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.
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
Posting Komentar