pengembangan model untuk memprediksi pengaruh suhu

Jurnal Medika Veterinaria
ISSN : 0853-1943
Mahdi Abrar
PENGEMBANGAN MODEL UNTUK MEMPREDIKSI PENGARUH
SUHU PENYIMPANAN TERHADAP LAJU PERTUMBUHAN
BAKTERI PADA SUSU SEGAR
Development of Model to Predict Effect of Storage Temperature to
Bacterial Growth Rate in Fresh Milk
Mahdi Abrar1
1
Laboratorium Mikrobiologi Fakultas Kedokteran Hewan Universitas Syiah Kuala, Banda Aceh
E-mail:[email protected]
ABSTRAK
Banyak usaha telah dilakukan untuk memprediksi pengaruh suhu penyimpanan terhadap pertumbuhan bakteri termasuk pengembangan
model matematika. Model akar kuadrat telah diketahui baik untuk mengambarkan hubungan antara suhu penyimpanan dan pertumbuhan bakteri
pada susu segar. Penelitian menunjukkan bahwa adanya hubungan linier yang erat antara suhu penyimpanan dan akar kuadrat dari rata-rata
kecepatan pertumbuhan (√m), ( m=log2/waktu generasi), dengan interval temperatur 3-41 °C. Koefisien korelasi, r, adalah 0,8908 dan hubungan
tersebut dapat dipresentasikan dengan persamaan √m = 0.0090 (T + 30.2357). Terjadi penurunan waktu generasi (waktu yang dibutuhkan
bakteri untuk mencapai 107cfu/ml susu) dengan meningkatnya temperatur sampai dengan 20 C. Di atas suhu 20° C, waktu generasi
berkecendrungan kostan. Jenis bakteri yang dapat diisolasi berdasarkaan suhu penyimpanan sangat bervariasi. Pada temperatur rendah (3-10° C)
jenis bakteri yang banyak ditemukan adalah golongan bakteri Pseudomonas sp. sedangkan pada suhu di atas 10° C didominasi oleh bakteri
Enterobaktereceae sp. dan bakteri golongan gram positif.
___________________________________________________________________________________________________________________
Kata kunci: laju pertumbuhan, suhu penyimpanan, model matematika
ABSTRACT
There are many efforts that have been done to predict the influences of storage temperature to the bacterial growth, including developing
mathematical model. Square root model has been known to be good enough in depicting the relation between storage temperature and bacterial
growth in fresh milk. The experiment has shown that there is a strong linear relationship between storage temperature and square root of the
average specific growth rate (√m), (where m = log2/generation time) over the entire temperature range 3-41° C. The correlation coefficient, r,
was 0.8908 and relation could be represented by equation √m = 0.0090 (T + 30.2357). There is a sharp decline in the average generation time
(the time for the bacterial count to reach 10 7cfu/ml milk) with the increase of temperature up to 20° C. At temperature above 20° C, generation
time tend to be constant. The microflora of fresh milk varied significantly with storage temperature. At low temperature (3-10° C), spoilage is
mainly due to the growth of Pseudornonas sp., Enterobactereceae sp and Gram positive bacteria are assumed greater importance in the spoilage
of milk stored in temperature above 10° C.
___________________________________________________________________________________________________________________
Key words: growth rate, milk storage, mathematical model
PENDAHULUAN
Susu merupakan bahan makanan yang mempunyai
nilai gizi tinggi karena mengandung protein, lemak,
karbohidrat, vitamin dan mineral dengan perbandingan
sempurna, mudah dicerna dan diabsorbsi. Selain
sebagai bahan makan yang sempurna, susu juga
merupakan media yang paling baik bagi perkembangan
mikro organisme (Samad, 1986; Ayres et al., 1999).
Ayres et al. (1999) menyatakan jumlah bakteri dalam
susu sekitar 100 sampai 10.000 bakteri per mililiter susu.
Jumlah bakteri susu kadang-kadang meningkat sangat
cepat selama penyimpanan. Kecepatan pertumbuhan ini
pada dasarnya didominasi oleh faktor suhu penyimpanan
dan spesies bakteri yang terdapat pada susu serta
lamanya penyimpanan (Lam, et al., 1997; Saran, 1999).
Suhu adalah salah satu faktor lingkungan yang
terpenting yang memengaruhi pertumbuhan organisme.
Suhu dapat memengaruhi mikroorganisme dalam dua
cara yaitu apabila suhu naik, kecepatan metabolisme
juga turun dan pertumbuhan diperlambat. Berbagai
upaya dilakukan untuk memprediksi pengaruh suhu
terhadap pertumbuhan bakteri dalam makanan. Banyak
model matematika telah dikembangkan untuk tujuan
tersebut (Teleken et al., 2011). Model yang telah
diketahui cukup baik menggambarkan hubungan antara
suhu dan pertumbuhan bakteri adalah model 'akar
kuadrat' yang dikembangkan oleh Raskowsky et al.
yang disitasi Griffiths dan Phillips (1999). Model
tersebut dinyatakan dalam persamaan √m = b (T - TO),
m adalah konstanta laju pertumbuhan bakteri, b = slope
garis regresi, T = suhu (° C) dan TO = suhu organisme
bisa tumbuh.
Persamaan ini telah terbukti dapat memberikan
gambaran yang baik tentang hubungan antara suhu
dengan laju pertumbuhan bakteri pada 'non-defined
culture' serta produk hasil ternak (dairy) (Phillips dan
Griffiths, 1987 yang disitasi Griffiths dan Phillips,
1999). Model tersebut merupakan model regresi linier
sederhana dengan √m yaitu akar kuadrat dari laju
pertumbuhan bakteri sebagai variabel tak bebas
(variabel respons) dan T (suhu) sebagai variabel bebas.
Koefisien b merupakan slope yang diperoleh dengan
meregresikan √m terhadap T, sedangkan -bTO
merupakan intersep (perpotongan antara garis regresi
dengan sumbu y). Nilai TO diperoleh dengan membagi
intersep dengan -b atau dengan kata lain TO adalah
suhu pada saat m = 0.
109
Jurnal Medika Veterinaria
Dari model tersebut dapat diketahui keeratan
hubungan antara suhu dengan-akar kuadrat laju
pertumbuhan bakteri yaitu dengan menghitung
koefisien korelasi (r). Selain itu dapat pula diuji
hubungan linier antara akar kuadrat laju pertumbuhan
bakteri dengan suhu. Penelitian ini bertujuan
mengembangkan suatu model yang dapat digunakan
untuk memprediksi hubungan antara pertumbuhan
bakteri dengan suhu pada susu segar. Seperti Kualitas
susu sangat dipengaruhi oleh jumlah bakteri yang
terdapat di dalamnya. Laju pertumbuhan bakteri pada
susu sangat tergantung pada suhu penyimpanan.
Dengan mengembangkan model ini (model akar
kuadrat) diharapkan dapat diperoleh suatu suhu yang
baik untuk menyimpan susu segar. Selain itu penelitian
ini juga mengindentifikasi jenis bakteri yang terdapat
dalam susu segar pada berbagai suhu penyimpanan.
Vol. 7 No. 2, Agustus 2013
pertumbuhan dan golongan bakteri yang terdapat dalam
bahan makanan (susu) Cempirkova, 2007; Perko,2011)
Seperti yang telah dijelaskan sebelumnya, dalam
penelitian ini digunakan model akar kuadrat untuk
menggambarkan hubungan antara akar kuadrat laju
pertumbuhan bakteri spesifik (√m) dengan suhu
penyimpanan. Laju pertumbuhan bakteri spesifik (m)
adalah log 2/ waktu generasi, dimana waktu generasi
adalah waktu yang diperlukan bakteri mencapai jumlah
7,0 (107 cfu/ml susu).
MATERI DAN METODE
Susu yang digunakan dalam penelitian ini adalah
susu yang berasal dari perusahaan sapi perah yang
berada di Kabupaten Aceh Besar.. Susu kemudian
dimasukkan ke dalam 42 tabung reaksi masing-masing
sebanyak 10 ml. Tabung tabung reaksi yang telah berisi
susu tersebut, kemudian disimpan pada suhu 3,10, 21,
suhu kamar (27° C), 37, dan 41° C.
Pada interval waktu tertentu jumlah bakteri yang
terdapat pada sampel susu tersebut dihitung dengan
metode Plate Count. Untuk setiap suhu kemudian
ditentukan waktu yang diperlukan oleh populasi bakteri
untuk mencapai jumlah 7,0 (107 cfu/ml susu). Data
yang
diperoleh
kemudian
dianalisis
dengan
menggunakan model akar kuadrat.
Untuk mengidentifikasi bakteri yang ada pada
sampel susu tersebut dilakukan pewarnaan Gram dan
dilanjutkan dengan beberapa uji biokimia seperti
motilitas, pertumbuhan aerob, katalase, fermentasi
(glukosa, sakrosa, laktosa dan mannitol), produksi
indol, dan produksi H2S.
HASIL DAN PEMBAHASAN
Kondisi penyimpanan produk bahan pangan
memengaruhi spesies mikroorganisme yang mungkin
berkembang dan menyebabkan kerusakan. Suhu adalah
salah satu faktor lingkungan yang terpenting yang
memengaruhi kehidupan pertumbuhan organisme
(Perko,
2011).
Suhu
dapat
memengaruhi
mikroorganisme dalam dua cara yaitu apabila suhu
naik, kecepatan metabolisme naik dan pertumbuhan
dipercepat, dan sebaliknya apabila suhu turun
kecepatan metabolisme juga turun dan pertumbuhan
diperlambat. Berdasarkan hubungan antara suhu dan
pertumbuhan, mikroorganisme dapat digolongkan/
dikelompokkan sebagai 1) psikrofil, bakteri yang dapat
tumbuh pada suhu antara 0-20° C; 2) mesofil, bakteri
yang dapat tumbuh pada pada suhu 25-40° C; dan 3)
termofil, bakteri yang dapat tumbuh pada suhu di atas
50° C. Dari pengggolongan tersebut jelas terlihat faktor
suhu penyimpanan sangat berpengaruh terhadap
110
Gambar 1. Hubungan antara akar kuadrat laju pertumbuhan
bakteri (√m) dengan suhu (° C)
Jumlah 107 digunakan karena kualitas susu pada
konsentrasi tersebut akan berubah sebagai akibat dari
aktivitas bakteri yang terkandung di dalam susu
(Wallace, 2007). Dari hasil penelitian, seperti yang
disajikan pada Gambar 1, dapat dilihat adanya
hubungan linier yang sangat erat antara suhu dengan
(√m) pada interval suhu 3-41° C. Koefisien korelasi
yang menggambarkan keeratan hubungan keduanya
adalah 0,8908 dan hubungan tersebut dinyatakan
dengan persamaan:
√m = 0.0090 (T + 30,2357)
Suhu minimum untuk pertumbuhan bakteri atau
suhu ketika tidak ada bakteri yang tumbuh (m=0)
adalah -30,2357° C. Akar kuadrat laju pertumbuhan
bakteri akan meningkat sebesar 0.0091 jika suhu
penyim-panan meningkat sebesar 1° C. Adanya
hubungan linier antara suhu dengan √m dapat pula
dilihat dari hasil analisis varians yaitu nilai p untuk
model adalah 0. Ini berarti bahwa model tersebut cocok
untuk data tersebut dan terdapat hubungan linier antara
suhu dan √m.
Gambar 2. Pengaruh suhu terhadap waktu generasi bakteri
yang terdapat pada susu segar
Jurnal Medika Veterinaria
Hubungan antara waktu generasi dengan suhu
sebagai hasil dari persamaan di atas disajikan pada
Gambar 2. Waktu generasi nampak menurun dengan
meningkatnya suhu dari 3-20° C. Di atas suhu 20° C
waktu generasi berubah sedikit dengan meningkatnya
suhu. Pada Gambar 2 dapat dilihat bahwa waktu
generasi yang diperoleh melalui model di atas cukup
mendekati rata-rata waktu generasi yang diperoleh dari
hasil penelitian ini, terutama pada suhu 10, kamar (±
27), dan 41° C seperti yang disajikan pada Tabel 1.
Tabel 1. Waktu generasi yang dibutuhkan oleh bakteri yang
terdapat pada susu segar untuk mencapai jumlah 107 cfu/ml
susu pada berbagai suhu
Waktu generasi 107/ ml (jam)
Suhu
(° C)
1 2 3 4 5
6 Rata-rata
Prediksi
3
6 4 7 7 7
7
6.83
7.78
10
6 5 5 5 6
5
5.33
5.31
20
4 4 5 4 4
4.20
3.40
SK *) 3 3 2 3 2
2.60
2.62
37
2 2 2 2 3
2.20
1.90
41
1 2 2 1 2
1.60
1.70
*SK= Suhu kamar (+ 27° C)
Hasil tersebut menunjukkan bahwa model di atas
cukup baik digunakan untuk memprediksi waktu
generasi pertumbuhan bakteri pada suhu tertentu.
Dengan demikian dengan menggunakan model tersebut
dapat diprediksi lamanya susu dapat disimpan pada
suhu tertentu. Dalam penelitian ini menunjukkan
bahwa tingkat pertumbuhan bakteri berbeda diantara
suhu 3,10, 20, suhu kamar, 37 dan 41° C. Waktu
generasi yang dibutuhkan oleh bakteri yang terdapat
dalam susu untuk mencapai jumlah 107/ml susu.
Sampel ke-6 pada suhu 20, 27, 37 dan 41° C
mengalami kerusakan sehingga tidak digunakan dalam
penelitian ini.
Hasil studi ini memperlihatkan bahwa pada suhu
rendah, 3° C, waktu generasi untuk mencapai jumlah
107 adalah 6,2 jam. Ini merupakan waktu yang paling
lama bila dibandingkan dengan beberapa waktu
generasi pada suhu di atas 3° C. Waktu generasi
menurun dengan meningkatnya suhu. Dari hasil yang
diperoleh waktu generasi pada susu dengan suhu 3-20°
C sangat berbeda, sedangkan pada suhu di atas 20° C
diperkirakan normal/konstan.
Terjadinya perbedaan waktu generasi pada tiap-tiap
suhu selain disebabkan oleh faktor-faktor yang telah
disebutkan di atas, disebabkan juga oleh faktor
kontaminan awal dan panjangnya lag fase dari masingmasing jenis kuman. Hasil ini menunjukkan bahwa
mikroorganisme lebih tahan terhadap suhu rendah
karena pertumbuhan dan pembelahan sel mungkin
terhambat, sehingga sel-sel bakteri dapat tahan hidup
untuk jangka waktu yang lama pada suhu ±3° C.
Sedangkan pada suhu rendah, kerusakan susu terjadi
tetapi tidak secepat seperti pada suhu tinggi atau
dengan kata lain kehidupan mikroorganisme tertunda
karena fungsi sel berhenti dan bila media suhu
sekitarnya dinaikkan metabolisme akan berlangsung
kembali. Hal ini seperti yang dilaporkan oleh Hubble
dan Mein (1996) yang menyatakan bahwa susu yang
Mahdi Abrar
berkualitas baik akan mempunyai waktu generasi yang
lebih panjang bila disimpan pada suhu refrigerator.
Eckles (1984) menyatakan susu yang disimpan pada
suhu refrigerator biasanya akan dirusak oleh spesies
bakteri dari kelompok psikrofil seperti Pseudomonas sp
dan Proteus sp. Organisme-organisme ini akan
menurunkan keasaman susu melalui proses proteolisis.
Sedangkan pada suhu yang lebih tinggi bakteri
pembentuk spora seperti Bacillus sp. dan bakteri
Lactobacillus sp. mulai banyak tumbuh dan
menghasilkan asam dari hasil metabolisme karbohidrat
yang terkandung dalam susu, sedangkan susu yang
disimpan pada suhu beku (di bawah -15° C)
pertumbuhan mikroorganisme terhenti dan kebanyakan
mikroorganisme mulai berhenti secara perlahan.
Mikroorganisme yang'mempunyai kemampuan
untuk tumbuh pada suhu rendah akan memengaruhi
kerusakan susu. Jadi penyimpanan yang lama pada
suhu ini akan dapat mengakibatkan terjadinya
kerusakan oleh mikroorganisme (Perko, 2011).
Walaupun jumlah mikroorganisme biasanya menurun
selama penyimpanan pada suhu pembekuan dan
penyimpanan dalam lemari es (refrigerator), susu yang
tak steril cepat rusak dan busuk seperti susu yang tidak
disimpan pada suhu rendah dan lamanya penyimpanan
pada suhu tersebut cukup lama. Hasil isolasi dan
identifikasi bakteri yang terkandung dalam susu
berdasarkan perbedaan suhu penyimpanan disajikan
pada Tabel 2.
Tabel 2. Jenis bakteri yang diisolasi dari susu segar
berdasarkan suhu
% Isolat dalam susu
berdasarkan suhu °C
Golongan Bakteri
3-10
20
SK
37-41
Pseudomonas sp
87
5
2
0
Enterobacteria sp
2
35
36
38
Gram positif Coccus *)
5
35
35
35
Gram positif Batang **)
3
23
25
25
Bakteri lain (tidak dapat
3
2
2
2
didentifikasikan
* = Micrococcus dan Streptococcus
** = Lactobacillus dan Corynebacterium
Dari hasil yang diperoleh terlihat bahwa suhu
pernyimpanan 3° C jumlah terbesar bakteri yang dapat
diisolasi dari susu adalah didominasi oleh bakteri dari
golongan Pseudomonas sp. Bakteri ini adalah bakteri
Gram positif, berbentuk batang kecil, dan bergerak.
Bakteri ini merupakan penyebab berbagai kerusakan
susu karena kemampuan bakteri ini dalam
memproduksi enzim yang dapat memecahkan
komponen lemak atau protein yang terkandung dalam
susu. Jika suhu penyimpanan ditingkatkan proporsi
Pseudomonas sp. yang diisolasi mempunyai
kecenderungan menurun. Penurunan jumlah bakteri ini
sampai puncaknya pada penyimpanan suhu kamar (27°
C).
Bakteri lain yang dapat diisolasi adalah bakteri
golongan Enterobacteriaceae (Salmonella, Escherichia
coli dan Klebsiella). Kuman ini adalah bakteri gram
negatif yang berbentuk batang. Jumlah bakteri ini
111
Jurnal Medika Veterinaria
meningkat
sesuai
dengan
peningkatan
suhu
penyimpanan. Pada suhu penyimpanan 3 sampai 10° C.
Jumlah bakteri golongan ini boleh dikatakan konstan,
tetapi pada suhu di atas 10° C, proporsi bakteri
golongan ini menjadi golongan bakteri yang utama
ditemukan pada susu. Kuman-kuman ini merupakan
penyebab kerusakan susu dan susu berbau busuk,
karena bakteri-bakteri golongan ini memproduksi
enzim yang mempunyai kemampuan untuk pemecahan
karbohidrat yang terdapat dalam susu.
Bakteri lain yang ditemukan pada penelitian ini
adalah bakteri golongan Gram positif Coccus
(Streptococcus dan Micrococcus) dan Gram positif
batang. Golongan Micrococcus yang penting adalah
Staphylococcus
(Fujikawa
et
al.,
2006).
Staphylococcus adalah bakteri gram positif, katalase +
dan berbentuk kokus yang berkelompok. Bakteri ini
jarang merupakan penyebab utama atas kerusakan susu,
karena ketidakmampuan untuk bersaing dengan jenis
bakteri yang lebih cepat pertumbuhannya seperti
Pseudomonas sp. dan Enterohacteria sp. Tetapi jenis
bakteri ini sedikit lebih tahan terhadap tekanan
lingkungan seperti suhu, garam dan kekeringan jika
dibandingkan dengan jenis bakteri lain dan oleh karena
itu masih dapat hidup setelah pengolahan dan berperan
nyata dalam kerusakan susu setelah dipasteurisasi.
KESIMPULAN
Adanya hubungan linier yang sangat erat antara
suhu dengan (√m) pada interval suhu 3-41 °C.
Koefisien korelasi yang menggambarkan keeratan
hubungan keduanya adalah 0,8908 dan hubungan
tersebut dinyatakan dengan persamaan:√m = 0,0090 (T
+ 30,2357). Suhu minimum untuk pertumbuhan bakteri
atau suhu ketika tidak ada bakteri yang tumbuh (m=0)
adalah -30,2357° C. Akar kuadrat laju pertumbuhan
bakteri akan meningkat sebesar 0.0091 jika suhu
penyimpanan meningkat sebesar 1° C. Waktu generasi
nampak menurun dengan meningkatnya suhu dari - 20°
C. Di atas suhu 20° C waktu generasi berubah sedikit
dengan meningkatnya suhu.
112
Vol. 7 No. 2, Agustus 2013
Hasil isolasi dan identifikasi bakteri yang
terkandung dalam susu berdasarkan perbedaan suhu
penyimpanan terlihat bahwa suhu pernyimpanan 3 °C
jumlah terbesar bakteri yang dapat diisolasi didominasi
oleh bakteri dari golongan Pseudomonas sp. Jika suhu
penyimpanan ditingkatkan proporsi Pseudomonas sp.
kecenderungan menurun. Penurunan jumlah bakteri ini
sampai puncaknya pada penyimpanan suhu kamar
(27° C). Bakteri lain yang dapat diisolasi adalah bakteri
golongan Enterobacteriaceae (Salmonella, Escherichia
coli dan Klebsiella), bakteri golongan Gram positif
Coccus (Streptococcus dan Micrococcus), dan bakteri
golongan Gram positif batang.
DAFTAR PUSTAKA
Ayres, J. C., J. O. Mundt, and W. E. Sandine. 1990. Microbiology of
Food. W. H. Freman Company, San Fransisco.
Bylund, G. 1999. Dairy Processing Handbook. Tetra Pak Procesing
System AB S-221 86 Lund, Sweden.
Cempirkova, R. 2007. Contamination of cow’s raw milk by
psychrotrophic and pesophilic microflora in relation to select
factor. Czech J. Anim. Sci. 52(11):387-393.
Eckles, C. H., W. B. Combs, and H. Macy. 1984. Milk and Milk
Product. 4th ed. Tata Mac Graw Hill Publishing Co., Bombuy.
Fujikawa, H. and S. Mozoromi. 2006. Modelling Staphylococcus
aureus growth and enterotoxin production in milk. Food
Microbiol. 23:260-267
Griffiths, M. W., and J.D. Phillips. 1999. The relation between
growth and storage temperature in pasteurized milks of varying
hygienic quality. J. Dairy Sci. 45(2):159-165.
Hubble, I. B., and G.A. Mein. 1996. Effect of pre milking under
preparation of dairy cows on milk quality. Aust. J. Dairy
Technol. 40:66-70.
Lam, T.J., Y.H. Schukken, and F.J. Grom-mers. 1997. The effect of
decontamination of post milking teat disinfection in low somatic
cell count. Vet. Quart. 19 (2):41-57
Perko, B. 2011. Effect of prolonged storage and microbiological
quality of raw milk. microbiological quality of raw milk. Mjekar
Stvo. 61(2):114-124
Samad, M. 1986. Mikroorganisme pada Susu. Swadaya Peternakan
Indonesia, Jakarta
Saran, A. 1999. The national program for mastitis control and milk
quality improvement. Israel J. Vet. Med. 51:93-102.
Teleken, T.J., W.S. Robazza, and G. Almeida. 2011. Mathematical
modelling of microbial growth in milk. Cience. Technol.
Aliment. 31(4):34-41.
Wallace, L.R. 2007. Bacterial Counts in Raw Milk. Livestocktrail,
Illinois.