Peran Mikroba dan faktoryang mempengaruhi

Marlia Singgih WibowoSchool of Pharmacy

Institut Teknologi Bandung

Kontaminasi mikroba pada makanan

Jamur yang dapat dan tidak dapat dimakan

Mikroba pada makanan

Yogurt, dibuat dari fresh skim milk, dididihkan dan dipekatkan dengan cara evaporasi. Kultur bakterinya, Lactobacillus bulgaricus dan Streptococcus thermophilus, dan kadang2 Lactobacillus acidophilus.

Pembuatan keju (cheese)

Di Belanda Di USA

Pembuatan Wine

Mikroba vs Makanan

►Penggunaan mikroorganisme sejak jaman dahulu: pembuatan alkohol (10000 BC), produksi CO2 untuk ragi roti (4000 BC), Makanan tradisional : tempe, keju, tape, beras angkak, dll.

Mikroorganisme yang berhubungan dengan makanan

1. Mikroba kontaminan/patogen (yang merusak makanan)

2. Mikroba penghasil makanan

Tujuan penggunaan mikroba dalam makanan

1. Metode baru dalam penanganan makanan dan pengawetan

2. Untuk food additive (polimer mikroba, asam amino asal mikroba)

3. Penggunaan enzim dalam proses pembuatan makanan

4. SCP (Single Cell Protein)

Peran mikroba dalam makanan► Produk susu (Keju, Yogurt, Butter, Butter-milk,

Sour cream)► Produk biji-bijian/sereal (Roti, hidrolisat amilum)►Brewing (Bir, Wine, produk spirit, Cider, Vinegar)► Produk protein (makanan fermentasi, SCP,

Mycoprotein, )► Food additive (Acidulant, asam amino, vitamin,

pigmen, Flavourings, minyak dan lemak, gum dan pengental lain, )

►Buah dan Sayuran ( sayuran asinan, produk soya, jus buah)

Cara-cara pengawetan makanan

►Pendinginan► Pengasapan►Pengalengan►Pengeringan►Pemanisan►Pengasinan►Irradiasi

Peran mikroba dalampengembangan obat?

►Antibiotik►Senyawa anti-kolesterol►Hormon►dll

Penemuan awal antibiotik► In 1928, Alexander Fleming menemukan

penisilin antibiotik pertama yang dihasilkan olehsuatu jamur (mould) Penicillium notatum yang tumbuh di atas cawan yagng berisi bakteriStaphylococcus yang sedang tumbuh.

► Selanjutnya walaupun telah diencerkan 800 kali kultur jamur tersebut tetap dapat menghambatpertumbuhan bakteri.

Struktur dasar Penisilin

Alexander Flemming, 1928

Biosintesis penisilin dan sefalosporin

L--aminoadipic acid L-cysteineL-valine

-(L--aminoadipyl)-L-cystein

-(L--aminoadipyl)-L-cystein-D-valine

Isopenicilin N

Penicilin N Penicilin G

Deacetoxycephalosporin C

Deacetylcephalosporin C

Penicillium chrysogenumC.Acremoneum, Streptomyces sp.

Cephalosporin C

3 prekursor asam amino:L-valine, L-cystein, L--aminoadipat

Siklisasi 2 tahap

Perkembangan penemuanantibiotik

► Di tahun 1939, Ernst Chain dan Howard Florey mengembangkan cara mengisolasi penisilin danmenggunakan nya pada Perang Dunia II.

► Beberapa strategi telah dilakukan untuk menemukansenyawa antibiotik baru. Kandidat yang Potential sebagainatural antibiotics ditemukan dengan cara screeningterhadap spesies bakteri dan fungi yang memilikiaktivitas antimikroba.

► Semi-sintetik antibiotik dibuat dengan cara memodifikasinatural antibiotics

► Obat Sintetik dirancang dengan mempelajari mekanismevirulensi bakteri patogen

► Kebutuhan antibiotik sejak 1940 sampaisekarang (Sumber : Timeline of Antibiotics)

Top 25 Biotechnol Company (2011)► Abbott Laboratories ► Amgen, Inc. ► AstraZeneca Pharmaceuticals ► Bayer HealthCare

Pharmaceuticals ► Biogen Idec Inc. ► Boehringer Ingelheim

Pharmaceuticals, Inc.► Bristol-Myers Squibb Company ► Chiron Corporation► Eli Lilly and Company ► Forest Laboratories. ► Genentech, Inc. ► Genzyme Corporation

► Gilead Science, Inc. ► GlaxoSmithKline LLC ► Johnson & Johnson ► Merck / Schering-Plough

Pharmaceuticals► MGI Pharma, Inc./ Eisai► Millennium Pharmaceuticals, Inc. ► Mylan Pharmaceuticals Corporation ► Novaris Pharmaceuticals Corporation► Pfizer► Roche Diagnostics Corporation ► Sanofi-Aventis ► Takeda Pharmaceuticals North

America, Inc. ► Teva Pharmaceutical Industries Ltd.

Berbagai cara penemuan obat baru

Obat baru untuk TBSetelah Percobaan klinik tahap I dilanjutkan kepada tahap II danIII, persetujuan dari Badanpengawasan Makanan dan Obat(FDA) diberikan kepada Antibiotikbagi TB itu kini diberi namadiarylquinolones. DiarylquinoloneTMC207 merupakan preparat baruyang mempunyai potensi sebagaiantituberculosis. Mekanismeantituberculosis daridiarylquinolone TMC207 ini adalahdengan cara menghambatsintetase-ATP dari kumanMycobaterium.

Metabolit sekunder untuk pertahanan diri atau kompetisi dengan mikroba lain

Bagaimana mikroorganisme tumbuh?

Faktor apa saja yang mempengaruhipertumbuhannya?

Bagaimana mengendalikanpertumbuhan mikroorganisme?

Kurva pertumbuhan mikroorganisme (sistem batch)

a

b

c

d e

Waktu (t)

Biomasa(X)

Ket : a: fase lag ; b: fase log ; c:fase stasioner ; d:fase kriptik ; e:fase kematian

µ x = dX/dtµ =laju pertumbuhanX=konsentrasi selt=waktu

Faktor yang mempengaruhi Pertumbuhan Mikroorganisme

►Faktor Intrinsik : pH, moisture content, Potensial oksidasi-reduksi, kandungan nutrisi, kandungan antimikroba, struktur biologi, dll.

►Faktor Ekstrinsik : temperatur, kelembaban relatif lingkungan, konsentrasi gas di lingkungan, dll.

pH► Mikroba biasanya tumbuh baik pada rentang pH

tertentu.► Bakteri tumbuh baik pada rentang pH 4-8, ► Ragi pada rentang pH 3-6 ► Fungi dan eukariot lain pada 6,5-7,5, ► Rentang pH intrasel biasanya lebih sempit. Contoh :

E.coli tumbuh pada pH 6,5 -8, tetapi pH intraselnya adalah 7,8.

► Thiobacillus ferrooxidans tumbuh baik pada pH 2 tetapi pH intraselnya adalah 6,5.

► pH yang berbeda ini dapat disebabkan oleh karena proses metabolisme yang terjadi di dalam sel, misalnya akumulasi produk metabolisme yang asam atau basa, sesuai kebutuhan pertumbuhannya.

Kandungan nutrisi

► air► sumber energi (karbon)► sumber nitrogen► mineral► vitamin dan faktor pertumbuhan lain

Elemen dalam sel mikroorganismeElemen % brt.krng Fungsi fisiologis

C 50 komponen sel organikO 20 komponen sel organik,

Akseptor e- pd respirasiN 14 utk protein, as.nukleat,

Ko-enzimH 8 komponen sel organikP 3 Fosfolipid, as.nukleatS 1 as.amino, proteinK 1 kation dan kofaktor pd

reaksi enzimatisNa 1 kation dan membran

transporCa 0,5 kation dan kofaktorMg 0,5 kation dan kofaktorCl 0,5 anion

Komposisi rata-rata sel mikroba

Mikroba % C % N % Protein % KH %Lipid %As.Nukleat

%Abu

Bakteri 48 12 55 9 7 23 6

Ragi 48 57 40 38 8 8 6

Kapang 48 56 32 49 8 5 6

KOMPONEN MEDIUM UNTUK MIKROBA

► Karbon : Sebagai sumber energi dan komponen utama biomasa

► Sumber karbon dapat berasal dari : Polisakarida atau monosakarida, contoh: Karbohidrat, glukosa, molase, amilum, malt extract, dll.

► Nitrogen : Sebagai sumber pembentukan komponen utama sel

► Sumber nitrogen dapat berasal dari : garam ammonium, urea, asam amino, sumber kompleks seperti CSL (Corn Steep Liquor), yeast extract, peptone, dll.

► Mineral : P, K, Na, Mg, S, Ca, dll► P sebagai salah satu unsure penting dalam

pembentukan asam nukleat (dalam bentuk Fosfat), S sebagai unsure pembentukan beberapa asam amino esensial, Mg sebagai kofaktor dalam proses fosforilasi.

► Unsur-unsur lain : trace elements, misalnya : vitamin, EDTA, dll

► Air : komponen utama terbesar dalam medium

► Oksigen : kebutuhan utama mikroba aerob sebagai akseptor elektron pada proses respirasi, yang umumnya diperoleh dari komponen air (H2O)

Pengaruh komposisi media terhadap morfologi mikroorganisme

Kandungan antimikroba

►Makanan : Stabilitas makanan yang tahan terhadap pertumbuhan mikroba salah satunya adalah apabila di dalam makanan tersebut mengandung senyawa-senyawa yang bersifat antimikroba. Misalnya kandungan asam benzoat dalam buah cranberries, atau eogenol dalam cengkeh, lactenin dalam susu segar, dll.

Struktur biologi

►Pada beberapa bahan alam, misalnya biji-bijian atau tanaman, strukturnya dapat mencegah masuknya mikroba ke dalam makanan, misalnya, kulit buah, kulit biji, kulit telur dll.

Pengaruh temperatur terhadap mikroorganisme

►Untuk keperluan produksi : temperatur lingkungan perlu disesuaikan dengan kebutuhan optimum pertumbuhan mikroorganisme produksi

►Untuk keperluan analisis : temperatur inkubasi selama analisis harus disesuaikan dengan temperatur optimum pertumbuhan mikroba uji

►Untuk keperluan sterilisasi : temperatur pemanasan untuk membunuh mikroorganisme kontaminan dihitung berdasarkan beberapa pertimbangan (mis. Jumlah mikroba asal, lama pemanasan, ukuran produk, dll.)

Pengaruh temperatur terhadap mikroorganisme

►Kematian mikroorganisme yang disebabkan karena temperatur mengikuti orde pertama, bahwa pada pemberian temperatur lethal, kecepatan kematian tergantung pada jumlah sel hidup yang ada.

► Persamaan matematiknya :dN/dt = -c N

(kecepatan kematian/rate of death = konstanta proporsionalitas x jumlah sel hidup)Catatan : Tanda minus menunjukkan penurunan jumlah sel.

►Utk mendptkan informasi ttg jumlah sel yang bertahan (survived) setelah beberapa periode pemanasan yg berbeda2, persamaan ini dpt diintegrasikan antara waktu 0 s/d t sehingga memberikan persamaan :

Log e (N/N0) = -c tsehingga :

Log 10 (N/N0) = - k t

►Dari persamaan tsb kita dapat menurunkan suatu ukuran ketahanan organisme terhadap panas, yang berguna untuk perhitungan proses lethal karena panas. Nilai D diperoleh dengan memplot log 10 jumlah mikroba yang bertahan hidup terhadap waktu , sehingga persamaan nya menjadi

D = (t2 – t1) (Log N1 – log N2)

Kurva lethal mikroorganisme

t (waktu)

Log N

N1N2

D

Nilai D atau waktu pengurangan desimaladalah waktu pada temperatur tertentu yang diperlukan bagi populasi yang survive berkurang sebesar 1 siklus log, yaitu 90% atau terjadi pengurangan jumlah mikroba sampai tersisa 10%.

D = (t2 – t1) (Log N1 – log N2)

► Akibat persamaan ini kita tdk dapat meramalkan berapa desimal penurunan suatu panas yang harus dicapai untuk mensterilkan suatu produk (jumlah mikroba=0) karena tidak ada Log N2 bila N2 = 0.

► Bila pada awal jumlah mikroba adalah 10n dan setelah proses panas menyebabkan penurunan desimal n (nD), maka pada nD, akan ada tinggal 1 mikroba yg survive di dlm produk (karena log 1 = 0).

► Nilai D pada suatu suhu dinyatakan dalam bentuk :D65, D72, dsb.

►Jika kita berikan proses panas lebih lama, misalnya (n+1)D, (n+2)D atau (n+4)D, maka jumlah yg dapat bertahan menjadi 10 -1, 10 -2 atau 10 -4.

►Hal ini bukan berarti nilainya kurang dari satu, tetapi yang dimaksud adalah terdapat 1 sel mikroba dalam setiap 10 produk, 1 dalam 100 atau 1 dalam 10.000.

Contoh

► Jika D72 Salmonella senftenberg galur 775W (Salmonellayang paling tahan panas) di dalam susu adalah 1,5 detik, jadi proses pasteurisasi HTST (15 detik pada 72°C) akan menghasilkan penurunan jumlah sel 10D.

► Jika diasumsikan keberadaan Salmonella di dalam susu segar adalah 1 CFU per liter, maka setelah pasteurisasi akan berkurang menjadi 10 -10 CFU per lt atau 1 CFU per (10 10 lt).

► Hal ini berarti : bila susu tersebut dikemas dalam wadah 1 liter , 1 pak dari 10 10 pak akan mengandung Salmonella.

►Jika tingkat kontaminasi Salmonella lebih tinggi, misalnya terdapat jumlah awal 104

cfu /lt , maka dengan pemanasan yang sama akan menghasilkan kesimpulan : kandungan Salmonella kemungkinan ada 1 (satu) dari 106 (sejuta) produk.

Sensitivitas termal yang diukur sebagai nilai D dapat bervariasi dan tergantung pada faktor lain selain sensitivitas panas intrinsik. Faktor tsb antara lain :

► Fase atau tahap pertumbuhan mikroba. Sel-sel pada tahap stasioner umumnya lebih tahan panas dibandingkan sel-sel pada fasa logaritmik.

► Komposisi medium tempat pertumbuhan mikroba. Kandungan lemak atau penambahan sukrosa dapat meningkatkan ketahanan thp panas,. Oleh karena itu untuk makanan yang tinggi lemak atau tinggi kadar gulanya proses pasteurisasi akan lebih lama dibandingkan untuk susu saja. Contoh : D70 Salmonella senftenberggalur 775W untuk susu coklat adalah 6 – 8 jam, sedangkan untuk susu murni hanya beberapa detik saja.

► pH. Perubahan pH dapat pula meningkatkan ketahanan sel terhadap panas, misalnya pH di atas 8 atau dibawah 6.