Modifikasi Struktur, Ukuran Dan Bentuk Fisik Pektin Bermetoksil Rendah Serta Pengaruhnya Terhadap Ketahanan Probiotik Dan Aktivitas Sel Makrofag Raw264.7 Secara In Vitro

Abstract

Bakteri probiotik merupakan salah satu golongan bakteri ”menguntungkan”. Probiotik berperan mendorong pertumbuhan bakteri ”menguntungkan” lainnya untuk memproduksi metabolit sumber energi bagi inangnya. Eksistensi probiotik dalam saluran pencernaan berfungsi menstabilkan rasio ideal antara jumlah bakteri ”menguntungkan” dengan bakteri ”merugikan”. Rasio jumlah yang tidak ideal bagi keduanya ditengarai dapat mengganggu kesehatan inangnya. Sementara itu, kondisi ekstrim lambung dan usus halus (asam tinggi, enzim pencernaan, bile salt) dapat menyebabkan denaturasi sel probiotik. Untuk itu probiotik perlu dilindungi dengan cara dienkapsulasi menggunakan biopolimer seperti Low Methoxyl Pectin atau pektin bermetoksil rendah. Struktur rendah metoksil pada LMP dapat membentuk hidrogel spesifik kolon dan biocompatible sehingga viabilitas probiotik relatif stabil selama melewati kondisi ekstrim saluran pencernaan. Penggunaan LMP sebagai bahan untuk enkapsulasi probiotik merupakan suatu kesempatan untuk memberi fungsi tambahan bagi kesehatan inangnya, antara lain menstimulasi aktivitas sel makrofag (salah satu jenis sel sistem imun). Oleh karena itu, struktur, ukuran dan bentuk fisik LMP (pektin bermetoksil rendah) dimodifikasi agar dapat meningkatkan ketahanan probiotik dan dapat menstimulasi sel makrofag (sel sistem imun) menjadi lebih baik. Modifikasi LMP meliputi pemberian gugus sulfat dengan sulfatasi agar diperoleh fungsi aktivitas biologis dalam sistem imun. Modifikasi LMP juga dapat dilakukan dengan aplikasi teknologi nano. Material berskala nano dilaporkan mudah menembus lapisan submukosa saluran pencernaan dan dapat menstimulasi aktivitas sistem imun. Oleh karena itu LMP dan LMPs (LMP tersulfatasi) untuk pelindung sel probiotik dibuat nanopartikel dengan mengatur parameter suhu, konsentrasi, volume, keasaman formulasi serta teknis manual tertentu pada proses ikatan silang gelasi ionotropik. Tujuan umum penelitian ini adalah melakaukan modifikasi struktur, ukuran dan bentuk fisik pektin bermetoksil rendah untuk meningkatkan kinerja ketahanan probiotik dan aktivitas sel imun (sel makrofag). Tujuan umum ini dijabarkan menjadi tujuan-tujuan khusus pada setiap tahap penelitian. Ekstraksi pektin dari kulit jeruk nipis dengan kondisi proses menggunakan pelarut amonium oksalat+asam oksalat pada 45 menit ekstraksi pertama dan asam klorida pada 10 menit ekstraksi kedua, tingkat keasaman pH 2, dan suhu 100oC menghasilkan LMP dengan nilai Degree of Esterification (DE) 45,77%, kadar metoksil 1,53% dan kadar abu 4,77%. Penggunaan pelarut amonium oksalat+asam oksalat dan asam klorida menghasilkan rendemen pektin 10,0%, kadar Anhydrouronic Acid (AUA) 19,21%, dan nilai Berat Ekivalen 1878,82 gek. Kadar air pektin 7,91% dihasilkan dari ekstraksi menggunakan kedua tipe pelarut. Pada proses sulfatasi LMP, dipilih persentase perlakuan 2,6393% reagen SO3-DMF yang menghasilkan persentase pektin tersulfatasi 43,63%, kadar sulfat 0,3028% dan derajat substitusi 0,0155. Low Methoxyl Pectin tersulfatasi ini dapat membentuk LMP berskala nanometer pada tahap penelitian selanjutnya. Formula kombinasi LMP:LMPs (rasio 1:1) pada konsentrasi larutan pektin 2% dan larutan kation CaCl2 0,8% yang berikatan silang dalam gelasi ionotropik dapat menghasilkan nanopartikel LMPs berukuran rata-rata 603,9 nm dengan muatan -15,2 mV hingga -16,6 mV. Pada pembuatan polielektrolit LMP, larutan kitosan 0,100% berikatan silang gelasi ionotropik dengan LMP menghasilkan hidrogel LMPpe dengan karakteristik memiliki muatan positif yang stabil, kadar nitrogen 0,00688% dan kekentalan 18,53 cP. Penggunaan hidrogel LMPpe untuk melapisi sel probiotik menghasilkan kinerja melindungi sel probiotik di dalam media Simulated Gastric Fluid dan Simulated Intestinal Fluid serta dapat mencapai kolon simulasi dengan populasi lebih tinggi (7,67 log cfu/mL) dibandingkan dengan sel probiotik bebas (6,59 log cfu/mL). Penggunaan LMPsnp untuk melapisi probiotik terenkapsulasi LMPpe dapat mengoptimalkan ketahanan probiotik hingga mencapai jumlah populasi 9,06 log cfu/mL di dalam cairan kolon simulasi.. Pada pengujian pengaruh LMPsnp, LMPs dan LMP terhadap aktivitas sel makrofag, LMPsnp dapat menstimulasi proliferasi dan kemampuan fagositosis (pinositosis) sel makrofag pada konsentrasi berkisar 1,56-12,5 ppm. Nanopartikel LMPs pada konsentrasi 1,56 ppm menghasilkan aktivitas sel makrofag yang relatif lebih baik berdasarkan kemampuan fagositosis (pinositosis) dan efisiensi penggunaan konsentrasi yang lebih sedikit. Dari hasil penelitian dapat disimpulkan bahwa (i) ekstraksi pektin dari kulit jeruk nipis secara suksesif menggunakan pelarut kombinasi amonium oksalat+asam oksalat selama 45 menit pertama dan asam hidroklorida selama 10 menit kedua dengan keasaman pH 2 pada suhu 100oC dapat menghasilkan Low Methoxyl Pectin (LMP); (ii) penggunaan 2,6393% reagen SO3-DMF untuk proses sulfatasi dapat menghasilkan LMP tersulfatasi (LMPs); (iii) penggunaan konsentrasi larutan pektin 2,0% pada kombinasi LMP:LMPs dengan rasio 1:1 dan larutan kalsium klorida 0,8% dapat menghasilkan LMPsnp untuk penghantar spesifik kolon; (iv) penggunaan kitosan 0,100% pada formula mengandung LMP, lisin dan dietilamin dapat menghasilkan polielektrolit LMP (LMPpe) bermuatan positif; (v) nanopartikel LMPs (LMPsnp) memiliki karakteristik sebagai penghantar sel probiotik bersifat spesifik kolon (secara in vitro); dan (vi) nanopartikel LMP tersulfatasi (LMPsnp) dapat mempengaruhi aktivitas proliferasi dan menstimulasi aktivitas fagositosis (pinositosis) sel makrofag.