.
Pengaruh pemberian susu yang difermentasi oleh bakteri asam laktat terhadap berat badan tikus . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
66
Pengaruh pemberian susu yang difermentasi oleh bakteri asam laktat terhadap jumlah laktobasili pada feses tikus . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
68
Pengaruh pemberian susu yang difermentasi oleh bakteri asam laktat terhadap jumlah laktobasili tahan terhadap garam empedu pada feses tikus . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
71
Pengaruh pemberian susu yang difermentasi oleh bakteri asam laktat terhadap jumlah koliform pada feses tikus . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
73
Pengaruh pemberian susu yang difernlentasi oleh bakteri asatn laktat terhadap jumlah stafilokoki pada feses tikus . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
77
Pengaruh pemberian susu yang difermentasi oleh bakteri asarn laktat terhadap total kolesterol serum darah tikus . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
78
20.
21.
22.
23.
24.
..............................
64
DAFTAR LAMPIRAN
Halaman 1.
Data dan analisis ragam pengujian ketahanan terhadap pH i-endah
2.
Data dan analisis ragam pengujian ketahanan terhadap garam empedu 1%
92
3.
Data dan analisis ragam pengujian ketahanan terhadap garam empedu 5%
93
4.
Data dan analisis ragam pengujian aktivitas antagonistik terhadap H. cereus
94
5.
Data dan analisis ragam pengujian aktivitas antagonistik terhadap S azrrelrs
95
6.
Data dan analisis ragam pengujian aktivitas antagonistik terhadap E. coli...
96
7.
Data dan analisis ragam pengujian asimilasi kolesterol
.........................
97
8.
Data pengujian jumlah bakteri asam laktat dalam susu fermentasi ............
98
9.
Data dan analisis ragam pengujian pengaruh susu yang difermentasi oleh bakteri asam laktat terhadap peningkatan berat badan tikus .....................
99
Data dan analisis ragam uji pengaruh susu yang difermentasi oleh bakteri asam laktat terhadap jumlah laktobasili pada feses tikus pada pengujian hari ke-14 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
100
Data dan anaiisis ragam uji pengaruh susu yang difermentasi oleh bakteri asam laktat terhadap jumlah laktobasili pada feses tikus pada pengujian hari ke-30 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
101
Data dan anaiisis ragam uji pengaruh susu yang diferinentasi oleh bakteri asam laktat terhadap jumlah laktobasili tahan terhadap garam empedu pada feses tikus . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
102
Data dan analisis ragam uji pengaruh susu yang difermentasi oleh bakteri asam laktat terhadap jumlah koliform pada feses tikus pada pengujian hari ke-14 ....................................................................................
103
Data dan analisis ragam uji pengaruh susu yang difermentasi oleh bakteri asam laktat terhadap jumlah koliform pada feses tikus pada pengujian hari ke-30 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
104
10.
11.
12.
13.
14.
...........
91
15.
16.
17
Data dan analisis ragam uji pengaruh susu yang difermentasi oleh bakteri asam laktat terhadap jumlah stafilokoki pada feses tikus pada pengujian hari ke-14 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
105
Data dan analisis ragam uji pengaruh susu yang diferrnentasi oleh bakteri asam laktat terhadap jumlah stafilokoki pada feses tikus pada pengujian hari ke-30 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
106
Data total kolesterol serum darah tikus awal dan setelah diberi pakan tinggi kolesterol serta data dan analisis ragam uji pengaruh susu yang difermentasi oleh bakteri asam laktat terhadap total kolesterol serum darah tikus . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 107
