Peran Mikroba dan faktor yang mempengaruhi

Transkripsi

1 Peran Mikroba dan faktor yang mempengaruhi Marlia Singgih Wibowo School of Pharmacy Institut Teknologi Bandung

2 Kontaminasi mikroba pada makanan

3 Jamur yang dapat dan tidak dapat dimakan

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) Di Belanda Di USA

6

7 Pembuatan Wine

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) 2. Mikroba penghasil 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 4. SCP (Single Cell Protein)

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, jus buah)

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 Alexander Flemming, 1928

16 Biosintesis penisilin dan sefalosporin L- -aminoadipic acid L-cysteine L-valine -(L- -aminoadipyl)-l-cystein -(L- -aminoadipyl)-l-cystein-d-valine Siklisasi 2 tahap 3 prekursor asam amino: L-valine, L-cystein, L- -aminoadipat C.Acremoneum, Streptomyces sp. Penicilin N Isopenicilin N Penicillium chrysogenum Penicilin G Deacetoxycephalosporin C Deacetylcephalosporin C Cephalosporin C

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 virulensi bakteri patogen

18 Kebutuhan antibiotik sejak 1940 sampai sekarang (Sumber : Timeline of Antibiotics)

19 Top 25 Biotechnol Company (2011) Abbott Laboratories Amgen, Inc. AstraZeneca Pharmaceuticals Bayer HealthCare Pharmaceuticals Biogen Idec Inc. Boehringer Ingelheim Pharmaceuticals, Inc. Gilead Science, Inc. GlaxoSmithKline LLC Johnson & Johnson Merck / Schering-Plough Pharmaceuticals MGI Pharma, Inc./ Eisai Millennium Pharmaceuticals, Inc. Mylan Pharmaceuticals Corporation Bristol-Myers Squibb Company Novaris Pharmaceuticals Corporation Chiron Corporation Pfizer Eli Lilly and Company Roche Diagnostics Corporation Forest Laboratories. Sanofi-Aventis Genentech, Inc. Genzyme Corporation Takeda Pharmaceuticals North America, Inc. Teva Pharmaceutical Industries Ltd.

20 Berbagai cara penemuan obat baru

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 pertumbuhan mikroorganisme?

24 Kurva pertumbuhan mikroorganisme (sistem batch) Biomasa (X) c d e µ x = dx/dt b µ =laju pertumbuhan X=konsentrasi sel a t=waktu Waktu (t) Ket : a: fase lag ; b: fase log ; c:fase stasioner ; d:fase kriptik ; e:fase kematian

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, konsentrasi gas di lingkungan, dll.

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 vitamin dan faktor pertumbuhan lain

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 Cl 0,5 anion

29 Komposisi rata-rata sel mikroba Mikroba % C % N % Protein % KH %Lipid %As. Nukleat %Abu Bakteri Ragi Kapang

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 sebagai kofaktor dalam proses fosforilasi.

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 bijibijian 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 mikroba asal, lama pemanasan, ukuran produk, dll.)

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 : sehingga : Log e (N/N0) = -c t Log 10 (N/N0) = - k t

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 D = (t2 t1) (Log N1 log N2)

41 Kurva lethal mikroorganisme Log N 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%. N1 N2 D t (waktu)

42 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 10 n 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.

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 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

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 CFU per lt atau 1 CFU per (10 10 lt). Hal ini berarti : bila susu tersebut dikemas dalam wadah 1 liter, 1 pak dari pak akan mengandung Salmonella.

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 terhadap panas, misalnya ph di atas 8 atau dibawah 6.