Prosiding Seminar Nasional Kimia dan Pembelajarannya, , ISBN : 978-602-0951-12-6 Jurusan Kimia FMIPA Universitas Negeri Surabaya, 17 September 2016
POTENSI Lactobacillus plantarum B1765 SEBAGAI PENGHASIL SCFA DALAM PROSES FERMENTASI PIKEL UMBI YAKON (Smallanthus sonchifolius)
POTENTION OF Lactobacillus plantarum B1765 TO PRODUCING SCFA IN THE FERMENTATION PROCESS OF YAKON (Smallanthus sonchifolius) ROOT PICKLES Kharisma Nur Puspitasari* dan Prima Retno Wikandari Jurusan Kimia, Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam Universitas Negeri Surabaya Jl. Ketintang Surabaya (6023), telp 031-8298761 *Corresponding author, e-mail:
[email protected] Abstrak. Asam lemak rantai pendek (SCFA) dapat dihasilkan oleh bakteri asam laktat dalam suatu proses fermentasi suatu bahan makanan yang mengandung fruktans. Umbi yakon merupakan salah satu sumber makanan yang mengandung fruktans. Selama ini potensi Lactobacillus plantarum B1765 untuk menghasilkan SCFA dari pikel umbi yakon sebagai salah satu sumber fruktans belum pernah dilakukan. Lactobacillus plantarum B1765 terbukti mampu tumbuh pada medium umbi yakon dibuktikan dengan adanya penurunan pH selama proses fermentasi selama 7 hari pada 37 oC dari 7,2 menjadi 3,18. Perubahan pH menunjukkan bahwa dalam produk pikel umbi yakon terdapat SCFA akibat dari metabolisme Lactobacillus plantarum B1765 selama proses fermentasi. Analisis menunjukkan bahwa pada proses fermentasi umbi yakon oleh Lactobacillus plantarum B1765 didapatkan asam propionat dengan konsentrasi tertinggi (1.182,296 mg/L), diikuti asam asetat (803,284 mg/L), asam butirat (375,413 mg/L) dan asam laktat (371,014 mg/L). Kata Kunci: Umbi yakon, fruktans, fermentasi, bakteri asam laktat, SCFA Abstract. Short Chain Fatty Acids (SCFA) can be produced by lactic acid bacteria in a fermentation process of fructans. Yacon root is one of the food that containing fructans. During this time the potential of Lactobacillus plantarum B1765 to produce SCFA from yacon root as a source of fructans has never been done. Lactobacillus plantarum B1765 proved able to grow on medium yacon root evidenced by a pH decreased during fermentation for 7 days at 37 oC from 7,2 to 3,18.pH changes indicated that the yacon roots pickel are SCFA result from the metabolism of Lactobacillus plantarum B1765 during the fermentation process. Analysis showed that the fermentation process of yacon root by Lactobacillus plantarum B1765 obtained with the highest concentration (1.182,296 mg/L), followed by acetic acid (803,284 mg/L), butiric acid (375,413 mg/L), and lactic acid (371,014 mg/L). Keywords: Yakon root, fructans, fermentation, lactic acid bacteria, SCFA
158,3 mg, sukrosa 74,5 mg, dan fruktans dengan kandungan tertinggi yaitu sebesar 619,9 mg [14]. Yakon memiliki fruktans yang bervariasi sepanjang siklus tumbuh dan setelah panen [1]. Dengan meningkatnya waktu penyimpanan pasca panen, maka fruktans dan sukrosa akan terhidrolisis menjadi glukosa dan fruktosa. Di samping itu penyimpanan pasca panen akan menyebabkan pembusukan pada umbi, serta cara panen yang salah seperti
PENDAHULUAN Yakon (Smallanthus sonchifolius) merupakan tanaman tradisional yang tumbuh di Pegunungan Andes, Peru. Tanaman yakon mulai dibudidayakan di Indonesia pada awal 1989 dan mulai dikenal oleh sekitar tahun 2005. Umbi yakon memiliki rasa manis karena mengandung beberapa jenis karbohidrat. Dalam 1 gram umbi yakon kering terdapat karbohidrat sebanyak 802,8 mg dengan komposisi yaitu fruktosa 350,1 mg, glukosa C-56
Prosiding Seminar Nasional Kimia dan Pembelajarannya, , ISBN : 978-602-0951-12-6 Jurusan Kimia FMIPA Universitas Negeri Surabaya, 17 September 2016
tergores atau terbanting akan mempercepat proses pembusukan [1]. Untuk meningkatkan masa simpan dan mencegah pembusukan maka umbi yakon dapat dibuat suatu produk makanan yaitu pikel. Pikel merupakan produk fermentasi dengan cita rasa dan aroma yang khas. Sifatnya yang asam dapat menjaga kualitas, rasa dan keamanan produk karena mikroba pembusuk yang tidak dapat tumbuh pada pH rendah. Pikel dapat dibuat dengan fermentasi spontan ataupun dengan penambahan mikroba seperti bakteri asam laktat sebagai kultur starter. Pada proses pembuatan pikel diperlukan suatu substrat yang dapat dimanfaatkan oleh bakteri asam laktat, seperti fruktans yang dapat dimanfaatkan dengan baik oleh Bifidobacteria dan Lactobacilli [13]. Tidak semua bakteri asam laktat mampu memfermentasi fruktans, namun seluruh strain Lactobacillus acidopilus dan Lactobacillus plantarum dapat memfermentasi fruktans [3]. Hasil fermentasi tersebut menghasilkan produk berupa Short Chain Fatty Acids (SCFA) [10]. SCFA merupakan asam lemak organik dengan 1 sampai 6 atom karbon yang dihasilkan dari proses fermentasi oleh bakteri kolon dari suatu bahan yang mengandung fruktans [2]. Fruktans telah diteliti tidak terhidrolisis dan tidak diserap sampai di kolon, sehingga dapat dimanfaatkan oleh mikroflora usus. Senyawa SCFA yang paling utama dari proses fermentasi fruktans oleh bakteri kolon yaitu asam laktat, asam asetat, asam butirat dan asam propionat [12]. Produk fermentasi fruktans oleh Lactobacilli dan Bifidobacteria dalam menghasilkan SCFA telah dibuktikan secara in vivo dan in vitro [13]. SCFA merupakan suatu produk fermentasi yang mempunyai fungsi penting pada usus besar. Peningkatan SCFA di dalam kolon akan menyebabkan penurunan pH yang secara tidak langsung akan mempengaruhi komposisi mikroflora kolon, menurunkan kelarutan asam empedu, meningkatkan penyerapan mineral, menurunkan aktivitas enzim-enzim bakteial yang terlibat pada sintesis prosuk yang bersifat karsinogenik dan toksik di dalam kolon [2]. Pada penelitian ini umbi yakon yang mengandung fruktans akan difermentasi secara in vitro menggunakan bakteri asam laktat Lactobacillus plantarum B1765 menghasilkan
suatu produk makanan pikel yang memiliki efek menambah masa simpan umbi yakon, mencegah kebusukan, dan memberikan cita rasa baru. Proses fermentasi fruktans oleh Lactobacillus plantarum B1765 diharapkan akan menghasilkan (SCFA) yang menguntungkan bagi kesehatan. METODE PENELITIAN Persiapan Kultur Starter Kultur stok Lactobacillus plantarum B1765 hasil isolat dari fermentasi bekasam ikan bandeng dikembangkan dalam medium deMan Rogosa Sharpe (MRS) Broth yang telah disterilisasi dengan autoclave pada 121 oC dan tekanan 15 Psi selama 15 menit. 1000 µL kultur stok Lactobacillus plantarum B1765 kemudian dibiakkan dalam 10 mL MRS Broth dan diinkubasi pada 37 oC selama 20 jam. Selanjutnya disentrifugasi selama 15 menit pada 3500 rpm, diresuspensi di dalam 10 mL larutan NaCl steril 0,85% dan disentrifugasi kembali. Pellet diresuspensi di dalam 10 mL larutan NaCl steril 0,85% untuk digunakan sebagai kultur starter. Proses Pembuatan Pikel Umbi Yakon Proses pembuatan pikel umbi yakon mengikuti prosedur [6] yang dimodifikasidengan inokulum kultur bakteri Lactobacillus plantarum B1765. Umbi yakon dikupas, dicuci dan dipotong berbentuk dadu ukuran 1 cm x 1 cm x 1 cm. Potongan umbi sebanyak ± 500 gram kemudian dimasukkan ke dalam toples kaca steril berukuran 1 liter, dan ditambahkan 20 mL larutan garam 4% steril, 5 mL larutan gula 1% steril dan 475 mL aquademineral steril. Ke dalam toples ditambahkan kultur kerja BAL sebanyak 10% (v/v), dan difermentasi pada suhu kamar selama 7 hari pada suhu 37 oC Pengukuran pH Pengukuran pH dilakukan menggunakan pH meter mengikuti prosedur [7]. Pikel sebanyak 10 gram dihancurkan dengan menggunakan bersama dengan cairan pikel sebanyak 20 mL kemudian diukur pHnya. Pembacaan dilakukan sebanyak 3 kali dan hasilnya dirata-rata. Analisis SCFA Analisis SCFA mengikuti prosedur [8] dengan modifikasi. Pikel umbi yakon diekstrak, kemudian diambil 5 mL dan C-57
Prosiding Seminar Nasional Kimia dan Pembelajarannya, , ISBN : 978-602-0951-12-6 Jurusan Kimia FMIPA Universitas Negeri Surabaya, 17 September 2016
fruktosa oleh enzim β-fruktofuranosidase pada ikatan α(1-2) glikosida [9]. Polimer fruktosa didegradasi menjadi monomer-monomer fruktosa oleh enzim inulinase pada ikatan β(21) glikosida yang bekerja secara ekso dan endo [11]. Berdasarkan Gambar 1, bakteri Lactobacillus plantarum B1765 mampu menghasilkan asam propionat, asam asetat, asam butirat, dan asam laktat. Dari hasil tersebut diduga bahwa Lactobacillus plantarum B1765 memiliki enzim βfruktofuranosidase dan inulinase. Monomermonomer glukosa dan fruktosa selanjutnya dimetabolisme oleh bakteri melalui jalur glikolisis menghasilkan phosphoenolpiruvate (PEP) yang selanjutnya diubah menjadi piruvat, dimana piruvat merupakan substrat yang digunakan untuk pembentukan SCFA seperti yang ditunjukkan oleh Gambar 2. Asam asetat terbentuk akibat perubahan acetyl-CoA dari pyruvate dengan disertai pelepasan CO2 menjadi asetat oleh aktivitas enzim asetat kinase. Dari Gambar 2 diduga bahwa jumlah asam propionat akan lebih besar daripada asam laktat. Hal ini dikarenakan asam laktat yang terbentuk dari pyruvate akan diubah menjadi propionyl-CoA, dimana propionyl-CoA tersebut merupakan prekursor pembentuk asam propionat melalui jalur akrilat. Asam butirat dapat dibentuk melalui 2 jalur yang berbeda. Jalur pertama butirat terbentuk dari butyril-phospat akibat aktivitas enzim butyrate kinase, dimana butyril-phospat merupakan hasil dari aktivitas enzim phospotransbutyrilase dalam mengubah butyril CoA. Jalur kedua butirat terbentuk karena adanya butyril Co-A dan asetat yang diubah menjadi butirat dan acetyl Co-A oleh enzim asetase Co-A transferase. Jalur pertama pembentukan butirat umumnya terjadi pada spesies bakteri Clostridium sp. hasil isolasi dari air dan tanah yang memiliki gen penyandi enzim butirat kinase. Sedangkan jalur kedua merupakan jalur yang paling dominan terjadi di kolon manusia karena ditemukan pada bakteri yang diisolasi dari pencernaan manusia seperti Lactobacillus dan Bifidobacterium. [5] menegaskan bahwa acetate Co-A transferase (pada jalur kedua) lebih dominan ditemukan dalam pembentukan butirat dibandingkan dengan butirat kinase (jalur kedua).
disentrifugasi selama 10 menit dengan kecepatan 8500 rpm. Filtrat disaring menggunakan millex 0,45 µm. Sampel diinjeksikan sebanyak 20 µL ke HPLC dengan jenis kolom MethaCarb H Plus, kecepatan alir 0,6 mL/ menit, detektor PDA, panjang gelombang 215 nm, eluent H2SO4 0,005 M dan suhu 70oC. Standart yang digunakan adalah asam propionat, asam butirat, asam laktat dan asam asetat dengan konsentrasi masing-masing adalah 500, 1000, dan 2500 ppm. HASIL DAN PEMBAHASAN Pengukuran pH Lactobacillus plantarum B1765 mampu tumbuh dengan baik pada media umbi yakon ditinjau adanya penurunan nilai pH. Pada awal fermentasi nilai pH 7,2 ± 0,2 menurun menjadi pH 3,18 ± 0,4 pada produk. Penurunan pH ini terjadi akibat proses metabolisme bakteri asam laktat Lactobacillus plantarum B1765 dalam menghasilkan asamasam organik rantai pendek (Short Chain Fatty Acids/ SCFA) dari substrat fruktans yang terdapat dalam umbi yakon. Perubahan pH yang dihasilkan dalam penelitian ini didukung oleh penelitian [6] yang memperoleh pH 3,0 ± 0,3 pada proses pembuatan pikel ubi jalar menggunakan kultur starter Lactobacillus plantarum MTCC 1407 selama 7 hari. Profil Metabolit SCFA Profil metabolit SCFA yang berupa asam propionat, asam butirat, asam laktat, dan asam laktat dari pikel umbi yakon hasil fermentasi Lactobacillus plantarum B1765 disajikan pada Gambar 1.
Gambar 1. Profil Metabolit SCFA dari Pikel Umbi Yakon Pada proses fermentasi ini fruktans yang terdapat pada umbi yakon didegradasi menjadi monomer glukosa dan polimer
C-58
Prosiding Seminar Nasional Kimia dan Pembelajarannya, , ISBN : 978-602-0951-12-6 Jurusan Kimia FMIPA Universitas Negeri Surabaya, 17 September 2016
Gambar 2. Mekanisme Pembentukan SCFA dari Fruktans dalam Lactobacilli dan Bifidobacteria Secara Anaerob [2, 5] Pada Gambar 1 terlihat bahwa Lactobacillus plantarum B1765 mampu menghasilkan SCFA dari media umbi yakon. Hasil analisis menunjukkan bahwa pada pikel umbi yakon memiliki asam laktat dengan jumlah sebesar 371,01 mg/L, asam butirat sebesar 375,41 mg/L, asam asetat 801,38 mg/L dan asam propionat dengan jumlah terbesar yaitu 1.182,3 mg/L. Asam asetat diserap ke dalam vena porta sehingga memasuki hati dan pembuluh darah digunakan sebagai sumber energi untuk jaringan besar non hepar. Asam butirat digunakan sebagai sumber energi di sel epitel sepanjang kolon. Selain itu asam butirat diduga memiliki peran penting untuk penurunan kadar glukosa darah pada penderita diabetes, pemberian secara oral senyawa natrium butirat pada tikus dapat meningkatkan plasma insulin secara signifikan. Sedangkan asam propionat merupakan senyawa utama SCFA yang dapat berperan dalam metabolisme glukosa. Asam propionat menurunkan kadar glukosa darah dengan cara mengubah propionat tersebut menjadi methyl malonyl CoA. Methyl malonyl CoA dapat menghambat pyruvate carboxylase [4], dimana enzim tersebut merupakan katalis
pembentukan phosphoenol pyruvate dari pyruvate. PEP merupakan pembentukan glukosa pada glukoneogenesis, sehingga apabila pyruvate carboxylase terhambat maka glukoneogenesis tidak akan terjadi.
(PEP) katalis jalur enzim proses
KESIMPULAN Bakteri asam laktat Lactobacillus plantarum B1765 memiliki potensi untuk menghasilkan SCFA dalam proses metabolismenya pada media umbi yakon. SCFA yang dihasilkan adalah asam laktat, asam butirat, asam asetat dan asam propionat dengan konsentrasi tertinggi. SARAN Perlu dilakukan penelitian selanjutnya terkait optimalisasi produksi SCFA oleh Lactobacillus plantarum B1765 pada media umbi yakon untuk digunakan sebagai alternatif produk pangan fungsional dalam regulasi kesehatan khususnya glukosa darah. DAFTAR PUSTAKA 1. Grau, A., Rea, J. 1997. Yacon (Smallanthus sonchifolius) (Poepp. & Endl) H.Robinson. 199-242. C-59
Prosiding Seminar Nasional Kimia dan Pembelajarannya, , ISBN : 978-602-0951-12-6 Jurusan Kimia FMIPA Universitas Negeri Surabaya, 17 September 2016
2. Hijova, E., Chmelarova, A. 2007. Short Chain Fatty Acids and Colonic Health. Bratisl Lek Listy. 108 (8). 354-358. 3. Kaplan, Handan., Hutkins, Robert W. 2000. Fermentation of Fructooligosaccharides by Lactic Acid Bacteria and Bifidobacteria. Applied and Environmental Microbiology. 66 (6). 2682-2684. 4. Kaur, Narinder., Gupta, Anil K. 2002. Application of Inulin and Oligofructose in Health and Nutrition. Journal Bioscience. 27 (7). 703-714. 5. Louis,P., Scott, K. P., Duncan, S. H., Flint, H. J. 2007. Review Article: Understanding The Effect of Diet on Bacterial Metabolism in the Large Intestine. The Society for Applied Microbiology, Journal of Applied Microbiology. 102. 1197-1208. 6. Panda, Smita H., Parmanick, Mousomi., Ray, Ramesh C. 2007. Lactic Acid Fermentation of Sweet Potato (Ipomoea batatas L.) Into Pickles. Journal of Food Processing dan Preservation. 31. 83-101. 7. Pramasari, Ika Fatmawati. 2001. Sifat Antimikotik Isolat Bakteri Asam Laktat yang Berasal dari Pikel Terhadap Kapang Fusarium graminearum. Skripsi. Bogor: Institut Pertanian Bogor. 8. Purba, Manginar Marsaulina. 2007. Resistant Starch Tipe III dan Tipe IV dari Pati Garut (Maranta arundinacea), Gadung (Dioscorea hispida Dennst) dan Talas (Colocasia esculenta (L) Schoot) Sebagai Prebiotik. Skripsi. Bogor: Institut Pertanian Bogor. 9. Rahman, S. M. M. Mahbubur., Sen, Palash Kumar., Hasan, M. Fida., Miah,M. A. Samad., Rahman,M. Habibur. 2004. Purification and Characterization of Invertase Enzyme from Sugarcane. Pakistan Journal of Biological Sciences. 7 (3). 340-345. 10. Roberfroid, Marcel B. 2000. Prebiotics and Probiotics: Are They Functional Foods? The American Journal of Clinical Nutrition. 1682S-1687S. 11. Singh, Ram S., Singh, Rupinder P. 2010. Review: Production of Fructooligosaccharides from Inulin by Endoinulinases and Their Prebiotic Potential. Food Technology Journal, Biotechnology. 48 (4). 435-450.
12. Topping, David L., Clifton, Peter M. 2001. Short-Chain Fatty Acids and Human Colonic Function: Role of Resistant Starch and Nonstarch Polysaccharides. Physiological Reviews. 81 (3). 1031-1064. 13. Tungland, B. 2000. Inulin-A Comprehensive Scientific Review. Duncan Wholistic Consultant. 14. Valentova, K., Frcek, J., Ulrichova, J. 2001. Yacon (Smallanthus sonchifolius) and Maca (Lepidium meyenii), Traditional Andean Crops As New Functional Foods On The European Market. Chemistry Listy. 95. 594-601.
C-60
