MIKROENKAPSULASI MIKROORGANISME MENGGUNAKAN PENYALUT WHEY PROTEIN

TUGAS MATAKULIAH TEKNIK RISET NUTRISI TERNAK

ENKAPSULASI MIKROORGANISME MENGGUNAKAN PENYALUT WHEY PROTEIN

Dosen Pengasuh : Prof. Dr. Ir. Komang G. Wiryawan

OLEH : M INGGIT FAUZI

NRP : D251170121

Penggunaan whey protein sebagai bahan penyalut untuk pembuatan mikroenkapsulasi sangat direkomendasikan. Karena whey protein mempunyai kandungan yang memenuhi sebagai bahan penyalut. Dan juga dapat memanfaatkan produk sampingan pembuatan keju ini menjadi suatu hal yang lebih bermanfaat.

PROGRAM STUDI ILMU NUTRISI DAN PAKAN

SEKOLAH PASCASARJANA

INSTITUT PERTANIAN BOGOR

2017

ENKAPSULASI MIKROORGANISME MENGGUNAKAN PENYALUT WHEY PROTEIN

M Inggit Fauzi

(NRP : D251170121)

Abstrak

            Whey protein merupakan produk sampingan dari pembuatan keju yang mempunyai nilai tambah tersendiri. Whey protein merupakan salah satu penyalut yang dapat memenuhi sebagai bahan penyalut mkroenkapsulasi bahan. Namun perlu adanya suatu teknologi atau metode yang cocok untuk mengoptimalkan fungsi whey protein sebagai penyalut. Dimana whey protein mempunyai kandungan protein, laktosa, mineral yang cukup tinggi. Bahan organik yang terkandung dalam whey protein inilah yang sangat bermanfaat untuk pembuatan mikroenkapsulasi dengan berbagai metode. Sehingga hasil dari enkapsulasi dapat bisa memenuhi tujuan dari mikroenkapsulasi.

Kata kunci : whey protein, mikroenkapsulasi, mikroorganisme

Pendahuluan

            Susu adalah salah satu produk peternakan yang dapat dikonsumsi oleh manusia. Hal ini karena susu mempunyai kandungan atau nilai gizi yang tinggi dan lengkap dan merupakan sumber protein hewani yang sangat baik dikonsumsi oleh manusia. Konsumsi susu setiap tahunnya mengalami peningkatan. Seiring dengan peningkatan konsumsi susu maka mendorong berkembangnya industry pengolahan susu. Pada proses pengolahannya biasanya menghasilkan hasil ikutan yang belum termanfaatkan dengan baik oleh manusia.

            Proses menggumpalnya susu dlam pembuatan keju menghasilkan produk ikutan atau sampingan yaitu whey. Penggunaan whey jarang digunakan pada beberapa industry bahkan dibuang sebagai limbah yang dapat mencemari lingkungan. Dimana whey memiliki nilai biochemical oxygen demand (BOD) dan chemical oxygen demand (COD) yang seimbang dengan batas yang diperbolehkan 50.000 mg/l (BOD) dan 80.000 mg/l (COD) (Guimaraes et al. 2010). Hal ini bisa terjadi karena pada whey masih terkandung nutrisi dan bahan organic didalamnya seperti protein, laktosa dan mineral. Sehingga dengan kandungan organik yang terkandung pada whey menjadikan whey sebagai media yang baik bagi pertumbuhan mikroorganisme,  sehingga bila di kelola dengan baik whey dapat digunakan sebagai penyalut enkapsulasi mikroorganisme.

            Mikroenkapsulasi adalah teknik penyalutan suatu bahan pakan sehingga bahan tersebut dapat terlindungi dari pengaruh dari lingkungan yang dapat merugikan seperti panas dan bahan kimia (Victor & Heldman. 2001). Metode yang digunakan dalam enkapsulasi antara lain : spray drying, spray chilling dan cooling, prilling, spinning dist, fluidized, liposomes, extrusion, penyalutan dengan suspense udara, coacervation, inklusi molekul,  (Arshady 1993).  Sehingga makalah ini dibuat untuk meninjau peran whey protein sebagai penyalut enkapsulasi mikroorganisme. Makalah ini akan dijelaskan pula penggunaan berbagai metode enkapsulasi menggunakan penyalut whey protein.

Whey Protein dan Mikroenkapsulasi

            Whey protein merupakan produk sampingan dari pembuatan keju yang kebanyakan hanya sebagai limbah yang dapat mencemari lingkungan. Whey protein mengandung protein, laktosa (gula susu), mineral dan lain-lain. Protein pada whey sekitar 20% dari whey. Pemberian probiotik dalam bentuk kultur sel banyak memiliki kelemahan yaitu berkaitan dengan daya simpan yang singkat serta mudah rusak oleh pengaruh lingkungan. Sehingga probiotik harus memiliki kemampuan untuk bertahan pada proses penyimpanan dan lainnya (shortt 1999). Perlu adanya teknologi untuk membuat probiotik dapat bertahan dalam kondisi tersebut salah satu metode yang dapat diterapkan yaitu metode mikroenkapsulasi. Tujuan dari mikroenkapsulasi adalah meningkatkan sabilitas bahan aktif selama proses penyimpanan, mengendalikan pelepasan bahan pada tempat dan waktu yang tepat, mencegah terjadinya oksidasi, dan menutupi baud an aroma yang kurang sedap.

            Mikroenkapsulasi mempunyai beberapa kelebihan dibandingkan dengan sel bebas yaitu bimassa tinggi, stabilitas biologis meningkat, meningkatkan produksi, meningkatkan stabilitas produk, kemampuan memisahkan dan menggunakan kembali sel.

Tabel 1. Komposisi nutrisi whey protein

Komposisi	Whey (%)
Air	93,5
Protein	1
Lemak	0,4
Laktosa	5
Abu	0,65

Sumber : Johnson, 2000

Tabel 2. Komposisi whey protein

Protein	Komposisi (%)
Kasein
αs1-casein	32
αs2-casein	8
β-casein	32
k-casein	8
	80
Whey protein:
β-laktoglubulin	12
β-lactalbumin	4
Immunoglobulins	3
Serum albumin	1
	20

Sumber : Johnson, 2000

            Whey Protein merupakan fraksi/bagian dari protein yang dipisahkan dari kasein pada proses koagulasi dalam susu pada pembuatan keju . Whey mengandung sekitar 20% protein pada keju yang tidak terkoagulasi oleh enzim rennet. Selain itu, whey juga mengandung karbohidrat, vitamin dan mineral susu serta sedikit lemak. Lebih lanjut, whey sering menjadi komposisi produk minuman olahraga karena ada kandungan BCAA (Branched Chain Amino Acids), leusin, isoleusin dan valin yang tinggi. BCAA sangat penting dalam menjaga glikogen pada sel otot.

Enkapsulasi Menggunakan Penyalut Whey Protein

            Penelitian Michael dan Ulrich (2011) menunjukkan bahwa metode emulsi yang telah diinduksi secara termal, mikroenkapsulasi yang menggunakan penyalut whey protein yang diterapkan untuk enkapsulasi ekstrak bilberry yang kaya antosianin dapat dihasilkan dari whey protein. Mendapatkan hasil bahwa          

Gambar 1. Pengaruh kandungan ekstrak bilberry dan penambahan PCDL pengemulsi pada morfologi mikrokapsul protein whey pada pH 1,5 pH 3 yang disiapkan pada kecepatan pengaduk konstan 1350 rpm seperti yang diamati oleh mikroskop cahaya.

menggunakan ekstruksi yang diterapkan, diameter manik rata-rata dari mikrokapsul yang diperoleh sampai sekarang berkisar ~ 0,5 mm sampai ~ 2,5 mm. Sebaliknya bila mengunkanan metode emulsi dengan bantuan pengemulsi PCDL efektif yang dipilih eksperimental memungkinkan produksi mikrokapsul dengan diameter rata-rata di bawah 70 μm yang dapat dipraktikkan untuk aplikasi makanan tanpa dampak sensorik negatif. Dimana penelitian ini difokuskan untuk mengungkapkan dan mengukur interaksi yang diamati antara whey protein, ekstrak bilberry dan pengemulsi selama proses mikroenkapsulasi dan karakteristik pelepasan mikrokapsul sedang dalam penyelidikan.

            Menurut penelitian Nicoleta et al. (2017) menunjukkan bahwa metode mikroenkapsulasi dari bioktif ekstrak elderberry (Sabuci nigra) menggunakan whey protein menghasilkan bahwa dari parameter antara whey protein dan anthocyanins dan flavonoids dari ekstrak elderberry. Eksperimen tersebut mengungkapkan adanya proses pendiginan yang dinamis, melibatkan beberapa mode pengikatan untuk interaksi whey protein dan biaktif dari ekstrak. Dari hasil HPLC menunjukkanbahwa anthocyanin dan flavonoid utama ditemukan pada ekstrak elderberry, pengujian docking lanjutan menggunakan β-lactoglobulin sebagai reseptor dan delphinidin-3-glukosida dan katekin sebagai ligan. Meskipun permukaan interaksi lebih rendah bila terjadi ikatan β-laktoglobulin-delphinidin-3-glukosida, energi ikatan dan afinitas molekul dalam perakitan lebih tinggi dibandingkan dengan kompleks katekin β-laktoglobulin. Selanjutnya, bioaktif elderberry berhasil dienkapsulasi menggunakan isolat whey protein dan pektin sebagai bahan pelapis. Mikrokapsul dicirikan dalam hal kandungan polifenol, kapasitas antioksidan, warna, mikroskopi pemindaian confocal laser dan stabilitas termal. Hasilnya menunjukkan efisiensi enkapsulasi yang signifikan dari ~ 98% antosianin. Investigasi pemindaian laser confocal mengungkapkan adanya jaringan jala lebar dengan ukuran mulai dari 40-150 μm dan berbagai formasi bola atau poligonal. Kedua ekstrak elderberry dan mikrokapsul menunjukkan aktivitas antioksidan tinggi, menunjukkan bahwa mikrokapsul dapat digunakan sebagai antioksidan alami di bidang makanan. Antosianin yang dienkapsulasi menunjukkan stabilitas yang lebih tinggi secara signifikan saat dikenai perlakuan termal, sedangkan peningkatan kadar flavonoid ditemukan dengan meningkatnya suhu dan waktu penahanan. Penelitian ini akan membantu aplikasi industri ekstrak elderberry atau serbuk mikroenkapsulasi.

            Penelitian yang telah dilakukan oleh Mahmoud et al. (2017) yang menggunakan metode ultrasonik menggunakan penyalut whey protein mendapatkan hasil bahwa pembuatan dan karakterisasi Ziziphora clinopodiodes EO mikroenkapsulasi yang buat oleh metode ultrasonik. Whey protein isolate (WPI) dan pektin adalah dua bahan dinding dan nilai optimum daya ultrasonik dan rasio lapisan inti ditentukan dengan metode RSM. Intensifikasi proses ultrasonication memiliki efek negatif dalam pengurangan ukuran tetesan mikrokapsul. Mikropartikel yang lebih kecil diperoleh oleh WPI dibandingkan dengan pektin yang dikaitkan dengan struktur amphiphilic dan kemampuan pengemulsi WPI. Namun, nilai indeks polidispersitas lebih rendah untuk mikrokapsul berlapis pektin. Efek rasio inti lapisan pada viskositas dan kekeruhan emulsi lebih banyak daripada daya ultrasonik. penelitian ini menunjukkan kemampuan metodologi respon permukaan dalam optimalisasi proses ultrasonication untuk menghasilkan Z. clinopodiodes EO mikrokapsulasi yang distabilkan dengan WPI dan pektin. Pengamatan scaning mikroskop elektron terhadap mikrokapsul optimal, menyetujui ukuran partikel yang diprediksi. Uji XRD tidak menunjukkan perubahan struktural biopolimer saat digunakan sebagai bahan dinding. Analisis FT-IR menunjukkan pentingnya interaksi elektrostatik daripada reaksi kimia dalam stabilisasi Z. clinopodiodes EO oleh WPI dan pektin. Kelebihan dari penelitian ini dengan menggunakan metode ultrasonication dapat mengkonsumsi energi dengan rendah, ukuran tetesan yang lebih kecil, dan efiensi enkapsulasi yang tinggi.

            Penelitian yang telah dilakukan oleh Eckert et al. (2017) yang menggunakan metode mikroenkapsulasi bakteri Lactobacillus plantarum ATCC 8014 dengan pengeringan semprot yang menggunakan penyalut whey protein mendapatkan hasil bahwa whey, permeat, whey retentate menunjukkan cocok sebagai bahan dinding, sebagai pelindung Lactobacillus plantarum ATCC 8014 selama mikroenkapsulasi melalui pengeringan semprot. Setelah disimpan di 20⁰ C selama delapan minggu, semua mikroenkapsulasi menunjukkan jumlah sel diatas nilai kualitas minimum dari bakteri probiotik dibutuhkan untuk makanan fungsional. Mikroenkapsulasi dengan produk whey susu, menghasilkan peningkatan resisten dari Lactobacillus plantarum ke GIT simulasi., kecuali untuk mikrokapsul permeat pada keberadaan garam empedu. Dengan penggunaan produk whey susu dapat mengurangi limbah susu dan menjadi nilai tambah tersendiri.

Kesimpulan

            Bahan penyalut untuk pembuatan enkapsulasi mikroorganisme harus mempunyai persyaratan khusus untuk memenuhi tujuan dari penyalut. Menggunakan penyalut whey protein merupakan salah satu penyalut yang baik digunakan karena dapat memenuhi standar dari penyalut itu sendiri. Namun untuk mendukung pembuatan enkapsulasi menggunakan whey protein sebagai penyalut yang baik juga harus disesuaikan dengan penggunaan metode mikroenkapsulasi.

Daftar Pustaka

Arshady R. 1993. Microcapsules for food. J Microencapsul. 10 (4): 413-435

Camila E, V.G. Serpa, A.C.F. dos Santos, S.M. da Costa, V. Dalpubel, D.N. Lehn
            and C. F.V. de Souza. 2017. Microencapsulation of Lactobacillus plantarum
            ATCC 8014 through spray drying and using dairy whey as wall materials.
            LWT - Food Science and Technology, doi: 10.1016/j.lwt.2017.04.045.

Guimarães PMR, Teixeira JA, Domingues L. 2010. Fermentation of lactose to bio-
            ethanol by yeasts as part of integrated solutions for the valorisation of cheese
            whey. Biotechnol Adv 28(3):375–384.

Johnson. 2000. US Whey Products in Snacks and Seasoning. US Dairy Export
            Council USA.

Mahmoud H, M.A. Khaledabad and H. Almasi. 2017. Optimization of Ziziphora
            clinopodiodes essential oil microencapsulation by whey protein isolate and
            pectin: a comparative study, International Journal of Biological
           Macromoleculeshttp://dx.doi.org/10.1016/j.ijbiomac.2017.03.190

Michael B, and U. Kulozik. 2011. Microencapsulation of bioactive bilberry
            anthocyanins by means of whey protein gels. 11^th International Congress on
            Engineering and Food (ICEF11). doi:10.1016/j.profoo.2011.10.006

Nicoleta S, A.M. Oancea, I. Aprodu, M. Turturică, V. Barbu, E. Ioniţă, G. Râpeanu
            and G. Bahrim. 2017. Investigations on binding mechanism of bioactives
            from elderberry (Sambucus nigra L.) by whey proteins for efficient
            microencapsulation, Journal of Food Engineering (2017), doi:
            10.1016/j.jfoodeng.2017.10.019

Shortt C. 1999. The Probiotic Century : Historycal and current perspectives. Review
            on Trend Food Science and Technology. 10: 411 – 417

Victor RP, Heldman DR. 2001. Introduction to food engineering. 3nd ed. London
            (ID): Academics Press