Mekanisme Kerja Penghambatan Senyawa Antimikroba

Keefektifan penghambatan merupakan salah satu kriteria pemilihan suatu senyawa antimikroba untuk diaplikasikan sebagai bahan pengawet bahan pangan. Semakin kuat penghambatannya semakin efektif digunakan. Kerusakan yag ditimbulkan komponen antimikroba dapat bersifat mikrosidal (kerusakan tetap) atau mikrostatik (kerusakan sementara yang dapat kembali). Suatu komponen akan bersifat mikrosidal atau mikrostatik tergantung pada konsentrasi dan kultur yang digunakan.

Mekanisme penghambatan mikroorganisme oleh senyawa antimikroba dapat disebabkan oleh beberapa faktor, antara lain: (1) gangguan pada senyawa penyusun dinding sel, (2) peningkatan permeabilitas membran sel yang dapat menyebabkan kehilangan komponen penyusun sel, (3) menginaktivasi enzim, dan (4) destruksi atau kerusakan fungsi material genetik.

1. Menggangu pembentukan dinding sel

Mekanisme ini disebabkan karena adanya akumulasi komponen lipofilat yang terdapat pada dinding atau membran sel sehingga menyebabkan perubahan komposisi penyusun dinding sel.  Terjadinya akumulasi senyawa antimikroba dipengaruhi oleh bentuk tak terdisosiasi. Pada konsentrasi rendah molekul-molekul phenol yang terdapat pada minyak thyme kebanyakan berbentuk tak terdisosiasi, lebih hidrofobik, dapat mengikat daerah hidrofobik membran protein, dan dapat melarut baik pada fase lipid dari membran bakteri.

Beberapa laporan juga meyebutkan bahwa efek penghambatan senyawa antimikroba lebih efektif terhadap bakteri Gram positif daripada dengan bakteri Gram negatif.  Hal ini disebabkan perbedaan komponen penyusun dinding sel kedua kelompok bakteri tersebut. Pada bakteri Gram posiitif 90 persen dinding selnya terdiri atas lapisan peptidoglikan, selebihnya adalah asam teikoat, sedangkan bakteri Gram negatif komponen dinding selnya mengandung 5-20 persen peptidoglikan, selebihnya terdiri dari protein, lipopolisakarida, dan lipoprotein.

2. Bereaksi dengan membran sel

Komponen bioaktif dapat mengganggu dan mempengaruhi integritas membran sitoplasma, yang dapat mengakibatkan kebocoran materi intraseluler, seperti senyawa phenol dapat mengakibatkan lisis sel dan meyebabkan deaturasi protein, menghambat pembentukan protein sitoplasma dan asam nukleat, dan menghambat ikatan ATP-ase pada membran sel.

3. Menginaktivasi enzim

Mekanisme yang terjadi menunjukkan bahwa kerja enzim akan terganggu dalam mempertahankan kelangsungan aktivitas mikroba, sehingga mengakibatkan enzim akan memerlukan energi dalam jumlah besar untuk mempertahankan kelangsungan aktivitasnya. Akibatknya energi yang dibutuhkan untuk pertumbuhan menjadi berkurang sehingga aktivitas mikroba menjadi terhambat atau jika kondisi ini berlangsung lama akan mengakibatkan pertumbuhan mikroba terhenti (inaktif).

Efek senyawa antimikroba dapat menghambat kerja enzim jika mempunyai spesifitas yang sama antara ikatan komplek yang menyusun struktur enzim dengan komponen senyawa antimikroba. 

Corner (1995) melaporkan bahwa pada konsentrasi 0,005 M alisin (senyawa aktif dari bawang putih) dapat menghambat metabolisme enzim sulfhidril. Minyak oleoresin yang dihasilkan dari kayu manis, cengkeh, thyme, dan oregano dapat menghambat produksi ethanol, proses respirasi sel, dan sporulasi khamir dan kapang. 

4. Menginaktivasi fungsi material genetik

Komponen bioaktif dapat mengganggu pembentukan asam nukleat (RNA dan DNA), menyebabkan terganggunya transfer informasi genetik yang selanjutnya akan menginaktivasi atau merusak materi genetik sehingga terganggunya proses pembelahan sel untuk pembiakan.

Faktor-faktor yang Mempengaruhi Aktivitas Antimikroba dalam Pengolahan Pangan

Kemampuan senyawa antimikroba untuk menghambat aktivitas pertumbuhan mikroba dalam sistem pangan dapat dipengaruhi oleh beberapa faktor diantaranya temperatur, pH (keasaman), ketersediaan oksigen, dan interaksi/sinergi antara beberapa faktor tersebut.

1. Temperatur

Pengaruh temperatur terhadap aktivitas pertumbuhan mikroba telah diketahui sejak lama, terutama pemakaian pada suhu tinggi (pemanasan) dan suhu rendah (pendinginan dan pembekuan). 

Minyak cengkeh dan minyak sage dengan konsentrasi satu persen mampu menurunkan jumlah sel L. monocytogenes sebanyak 2 log pada suhu 4^oC selama 14 hari penyimpanan, bila dibanding pada suhu 24 ^oC selama 24 jam (Ting & Deibel, 1992). Minyak atsiri dari kayu manis, pala, thyme, dan cengkeh mempunyai efek bakteristatik dan bakterisidal terhadap E. coli, S. aureus, L. monocytogenes, Salmonella enteridis, dan C. jejuni lebih baik pada suhu 4^oC dibanding suhu 35^oC (Palmer et al. 1998).

Aktivitas antimikroba dengan menurunkan suhu mencapai 4^oC akan lebih efektif menghambat pertumbuhan beberapa strain bakteri. Mekanisme penghambatan disebabkan oleh terhambatnya aktivitas enzim pada suhu rendah dan penetrasi minyak atsiri lebih efektif pada suhu rendah terhadap membran sel sehingga akan mempengaruhi keseimbangan komposisi sel.

2. Keasaman (pH)

Mekanisme penghambatan yang berhubungan dengan penurunan pH menunjukkan bahwa bentuk tak terdisosiasi semakin efektif.  Penghambatan yang terjadi melalui difusi yang cepat molekul tak terdisosiasi melalui membran plasma.  Bentuk tak terdisosiasi suatu komponen antimikroba akan semakin mengakibatkan proton lebih cepat masuk ke dalam sel.

Jika pH diturunkan (asam) maka proton yang terdapat dalam jumlah tinggi dalam medium akan masuk ke dalam sitoplasma sel. Sehingga proton ini harus dikeluarkan untuk mencegah terjadinya pengasaman dan denaturasi komponen-komponen sel.  Hal ini akan mengakibatkan terjadinya perbedaan gradien konsentrasi sehingga memerlukanenergi. Semakin rendah pH semakin dibutuhkan energi dalam jumlah tinggi untuk menghilangkan proton tersebut dan lama-kelamaan sel akan mengalami kematian.

3. Interaksi (sinergi)

Kemampuan senyawa antimikroba untuk menghambat pertumbuhan mikroba akan semakin efektif jika dalam suatu pengolahan melibatkan beberapa faktor pengolahan yang saling bersinergi antara satu faktor pengolahan dengan faktor lainnya.

Adanya interaksi sinergi beberapa faktor pengolahan pangan untuk mengawetkan produk olahan pangan telah menciptakan teknologi hurdle (rintangan).  Teknologi ini melibatkan interaksi temperatur, aw (water activity), pH, potensial redok, dan bahan pengawet (senyawa antimikroba) berperan nyata terhadap kestabilan produk pangan.

Kesimpulan

Pada akhir-akhir ini terjadinya penurunan penggunaan aditif kimia dalam pengolahan makanan karena faktor kesehatan meyebabkan perhatian penelitian penggunaan bahan-bahan alami sebagai bahan pengawet makanan semakin meningkat, salah satunya adalah penggunaan bahan pengawet alami dari tanaman.

Aplikasi penggunaan senyawa antimikroba dari tanaman sebagai pengawet makanan merupakan potensi besar yang dapat dikembangkan. Penggunaannya baik secara tunggal, kombinasi dengan bahan antimikroba lainnya, dan interaksi/sinergi dengan faktor pengolahan pangan lainnya.

Ekplorasi senyawa-senyawa baru dengan memanfaatkan keanekaragaman hayati sumber tanaman Indonesia merupakan potensi besar yang perlu dikembangkan. Semoga!

Sumber bacaan:

1. Corner, DE. 1995. Naturally occuring compounds in Antimicrobial in Food. Eds., by Davidson PM & Branen AL, Eds. Marcell Dekker, Inc., New York, pp. 441-468.

2. Palmer, SA., Stewart J., Fyfe, L. 1998. Antimikrobial properties of plant essential oils and essences againts five important food-borne pathogen. Letters Appl. Microbiol. 26: 118-122.

3. Ting, EWT & Deibel, KE. 1992. Sensitivity of Listeria monocytogenes to spices at two temperature. J. Food Safety 12: 19-137.

Ardiansyah, Postdoc Fellow di Lab. of Nutrition, Graduate School of Agricultural Science, Tohoku University Sendai, Jepang dan Anggota ISTECS chapter Jepang.  Email: ardy[at]biochem.tohoku.ac.jp