Peran Mikroba dan faktor yang mempengaruhi Marlia Singgih Wibowo School of Pharmacy Institut Teknologi Bandung
Kontaminasi mikroba pada makanan
Jamur yang dapat dan tidak dapat dimakan
Mikroba pada makanan Yogurt, dibuat dari fresh skim milk, dididihkan dan dipekatkan dengan cara evaporasi. Kultur bakterinya, Lactobacillus bulgaricus dan
Streptococcus thermophilus, dan kadang2 Lactobacillus acidophilus.
Pembuatan keju (cheese)
Di Belanda
Di USA
Pembuatan Wine
Mikroba vs Makanan ► Penggunaan
mikroorganisme sejak jaman dahulu: pembuatan alkohol (10000 BC), produksi CO2 untuk ragi roti (4000 BC), Makanan tradisional : tempe, keju, tape, beras angkak, dll.
Mikroorganisme yang berhubungan dengan makanan Mikroba kontaminan/patogen (yang merusak makanan) 2. Mikroba penghasil makanan 1.
Tujuan penggunaan mikroba dalam makanan Metode baru dalam penanganan makanan dan pengawetan 2. Untuk food additive (polimer mikroba, asam amino asal mikroba) 3. Penggunaan enzim dalam proses pembuatan makanan 4. SCP (Single Cell Protein) 1.
Peran mikroba dalam makanan ► Produk
susu (Keju, Yogurt, Butter, Butter-milk, Sour cream) ► Produk biji-bijian/sereal (Roti, hidrolisat amilum) ► Brewing (Bir, Wine, produk spirit, Cider, Vinegar) ► Produk protein (makanan fermentasi, SCP, Mycoprotein, ) ► Food additive (Acidulant, asam amino, vitamin, pigmen, Flavourings, minyak dan lemak, gum dan pengental lain, ) ► Buah dan Sayuran ( sayuran asinan, produk soya, jus buah)
Cara-cara pengawetan makanan ► Pendinginan
Pengasapan ► Pengalengan ► Pengeringan ► Pemanisan ► Pengasinan ► Irradiasi ►
Peran mikroba dalam pengembangan obat? ► Antibiotik ► Senyawa ► Hormon ► dll
anti-kolesterol
Penemuan awal antibiotik ► In
1928, Alexander Fleming menemukan penisilin antibiotik pertama yang dihasilkan oleh suatu jamur (mould) Penicillium notatum yang tumbuh di atas cawan yagng berisi bakteri Staphylococcus yang sedang tumbuh. ► Selanjutnya walaupun telah diencerkan 800 kali kultur jamur tersebut tetap dapat menghambat pertumbuhan bakteri.
Struktur dasar Penisilin
Alexander Flemming, 1928
Biosintesis penisilin dan sefalosporin L--aminoadipic acid
L-cysteine
L-valine
-(L--aminoadipyl)-L-cystein
-(L--aminoadipyl)-L-cystein-D-valine
Siklisasi 2 tahap
3 prekursor asam amino: L-valine, L-cystein, L--aminoadipat
Isopenicilin N C.Acremoneum, Streptomyces sp. Penicilin N Deacetoxycephalosporin C Deacetylcephalosporin C
Cephalosporin C
Penicillium chrysogenum Penicilin G
Perkembangan penemuan antibiotik ►
►
► ►
Di tahun 1939, Ernst Chain dan Howard Florey mengembangkan cara mengisolasi penisilin dan menggunakan nya pada Perang Dunia II. Beberapa strategi telah dilakukan untuk menemukan senyawa antibiotik baru. Kandidat yang Potential sebagai natural antibiotics ditemukan dengan cara screening terhadap spesies bakteri dan fungi yang memiliki aktivitas antimikroba. Semi-sintetik antibiotik dibuat dengan cara memodifikasi
natural antibiotics
Obat Sintetik dirancang dengan mempelajari mekanisme virulensi bakteri patogen
►
Kebutuhan antibiotik sejak 1940 sampai sekarang (Sumber : Timeline of Antibiotics)
Top 25 Biotechnol Company (2011) ► ► ► ► ► ► ► ► ► ► ► ►
Abbott Laboratories Amgen, Inc. AstraZeneca Pharmaceuticals Bayer HealthCare Pharmaceuticals Biogen Idec Inc. Boehringer Ingelheim Pharmaceuticals, Inc. Bristol-Myers Squibb Company Chiron Corporation Eli Lilly and Company Forest Laboratories. Genentech, Inc. Genzyme Corporation
► ► ► ► ► ► ► ► ► ► ► ► ►
Gilead Science, Inc. GlaxoSmithKline LLC Johnson & Johnson Merck / Schering-Plough Pharmaceuticals MGI Pharma, Inc./ Eisai Millennium Pharmaceuticals, Inc. Mylan Pharmaceuticals Corporation Novaris Pharmaceuticals Corporation Pfizer Roche Diagnostics Corporation Sanofi-Aventis Takeda Pharmaceuticals North America, Inc. Teva Pharmaceutical Industries Ltd.
Berbagai cara penemuan obat baru
Obat baru untuk TB Setelah Percobaan klinik tahap I dilanjutkan kepada tahap II dan III, persetujuan dari Badan pengawasan Makanan dan Obat (FDA) diberikan kepada Antibiotik bagi TB itu kini diberi nama diarylquinolones. Diarylquinolone TMC207 merupakan preparat baru yang mempunyai potensi sebagai antituberculosis. Mekanisme antituberculosis dari diarylquinolone TMC207 ini adalah dengan cara menghambat sintetase-ATP dari kuman Mycobaterium.
Metabolit sekunder untuk pertahanan diri atau kompetisi dengan mikroba lain
Bagaimana mikroorganisme tumbuh? Faktor apa saja yang mempengaruhi pertumbuhannya? Bagaimana mengendalikan pertumbuhan mikroorganisme?
Kurva pertumbuhan mikroorganisme (sistem batch)
c Biomasa
d
(X)
e µ x = dX/dt µ =laju pertumbuhan
b
X=konsentrasi sel t=waktu
a Waktu (t) Ket : a: fase lag ; b: fase log ; c:fase stasioner ; d:fase kriptik ; e:fase kematian
Faktor yang mempengaruhi Pertumbuhan Mikroorganisme ► Faktor
Intrinsik : pH, moisture content, Potensial oksidasi-reduksi, kandungan nutrisi, kandungan antimikroba, struktur biologi, dll. ► Faktor Ekstrinsik : temperatur, kelembaban relatif lingkungan, konsentrasi gas di lingkungan, dll.
pH ► ► ► ► ►
► ►
Mikroba biasanya tumbuh baik pada rentang pH tertentu. Bakteri tumbuh baik pada rentang pH 4-8, Ragi pada rentang pH 3-6 Fungi dan eukariot lain pada 6,5-7,5, Rentang pH intrasel biasanya lebih sempit. Contoh : E.coli tumbuh pada pH 6,5 -8, tetapi pH intraselnya adalah 7,8. Thiobacillus ferrooxidans tumbuh baik pada pH 2 tetapi pH intraselnya adalah 6,5. pH yang berbeda ini dapat disebabkan oleh karena proses metabolisme yang terjadi di dalam sel, misalnya akumulasi produk metabolisme yang asam atau basa, sesuai kebutuhan pertumbuhannya.
Kandungan nutrisi ► ► ► ► ►
air sumber energi (karbon) sumber nitrogen mineral vitamin dan faktor pertumbuhan lain
Elemen dalam sel mikroorganisme Elemen C O
% brt.krng 50 20
N
14
H P S K
8 3 1 1
Na
1
Ca Mg Cl
0,5 0,5 0,5
Fungsi fisiologis komponen sel organik komponen sel organik, Akseptor e- pd respirasi utk protein, as.nukleat, Ko-enzim komponen sel organik Fosfolipid, as.nukleat as.amino, protein kation dan kofaktor pd reaksi enzimatis kation dan membran transpor kation dan kofaktor kation dan kofaktor anion
Komposisi rata-rata sel mikroba Mikroba % C
%N
% Protein
% KH
%Lipid %As. %Abu Nukleat
Bakteri
48
12
55
9
7
23
6
Ragi
48
57
40
38
8
8
6
Kapang
48
56
32
49
8
5
6
KOMPONEN MEDIUM UNTUK MIKROBA Karbon : Sebagai sumber energi dan komponen utama biomasa ► Sumber karbon dapat berasal dari : Polisakarida atau monosakarida, contoh: Karbohidrat, glukosa, molase, amilum, malt extract, dll. ►
Nitrogen : Sebagai sumber pembentukan komponen utama sel ► Sumber nitrogen dapat berasal dari : garam ammonium, urea, asam amino, sumber kompleks seperti CSL (Corn Steep Liquor), yeast extract, peptone, dll. ►
Mineral : P, K, Na, Mg, S, Ca, dll ► P sebagai salah satu unsure penting dalam pembentukan asam nukleat (dalam bentuk Fosfat), S sebagai unsure pembentukan beberapa asam amino esensial, Mg sebagai kofaktor dalam proses fosforilasi. ►
Unsur-unsur lain : trace elements, misalnya : vitamin, EDTA, dll ► Air : komponen utama terbesar dalam medium ► Oksigen : kebutuhan utama mikroba aerob sebagai akseptor elektron pada proses respirasi, yang umumnya diperoleh dari komponen air (H2O) ►
Pengaruh komposisi media terhadap morfologi mikroorganisme
Kandungan antimikroba ► Makanan
: Stabilitas makanan yang tahan terhadap pertumbuhan mikroba salah satunya adalah apabila di dalam makanan tersebut mengandung senyawa-senyawa yang bersifat antimikroba. Misalnya kandungan asam benzoat dalam buah cranberries, atau eogenol dalam cengkeh, lactenin dalam susu segar, dll.
Struktur biologi ► Pada
beberapa bahan alam, misalnya bijibijian atau tanaman, strukturnya dapat mencegah masuknya mikroba ke dalam makanan, misalnya, kulit buah, kulit biji, kulit telur dll.
Pengaruh temperatur terhadap mikroorganisme ► Untuk
keperluan produksi : temperatur lingkungan
► Untuk
keperluan analisis : temperatur inkubasi
► Untuk
keperluan sterilisasi : temperatur pemanasan
perlu disesuaikan dengan kebutuhan optimum pertumbuhan mikroorganisme produksi
selama analisis harus disesuaikan dengan temperatur optimum pertumbuhan mikroba uji untuk membunuh mikroorganisme kontaminan dihitung berdasarkan beberapa pertimbangan (mis. Jumlah mikroba asal, lama pemanasan, ukuran produk, dll.)
Pengaruh temperatur terhadap mikroorganisme ► Kematian
mikroorganisme yang disebabkan karena temperatur mengikuti orde pertama, bahwa pada pemberian temperatur lethal, kecepatan kematian tergantung pada jumlah sel hidup yang ada. ► Persamaan matematiknya : dN/dt = -c N (kecepatan kematian/rate of death = konstanta proporsionalitas x jumlah sel hidup) Catatan : Tanda minus menunjukkan penurunan jumlah sel.
► Utk
mendptkan informasi ttg jumlah sel yang bertahan (survived) setelah beberapa periode pemanasan yg berbeda2, persamaan ini dpt diintegrasikan antara waktu 0 s/d t sehingga memberikan persamaan :
Log e (N/N0) = -c t sehingga :
Log
10
(N/N0) = - k t
► Dari
persamaan tsb kita dapat menurunkan suatu ukuran ketahanan organisme terhadap panas, yang berguna untuk perhitungan proses lethal karena panas. Nilai D diperoleh dengan memplot log 10 jumlah mikroba yang bertahan hidup terhadap waktu , sehingga persamaan nya menjadi
D = (t2 – t1) (Log N1 – log N2)
Kurva lethal mikroorganisme Nilai D atau waktu pengurangan desimal adalah waktu pada temperatur tertentu yang diperlukan bagi populasi yang survive berkurang sebesar 1 siklus log, yaitu 90% atau terjadi pengurangan jumlah mikroba sampai tersisa 10%.
Log N
N1 N2
D
t (waktu)
D = (t2 – t1) (Log N1 – log N2) ►
►
►
Akibat persamaan ini kita tdk dapat meramalkan berapa desimal penurunan suatu panas yang harus dicapai untuk mensterilkan suatu produk (jumlah mikroba=0) karena tidak ada Log N2 bila N2 = 0. Bila pada awal jumlah mikroba adalah 10n dan setelah proses panas menyebabkan penurunan desimal n (nD), maka pada nD, akan ada tinggal 1 mikroba yg survive di dlm produk (karena log 1 = 0). Nilai D pada suatu suhu dinyatakan dalam bentuk : D65, D72, dsb.
► Jika
kita berikan proses panas lebih lama, misalnya (n+1)D, (n+2)D atau (n+4)D, maka jumlah yg dapat bertahan menjadi 10 -1, 10 -2 atau 10 -4. ► Hal ini bukan berarti nilainya kurang dari satu, tetapi yang dimaksud adalah terdapat 1 sel mikroba dalam setiap 10 produk, 1 dalam 100 atau 1 dalam 10.000.
Contoh ►
►
►
Jika D72 Salmonella senftenberg galur 775W (Salmonella yang paling tahan panas) di dalam susu adalah 1,5 detik, jadi proses pasteurisasi HTST (15 detik pada 72° C) akan menghasilkan penurunan jumlah sel 10D. Jika diasumsikan keberadaan Salmonella di dalam susu segar adalah 1 CFU per liter, maka setelah pasteurisasi akan berkurang menjadi 10 -10 CFU per lt atau 1 CFU per (10 10 lt). Hal ini berarti : bila susu tersebut dikemas dalam wadah 1 liter , 1 pak dari 10 10 pak akan mengandung Salmonella.
tingkat kontaminasi Salmonella lebih tinggi, misalnya terdapat jumlah awal 104 cfu /lt , maka dengan pemanasan yang sama akan menghasilkan kesimpulan : kandungan Salmonella kemungkinan ada 1 (satu) dari 106 (sejuta) produk.
► Jika
Sensitivitas termal yang diukur sebagai nilai D dapat bervariasi dan tergantung pada faktor lain selain sensitivitas panas intrinsik. Faktor tsb antara lain : ►
►
►
Fase atau tahap pertumbuhan mikroba. Sel-sel pada tahap stasioner umumnya lebih tahan panas dibandingkan sel-sel pada fasa logaritmik. Komposisi medium tempat pertumbuhan mikroba. Kandungan lemak atau penambahan sukrosa dapat meningkatkan ketahanan thp panas,. Oleh karena itu untuk makanan yang tinggi lemak atau tinggi kadar gulanya proses pasteurisasi akan lebih lama dibandingkan untuk susu saja. Contoh : D70 Salmonella senftenberg galur 775W untuk susu coklat adalah 6 – 8 jam, sedangkan untuk susu murni hanya beberapa detik saja. pH. Perubahan pH dapat pula meningkatkan ketahanan sel terhadap panas, misalnya pH di atas 8 atau dibawah 6.
