POTENTION OF Lactobacillus plantarum B1765 TO

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