APLIKASI LAKTOPEROKSIDASE SEBAGAI NATURAL PRESERVATIVE ENZYME AND NATURAL ANTIMICROBIAL SYSTEM TERHADAP PRODUK SUSU DAN DAGING



Oleh:
JENDRI MAMANGKEY
157030013



I.              PENDAHULUAN

1.1      Latar Belakang

Pertumbuhan jumlah populasi manusia didunia seiring dengan peningkatan jumlah permintaaan makanan. Makanan menjadi faktor penunjang kebutuhan hidup manusia. Beberapa diantaranya memerlukan makanan yang layak konsumsi hingga pemilihan makanan dengan kadar gizi yang mencukupi. Bukan sekedar tercukupinya kadar gizi makanan, faktor pembawa seperti bahan pengawet dan mikroorganisme patogen juga menjadi perhatian penting bagi konsumen dalam memilih makanan tersebut. Bahan pengawet kimia saat ini masih menjadi kendala bagi kesehatan tubuh manusia itu sendiri, penyakit-penyakit mulai timbul setelah mengkonsumsi makanan tersebut, seperti tumor, kanker, gangguan saraf otak dan lain-lain. Selain itu adanya bakteri-bakteri patogen juga menyebabkan tekstur dan gizi makanan menjadi cepat rusak dan tidak layak konsumsi.         
Kemampuan untuk mengawetkan makanan dalam keadaan yang baik dan bergizi adalah kebutuhan dasar bagi masyarakat. Saat ini konsumsi antara 0.2 hingga 1.0 mg racun hadir di negara-negara maju kecenderungan ke arah konsumsi 'makanan cepat saji', yang mengatakan, makanan yang dapat disiapkan dengan sangat cepat dengan sedikit atau tanpa pemanasan (Kennedy et al., 2000). Makanan cepat saji ini dinilai efektif dalam bentuk penyajian bagi mereka yang memiliki aktivitas padat dan telah terjadwal, yang pada akhirnya tidak mempunyai banyak waktu untuk mempersiapkan dan menyediakan makanan.
Susu dan daging merupakan salah satu bahan dasar pembuatan olahan produk makanan yang selalu ada. Mulai dari susu kambing, sapi, kerbau, dan domba. Idealnya, susu harus didinginkan sampai <40 C segera setelah memerah susu dan diangkut ke pabrik susu sesegera mungkin di simpan dalam box dingin. Namun, di beberapa negara, pembentukan unit pendingin tidak praktis karena kurangnya modal, kurangnya listrik, sistem transportasi yang tidak memadai, dan biaya operasional yang tinggi. Sistem penyimpanan dingin yang tidak cukup menyebabkan multiplikasi bakteri yang berlebihan dan meningkatkan keasaman susu mentah jauh melampaui tingkat yang dapat diterima untuk diproses.
Untuk menghasilkan nilai jual yang tinggi perlu kualitas tinggi baik dari sisi keawetan juga dari sisi nilai gizinya. Saat ini masih banyak permasalahan yang dihadapi oleh pembuat olahan produk, makanan yang telah menjadi produk masih saja ada barier dalam hal pemrosesan dan keawetan makanan hingga sampai ketangan konsumen. Untuk itu perlu dilakukan upayan dalam pemecahan permasalahan tersebut. Salah satunya penggunaan bahan pengawet alami melalui aktivitas enzimatis dalam bahan makanan, serta menjadi sistem antimikroba alami yang menyerang secara simultan pada mekanisme oksidatif dan litik
mikroorganisme
patogen.
Laktoperoksidase (LP) adalah sistem antimikroba alami ditemukan dalam sekresi mamalia seperti susu, air mata, dan air liur. Aktivitas antibakteri sistem LP adalah karena oksidasi sulfhidril dalam kelompok protein dan enzim (Alba et al., 2015).  Laktoperoksidase/ LPO (EC 1.11.1.7) merupakan anggota dari superfamili siklooksigenase peroksidase dan salah satu enzim yang paling melimpah dalam susu sapi. Laktoperoksidase diketahui dapat bekerja stabil hingga panas yang tinggi, mampu mengkatalisis reaksi antara H2O2 dan tiosianat setelah perlakuan panas pada 740C untuk waktu yang singkat (Ozer, 2014). Aktivitas laktoperoksidase dalam daging terhadap beberapa bakteri patogen makanan (Staphylococcus aureus, Listeria monocytogenes, Escherichia coli O157:H7, Salmonella enteric, Typhimurium, Yersinia enterocolitica, Pseudomonas aeruginosa) diterapkan secara individual (Elliot, McLay, Kennedy, & Simmonds, 2004; Kennedy, O'Rourke, McLay, & Simmonds, 2000) atau dalam kombinasi dengan pengawet monolaurin (McLay, Kennedy, O'Rourke, Elliot, & Simmonds, 2002) telah dilaporkan.
1.2      Perumusan Masalah
Masalah yang terkait dalam penulisan paper ini sebagai berikut;
1.  Bagaimana sistem kerja laktoperoksidase dalam menghambat pertumbuhan mikroorganisme patogen?
2.      Bagaimana mekanisme aksi antimikroba laktoperoksidase?
3.      Bagaimana aplikasi pengawetan oleh laktoperoksidase dalam susu dan daging?
 
1.3      Tujuan
Tujuan penulisan paper ini sebagai berikut;
1.     Untuk mengetahui sistem kerja laktoperoksidase dalam menghambat pertumbuhan mikroorganisme pathogen,
2.      Untuk mengetahui mekanisme aksi antimikroba laktoperoksidase,
3.  Untuk mengetahui aplikasi pengawetan oleh laktoperoksidase dalam susu dan daging.
1.4      Manfaat
Manfaat yang dapat diperoleh melalui tulisan paper ini sebagai berikut;
1.   Memberikan pengetahuan tentang bahan pengawet alami yang terdapat dalam produk makanan,
2.  Memberikan informasi tentang pemanfaatan bahan antimikroba alami dalam makanan,
3.  Dapat menjadikan referensi baru terhadap salah satu jenis bahan pengawet enzimatis yang dapat dijadikan literatur penelitian-penelitian selanjutnya.


I.                   PEMBAHASAN

1.1      Laktoperoksidase

Laktoperoksidase (LPO) (EC 1.11.1.7) adalah heme yang mengandung rantai glikoprotein  yang ditemukan dalam susu dan eksokrin lainnya seperti sekresi air liur, air mata dan saluran pernapasan. LPO mengikat kelompok heme prostetik kovalen, turunan dari protoporfirin IX di pusat katalitik. Laktoperoksidase termasuk famili peroksidase (XPO) enzim heme yang terdapat pada mamalia. Terlepas dari LPO, famili protein ini termasuk myeloperoxidase (MPO), eosinofil peroksidase (EPO), dan peroksidase tiroid (TPO). Meskipun anggota famili ini memiliki fungsi yang sama seperti peroksidase pada tanaman dan jamur, mereka menunjukkan perbedaan dari mekanisme akhir dalam mengikat ligan. Sedangkan kelompok heme prostetik peroksidase mamalia terikat dengan protein melalui ikatan kovalen, tidak adanya ikatan kovalen peroksidase secara signifikan pada di jamur dan tanaman. Secara diagram skematik contoh LPO dapat dilihat pada Gambar 1.

 

Gambar 1. Diagram Skematik LPO menunjukkan sifat monomernya (warna biru laut) yang mengandung satu bagian heme (warna hijau)

Diberi nama laktoperoksidase karena pertama kali diisolasi dari susu dalam bentuk kristal, kemudian dimurnikan dengan kromatografi pertukaran ion oleh Morrison et al. (1966). Protein ini juga ditemukan pada kelenjar lain, seperti kelenjar lakrimal, kelenjar hardenian dan kelenjar ludah. Selama beberapa tahun ke depan, enzim ini ditandai dalam hal fungsi antibakteri. LPO menunjukkan menghambat pertumbuhan bakteri asam laktat Streptococcus dengan adanya hidrogen peroksida (H2O2) dan tiosianat (SCN-) Pentingnya keberadaan H2O2 ditemukan pada tahun 1962 seperti yang terlihat bahwa LPO perlu H2O2 untuk menonaktifkan sel bakteri. Dimana LPO dan SCN- secara alami ada dalam susu dan H2O2 dihasilkan oleh bakteri. LPO juga ditemukan dapat menghambat strain bakteri lain seperti Staphylococcus aureus, Streptococcus faecalis, Escherichia coli dan beberapa bakteri patogen yang lain.
Dalam beberapa tahun berikutnya, LPO telah terbukti dapat menghambat pertumbuhan berbagai bakteri lain seperti Salmonella typhimurium, Pseudomonas aeruginosa dan Streptococcus agalactiae. Hal yang lain juga menunjukkan efek bakterisida terhadap Plasmodium falciparum. Selanjutnya dapat meningkatkan kerusakan termal Listeria monocytogenes dan Staphylococcus aureus . LPO yang dikombinasikan dengan tekanan hidrostatik tinggi sangat efektif dalam memerangi aksi mikroba.

1.1 Sistem Kerja Laktoperoksidase Dalam Menghambat Pertumbuhan Mikroorganisme Patogen

Laktoperoksidase mengkatalisis oksidasi tiosianat dan beberapa halida (I2, Br2 tapi tidak Cl2) untuk menghasilkan produk yang membunuh atau menghambat pertumbuhan banyak spesies mikroorganisme. Mekanisme reaksi sangat kompleks. Ringkasan dari jalur mekanisme enzimatik dengan H2O2 dan SCN2 disajikan oleh de Wit & Van Hooydonk (1996). Secara singkat reaksi yang terjadi sebagai berikut. Langkah pertama dalam mekanisme enzimatik adalah inisiasi reaksi dari LPO beristirahat (Fe3+) ke keadaan dasar, menggunakan H2O2, berdasarkan reaksi:  Fe3+ + H2O2        Fe2+ + HO2,  diikuti oleh reaksi propagasi, seperti yang diilustrasikan pada Gambar 2.

 
 


Gambar 2. Jalur Pathways mekanisme reaksi katalisasi laktoperoksidase

Reaksi propagasi termasuk konversi LPO dari keadaan dasar ke yang disebut senyawa I oleh reaksi dengan H2O2. Pada SCN- rendah (<3µM) dan konsentrasi senyawa halida I bereaksi dengan donor satu elektron yang hadir (protein peptida) untuk membentuk senyawa II, yang terus berkurang ke keadaan dasar pada tingkat rendah. Pada kelebihan H2O2 (>0.5 µM) senyawa II bereaksi membentuk senyawa III, yang mengarah ke feriperoksidase dan inaktivasi ireversibel LPO. Agen yang mengoksidasi SCN- atau halida adalah Senyawa I. Sebuah skema reaksi yang diusulkan untuk LP katalis oksidasi SCN-, mengakibatkan oksidasi singkat pada produk, yang bertanggung jawab atas aktivitas antimikroba, ditunjukkan pada Gambar 3 (de Wit & van Hooydonk, 1996). OSCN- berada dalam kesetimbangan dengan HOSCN (asam hipotiosianit) dan pada pH aktivitas LPO maksimal (pH 5,3) jumlah mereka adalah sama. Kedua bentuk mengerahkan aktivitas antibakteri tetapi ada bukti bahwa HOSCN bermuatan lebih bakterisidal. Stabilitas hipotiosianit, OSCN-, dipengaruhi oleh banyak faktor, seperti pH, cahaya, ion logam (Fe, Ni, Cu, Mn), gliserol dan amonium sulfat, namun sangat stabil panas (Thomas, 1985). Oksidasi sulfhidril (SH)  enzim dan protein pada kelompok mikroorganisme dianggap kunci utama aksi antimikroba dari sistem laktoperoksidase. Kegiatan ini dapat dihambat dengan mengurangi agen yang mengandung gugus SH tersebut sistein, glutation, merkaptoetanol, dithiothreitol dan natrium hidrosulfit. HOSCN dan OSCN- tampaknya tidak mengoksidasi kelompok SH protein susu seperti β-laktoglobulin (de Wit & van Hooydonk, 1996). Hidrolisis protein -S-SCN menghasilkan SCN- dari HOSCN dan sulfenil sulfur tetap oksidasi dalam turunan asam sulfenik (R-SOH).



1.1      Aksi Antimikroba Laktoperoksidase (LPO)
Berbagai kelompok bakteri menunjukkan tingkat yang bervariasi dari perlawanan terhadap LPO. Gram negatif, katalase positif mikroorganisme seperti Pseudomonas, Koliform, Salmonella dan Shigella tidak hanya dihambat oleh LPO tapi, tergantung pada factor perantara (pH, suhu, waktu inkubasi, densitas sel), dapat dimatikan jika disediakan H2O2 secara eksogen. Gram positif, katalase negatif bakteri seperti Streptokokus dan Lactobacillus yang umumnya terhambat tetapi tidak dibunuh oleh LPO. Perbedaan kepekaan terhadap LPO dipengaruhi oleh perbedaan struktur dinding sel dan  sifat penghalang yang berbeda (Reiter & HaÈrnulv, 1984; Reiter & Perraudin, 1991; de Wit & van Hooydonk, 1996). Sel mamalia tidak terpengaruh oleh produk oksidasi dari SCN2 dan LPO tidak beracun bagi sel manusia tetapi dapat melindungi sel-sel terhadap efek racun H2O2 (Reiter & HaÈrnulv, 1984). I- adalah yang paling mudah teroksidasi semua halida dan LPO dikatalis oksidasi I- menghasilkan I2, tergantung pada pH dan konsentrasi I-, juga kehadiran HIO dan IO-. Ketika SCN- dan I- hadir dalam reaksi sistem LPO, mekanismenya akan lebih rumit. Dalam cairan biologis rasio SCN-/ I-  biasanya 10:100 dan SCN- bersaing efektif dengan I-  untuk katalis oksidasi LPO. Namun, (SCN)2 mengoksidasi I- untuk menghasilkan I2, sehingga oksidasi SCN- dengan adanya I- tidak secara langsung menghasilkan I2. Bahkan sejumlah kecil oksidasi I- secara signifikan berhubungan dengan aktivitas antimikroba karena sistem LP-H2O2-SCN- bersifat bakteriostatik sedangkan sistem LP-H2O2-I- adalah bakterisidal. Sistem LPO dengan adanya SCN- dan I- berperan sebagai donor elektron dilaporkan sebagian besar bersifat bakterisidal dan juga efektif dalam membunuh sejumlah khamir dan jamur (Thomas, 1985; Guthrie, 1992).

1.2      Aplikasi Pengawetan Oleh Laktoperoksidase Dalam Susu Dan Daging

Sistem LPO dapat menghambat pertumbuhan dan metabolisme spesies yang berbeda dari mikroorganisme. LPO mampu menghambat virus, bakteri Gram positif, Gram negatif, jamur, Mycoplasma, dan parasit, dan dapat diterapkan pada suhu kamar mulai dari 15-300C selama 6 jam untuk mengawetkan susu mentah. LPO memiliki sifat bakterisidal atau efek bakteriostatik terhadap kisaran pembusukan oleh bakteri patogen yang terjadi pada susu mentah. Dibandingkan dengan lisozim, LPO memiliki spectrum antibakteri yang lebih luas. Kerentanan mikroorganisme terhadap sistem LPO tergantung pada pertumbuhan sel bakteri. Sel pada fase stasioner lebih rentan dihambat hingga dimatikan sel aktifnya secara metabolik, LPO juga lebih efektif pada kepadatan sel yang rendah dari pada kepadatan tinggi. Pengaruh sistem LPO pada bakteri dapat reversibel atau ireversibel, karena respon stres sel, serta proteksi silang. Kapasitas sel untuk pulih dari penghambatan tergantung pada kondisi lingkungan misalnya, suhu dan pH.
Bakteri yang bertahan lebih awal terhadap aktivitas bakterisidal dari sistem LPO  menunjukkan fase lag diperpanjang atau disebut periode pemulihan. Proteksi silang terjadi karena beberapa sistem respon stres saling berbagi sama. Strain mungkin menunjukkan proteksi silang ketika mengalami kombinasi perawatan selama pemrosesan. Asam yang sesuai Escherichia coli memunculkan perlindungan silang terhadap gabungan pH rendah (4.0 dan 5.0) dan diaktifkan LPO. Perubahan membrane luar porin (ompC dan ompF) dan membran luar asam lemak memberikan kontribusi untuk proteksi silang. Porin memediasi permeabilitas membran luar untuk hidrofilik molekul kecil menyebabkan peningkatan toleransi terhadap LPO
Klebsiella pneumoniae, Salmonella enteritidis, Salmonella typhi, Vibrio cholerae, Helicobacter pylori, Streptococcus uberis, dan Staphylococcus aureus. Produksi asam, pengambilan oksigen, dan akibat ekskresi H2O2 yang menghambat Streptococcus mutans, Streptococcus sanguis, Streptococcus mitis, dan Streptococcus thermophilus. Streptococcus sanguis dan Streptococcus mitis menunjukkan lebih melawan sistem LPO dari pada Streptococcus mutans dan Streptococcus thermophilus. Hal ini disebabkan semakin tinggi aktivitas NADH-OSCN oksidoreduktase strain yang sebelumnya.  Target utama dari OSCN- dalam jalur glikolisis adalah gliseraldehida 3-fosfat dehidrogenase.
Padatnya pertumbuhan Staphylococcus aureus, Salmonella  enterica subsp. enteric typhimurium, dan Eschericia coli O157: H7 diamati pada kontrol daging sapi, suhu 37 0C . Namun bakteri patogen tersebut terhambat 1-2 log pada 6 jam ketika LPO diperlakukan (Tabel 1). Inhibisi pada kubus daging sapi diperlakukan kurang jelas pada jam 24 (1 log atau kurang) ketika jumlah yang layak mencapai 7-8 log10 CFU cm-2. Listeria monocytogenes juga tumbuh padat pada daging, tetapi menunjukkan kurang dari 1 log perbedaan count layak antara sistem perlakuan dengan LPO dan kontrol. Penghambatan pertumbuhan bakteri diamati pada daging yang diperlakukan karena semakin lambat tumbuh Pseudomonas aeruginosa dan Y. enterocolitica, dengan perbedaan antara kontrol dan perlakuan pada 24 jam. Semua patogen mencapai jumlah yang layak dari 6-8 log10 cfu cm-2 setelah 7 hari pertumbuhan pada sapi control dan perlakuan pada suhu 12 0C, kecuali Staphylococcus aureus yang menunjukkan pertumbuhan yang lemah pada suhu ini (Tabel 2). Penghambatan terbesar diamati untuk Y. enterocolitica dengan perbedaan 4-log antara diperlakukan dan kontrol di hari ke-7.

Tabel 1. Aktivitas LPS (Lactoperoxidase System) terhadap enam bakteri patogen bawaan makanan daging sapi pada suhu 370C
 

Tabel 2. Aktivitas LPS (Lactoperoxidase System) terhadap enam bakteri patogen bawaan makanan daging sapi pada suhu 120C
 

 


 

Komentar

Postingan populer dari blog ini

Laporan Praktikum: Pembuatan Kombucha

PEMBUATAN WINE (ANGGUR)

KERAGAMAN JENIS BENTHOS DI PERAIRAN WISATA BAHARI DESA TANJUNG TIRAM KECAMATAN MORAMO UTARA KABUPATEN KONAWE SELATAN PROVINSI SULAWESI TENGGARA