Mekanisme Ketahanan Mikroba Terhadap Suhu Tinggi

Mekanisme Ketahanan Mikroba Terhadap Suhu Tinggi

BERANDA

Salah satu faktor yang mempengaruhi pertumbuhan mikroorganisme adalah temperatur. Sebagian besar mikroorganisme tumbuh baik pada suhu 25-45^o C. Namun ada beberapa jenis mikroba yang tumbuh dengan baik pada suhu tinggi dan suhu rendah. Setiap organisme memiliki suhu optimum pertumbuhan, waktu regenerasi akan meningkat pada setiap kenaikan atau penurunan suhu dari suhu optimum. Kontrol suhu merupakan salah satu metode pengawetan makanan yang paling utama dalam penghambatan mikroba. Suhu tinggi akan menyebabkan kematian mikroba, sedangkan suhu rendah akan meningkatkan waktu regenerasi dan memperlambat pertumbuhan sel mikroba.

Berdasarkan suhu optimum pertumbuhannya mikroorganisme dibedakan menjadi:

1. Psikrotropik: suhu optimum 14-20^oC, tetapi dapat tumbuh lambat pada suhu refrigerator (4^oC). Kelompok mikroorganisme ini yang penting pada ma-kanan kaleng adalah Clostridium botulinum tipe E dan strain non-proteolitik tipe B dan F.
2. Psikrofilik :
3. Mesofilik: suhu optimum 30-37^oC. Suhu ini merupakan suhu normal gudang. Clostridium botulinum merupakan salah satu contoh mikroorganisme kelompok ini.
4. Termofilik: suhu optimum kebanyakan termofilik pada suhu 45-60^oC. Jika spora bakteri tidak dapat bergerminasi dan tidak tumbuh di bawah suhu 50^oC, bakteri tersebut disebut obligat termofil. Jika tumbuh pada kisaran suhu 50-66^oC atau pada suhu yang lebih rendah (38^oC), bakteri ini disebut fakultatif termofilik. Beberapa obligat termofil dapat tumbuh pada suhu 77^oC dan bakteri ini sangat resisten terhadap pemanasan (121^oC selama 60 menit). Bakteri termofilik tidak memproduksi toksin selama pertumbuhannya pada makanan. Contoh bakteri dari kelompok ini adalah Bacillus stearother-mophilus. Bakteri termofilik, seperti Bacillus stearothermophilus menyebabkan busuk asam (flat sour) pada makanan kaleng berasam rendah dan B. coagulans pada makanan kaleng asam. Bakteri termofil lainnya, yaitu Clostridium thermosaccha-rolyticum menyebabkan penggembungan kaleng karena memproduksi CO₂ dan H₂. Kebusukan sulfida disebabkan oleh Clostridium nigridicans.
5. Hyperthermofilik : Mikroba thermofil yang dapat tumbuh pada suhu diatas 80 ^oC

Pada umumnya semakin tinggi suhu pertumbuhan bakteri, resistensi terhadap pemanasan semakin tinggi. Dengan demikian bakteri thermofil lebih resisten terhadap pemanasan daripada bakteri mesofil. Pemanasan yang digunakan untuk membunuh spora mesofil mungkin saja tidak cukup untuk mencegah terjadinya kebusukan oleh spora thermofil, kecuali jika makanan tersebut disimpan pada suhu di bawah thermofil. Untuk produk-produk makanan, seperti kacang polong, jagung, makanan bayi dan daging yang beresiko busuk karena thermofil, para pengolah makanan harus ekstra hati-hati dalam mencegah terjadinya kebusukan karena germinasi dan pertumbuhan spora thermofil. Bahan-bahan yang digunakan seperti gula, tepung dan rempah-rempah harus terbebas dari spora thermofil.

Bakteri thermofil juga dapat tumbuh pada peralatan yang kontak langsung dengan makanan, sehingga makanan harus dipertahankan pada suhu 77^oC atau lebih tinggi lagi untuk mencegah pertumbuhan thermofil. Selain itu, produk harus segera didinginkan sampai suhu di bawah 41^oC setelah sterilisasi dan menyimpan produk ini di bawah suhu 35^oC. Bacillus stearothermophilus, B. thermoacidurans, dan C. thermosaccarolyticum merupakan anggota kelompok bakteri termofilik (50-55^oC) yang lebih tahan panas dibanding C. botulinum. Dalam proses pengalengan, bakteri ini tidak menjadi target proses, karena suhu penyimpanan makanan kaleng umumnya di bawah suhu 30^oC.

Proses sterilisasi makanan kaleng umumnya tidak membunuh bakteri thermofilik. Apabila proses pendinginan setelah proses sterilisasi terlalu lambat atau produk disimpan pada suhu penyimpanan di atas normal dimana bakteri thermofilik dapat tumbuh, maka makanan kaleng dapat rusak oleh bakteri thermofilik.

Gambar Suhu Optimum Pertumbuhan Mikroba

Mekanisme Pertahanan Mikroba Thermofilik Terhadap Suhu Panas Ekstrim :

Terbentuknya Hapanoid

Selama beberapa waktu, diketahui bahwa membran plasma bakteri (prokariot) terdiri dari campuran protein dan lipid. Adapun lipid yang membentuk membran sel terdiri dari 65 % fosfolipid, 25% kolesterol dan 10% lipid lain. Membran plasma bakteri diketahui tidak mengandung sterol, yaitu kelas lipid yang biasanya ditemukan pada semua membran plasma mikroorganisme eukariot yang berperan sebagai stabilisator membran.

Posisi sterol diduga digantikan oleh kelompok lipid lain yang dikenal sebagai hopanoid. Hal ini diperkuat oleh Mycoplasma mycoides adalah prokariotik yang menggunakan kholesterol dalam membrannya. Peran sterol ini dapat diganti dengan diplopterol. Fakta ini didasarkan pada hasil percobaan yang menunjukkan kesamaan pola pertumbuhan sel antara biakan yang mengandung cholesterol dan diplopterol. Dalam Bacillus acidocaldarius, konsentrasi hopanoid meningkat dengan kenaikan temperatur dan penurunan pH hopanoid disini berperan dalam menetralkan efek destabilisasi membran pada temperatur yang tinggi atau pH yang sangat asam. DalamZymomonas mobilis, konsentrasi yang tinggi dari hopanoid memberikan karakter toleransi terhadap kadar alkohol seluler yang tinggi. Dengan demikian hopanoid terlibat dalam mekanisme adaptasi membran akibat pengaruh lingkungan. Hopanoid merupakan turunan triterpen pentasiklik yang banyak ditemukan dalam eubakteria. Hopanoid berfungsi sebagai penstabil membran sel bakteri yang memiliki ciri struktural yang mirip dengan sterol yang terdapat pada membran sel eukariotik (Sahm dkk., 1992). Kemiripan pola struktur utama pembentuk sterol dan hopan adalah sama-sama memiliki sisi polar dan sisi non polar. Sisi polar pada sterol adalah gugus hidroksinya sedangkan pada hopan adalah gugus asam atau juga hidroksi disepanjang rantai alkilnya.Sisi non polar pada kedua macam senyawa tersebut juga memiliki kemiripan yakni terbentuk oleh beberapa cincin siklik yang kaku (rigid) sehingga merupakan komponen yang kokoh dalam pembentukan membrane sel. Distribusi senyawa hopanoid banyak ditemukan pada kelompok bakteri Gram positif maupun Gram negatif. Bacillus Acidocaldarius adalah bakteri Gram positif yang dapat hidup pada kondisi asam menghasilkan senyawa hopanoid diantaranya hopan, hop-22(29)ene, hop-17(21)ene dan glikosil homohopanoid (Taylor dan Richard, 1984). Sedangkan kelompok senyawa hopanoid yang dari bakteri Gram negative diantarnya Acetobacter rancens(A.pasteurianum) menghasilkan hopan-22-ol,hop-22(29)ene, homohopanoid. Pseudomonas sp. yang merupakan kelompok bakteri Gram negatif mempunyai kandungan hopanoid, yaitu hopan-22-ol dan hop-22(29)ene. Kelompok bakteri Gram negatif lain yang juga merupakan penghasil hopanoid adalah Metylococcus capculatus, Rhodomicrobium vannielli,Methanotropicbacteria, Acetobacter sp, Zymomonas mobilis,Bradyrhizobium japonicum, Azetobacter vinelandi, Beijerincki sp, Zymomonas mobilis merupakan bakteri Gram negatif yang mampu beradaptasi pada medium alkoholik. Kemampuan adaptasi ini dikarenakan adanya senyawa hopanoid yang terdapat dalam membran plasma yang berperan dalam memelihara kestabilan membran dengan meningkatkan kekakuan (rigidity) dalam matriks lipid. Kompleks hopanoid merupakan komponen utama dari membran lipid yang dimiliki oleh Zymomonas mobilis. Diduga, produksi hopanoid bakteri disebabkan karena perannya dalam mereduksi tekanan-tekanan dari luar. Produksi hopanoid oleh bakteri sesungguhnya digunakan untuk mencegah mencairnya lipid terhadap suhu yang tinggi dari lingkungan yang artinya permeabilitas membran untuk melangsungkan proses transport tetap terjaga. Hasil penelitian sebelumnya dengan menggunakan bakteri Zymomonas mobilis yang merupakan bakteri asam didapatkan bahwa kandungan hopanoid mencapai 30 mg/g berat sel kering atau 40-50 % dari total kandungan lipid apabila pada medium pertumbuhan Zymomonas mobilis ditambahkan etanol. Angka tersebut merupakan angka tertinggi yang dimiliki oleh bakteri. Selain itu pada membran sel bakteriZymomonas mobilis terdapat komponen asam lemak unsaturated (seperti asam palmitoleat, asam oleat, asam vassenic) yang mampu menetralkan efek negatif dari etanol. Penetralan ini dilakukan dengan cara meningkatkan fluiditas membran plasma, untuk menggantikan efek penurunan fluiditas yang disebabkan oleh etanol. Hopanoid yang dihasilkan oleh bakteriZymomonas mobilis seperti terlihat pada gambar:

Gambar Hopanoid dari Zymomonas mobilis, (I) hopene; (2)

diplopterol; (3) bakteriohopanetetrol; (4) bakteriohopanetetrol

eter; (5) glucosaminyl

Studi yang dilakukan berkenaan dengan hubungan bakteri penghasil hopanoid dan lingkungan tempat ia hidup telah dilakukan oleh beberapa peneliti sebelumnya. Semuanya menunjukkan bahwa hopanoid kebanyakan diproduksi oleh bakteri yang hidup dalam lingkungan tertekan.Allycyclobacillus misalnya hidup pada pH rendah. Bacillus acidocaldarius hidup pada suhu tinggi. Zymomonas mobilis merupakan bakteri yang produksi hopanoidnya dipengaruhioleh kondisi keasaman yang tinggi dari lingkungan yaitu medium alkoholik.

Terbentuknya spora

Mikroorganisme penghasil lipase tersebar luas di alam, termasuk sumber air panas, karena telah ditemukan beberapa bakteri yang memiliki sifat termostabil. Ketahanan beberapa jenis bakteri pada suhu tinggi karena mampu membentuk spora (endospora). Endospora genus Bacillusmemunculkan dugaan bahwa Bacillus termasuk salah satu kelompok mikroorganisme sel purba, karena sebarannya amat luas di muka bumi dan ada beberapa jenis Bacillus yang dapat tumbuh baik pada suhu tinggi.Habitatnya yang luas kemungkinkan genus ini mudah ditemukan baik di udara, air maupun ditanah

Terbentuknya Heat-shock Protein (Hsp)

Salah satu mekanisme bakteri dapat bertahan pada suhu tinggi maupun suhu ekstrim adalah dengan menghasilkan gen yang mengkode chaperone GroE dan DnaK (homolog bakteri, Hsp60 dan Hsp70) yang terletak di bagian operon. Hsp merupakan jenis promotor yang tahan terhadap perubahan suhu lingkungan yang ekstrim (Heat-shock protein). Respon bakteri terhadap perubahan suhu tinggi, tidak terbatas pada responnya terhadap temperatur saja dan respon stress yang umum, seperti penambahan etanol, kandungan logan berat, tekanan osmotik tinggi, keberadaan polutan, dan interaksi dengan inang eukariotik. Heat-shock protein, termasuk chaperon dan enzim protease, dapat mencegah denaturasi protein. Efek dari respon ini meningkatkan sifat thermotoleran, salt-tholerance dan ketahanan terhadap keberadaan logam berat.

BERANDA