PRODUKSI DAN KARAKTERISASI BAKTERIOSIN ASAL Lactobacillus plantarum 1A5 SERTA AKTIVITAS ANTIMIKROBANYA TERHADAP BAKTERI PATOGEN SKRIPSI THEO MAHISETA SYAHNIAR DEPARTEMEN ILMU PRODUKSI DAN TEKNOLOGI PETERNAKAN FAKULTAS PETERNAKAN INSTITUT PERTANIAN BOGOR 2009
RINGKASAN THEO MAHISETA SYAHNIAR. D14051400. Produksi dan Karakterisasi Bakteriosin Asal Lactobacillus plantarum 1A5 serta Aktivitas Antimikrobanya terhadap Bakteri Patogen. Skripsi. Departemen Ilmu Produksi dan Teknologi Peternakan, Fakultas Peternakan, Institut Pertanian Bogor. Pembimbing Utama : Irma Isnafia Arief, S.Pt., MSi. Pembimbing Anggota : Dr. Ir. Rarah Ratih Adjie Maheswari, DEA. Daging merupakan salah satu penyumbang protein hewani bagi penduduk Indonesia namun bersifat perishable atau mudah rusak khususnya oleh aktivitas mikroorganisme pembusuk. Alternatif dalam mengatasi masalah tersebut adalah dengan pengolahan dan pengawetan atau preservasi. Metode preservasi yang telah banyak diaplikasikan adalah penambahan bahan pengawet pada makanan, baik bahan pengawet sintetis maupun yang alami. Pemilihan bahan pengawet alami, terutama bakteriosin yang sangat dianjurkan pemakaiannya. Salah satu isolat lokal asal daging, yaitu Lactobacillus plantarum 1A5 telah mampu menunjukkan aktivitas antimikrobanya secara invitro terhadap ketiga bakteri indikator yang merupakan bakteri patogen. Penelitian ini bertujuan untuk mempelajari produksi substrat antimikroba bakteriosin yang dihasilkan pada media berbeda, karakterisasinya melalui sensitivitas terhadap enzim katalase dan enzim proteolitik dan penghambatannya terhadap bakteri patogen, antara lain Staphylococcus aureus ATCC 25923, Salmonella typhimurium ATCC 14028 dan enteropathogenic Escherichia coli K11 (EPEC K11) serta konsentrasi penghambatan minimumnya. Bakteriosin Lactobacillus plantarum 1A5 diproduksi melalui media dengan tiga inducer yang berbeda (NaCl 1%, kombinasi NaCl 1% dan YE 3% dan tripton 1%) dan dikondisikan pada ph 5 dan ph 6. Pengujian produksi dan karakterisasi bakteriosin dilakukan melalui uji antagonistik dengan metode difusi sumur agar terhadap ketiga bakteri indikator yang merupakan bakteri patogen. Tiga hasil uji antagonistik terbaik dari produksi bakteriosin tersebut dilanjutkan dengan purifikasi bakteriosin melalui presipitasi protein dengan amonium sulfat. Hasil terbaik dari purifikasi tersebut dikarakterisasi melalui uji sensitivitas terhadap enzim katalase dan enzim proteolitik serta terakhir dilakukan penentuan persentase MIC dan MBC dengan metode kontak terhadap Staphylococcus aureus ATCC 25923. Hasil penelitian menunjukkan bahwa aktivitas penghambatan bakteriosin Lactobacillus plantarum 1A5 yang diproduksi pada keenam media (supernatan antimikroba yang dihasilkan dari media pertumbuhan dengan inducer NaCl 1%, kombinasi inducer NaCl 1% dan YE 3% serta inducer tripton 1% yang masingmasing dikondisikan pada ph 5 dan ph 6) tidak berbeda sehingga purifikasi bakteriosin dilakukan pada media dengan masing-masing inducer (NaCl 1%, kombinasi NaCl 1% dan YE 3% dan tripton 1%) yang dikondisikan pada ph 6 untuk menghilangkan pengaruh antimikroba dari asam organik. Purifikasi parsial bakteriosin yang menunjukkan aktivitas penghambatan terbesar pada uji antagonistik adalah bakteriosin yang dihasilkan dari media dengan inducer tripton 1%. Bakteriosin kasar 1A5 dikarakterisasi melalui uji sensitivitas terhadap enzim katalase dan enzim proteolitik. Hasil karakterisasi tersebut mengindikasikan bahwa
komponen aktif yang bekerja sebagai antimikroba adalah bakteriosin yang merupakan komponen protein dan bukan hidrogen peroksida. Aktivitas penghambatan bakteriosin kasar Lactobacillus plantarum 1A5 yang dihasilkan dari media produksi dengan inducer tripton 1% pada kondisi ph 6 juga dilihat dari penentuan nilai konsentrasi penghambatan minimumnya baik berupa MIC maupun MBC terhadap Staphylococcus aureus ATCC 25923. Nilai MIC bakteriosin kasar 1A5 terhadap Staphylococcus aureus ATCC 25923 menunjukkan bahwa konsentrasi minimum bakteriosin kasar 1A5 yang dibutuhkan sebesar 70% sedangkan pada nilai MBC-nya dibutuhkan konsentrasi bakteriosin kasar 1A5 sebesar 80%. Kata-kata kunci: Lactobacillus plantarum, bakteriosin, uji antagonistik, MIC dan MBC ii
ABSTRACT Production and Characterization of Bacteriocin from Lactobacillus plantarum 1A5 and It s Antimicrobe Activity to Patogenic Bacteria Syahniar, T.M., I.I. Arief and R.R.A. Maheswari The aims of this research were to study antimicrobial activity of bacteriocin produced by lactic acid bacteria Lactobacillus plantarum 1A5 in six different media (media with NaCl 1%, combination of NaCl 1% and YE 3%, and trypton 1% inducers that were conditioned on ph 5 dan ph 6, respectively). Characteristic of bacteriocin 1A5 determined by catalase and proteolytic enzymes with antagonistic assay against pathogenic bacterias (Staphylococcus aureus ATCC 25923, Salmonella typhimurium ATCC 14028 and enteropathogenic Escherichia coli K11) and determination of Minimum Inhibitory Concentration (MIC) and Minimum Bactericide Concentration (MBC) s value against Staphylococcus aureus ATCC 25923. The result showed that the inhibitory activity was produced significantly by crude bacteriocin 1A5 from media with trypton 1% inducer and was conditioned at ph 6. Characterization of active compound from crude bacteriocin 1A5 could be classified as bacteriocin neither antimicrobial compounds such as hydrogen peroxide because it was stable to catalase treatment. The other characteristic of its bacteriocin was nature proteinaeous that showed loss it s activity after trypsin treatment against Staphylococcus aureus ATCC 25923 and enteropathogenic Escherichia coli K11, neither Salmonella typhimurium ATCC 14028. Inhibition activity of crude bacteriocin 1A5 could explained with MIC and MBC s value, especially against Staphylococcus aureus ATCC 25923. MIC s and MBC s value needed respectively 70% dan 80% concentration of crude bacteriocin. Keywords: Lactobacillus plantarum, bacteriocin, antagonistic assay, MIC and MBC
PRODUKSI DAN KARAKTERISASI BAKTERIOSIN ASAL Lactobacillus plantarum 1A5 SERTA AKTIVITAS ANTIMIKROBANYA TERHADAP BAKTERI PATOGEN THEO MAHISETA SYAHNIAR D14051400 Skripsi ini merupakan salah satu syarat untuk memperoleh gelar Sarjana Peternakan pada Fakultas Peternakan Institut Pertanian Bogor DEPARTEMEN ILMU PRODUKSI DAN TEKNOLOGI PETERNAKAN FAKULTAS PETERNAKAN INSTITUT PERTANIAN BOGOR 2009
PRODUKSI DAN KARAKTERISASI BAKTERIOSIN ASAL Lactobacillus plantarum 1A5 SERTA AKTIVITAS ANTIMIKROBANYA TERHADAP BAKTERI PATOGEN Oleh: THEO MAHISETA SYAHNIAR D14051400 Skripsi ini telah disetujui dan disidangkan di hadapan Komisi Ujian Lisan pada tanggal 22 Oktober 2009 Pembimbing Utama Pembimbing Anggota Irma Isnafia Arief, S.Pt. MSi. Dr. Ir. Rarah R.A. Maheswari, DEA. Dekan Fakultas Peternakan Institut Pertanian Bogor Ketua Departemen Ilmu Produksi dan Teknologi Peternakan Fakultas Peternakan Institut Pertanian Bogor Dr. Ir. Luki Abdullah, M.Sc.Agr. Prof. Dr. Ir. Cece Sumantri, M.Agr.Sc.
RIWAYAT HIDUP Penulis dilahirkan pada tanggal 17 Juni 1987 di Probolinggo. Penulis adalah anak pertama dari dua bersaudara dari pasangan Sudarsono dan Emi Sumartini, S.Sos. Riwayat pendidikan penulis dimulai dari Sekolah Dasar Negeri Sukabumi 2 Probolinggo (1993-1999), Sekolah Lanjutan Tingkat Pertama Negeri 1 Probolinggo (1999-2002) dan dilanjutkan ke Sekolah Menengah Atas Negeri 1 Probolinggo (2002-2005). Penulis kemudian melanjutkan pendidikan dan diterima sebagai mahasiswa Institut Pertanian Bogor melalui jalur USMI (Ujian Seleksi Masuk IPB) pada tahun 2005. Penerapan Sistem Mayor Minor yang dilakukan oleh IPB membawa penulis pada Departemen Ilmu Produksi dan Teknologi Peternakan, Fakultas Peternakan, Institut Pertanian Bogor. Selama masa pendidikan, penulis aktif dalam organisasi kemahasiswaan Badan Eksekutif Mahasiswa Fakultas Peternakan periode 2007-2008 serta dalam kepanitian kegiatan-kegiatan kampus lainnya. Penulis juga pernah menjadi asisten praktikum pada mata kuliah Dasar-Dasar Teknologi Hasil Ternak tahun ajaran 2007-2008 dan pada mata kuliah Metodologi Penelitian dan Rancangan Percobaan tahun ajaran 2008-2009. Penulis melakukan penelitian dan penulisan skripsi yang berjudul Produksi dan Karakterisasi Bakteriosin Asal Lactobacillus plantarum 1A5 serta Aktivitas Antimikrobanya terhadap Bakteri Patogen guna memenuhi salah satu syarat untuk memperoleh gelar sarjana pada Fakultas Peternakan, Institut Pertanian Bogor.
KATA PENGANTAR Puji dan syukur penulis panjatkan kehadirat Allah SWT atas segala limpahan nikmat dan rahmat-nya hingga akhirnya penulisan skripsi ini dapat diselesaikan dengan baik. Shalawat serta salam semoga selalu dilimpahkan kepada Nabi Muhammad SAW dan untuk keselamatan seluruh umat Islam. Penulis juga mengucapkan terima kasih kepada seluruh pihak yang telah memberi dukungan, baik secara moril maupun materil hingga skripsi yang berjudul Produksi dan Karakterisasi Bakteriosin Asal Lactobacillus plantarum 1A5 serta Aktivitas Antimikrobanya terhadap Bakteri Patogen ini dapat diselesaikan guna memenuhi salah satu syarat memperoleh gelar Sarjana Peternakan pada Fakultas Peternakan Institut Pertanian Bogor. Substansi skripsi ini terkait tentang pengkajian lebih dalam mengenai substrat antimikroba yang dihasilkan oleh bakteri asam laktat Lactobacilllus plantarum 1A5 berupa bakteriosin kasar. Bakteriosin kasar 1A5 mampu menunjukkan aktivitas antimikrobanya terhadap ketiga bakteri patogen setelah melalui proses optimasi produksi dan proses purifikasi parsial bakteriosin. Komponen aktif yang bekerja sebagai antimikroba pada bakteriosin kasar 1A5 merupakan komponen protein. Penulis menyadari bahwa skripsi ini masih jauh dari kesempurnaan. Namun demikian, penulis telah berusaha semaksimal mungkin agar skripsi ini dapat bermanfaat bagi seluruh pihak, khususnya dalam peningkatan keamanan pangan di Indonesia melalui biopreservatif alami. Saran dan kritik yang membangun sangat bermanfaat bagi penulis. Bogor, Nopember 2009 Penulis
DAFTAR ISI RINGKASAN... ABSTRACT... LEMBAR PERNYATAAN... LEMBAR PENGESAHAN... RIWAYAT HIDUP... KATA PENGANTAR... DAFTAR ISI... DAFTAR TABEL... DAFTAR GAMBAR... DAFTAR LAMPIRAN... Halaman PENDAHULUAN... 1 Latar Belakang... 1 Tujuan... 2 TINJAUAN PUSTAKA... 3 Mikrobiologi Daging... 3 Bakteri Asam Laktat... 4 Lactobacillus... 6 Lactobacillus plantarum 1A5... 6 Antimikroba... 7 Asam Organik... 8 Hidrogen Peroksida... 9 Bakteriosin... 9 Mekanisme Penghambatan Senyawa Antimikroba... 12 Enzim Proteolitik... 13 Bakteri Patogen... 15 Staphylococcus aureus... 16 Salmonella typhimurium... 16 Escherichia coli... 17 METODE... 19 Lokasi dan Waktu... 19 Materi... 19 Rancangan... 19 Prosedur... 20 Strain Bakteri dan Media Pertumbuhan... 20 Produksi Bakteriosin pada Media yang Berbeda... 21 Pengukuran ph... 21 Pengukuran Total Asam Tertitrasi... 21 Persiapan Uji Antagonistik... 22 i iii iv v vi vii viii x xi xii
Uji Antagonistik Bakteriosin terhadap Bakteri Indikator... 23 Purifikasi Parsial Bakterosin... 23 Uji Sensitivitas Bakteriosin Kasar 1A5 terhadap Enzim Katalase... 24 Uji Sensitivitas Bakteriosin Kasar 1A5 terhadap Enzim Proteolitik... 25 Penentuan Minimum Inhibitory Concentration (MIC) dan Minimum Bactericide Concentration (MBC) Bakteriosin Kasar 1A5 dengan Metode Kontak... 25 HASIL DAN PEMBAHASAN... 28 Penelitian Pendahuluan... 28 Penelitian Utama... 30 Produksi Bakteriosin dari Media yang Berbeda... 30 Purifikasi Parsial Bakteriosin... 37 Sensitivitas Bakteriosin Kasar 1A5 terhadap Enzim Katalase... 41 Sensitivitas Bakteriosin Kasar 1A5 terhadap Enzim Proteolitik... 43 Minimum Inhibitory Concentration (MIC) dan Minimum Bactericide Concentration (MBC) Bakteriosin Kasar 1A5 47 KESIMPULAN DAN SARAN... 50 Kesimpulan... 50 Saran... 50 UCAPAN TERIMA KASIH... 51 DAFTAR PUSTAKA... 52 LAMPIRAN... 57 ix