Zygosaccharomyces bailii

TUGAS

MIKROBIOLOGI PANGAN

Khamir: Zygosaccharomyces bailii

NAMA ANGGOTA:

1.      KARUNIA AGUSTIN N.A.      22030110120043

2.      SITI SANTIAJI                          22030110120050

3.      LISKA WIDIYASTUTI             22030110120063

4.      ARI YULISTIANINGSIH         22030110130074

PROGRAM STUDI ILMU GIZI FAKULTAS KEDOKTERAN

UNIVERSITAS DIPONEGORO

SEMARANG

2012

Khamir: Zygosaccharomyces bailii

A.    Definisi Khamir pada Kerusakan Pangan

Khamir pembusuk merupakan salah satu spesies khamir yang mempunyai kemampuan untuk menyebabkan kerusakan atau pembusukan. Khamir tersebut dapat diisolasi dari bahan yang rusak, dan jika diinokulasi ulang ke dalam makanan steril dari varietas yang sama akan tumbuh dan menyebabkan gejala identik pembusukan. Khamir atau ragi sering diisolasi dari makanan tanpa gejala dan tidak boleh disebut ragi pembusukan tanpa pemeriksaan lebih lanjut.

Makanan sering mengandung ragi, bahkan ragi pembusukan, pada tingkat rendah tanpa pembusukan yang jelas. Sebuah inokulum dari 100 sel/ml hanya dicapai dengan perawatan yang wajar pada jus buah. Aktivitas metabolisme ragi pada konsentrasi sel hingga 10.000/ml tidak cukup untuk membuat perbedaan pada makanan. Karena pembusukan diketahui membutuhkan jumlah ragi yang lebih besar, yaitu sekitar 1x10⁵ -1x10⁶/ml, dan konsentrasi ragi yang sangat tinggi tidak mungkin ditemukan melalui inokulasi awal, oleh karena itu pembusukan ragi membutuhkan pertumbuhan dari populasi ragi. Ragi sebagian besar bersifat non-patogen. Bagi manusia dalam kondisi sehat, konsumsi sedang dari sejumlah ragi yang sebagian besar 800 spesies ragi diakui tidak mungkin menyebabkan kerusakan.

Adanya ragi dalam makanan bukan merupakan masalah keamanan, ragi bukan merupakan racun yang merugikan bagi manusia atau ragi tidak menyebabkan kehilangan zat gizi. Makanan busuk oleh ragi tergantung sepenuhnya pada apa yang menjadi tujuan konsumen. Sehingga dapat didefinisikan, bahwa ragi pembusukan makanan atau minuman merupakan pertumbuhan ragi dalam makanan, cukup untuk menghasilkan perubahan pada makanan tersebut, dan cenderung menimbulkan ketidakpuasan, keluhan, atau penolakan makanan oleh konsumen.

Khamir merupakan mikroorganisme yang bersifat oportunis, dapat tubuh dengan baik pada kondisi yang menguntungkan dan tetap bertahan pada kondisi ekstrim. Kelompok khamir yang sering menimbulkan masalah terutama pada produk pangan bergula adalah khamir osmofilik. Khamir osmofilik dapat tumbuh pada bahan makanan dengan Aw rendah (<0,88) karena memiliki kemampuan dalam melakukan osmoregulasi dengan cara menyeimbangkan tekanan larutan di dalam dan di luar sel (compatible solute) sehingga dapat beradaptasi di lingkungan dengan kandungan gula tinggi. Khamir osmofilik dapat bertahan hidup pada kondisi tekanan osmotik yang tinggi, kondisi asam, kejutan suhu atau kondisi kekurangan nutrisi karena khamir tersebut memiliki kemampuan dalam menyesuaikan diri terhadap kondisi yang tidak menguntungkan dengan cara memberi sinyal melalui jalur MAP kinase untuk menghasilkan senyawa yang dapat merespon perubahan lingkungan seeperti gliserol dan trehalosa. Salah satu jenis khamir yang dibahas kali ini adalah Zygosaccharomyces bailii.

B.     Pengertian Zygosaccharomyces bailii

Z. bailii merupakan spesies khamir yang memiliki kemampuan untuk tumbuh di bawah kondisi lingkungan yang sulit. Zygosaccharomyces spp. merupakan khamir yang mempunyai pengaruh besar dalam kerusakan pada makanan dan minuman, karena kemampuannya untuk tumbuh pada pH rendah, dengan adanya kadar pengawet tinggi (asam sorbat, asam benzoat), dan pada aktivitas air yang rendah. Hal ini dapat menyebabkan kontaminasi yang disebabkan  peralatan pengolahan yang mengarah ke kontaminasi makanan dengan ragi yang dapat merusak sifat ketahanan dari khamir Zygosaccharomyces. Kondisi ini berlaku pada bahan makanan (sering tidak adanya oksigen, aktivitas air rendah (aw); pH rendah; atau adanya pengawet asam lemah dioksida tinggi, karbon atau tingkat etanol pada proses pertumbuhan mikroba biasanya terjadi pada lingkungan yang tidak ideal.

Dalam kondisi aerobik, Z. bailii dapat mengkatabolisme beberapa pengawet. Z. bailii juga merupakan penyebab utama dari pembusukan anggur pada kemasan kaleng, karena toleran terhadap kadar etanol.  Z. bailii dapat mengkatabolis asam lemah pada campuran lengkap dengan adanya gula pada beberapa makanan dan kemampuan kerusakannya dijadikan sebagai subyek pada penelitian.

Z. bailii diketahui sebagai khamir fruktofilik: fruktosa ditransport melalui sistem kapasitas tinggi yang spesifik, sementara glukosa ditransport melalui sistem kapasitas rendah, secara parsial diinaktivasi oleh fruktosa. Fermentasi alkohol aerobik pada Z. bailii diketahui bahwa Z. bailii juga dapat tumbuh secara anaerob pada medium yang kompleks. 

C.    Sifat dan Karakteristik Zygosaccharomyces bailii

Sel-sel dari Zygosaccharomyces bailii tumbuh dalam medium dengan asam asetat, etanol, atau gliserol sebagai karbon tunggal dan sumber energi asam asetat diangkut oleh sistem transportasi saturable. Sistem ini diterima asam propionat dan asam formiat tetapi tidak laktat, sorbat, dan benzoat. Ketika sumber karbon glukosa atau fruktosa, sel ditampilkan aktivitas sistem transportasi dimediasi spesifik untuk asam asetat, ternyata tidak mampu mengenali asam monokarboksilat lainnya. Dalam kedua jenis sel, etanol menghambat transportasi asam asetat berlabel. Penghambatan ini tidak bersaing, dan ketergantungan dari tingkat transportasi maksimum pada konsentrasi etanol ditemukan menjadi eksponensial.

Hasil ini memperkuat keyakinan bahwa, di bawah kondisi pertumbuhan direferensikan, asam memasuki sel terutama melalui protein transporter. Disimpulkan bahwa dalam Z. bailii, etanol memainkan peran protektif terhadap kemungkinan pengaruh negatif asam asetat dengan transportasi menghambat dan akumulasi. Dengan demikian, konsentrasi intraselular asam dapat dipertahankan pada tingkat lebih rendah daripada yang diharapkan jika asam memasuki sel-sel hanya oleh difusi sederhana.

Zygosaccharomyces bailii terkenal karena toleransi yang luar biasa terhadap konsentrasi garam atau gula yang tinggi, kondisi asam, dan pengawet. Z.bailii dianggap osmotolerant karena dapat tumbuh dalam larutan dengan konsentrasi garam atau gula tinggi dan kondisi Aw yang tinggi. Zygosaccharomyces bailii dapat tumbuh pada medium dengan pH 2,2 – 7,7. Zygosaccharomyces bailii memiliki koloni berwarna putih kusam, berbentuk: circular, entire, convex; dan sel merupakan gram positif. Khamir jenis ini adalah agen penting penyebab pembusukan anggur manis dan kering serta produk makanan lainnya.

Z.bailli sangat toleran terhadap pengawet makanan, konsentrasi gula tinggi, panas, etanol, asam organik, dan pH rendah. Z.bailii adalah diploid tapi bentuk tetrad denga spora mitosis. Z.bailii merupakan salah satu spesies khamir fermentasi fakultatif yang tidak dapat tumbuh dalam kondisi anaerobik ketat. Sejauh ini pertumbuhan ragi Z.bailii belum diselidiki lagi secara menyeluruh di bawah rezim keterbatasan oksigen yang ketat. Peraturan pertumbuhan dan metabolisme Z.bailii sangat parah pada kondisi keterbatasan oksigen sangat penting untuk menentukan peran organisme ini dalam pembusukan makanan, karena makanan kaleng atau botol dan minuman cenderung  ketat anaerobik.

Kombinasi resisten Z.bailii untuk suhu yang relatif tinggi, tekanan osmotik dan pH rendah,dengan pertumbuhan spesifik yang tinggi membuat ragi ini berpotensi menarik untuk eksploitasi tujuan  bioteknologi serta untuk pemahaman tentang fenomena biologis dan mekanisme yang mendasari resistensi masing-masing. Z.bailii adalah ragi yang mentolerir tinggi tingkat pengawet dan menyebabkan pembusukan minuman dan makanan asam. Ketika tumbuh dihadapan asam benzoat, Z.bailii dan beberapa ragi lainnya mentolerir tingkat asam yang tinggi. Ragi non-konvensinal Z.bailii yang memiliki toleransi tehadap gula tinggi, lingkungan pH rendah yang disebabkan oleh asam organik, suhu relatif tinggi dapat memungkinkan pertumbuhan dalam kondisi terbatas. 

Zygosaccharomyces bailii memiliki koloni berwarna putih kusam, berbentuk: circular, entire, convex; dan sel merupakan gram positif.Ascospora dari Z.bailii jauh lebih tahan panas dibandingkan sel vegetatif.  Kehadiran ascospora Z.bailii harus diperhatikan saat menghitung perawatan tekanan untuk menjamin stabilitas jus buah. Populasi ascospora Z.bailii dalam hal ini lebih tahan terhadap PEF dari penelitian sel vegetatif. Produk makanan oleh Z.bailii biasanya memiliki satu atau lebih dari karakteristik berikut : Aw rendah, jumlah gula yang difermentasi cukup, pH rendah, dan penambahan antimikroba seperti kalium sorbat atau natrium benzoat. Z.bailii dapat diisolasi terutama dari jus anggur dan tahap awal dari fermentasi alkohol, serta beberapa fermentasi yang tidak biasa atau bermasalah, tetapi juga bisa ditemukan pada anggur dan bagian lain.

D. Asam Asetat Menginduksi Proses Kematian Sel pada Zygosaccharomyces bailii

Z. bailii merupakan ragi fermentasi yang dapat tumbuh pada pH rendah dengan adanya batas maksimum yang diizinkan dari pengawet asam organik lipofilik. Ketahanan pengawet ini menimbulkan kerugian besar pada industri makanan dan minuman melalui pembusukan. Pada pH rendah, pengawet lipofilik tak terdisosiasi dapat menembus membran plasma dan kemudian memisah pada basa sitosol ragi. Pengawet disosiasi di sitosol ini dapat menyebabkan pengasaman intraseluler dan merusak anion asam. Untuk tumbuh pada pengawet asam organik, Z. bailii harus dapat melawan atau mentoleransi kemampuannya untuk menyebabkan pengasaman intraseluler, destabilisasi membran, dan kerusakan oksidatif.

Asam karbosiklik lemah, seperti asetat, sorbat, dan asam benzoat secara umum dipandang sebagai tambahan anti-mikroba aman dan mempunyai aplikasi yang luas sebagai pengawet makanan dan minuman. Akan tetapi, beberapa khamir dapat bertahan, beradaptasi, bahkan tumbuh pada kadar maksimum pengawetan yang boleh digunakan dalam makanan. Jika dibandingkan dengan jamur dan bakteri yang lain, khamir lebih tahan pada asam karbosiklik lemah. Penjelasan pengaruh sitotoksik diinduksi oleh asam lemah pada khamir, yang mungkin dapat membahayakan kelangsungan hidup sel dan pada akhirnya menyebabkan kematian sel, dapat memberikan pengetahuan cepat dalam mekanisme yang menetapkan perbedaan kelemahan khamir pada asam karbosiklik lemah dibandingkan dengan mikroorganisme lain, dan akan membiarkan peningkatan atau rancangan strategi baru untuk pengawetan makanan dan minuman.

Zygosaccharomyces bailii merupakan khamir yang terdapat dalam kerusakan makanan dan minuman, digolongkan oleh toleransi yang tinggi terhadap asam karbosiklik lemah pada pH rendah, di mana Saccharomyces cerevisiae tidak dapat bertahan. Selanjutnya, dua spesies khamir tersebut sering dipilih sebagai model dalam penelitian respons khamir terhadap keadaan stress asam. Pada asam asetat S. cerevisiae dan Z. bailii menginduksi kematian sel. Akan tetapi, seperti yang telah diketahui bahwa pada Z. bailii, pengaruh ini diobservasi pada konsentrasi asam yang cukup tinggi. Meskipun masing-masing sel S. cerevisiae dan Z. bailii menunjukkan perbedaan respons pH intraseluler pada asam asetat, namun kedua spesies ini menginduksi kematian sel yang dihubungkan dengan keadaan asam pada intraseluler. Pada Z. bailii, mekanisme kematian karena lingkungan asam lemah ini masih diklarifikasi.

Asam asetat pada konsentrasi antara 20 dan 120 mM menginduksi pertumbuhan linier pada sel S. cerevisae, proses kematian sel yang menunjukkan sebagian besar apoptosis, seperti kondensasi kromatin selama sel nucleus, lingkungan fosfatidilserin pada permukaan membran sitoplasma, dan terjadi pada fragmentasi internukleosomal DNA. Penelitian sebelumnya juga mendemonstrasikan bahwa asam asetat di atas konsentrasi tersebut menginduksi proses kematian sel, membunuh S. cerevisiae oleh proses kematian nekrosis.

5. Zygosaccharomyces bailii untuk Produksi Protein Heterolog sebagai Proses Bioteknologi dalam Industri

Pada jurnal yang dibahas kali ini kemampuan Zygosaccharomyces bailii untuk mentoleransi konsentrasi gula tinggi serta suhu tinggi dan lingkungan asam ini membuat ragi non-konvensional yang cocok untuk pengembangan proses bioteknologi seperti produksi protein heterolog. Pada jurnal ini  pula produksi protein heterolog menyebabkan beberapa modifikasi. Fitur-fitur ini bisa sangat berguna untuk fermentasi industri karena dapat menyederhanakan proses dan meningkatkan nilai ekonomis. Hasil yang diperoleh sejauh ini telah mendorong untuk lebih mengembangkan ragi ini sebagai host baru untuk produksi protein heterolog dan sebagai pabrik sel untuk produksi dalam industri.

Optimalisasi produksi protein rekombinan bergantung tidak hanya pada strategi molekul yang  bekerja. Fisiologi pertumbuhan serta efek dari ekspresi protein asing pada metabolisme sel inang juga penting dalam perkembangan prosesnya. Telah terbukti bahwa banyak parameter, seperti laju pertumbuhan spesifik, sumber karbon, suplai oksigen, pH, dan suhu yang merupakan modulasi produksi protein heterolog memicu dalam fisiologis sel. Ekspresi gen rekombian memiliki efek pada organisme inang sebagai beban biosintesis negatif.  Karena produktivitas berkorelasi dengan tingkat biomassa, optimalisasi produk ini bergantung erat pada fisiologi pertumbuhan dan proses fermentasi. Sejauh ini Zygosaccharomyces bailii dikenal sebagai ragi fructophilic dan telah dilaporkan bahwa Zygosaccharomyces bailii mampu tumbuh secara anaerob dalam media kompleks. Fermentasi alkohol aerobik telah diamati sangat tergantung pada sumber karbon yang digunakan, efek-Crabtree yang ditampilkan pada glukosa  pada laju pengenceran dekat dengan laju pertumbuhan spesifik maksimum.

Efek crabtree S. cerevisiae cultivationof pada gula adalah kecenderungan yang kuat untuk menghasilkan etanol, demikian pula dalam kondisi aerobik. Jurnal ini menunjukkan bagaimana kondisi fisiologis dan budidaya mempengaruhi produksi heterolog interleukin-1b manusia di Z. bailii. Tujuan dari penelitian ini adalah untuk mengatur kondisi yang optimal dari pertumbuhan dan menentukan parameter untuk pengembangan proses umpan curah untuk mendapatkan biomassa yang lebih tinggi dan produksi protein.

Selain itu, pada bahan dan metode jurnal penggunaan Zygosaccharomyces bailii ATCC 36947 diubahkan dengan metode asetat lithium dengan pZ3 plasmid centromeric yang berisi, sebagai penanda selektif, gen untuk resistensi terhadap G418, atau dengan pZ3K1IL-1b, yang mengandung gen IL-1b manusia secara fungsional menyatu dengan urutan pra-killer toxin Kl suatu subunit dari urutan sinyal lactis K.

Hasil dari jurnal ini adalah dalam Zygosaccharomyces bailii memproduksi etanol glukosa lebih rendah dari pada fruktosa. Budaya batch strain rekombinan Z.bailii yang konstitutif mengekspresikan IL-1b manusia pada glukosa sebagai sumber karbon. Parameter utama dari metabolisme sel adalah laju pertumbuhan spesifik dan laju spesifik konsumsi glukosa dan produksi etanol yang dihitung dan dibandingkan dengan data yang diperoleh dari strain liar dan strain ditransformaskan dengan plasmid kosong sebagai kontrol. Tingkat pertumbuhan spesifik serupa semua untuk strain. Alunan yang berubah menunjukan tingkat tertentu lebih tinggi dari penggunaan glukosa dari jenis liar dan tingkat penurunan produksi etanol.

Selain etanol, metabolit lainnya biasanya diproduksi dibawah metabolisme respire fermentasi sebagai gliserol dan asam asetat terdeteksi selama pertumbuhan aerobik dan diproduksi pada tingkat yang lebih tinggi dibandingkan wild type. Hasil biomassa lebih rendah pada berubah daripada di strain tipe liar dan hasil etanol adalah serupa. Namun demikian, hasil biomassa yang lebih rendah dari strain berubah tidak dapat dibenarkan hanya oleh tingkat asetat dan gliserol, dan mungkin karena produksi beberapa, lainnya masih tak dikenal. Ketika glukosa sudah habis, etanol, gliserol dan asam asetat ini digunakan sebagai sumber karbon.

DAFTAR PUSTAKA

Ludovico, Paula et al. 2003. Acetic acid induces a programmed cell death process in the food spoilage yeast Zygosaccharomyces bailii. FEMS Yeast Research 3 (2003) 91-96.

Malo, Lopez and E. Palou. 2000. Modeling The Growth/No-Growth Interface Of Zygosaccharomyces Bailii In Mango Puree.

Merico, Annamaria et al. 2003. Aerobic sugar metabolism in the spoilage yeast Zygosaccharomyces bailii. FEMS Yeast Research 4 (2003) 277-283.

Raso, Javier et al. 1998. Inactivation Of Zygosaccharomyces Bailii In Fruit Juices By Heat, High Hydrostatic Pressure And Pulsed Electric Fields.

Stratford, Malcolm. Food and Beverage Spoilage Yeast. Mologic, Colworth House, Sharnbrook, Bedford MK44 1LQ, UK.

Vigentini, Ileana et al. 2004. Heterologous protein production in Zygosaccharomyces bailii: physiological effects and fermentative strategies. FEMS Yeast Research 5 (2005) 647-652.

LAMPIRAN

Gambar Zygosaccharomyces bailii secara mikroskopik

(A) bidang terang, (B) biru fluoresensi; (C) tumpang tindih bidang terang dan fluoresensi biru. (Bagian I) sel Konjugasi diwarnai dengan Calcofluor putih; (bagian II) sel terkonjugasi tetapi sel sporulasi tidak diwarnai dengan DAPI; (bagian III) sel sporulasi diwarnai dengan DAPI. Fluoresensi Calcofluor putih dan DAPI adalah biru.