Sifat-sifat Penting Lactococcus lactis untuk Produk Susu Fermentasi

Karakteristik Lactococcus lactis telah diinvestigasi secara ekstensif pada industri yang relevan. Metabolisme komponen susu dan menghasilkan berbagai senyawa yang menarik karena dampaknya terhadap rasa, aroma dan pengawetan yang dihasilkan. Adapun sifat-sifat penting Lactococcus lactis untuk produk susu fermentasi dapat dilihat pada Tabel 1.

 

Tabel 1 Kontribusi metabolisme L. lactis untuk produk susu fermentasi dan  kualitas mikrobiologi

Sifat metabolik	Kontribusi untuk cita rasa, aroma dan tekstur	Kontribusi untuk pengawetan
Metabolisme karbohidrat	Menghasilkan asam laktat, etanol, asetat, diacetil, eksopolisakarida dan senyawa lainnya. Konsumsi laktosa	Menghasilkan asam laktat, asam organik lainnya dan diacetil
Metabolisme protein	Menghasilkan peptida, asam amino dan turunan asam amino. Konsumsi bitter peptides
Metabolisme lemak	Menghasilkan asam lemak volatil
Metabolisme oksigen		Hidrogen peroksida
Menghasilkan bakteriosin		Bakteriosin

 

Metabolisme karbohidrat

Metabolisme cepat laktosa menjadi asam laktat adalah sifat yang diinginkan dalam kultur starter susu. Pada kondisi kelebihan karbon, L. lactis memfermentasi gula dengan fermentasi homolactic dan menghasilkan L (+)-asam laktat dari laktosa dalam susu. Produksi asam laktat merupakan kontribusi yang utama untuk pengawetan pada produk susu fermentasi. pH rendah yang dihasilkan dapat menghambat pertumbuhan bakteri pembusuk dan bakteri patogen. Pada kondisi karbon yang terbatas, fermentasi homolactic dapat beralih kepada fermentasi asam campuran yang menghasilkan asetat, etanol dan CO₂ di samping asam laktat.

Pada kefir L. lactis dapat berperan sebagai probiotik dimana bakteri ini mempunyai kemampuan untuk mengatur flora usus dari host/konsumen dengan mengurangi mikroorganisme yang merugikan dan meningkatkan jumlah bakteri yang menguntungkan. Peran L. lactis sebagai probiotik disebabkan karena kemampuannya dalam menghasilkan asam laktat yang dapat menghambat bakteri patogen di dalam saluran pencernaan. L. lactis dan bakteri asam laktat lainnya pada kefir dapat menghambat pertumbuhan bakteri gram positif dan gram negatif patogen seperti Salmonella typhi, Salmonella typhimurium, Salmonella Enteriditis,  Shigella sonnei, Yersinia enterocolitica, Micrococcus luteus, Micrococcus flavans, Escherichia coli, Bacillus cereus, Klebsiella pneumoniae dan Candida albicans.

Lactococcus lactis dapat mengasimilasi gula sederhana menjadi polisakarida komplek yang diekspor dan tetap berhubungan dengan permukaan sel (eksopolisakarida). Senyawa ini memberikan tekstur kental untuk beberapa produk dan dapat bertindak sebagai stabilisator. Eksopolisakarida juga dapat meningkatkan kadar kelembaban pada keju. Penggunaan eksopolisakarida (EPS) yang dihasilkan oleh L. lactis bisa menjadi alternatif yang potensial sebagai agen pengental untuk meningkatkan kadar kelembaban dan utuk meningkatkan sifat tekstur pada keju cheddar rendah lemak. EPS diekskresikan dalam medium pertumbuhan sebagai lendir atau tetap melekat pada dinding sel bakteri sehingga membentuk EPS kapsular.

 

Metabolisme protein dan asam amino

Sistem proteolitik L. lactis merupakan salah satu karakteristik yang terbaik di dalam dunia bakteri. L. lactis merupakan auxotrophic untuk beberapa asam amino sehingga bakteri ini harus memperoleh asam amino dari lingkungan mereka. Asam amino spesifik yang diperlukan strain dependent. Susu yang tinggi kandungan protein tetapi bukan merupakan sumber yang baik dari asam amino bebas. Suatu sistem proteolitik yang rumit pada L. lactis memungkinkan bakteri ini memperoleh kebutuhan asam amino dari protein susu dan peptida. Proteolisis efektif protein susu sangat penting untuk produksi asam selama fermentasi.

Tidak hanya proteolitik mempengaruhi pertumbuhan sel keseluruhan tetapi  juga diperlukan untuk perkembangan rasa keju yang tepat. Beberapa peptida, asam amino dan turunan asam amino diproduksi oleh enzim kultur starter diduga berkontribusi positif terhadap rasa dan aroma keju. Selain itu, beberapa peptida dianggap pahit harus terdegradasi oleh enzim bakteri untuk mencegah cacat pada rasa keju.

Sistem proteolitik L. lactis terdiri dari dinding sel yang berkaitan dengan protease, berbagai macam peptidase dan peptida serta asam amino protein transport. Selama pembuatan keju, dinding sel yang berkaitan dengan protease menghasilkan peptida dan asam amino dari k-, β- dan α- kasein. Asam amino dapat ditranspor ke dalam sel melalui specific transport proteins dan kemudian digunakan untuk sintesis protein seluler. Peptida juga diimpor melalui specialized  transport proteins. Sekali di dalam sel, peptida yang terdegradasi menjadi asam amino oleh sederetan peptidase intraseluler dengan kekhususan yang berbeda.

 

Metabolisme lipid

Lipolisis pada komponen triacylglycerol susu juga dapat berkontribusi dalam memberikan rasa dalam produk susu fermentasi. L. lactis memiliki level yang rendah lipase atau aktivitas esterase. Enzim lipase yang dimiliki oleh  L. lactis lebih berperan dalam mempertahankan fungsi fisiologis sel. Triacylglycerol susu bukan merupakan subtrate yang baik untuk enzim ini, namun hanya sedikit lipolisis yang diperlukan untuk memberikan cita rasa yang signifikan karena asam lemak rantai pendek merupakan senyawa pemberi rasa yang kuat pada level rendah.

 

Metabolisme oksigen

Lactococcus lactis dapat mengasimilasi gula sederhana menjadi polisakarida komplek yang diekspor dan tetap berhubungan dengan permukaan sel (eksopolisakarida). Senyawa ini memberikan tekstur kental untuk beberapa produk dan dapat bertindak sebagai stabilisator. Eksopolisakarida juga dapat meningkatkan kadar kelembaban pada keju. Penggunaan eksopolisakarida (EPS) yang dihasilkan oleh L. lactis bisa menjadi alternatif yang potensial sebagai agen pengental untuk meningkatkan kadar kelembaban dan utuk meningkatkan sifat tekstur pada keju cheddar rendah lemak. EPS diekskresikan dalam medium pertumbuhan sebagai lendir atau tetap melekat pada dinding sel bakteri sehingga membentuk EPS kapsular.merupakan bakteri anaerob, tidak memiliki siklus asam trikarboksilat dan sistem transpor elektron. Namun mereka mentolerir oksigen karena beberapa oksigen memetabolisme enzim. Dengan oksidase NADH dan superoksida dismutase, L. lactis dapat mengkonversi O₂ atau radikal oksigen (O₂^–) ke dalam hidrogen peroksida atau air. Hidrogen peroksida yang dihasilkan oleh superoxide dismutase dan NADH: H₂O₂ oksidase terakumulasi dalam medium pertumbuhan karena L. lactis tidak memiliki katalase atau aktivitas NADH peroksidase untuk menghilangkannya. H₂O₂ yang dihasilkan dapat memiliki efek penghambatan pada bakteri lain yang menyediakan efek pengawet tambahan pada produk susu fermentasi.

 

Bakteriosin

Beberapa strain L. lactis menghasilkan bakteriosin. Bakteriosin merupakan peptida atau protein yang diproduksi suatu bakteri yang menghambat bakteri lainnya. Bakteriosin yang diproduksi oleh L. lactis terdiri dari 2 kategori yaitu lantibiotic dan non-lantibiotic. Bakteriosin mempunyai sifat sedikit stabil terhadap panas. Nisin merupakan lantibiotic yang merupakan karakteristik terbaik bakteriosin asam laktat dan hanya bakteriosin yang diakui sebagai food additive di seluruh dunia. Nisin menghambat sel vegetatif Listeria monocytogenes, Bacillus cereus, Staphylococcus aureus, Clostridium tyrobutyricum dan beberapa bakteri asam laktat serta mencegah perkembangan spora dari Clostridium dan Bacillus. Karakteristik bakteriosin L. lactis  yang lainnya yaitu  bakteriosin tahan panas dan lactococcin A, B dan M. Lactococcin memiliki spektrum penghambatan yang sempit dibandingkan dengan nisin dan hanya menghambat strain lactococcal lainnya. Bakteriosin yang dihasilkan oleh L. lactis secara alami dapat memberikan pengawetan tambahan untuk produk susu fermentasi. Selain itu, bakteriosin yang dihasilkan oleh L. lactis pada produk fermentasi susu seperti kefir secara langsung dapat menghambat pertumbuhan bakteri patogen di dalam saluran pencernaan.

 

Metabolisme sitrat

Diantara spesies L. lactis hanya L. lactis subsp. lactis biovar diacetylactis mempunyai kemampauan untuk memetabolisme sitrat pada susu. Produk akhir dari metabolisme sitrat ini yaitu diasetil, acetoin, 2,3 butanadiol, asam asetat dan karbondioksida yang memberikan kontribusi pada pembentukan rasa pada produk susu fermentasi.

Sitrat diangkut tanpa modifikasi ke dalam sel. Pada  L. lactis subsp. lactis biovar diacetylactis reaksi ini dikatalisis oleh permease sitrat (citP) yang dikodekan oleh gen citP plasmid kemudian diinduksi ke dalam operon citQRP. Kehadiran citP sangat penting untuk pemanfaatan sitrat karena jika tidak ada, metabolisme sitrat tidak akan terjadi meskipun semua enzim terlibat dalam konversi sitrat tersedia di dalam sel. Selama metabolisme sitrat tiga reaksi dekarboksilasi terjadi diantaranya oxaloacetat untuk piruvat, piruvat menjadi asetaldehida-thiaminopyrophosphate (TPP) dan α-acetolactate untuk acetoin. Secara kuantitatif, acetoin adalah produk yang paling penting dari metabolisme sitrat dan terjadi sebagai mekanisme untuk mencegah akumulasi diasetil piruvat dan CO₂ yang diproduksi dalam jumlah kecil tetapi nilai komersial senyawa-senyawa ini signifikan karena mereka bertanggung jawab untuk memberikan rasa pada produk susu fermentasi. Diasetil diproduksi oleh dekomposisi kimia dari α-acetolactate (nonenzimatik) dan reaksi ini terjadi pada tingkat intraseluler.

Gambar 1 Metabolisme sitrat

 

 

Sumber :

Daboura N, Kheadra EE, Flissa I, LaPointea G. 2005. Impact of Ropy and Capsular Exopolysaccharide-Producing Strains of Lactococcus lactis subsp. cremoris on Reduced-Fat Cheddar Cheese Production and Whey Composition. International Dairy Journal 15: 459–471.

Fuquay JW, Fox PF, McSweeney PLH. 2011a. Encyclopedia of Dairy Sciences. Ed ke-2. London: Academic Press.

Gálvez A. 2008. Application of Bacteriocins in The Control of Foodborne Pathogenic and Spoilage Bacteria. Critical Reviews in Biotechnology 28: 125–152.

Hickey DK. 2007. Starter Strain Related Effects on The Biochemical and Sensory Properties of Cheddar Cheese. The Journal of Dairy Research 74: 9–17.

Hutkins RW. 2006. Microbiology and Technology of Fermented Foods. USA: Blackwell Publishing.

Kojic M et al. 2007. Characterization of Lactococci Isolated from Homemade Kefir. Arch. Biol. Sci. Belgrade 59(1): 13-22.

Masud SAH and Anwaar. 2002. Role of Lactic Acid bacteria (LAB) in Food Preservation and Human Health-A Review. Pakistan Journal of Nutrition 1(1): 20-24.

Mozzi F, Raya RR, Vignolo GM. 2010. Biotechnology of Lactic Acid Bacteria. USA: Blackwell Publishing.

Otes S and Cagindi. 2003. Kefir: A Probiotic Dairy-Composition, Nutritional and Therapeutic Aspects. Pakistan Journal of Nutrition 2 (2): 54-59.

Otsoa FL, Rementeria A, Elguezabal N, Garaizar J. 2006. Kefir: A Symbiotic Yeasts-Bacteria Community with Alleged Healthy Capabilities. Rev Iberoam Micol 23: 67-74.

Quinta´ns NG et al. 2008. Activation of The Diacetyl/Acetoin Pathway in Lactococcus lactis subsp. lactis bv. diacetylactis CRL264 by Acidic Growth. Applied and Environmental Microbiology 74(7): 1988-1996.

Robinson RK. 2000. Encyclopedia of Food Microbiology. Volume 2. New York: Academic Press.

Samaržija D, Antunac N, Havranek JL. 2001.Taxonomy, Physiology and Growth of Lactococcus lactis: a Review. Mljekarstvo 51 (1): 35-48, 2001.