Produksi Susu Probiotik dari Bakteri Asam Laktat


Probiotik merupakan salah satu hasil dari kemajuan teknologi di bidang mikrobiologi atau biasa disebut dengan bioteknologi. Pada tahun 2002, Food and Agriculture Organization (FAO) dan World Health Organization (WHO) mendefinisikan probiotik sebagai mikroorganisme yang dimanfaatkan dalam jumlah tertentu yang hidup dalam tubuh host yang memberi manfaat kesehatan pada host yang ditempatinya. Dalam makalah ini host yang dimaksud adalah manusia. Dari definisi ini dijabarkan lagi bahwa suatu organisme disebut sebagai probiotik apabila memenuhi 5 kriteria berikut :

  1.  Merupakan mikroorganisme
  2. Merupakan makhluk hidup (bisa bertahan hidup ketika digunakan)
  3. Perlu diberikan atau ditambahkan untuk bisa digunakan
  4. Digunakan dalam jumlah yang cukup
  5. Memberikan manfaat kesehatan pada host-nya

Ada banyak probiotik yang telah ditemukan hingga saat ini. Di antara banyak probiotik yang ada yang paling umum digunakan adalah lactic acid bacteria (LAB) dan bifidobacteria. Untuk bisa diolah menjadi produk lanjutan perlu dilakukan proses upstream yang meliputi proses pemilihan, pengembangbiakan bakteri hingga fermentasi dan juga proses downstream yang merupakan proses pengolahan hasil fermentasi hingga produk akhir. Dalam artikel ini akan disajikan proses upstream dan downstream pemanfaatan probiotik, khususnya LAB, dalam pengolahan susu fermentasi.

Susu Probiotik dari Bakteri Asam Laktat
Gambar 1. Susu Probiotik dari Bakteri Asam Laktat
Sumber: https://bcdairy.ca/milk/articles/the-probiotic-effects-of-lactic-acid-bacteria

Proses Upstream

Pemilihan Strain Bakteri 

Proses ini marupakan bagian yang sangat penting. Pemilihan bakteri berkaitan erat dengan kemampuan hidup bakteri dan juga masa kadaluwarsa produk akhir. Dalam pemilihannya hal-hal yang perlu dipertimbangkan adalah performa bakteri dalam sistem pencernaan, kemudahan produksi skala industri, keamanan mikroorganisme, dan manfaatnya bagi kesehatan.

Sudah adanya produk susu fermentasi kemasan yang berizin menunjukkan bahwa LAB bisa digunakan dalam produksi secara massal, aman, dan bermanfaat bagi kesehatan. Dalam hal performa dalam sistem pencernaan, LAB dapat bertahan pada pH yang rendah pada penggunaannya sabagai probiotik dalam susu fermentasi (Conway). Dengan demikian, LAB bisa bertahan ketika melewati lambung yang memiliki pH rendah untuk kemudian menuju usus dan memberikan manfaat kesehatan.

Media Pertumbuhan Bakteri

Untuk menghasilkan bakteri dengan jumlah yang cukup diperlukan media yang optimal untuk jenis bakteri spesifik yang digunakan. Tujuannya adalah untuk mendapatkan yield yang besar dan mengurangi biaya produksi. Identifikasi kebutuhan nutrisi pada strain memerlukan pendekatan multidisiplin baik berbasis pengetahuan maupun secara empiris. Ada dua jenis media yang biasa digunakan yakni media sintetis dan diary based media. Penggunaan media sintetis mengharuskan adanya proses pencucian bakteri sebelum ditambahkan pada produk untuk menghindari adanya flavor carry-over dari media. Adapun pada penggunaan media alami, hal tersebut tidak perlu dilakukan sehingga bakteri dan medium tidak perlu dipisahkan. Namun, hal ini memiliki membuat penggunaan suplemen promotor pertumbuhan bakteri menjadi terbatas. Hanya suplemen yang tidak memiliki efek samping pada produk lah yang bisa digunakan.

Lactic acid bacteria memerlukan nutrisi yang kompleks yang harus tersedia dalam media pertumbuhannya. Nutrisi yang harus terkandung diantaranya adalah karbohidrat, protein, vitamin, asam nukleat, mineral, dan lain-lain. Keberadaan oksigen juga berpengaruh pada pertumbuhan bakteri. Meskipun LAB dapat menoleransi adanya oksigen, LAB akan tumbuh lebih baik dengan kandungan oksigen yang rendah. Penggunaan media pertumbuhan berkaitan erat dengan bahan baku yang digunakan. Bahan baku dalam industri didapat dari penyuplai yang sering kali berubah. Perubahan bahan baku oleh penyuplai bisa terjadi karena penghematan biaya dengan perbaikan proses, perubahan sumber bahan, dan variasi dalam proses pembuatan. Perubahan pada bahan kompleks seperti sumber protein (misalnya, ekstrak ragi, susu) lebih sering terjadi daripada perubahan pada sumber nutrisi yang kurang kompeks seperti karbohidrat dan garam.

Metode Fermentasi

Proses produksi di industri lebih memilih fermentasi secara batch dibanding secara kontinyu. Alasan utama tidak disukainya proses kontinyu adalah sulitnya mengontrol kondisi reaktor dan kontaminan. Jika ada kelalaian dalam mengontrol kondisi reaktor dan adanya kontaminan yang masuk maka risiko kerugian akan semakin besar. Pada proses batch semua substrat dan inokulum dicampur dalam fermenter yang selalu dikontrol pH dan temperaturnya agar sesuai dengan kondisi optimum pertumbuhan bakteri. Setelah tercapai konsentrasi probiotik yang diharapkan, proses kemudian dihentikan dan hasil fermentasinya diambil untuk dilakukan kembali proses yang sama.

Walaupun LAB tahan pada pH yang rendah, pada kondisi tersebut kecepatan pertumbuhannya berkurang. Maka dari itu, pada fermentor perlu ditambahkan basa untuk mengurangi keasamannya agar pertumbuhan bakteri lebih optimal sehingga hasil probiotik yang didapat lebih banyak. Proses fermentasi juga dapat dilakukan dengan dua langkah fermentasi (two-stage fermentation). Effluent dari reaktor pertama langsung dilanjutkan untuk masuk ke reaktor kedua. Proses fermentasi yang demikian dapat meningkatkan banyaknya probiotik yang dihasilkan dan meningkatkan daya hidup probiotik tersebut pada proses downstream.

Pengendalian Proses Produksi

Proses produksi perlu dikendalikan sedemikian rupa dengan manajemen yang baik. Pengendalian proses produksi dilakukan pada beberapa bagian sebagai berikut:

a. Penyuplai

Penyuplai bahan baku diaudit dan bahan mentah dievaluasi pada tingkat tertentu untuk memastikan kualitasnya tinggi.

b. Parameter

Menetapkan rentang parameter proses yang masuk akal dan feasible (layak) serta memverifikasi proses agar dapat dilakukan pengecekan secara konsisten pada rentang tersebut. Parameter yang dimaksud meliputi rentang pH optimal, suhu optimal, dan parameter spesifik lainnya.

c. Alat Proses

Membuat alat proses terautomatisasi untuk mengurangi ketidakkonsistenan yang terkait dengan aspek human error dan kontrol manual dari proses produksi.

d. Operator

Memastikan bahwa operator cukup terlatih dan pergantian pekerja sebisa mungkin dihindari.

e. Analisis Data

Melakukan evaluasi data yang diambil dari proses dengan menggunakan pendekatan Six Sigma. Hal ini dilakukan dengan tujuan untuk perkembangan lebih lanjut dan memastikan proses tereproduksi secara konsisten. Evaluasi juga dilakukan pada sampel dalam proses dan produk akhir untuk memastikan produk memiliki kualitas tinggi dan bebas dari kontaminan.

Proses Downstream

Berakhirnya proses fermentasi menandai berakhirnya proses upstream. Tahap selanjutnya merupakan bagian dari proses downstream. Dalam makalah ini bakteri asam laktat digunakan dalam produksi susu fermentasi. Bakteri asam laktat merupakan bakteri yang digunakan untuk fermentasi susu yang bertujuan untuk memperpanjang umur simpan susu dalam aplikasinya terdapat dua jenis utama yaitu susu fermentasi menjadi yoghurt dan susu fermentasi dengan konsentrasi yang pekat dan akan menghasilkan keju. Dalam pembuatannya dapat digambarkan seperti diagram dibawah ini :
Pembuatan produk susu fermentasi dengan cara pengadukan  (Mokoonlall, dkk., 2016)
Gambar 1. Pembuatan produk susu fermentasi dengan cara pengadukan
(Mokoonlall, dkk., 2016)
Menurut diagram di atas, susu mentah terlebih dahulu mengalami proses upstream yang selanjutnya diinokulasi dengan ditambahkan starter berupa termofilik dengan perbandingan 5:1 campuran Streptococcus salivarius subsp. thermophilus ke Lactobacillus delbrueckii subsp. Bulgaricus pada suhu fermentasi 37 – 45°C dengan pH akhir sebesar 4,5 – 4,6. Setelah mencapai hasil yang diinginkan susu difermentasi dalam tangki besar diikuti dengan post-processing. Pada post-processing suhu susu fermentasi sudah didinginkan menjadi 20°C untuk menekan aktivitas kultur dari starter. Selain itu, struktur produk yang dihasilkan harus dipertahankan hingga produk dikonsumsi, hal ini berlaku untuk produk olahan fermentasi susu. Kasein merupakan protein utama (80% b/b) dalam susu skala submikro dengan diameter rata-rata 150 nm. Saat fermentasi asam laktat, pH secara bertahap akan menurun dan menyebabkan dispersi koloid susu menjadi tidak stabil. Agregat protein susu pada titik isoelektriknya yaitu pH 4,6 membentuk partikel gel kontinu dengan untaian antara 100 dan 1000 μm yang dimana serumnya dikelilingi. Gel susu sebagian besar distabilkan dengan interaksi hidrofobik sekitar 70%. Suspensi mikrogel viskoelastik dengan karakteristik thixotropic reversible parsial terbentuk karena tekanan mekanik yang ditunjukkan pada Gambar 2.
Gelasi Protein Susu dan Pembetukan Suspensi Mikrogel
Gambar 2. Gelasi Protein Susu dan Pembetukan Suspensi Mikrogel
(Van Vliet, dkk., 2004)
Partikel protein besar akan terbentuk pada shear rate kurang dari 10 s^-1 yang kemudian akan terurai menjadi agregat primer pada shear rate antara 10 s^-1 – 447 s^-1. Pada shear rate yang lebih tinggi, struktur gel dari protein akan hancur sepenuhnya. Pada post-processing gel susu fermentasi, struktur akhir yang diperoleh dari gel fermentasi ditentukan oleh beberapa efek kumulatif dari setiap unit operasi yang terdapat pada proses hilir. Dalam proses hilir yang optimal dapat menghasilkan viskositas 25% lebih baik dari pada proses yang dirancang secara tidak optimal (Silfverberg, 2002). Nilai viskositas setelah pemompaan adalah 5% dari nilai asli. Sementara setelah melewati proses pendinginan, proses di dalam pipa pada unit operasi viskositas sekitar 50% - 60%. Viskositas dalam setiap prosesnya mempunyai nilai yang berbeda beda tergantung pada kondisi operasi di setiap prosesnya, sehingga produk akhir mempunyai viskositas 62% - 88% dari viskositas awal. Selain itu, produk hasil olahan susu fermentasi misalnya yoghurt diambil sampel di berbagai titik selama pengolahan dalam tangki fermentasi, pompa, penukar panas dan pada tahapan akhir.

Setelah post-processing kemudian dilanjutkan dengan proses setelah fermentasi yaitu pemompaan, mengalirkan melalui pipa, mendinginkan menggunakan penukar panas, pengisian serta pengemasan.

Pemompaan

Koagulan susu yang terdapat dalam tangki fermentasi dipompa dari satu unit operasi ke unit operasi berikutnya. Misalnya dari tangki fermentasi ke alat penukar panas kemudian ke mesin pengisi (filling machine) yang bertujuan untuk mengkompensasi penurunan tekanan selama transportasi dan di unit operasi. Pompa yang biasanya digunakan adalah pompa sentrifugal. Pada pompa sentrifugal, material ditarik di pusat pompa dan diberikan energi kinetik yang tinggi yang berasal dari baling baling impeller yang berputar.

Transportasi Melalui Pipa

Profil aliran yoghurt melalui pipa bundar sebagian parabola dikarenakan perilaku penipisan gesernya. Kerusakan pada struktur suspensi mikrogel diamati ketika shear stress, misal 12-31 Pa, melebihi yield stress dari yoghurt yang diaduk, misal 10 Pa. Degradasi struktur dalam aliran pipa tergantung pada panjang pipa, diameter pipa, laju aliran dan suhu. Shear stress untuk pipa yang lebih sempit dan laju aliran yang lebih tinggi berakibat pada pengurangan viskositas yang lebih besar. Semakin bertambahnya panjang pipa dan laju aliran maka shear stress pada dinding akan semakin meningkat, tetapi akan semakin menurun pada suhu yang semakin tinggi. Selain itu ada faktor lain yang dapat mempengaruhi aliran susu fermentasi di dalam pipa, yaitu adanya tikungan dan konstriksi. Kecepatan dapat bervariasi karena adanya siku, percabangan dan perubahan diameter di dalam pipa yang dapat menyebabkan tekanan menjadi lebih tinggi dah viskositas menjadi lebih rendah. Aliran melalui lubang dalam pipa menyebabkan penurunan viskositas karena stres yang memanjang dengan lubang yang sempit yang sapat menghasilkan pengurangan yang lebih besar.

Penukar Panas

Gel susu fermentasi didinginkan saat pH yang diinginkan telah tercapai. Pada suhu 20°C terjadi penghentian dan pembatasan pertumbuhan bakteri asam laktat. Yoghurt diatur di dalam cangkir eceran dan kemudian didinginkan di dalam lemari pendingin. Pendinginan dalam tangki melibatkan pengadukan dengan tujuan untuk mempercepat perpindahan panas antara suspensi mikrogel dengan media pendingin, biasanya digunakan air dingin yang dialiarkan di external jacket. (Maiocchi, 2002). Langkah pemanasan sering dilakukan untuk mengubah distribusi ukuran partikel sebagai langkah untuk memperpanjang umur simpan susu fermentasi.

Perlakuan Panas dan Mekanis

Langkah pemanasan banyak digunakan untuk memodifikasi distribusi ukuran partikel untuk memperpanjang umur simpan dari susu fermentasi. Distribusi ukuran partikel heterogen dan peningkatan modulus penyimpanan sampai dengan faktor 2,5 pada suhu 38°C dapat memperpanjang penyimpanan hingga 300 menit. Selama perlakuan mekanis aktif untuk produk yang mengandung lemak, partikel akan terpecah dan teragregasi kembali sehingga kekencangan gel meningkat. Tekanan homogenisasi yang lebih tinggi menyebabkan penurunan ukuran globula lemak. Dengan demikian, struktur dan tekstur susu fermentasi dapat disesuaikan dengan memodifikasi ukuran partikel dan distribusi melalui tempering dan perlakuan mekanis berikutnya.

Pengisian (Filling)

Langkah pengolahan terakhir untuk susu fermentasi adalah proses pengisian ke dalam kemasan produk eceran. Pendinginan kedua dilakukan saat proses pengisian produk ke dalam kemasan, kecepatan pendinginan tergantung pada proses pengisian produk. Untuk produk susu fermentasi yang memiliki rasa, sebelum proses pengemasan dilakukan proses pencampuran dengan bahan perasa. Suhu pengisian yang lebih tinggi diikuti dengan pendinginan setelah pengemasan akan menghasilkan viskositas yang lebih tinggi dari susu fermentasi yang diaduk karena penataan ulang (rearrangement), yang disebut rebodying, dari partikel-partikel mikrogel. Oleh karena itu, suhu saat pengisian, konstruksi nozzle, dan laju aliran harus dipertimbangkan pada filling machine.


Daftar Pustaka
Charalampopoulos, D., dan Rastall, R. A, (Eds.), 2009, “Prebiotics and probiotics science and technology”, vol. 1, Springer Science & Business Media.

Conway, P. L., Gorbach, S. L., dan Goldin, B. R. ,1987, “Survival of Lactic Acid Bacteria in The Human Stomach and Adhesion to Intestinal Cells”, 70:1–12, J Dairy Science.

Fenster, K., Freeburg, B., Hollard, C., Wong, C., Rønhave Laursen, R., dan Ouwehand, A. C., 2019, “The production and delivery of probiotics: A review of a practical approach”, 7(3), 83, Microorganisms.

Hill, C., Guarner, F., Reid, G., Gibson, G. R., Merenstein, D. J., Pot, B., dan Calder, P. C., 2014, “The International Scientific Association for Probiotics and Prebiotics consensus statement on the scope and appropriate use of the term probiotic”, 11(8), 506-514, Nature Rev Gastroenterol Hepatol.

Maiocchi, G., 2002, “Influence of Technological Conditions on Fermented Milk Production”, In Fermented milk: proceedings of the IDF seminar on aroma and texture of fermented milk, pp. 202-210, Kolding, Denmark: International Dairy Federation.

Mokoonlall, A., Nöbel, S., dan Hinrichs, J., 2016, “Post-processing of Fermented Milk to Stirred Products: Reviewing the Effects on Gel Structure”, 54, 26-36, Trends in Food Science & Technology.

Silfverberg, P., 2002, “Consistency of stirred fermented milk after fermentation”, In Fermented milk: Proceedings of the IDF seminar on aroma and texture of fermented milk, pp. 211e214, Kolding, Denmark: International Dairy Federation.

Van Vliet, T., Lakemond, C. M. M., dan Visschers, R. W., 2004, “Rheology and Structure of Milk Protein Gels”, 9, 298e304, Current Opinion in Colloid & Interface Science.

Tidak ada komentar untuk "Produksi Susu Probiotik dari Bakteri Asam Laktat"