Metabolomik Berbasis GC-MS Minyak Atsiri Kayu Putih Indonesia yang Dimanfaatkan sebagai Flavor Fungsional Cajuputs Candy

Abstract

Minyak atsiri kayu putih (MKP) asal Pulau Buru (Maluku, Indonesia) telah digunakan sebagai flavor pada Cajuputs Candy sebagai lozenges dan terbukti menunjukkan aktivitas fungsional dengan menekan pertumbuhan mikroba oral patogen. Akan tetapi, ketersediaan MKP ini semakin terbatas karena hutan kayu putih di Pulau Buru banyak mengalami kerusakan akibat penambangan emas ilegal. Di sisi lain, produksi dan sebaran MKP dari berbagai daerah lain di Indonesia juga berpotensi untuk dikembangkan sebagai flavor fungsional, yakni selain memberikan flavor khas pada produk, MKP juga berperan untuk memberikan efek pada kesehatan. Penelitian pendahuluan mengungkap bahwa MKP dari beberapa daerah memiliki metabolit yang berbeda dan menunjukkan tingkat penerimaan sensori yang berbeda. Hal ini mengindikasikan adanya korelasi antara komposisi metabolit terhadap karakteristik sensori MKP. Metabolomik berbasis GC-MS dapat digunakan untuk memprediksi MKP yang sesuai sebagai flavor, serta memperoleh karakteristiknya berdasarkan analisis data multivariat antara metabolit dengan sifat sensorinya. MKP alternatif selain memiliki karakteristik sensori yang dapat diterima, juga diharapkan memiliki kapasitas intervensi terhadap pembentukan biofilm spesies ganda Streptococcus mutans dan Candida albicans, yang diketahui bersinergi dalam karies gigi. Tujuan dari penelitian ini adalah (1) memperoleh MKP alternatif sebagai flavor fungsional beserta profil karakteristiknya melalui pendekatan metabolomik berbasis GC-MS, dan (2) mengevaluasi kapasitas intervensi Cajuputs Candy berbasis MKP alternatif terhadap interaksi sinergis S. mutans dan C. albicans. Studi dilakukan dalam rangkaian penelitian yang terdiri dari 4 tahapan. Tahap awal dilakukan dengan elusidasi sifat fisikokimia berdasarkan standar kualitas yang disebutkan dalam SNI 06-3954-2014. MKP dari berbagai sumber produksi di Indonesia menunjukkan keragaman sifat fisikokimia yang merujuk pada perbedaan komposisi kimia di dalamnya. Selanjutnya dilakukan karakterisasi metabolit dalam 13 MKP dari beberapa sumber produksi di Indonesia menggunakan Gas Chromatography-Mass Spectrometry (GC-MS). Enam puluh metabolit yang tergolong kedalam monoterpen hidrokarbon, monoterpen teroksigenasi, seskuiterpen, dan kelompok lainnya telah dianotasi secara manual. Uji difference-from-control terhadap MKP sebagai flavor pada Cajuputs Candy menunjukkan beberapa MKP yang memiliki skor kemiripan sensori yang tinggi terhadap referen, tidak hanya MKP yang berasal dari Pulau Buru (BUP dan NAM) tetapi juga beberapa MKP asal Pulau Jawa (MOJ, PON, PAS, dan KUN). Analisis sensori lebih lanjut dilakukan dengan metode Rate-All-That-Apply (RATA). Terdapat 14 atribut dalam Cajuputs Candy yang dikategorikan dalam aroma (minty dan cajuput-like), rasa (manis dan pahit), flavor (spicy, cajuput-like, burnt-like, soapy, metallic, floral, dan betadine-like), dan aftertaste (getir, pahit dan cooling). Identifikasi metabolit penciri sensori dilakukan menggunakan Orthogonal Partial Least Square (OPLS) berdasarkan korelasi 60 metabolit dalam MKP terhadap masing-masing atribut diskriminan. 1,8-sineol dan γ-terpinen berkorelasi positif dengan aftertaste cooling, sedangkan rasa manis berkorelasi kuat dengan 1,8-sineol dan karyofilen. Dengan demikian 1,8-sineol, γ-terpinen, dan karyofilen dinyatakan sebagai metabolit penciri untuk atribut positif. Linalool dan nerolidol yang mencirikan atribut diskriminan pada BEL (soapy, metallic, floral, dan betadine-like) dinyatakan sebagai metabolit penciri sensori negatif. Metabolit penciri sensori hasil metabolomik diketahui berkorelasi terhadap tingkat kesukaan MKP sebagai flavor dalam Cajuputs Candy. Analisis senyawa aroma-aktif membuktikan aktivitas aroma dari metabolit penciri sensori yang telah teridentifikasi. Terdapat 33 senyawa aroma dalam MKP yang dapat terdeteksi oleh 9 orang panelis. PBR sebagai MKP referen memiliki 1,8-sineol (NIF 8/9), α-pinen (NIF 6/9) dan ylangen (NIF 6/9) sebagai senyawa aroma-aktif. MOJ yang mewakili kelompok MKP yang potensial untuk dikembangkan sebagai flavor memiliki senyawa aroma-aktif berupa 1,8-sineol (NIF 7/9), α-pinen (NIF 7/9) dan karyofilen (NIF 6/9). BEL yang mewakili MKP yang paling negatif menunjukkan kecenderungan yang berbeda. Selain 1,8-sineol (NIF 9/9), terdapat senyawa minor dengan frekuensi deteksi yang tinggi sebagai senyawa aroma-aktif yaitu linalool (NIF 9/9), dan nerolidol (NIF 6/9). Secara umum sebagian besar metabolit penciri sensori yang diperoleh berdasarkan metabolomik terbukti memiliki aktivitas aroma yang kuat pada analisis GC-MS/O. Metabolomik menunjukan bahwa MOJ, PON, KUN, dan PAS sebagai MKP alternatif yang potensial untuk dikembangkan sebagai flavor fungsional pada Cajuputs Candy. Kemudian terkait dengan aktivitas fungsionalnya, perlu diuuji kapasitasnya dalam mengintervensi interaksi C. albicans dan S. mutans dalam biofilm spesies ganda, dibandingkan dengan PBR sebagai referen. Kapasitas intervensi Cajuputs Candy nampak pada penurunan pembentukan biofilm total serta tingkat viabilitas sel pada biofilm spesies ganda berdasarkan uji crystal violet dan MTT, analisis morfologi (Scanning Electron Microscope (SEM)). Penghambatan terjadinya interaksi inter spesies tersebut berkaitan dengan kapasitas Cajuputs Candy untuk mempertahankan bentuk yeast dari C. albicans melalui peningkatan ekspresi gen spesifik yeast (YWP1) secara signifikan serta penekanan ekspresi gen adhesi (ALS3) dan gen filamentasi hifa (HWP1). Penurunan jumlah matriks pada biofilm yang dikenai paparan Cajuputs Candy khususnya dengan MKP MOJ, menunjukkan keterkaitan dengan menurunnya ekspresi gen spesifik glukan tidak larut air (gtfB) meskipun glukan yang larut air (gtfD) tetap terekspresi seperti pada kontrol. Secara umum MOJ diketahui sebagai MKP yang paling aktif mengintervensi interaksi S. mutans pada C. albicans diantara keempat MKP alternatif lainnya dengan kapasitas yang setara dengan PBR sebagai referen. Secara umum metabolomik berbasis GC-MS berhasil mengungkap beberapa MKP alternatif beserta metabolit penciri sensorinya berdasarkan hasil analisis multivariat terhadap komposisi metabolit dan karakteristik sensori MKP ketika diaplikasikan pada Cajuputs Candy. Kemudian Cajuputs Candy berbasis MKP alternatif tersebut terbukti mampu mengintervensi interaksi sinergis antara C. albicans dan S. mutans yang diketahui berperan dalam pembentukan biofilm kariogenik.