Peran Mikroba dan faktor yang mempengaruhi

(1)

Peran Mikroba dan faktor

yang mempengaruhi

Marlia Singgih Wibowo

School of Pharmacy

(2)

(3)

(4)

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.

(5)

Pembuatan keju (cheese)

(6)

(7)

(8)

Mikroba vs Makanan

► Penggunaan mikroorganisme sejak jaman

dahulu: pembuatan alkohol (10000 BC),

produksi CO

₂

untuk ragi roti (4000 BC),

Makanan tradisional : tempe, keju, tape,

beras angkak, dll.

(9)

Mikroorganisme yang berhubungan

dengan makanan

1. Mikroba kontaminan/patogen (yang

merusak makanan)

(10)

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

(11)

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,

(12)

Cara-cara pengawetan makanan

► Pendinginan

► Pengasapan

► Pengalengan

► Pengeringan

► Pemanisan

► Pengasinan

► Irradiasi

(13)

Peran mikroba dalam

pengembangan obat?

► Antibiotik

► Senyawa anti-kolesterol

► Hormon

► dll

(14)

Penemuan awal antibiotik

►

In 1928, Alexander Fleming menemukan

penisilin antibiotik pertama yang dihasilkan oleh

suatu jamur (mould)

Penicillium notatum

yang

tumbuh di atas cawan yagng berisi bakteri

Staphylococcus

yang sedang tumbuh

.

►

Selanjutnya walaupun telah diencerkan 800 kali

kultur jamur tersebut tetap dapat menghambat

pertumbuhan bakteri.

(15)

Struktur dasar Penisilin

(16)

Biosintesis penisilin dan sefalosporin

L--aminoadipic acid _L-cysteine

L-valine -(L--aminoadipyl)-L-cystein -(L--aminoadipyl)-L-cystein-D-valine Isopenicilin N Penicilin N Penicilin G Deacetoxycephalosporin C Deacetylcephalosporin C Penicillium chrysogenum C.Acremoneum, Streptomyces sp. Cephalosporin C 3 prekursor asam amino: L-valine, L-cystein, L--aminoadipat Siklisasi 2 tahap

(17)

Perkembangan penemuan

antibiotik

► Di tahun 1939, Ernst Chain dan Howard Florey

mengembangkan cara mengisolasi penisilin dan menggunakan nya pada Perang Dunia II.

► Beberapa strategi telah dilakukan untuk menemukan

senyawa antibiotik baru. Kandidat yang Potential

sebagai

natural antibiotics

ditemukan dengan cara

screening

terhadap spesies bakteri dan fungi yang memiliki aktivitas antimikroba.

► Semi-sintetik antibiotik dibuat dengan cara memodifikasi

natural antibiotics

► Obat Sintetik dirancang dengan mempelajari mekanisme

(18)

► Kebutuhan antibiotik sejak 1940 sampai

(19)

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.

(20)

(21)

Obat baru untuk TB

Setelah Percobaan klinik tahap I

dilanjutkan kepada tahap II dan

III, persetujuan dari Badan

pengawasan Makanan dan Obat

(FDA) diberikan kepada Antibiotik

bagi TB itu kini diberi nama

diarylquinolones.

Diarylquinolone

TMC207

merupakan preparat baru

yang mempunyai potensi sebagai

antituberculosis. Mekanisme

antituberculosis dari

diarylquinolone TMC207 ini adalah

dengan cara menghambat

sintetase-ATP dari kuman

Mycobaterium.

(22)

Metabolit sekunder untuk pertahanan diri

atau kompetisi dengan mikroba lain

(23)

Bagaimana mikroorganisme tumbuh?

Faktor apa saja yang mempengaruhi

pertumbuhannya?

Bagaimana mengendalikan

(24)

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/dt

µ =laju pertumbuhan X=konsentrasi sel t=waktu

(25)

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,

(26)

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.

(27)

Kandungan nutrisi

► air

► sumber energi (karbon)

► sumber nitrogen

► mineral

(28)

Elemen dalam sel mikroorganisme

Elemen % brt.krng Fungsi fisiologis

C 50 komponen sel organik O 20 komponen sel organik,

Akseptor e- pd respirasi N 14 utk protein, as.nukleat,

Ko-enzim

H 8 komponen sel organik P 3 Fosfolipid, as.nukleat S 1 as.amino, protein

K 1 kation dan kofaktor pd reaksi enzimatis

Na 1 kation dan membran transpor

Ca 0,5 kation dan kofaktor Mg 0,5 kation dan kofaktor

(29)

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

(30)

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.

(31)

► 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.

(32)

► 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

(33)

► 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 (H

₂

O)

(34)

Pengaruh komposisi media terhadap

morfologi mikroorganisme

(35)

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.

(36)

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.

(37)

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

(38)

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.

(39)

►

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/N

0

) = -c t

sehingga :

(40)

►

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

(41)

Kurva lethal mikroorganisme

t (waktu) Log N N1 N2 D

Nilai D atau waktu pengurangan desimal

adalah 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%.

(42)

D = (t

2

– t

1

) (Log N

1 – log N

2 )

► 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 :

(43)

► 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

(44)

Contoh

► Jika D72

Salmonella senftenberg

galur 775W (

Salmonella

yang 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}

(45)

► Jika tingkat kontaminasi

Salmonella

lebih

tinggi, misalnya terdapat jumlah awal 10

4

cfu /lt , maka dengan pemanasan yang

sama akan menghasilkan kesimpulan :

kandungan

Salmonella

kemungkinan ada 1

(satu) dari 10

6

_{(sejuta) produk.}

(46)

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 senftenberg

galur 775W untuk susu coklat adalah 6 – 8 jam, sedangkan untuk susu murni hanya beberapa detik saja.

► pH. Perubahan pH dapat pula meningkatkan ketahanan sel