KARAKTERISASI DAN EVALUASI SIFAT PREBIOTIK INULIN UMBI GEMBILI (Dioscorea esculenta)

SRI WINARTI, Prof. Dr. Ir. Eni Harmayani, MSc.

2014 | Disertasi | S3 Ilmu Pangan

Inulin merupakan salah satu prebiotik yang banyak diformulasikan dalam produk pangan. Telah dilakukan isolasi inulin dari umbi gembili (Dioscorea esculenta), namun informasi mengenai sifat-sifat inulin tersebut masih sangat terbatas. Oleh karena itu perlu dilakukan karakterisasi inulin dari umbi gembili untuk mengetahui sifat fisikokimia, sifat imunostimulator dan prebiotik. Inulin diekstraksi dari umbi gembili menggunakan air panas suhu 80-90°C dan presipitasi pada suhu -20°C, kemudian endapan inulin yang diperoleh dikeringkan dengan metode cabinet drying (Inulin KR) dan foam mat drying (Inulin FM). Karakteristik/sifat-sifat inulin yang diamati meliputi kelarutan, daya serap air, kemurnian, viskositas, kekuatan gel, kristalinitas, derajat polimerisasi (DP), sifat fungsionalnya sebagai imunostimulator dan prebiotik secara in vitro dan in vivo. Inulin komersial (Inulin SD) digunakan sebagai standar. Evaluasi sifat imunostimulator yang diamati adalah kemampuan inulin dalam memacu produksi sitokin IL-6 dan TNF-α oleh murine macrophage-like cell line J774.1 dan P-Mac (peritonial macrophage). Evaluasi sifat prebiotik inulin umbi gembili dilakukan in vitro menggunakan Bifidobacterium spp., Lactobacillus spp. dan E.coli, serta in vivo menggunakan tikus Sprague Dawley (SD). Hasil penelitian menunjukkan bahwa inulin yang diperoleh dari umbi gembili memiliki kelarutan 79,09%, daya serap air 12,39%, viskositas 24,30 mPa, kekuatan gel 0,1295 N, derajat polimerisasi (DP) 6, kemurnian 73,59% dan derajat kristalinitas 23,59. Foaming pada pengeringan dapat memperbaiki sifat-sifat inulin yaitu meningkatkan kelarutan menjadi 89,97%, daya serap air 34,39%, dan menurunkan kekuatan gel menjadi 0,0929 N, viskositas 23,43 mPa, kemurnian 66,34% dan derajat kristalinitas 13,71. Inulin umbi gembili dapat memacu produksi sitokin IL-6 dan TNF-α yang dihasilkan oleh murine macrophage-like cell line J774.1 dan P-Mac dari mencit BALB/c. Inulin umbi gembili yang dikeringkan dengan metode cabinet drying (Inulin KR) maupun foam mat drying dapat memacu produksi IL-6 pada konsentrasi 8 μg/ml oleh murine macrophage-like cell line J774.1 dan P-Mac, sedangkan inulin komersial (Inulin SD) pada konsentrasi 24 μg/ml. Inulin umbi gembili (Inulin KR dan Inulin FM) memacu produksi TNF-α oleh murine macrophage-like cell line J774.1 pada konsentrasi 16 μg/mL dan 8 μg/ml pada P-Mac, sedangkan inulin komersial (Inulin SD) pada konsentrasi 24 μg/ml. Inulin umbi gembili dapat meningkatkan pertumbuhan Bifidobacterium spp. dan Lactobacillus spp. serta menekan pertumbuhan E.coli. Nilai aktivitas prebiotik inulin dipengaruhi oleh waktu inkubasi yaitu semakin lama inkubasi dapat meningkatkan nilai aktivitas prebiotik inulin umbi gembili. Nilai aktivitas perbiotik (prebiotic activity score) inulin KR paling tinggi 1,21 pada Lactobacillus casei FNCC-90 inkubasi 72 jam dan terendah 0,22 pada Lactobacillus acidophilus FNCC-130 inkubasi 24 jam. Diet tikus yang diformulasi dengan inulin umbi gembili berpengaruh terhadap komposisi mikrobiota pada digesta tikus Sprague Dawley yaitu meningkatkan jumlah Bifidobacterium spp. dan Lactobacillus spp. serta menekan jumlah E.coli. Jumlah xviii Bifidobacterium spp. pada digesta tikus dengan diet yang diformulasi Inulin KR, Inulin FM, Inulin SD dan diet kontrol, berturut-turut adalah 8,65 log cfu/g, 8,66 log cfu/g, 9,22 log cfu/g dan 7,99 log cfu/g. Jumlah Lactobacillus spp. pada digesta tikus dengan diet yang diformulasi Inulin KR, Inulin FM, Inulin SD dan diet kontrol, berturut-turut adalah 9,03 log cfu/g, 9,05 log cfu/g, 8,62 log cfu/g dan 7,44 log cfu/g. Jumlah E.coli pada digesta tikus dengan diet yang diformulasi Inulin KR, Inulin FM, Inulin SD dan diet kontrol, berturut-turut adalah 6,075 log cfu/g, 6,50 log cfu/g, 6,36 log cfu/g dan 8,05 log cfu/g. Hasil perhitungan mikrobiota dengan metode FISH (fluorescence in situ hibridization) memiliki tren yang sama dengan metode TPC (total plate count), yaitu bahwa inulin umbi gembili meningkatkan pertumbuhan Bifidobacterium spp. dan Lactobacillus spp., serta menekan E.coli. Inulin umbi gembili meningkatkan pembentukan SCFA yaitu asetat, propionat dan butirat, namun hanya rasio molar propionat yang meningkat. Dari hasil penelitian ini menunjukkan bahwa inulin umbi gembili dapat digunakan sebagai prebiotik dan imunostimulator, yang dapat digunakan sebagai ingredient produk pangan. Kata kunci : inulin, Dioscorea esculenta, gembili, imunostimulator, prebiotik, SCFA

tubers (Dioscorea esculenta) was done, but information on its properties is still very limited. Therefore it is necessary to characterize of inulin from lesser yam tubers to determine its physicochemical, immunostimulatory and prebiotics properties. Inulin was extracted from lesser yam tuber using hot water at temperature of 80-90°C and precipitation at -20°C, then the precipitate of inulin dried by cabinet drying (KR Inulin) and foam mat drying (Inulin FM) methods. Properties of inulin included solubility, water absorption, purity, viscosity, gel strength, crystallinity, degree of polymerization (DP), its functional properties as immunostimulatory and in vitro and in vivo prebiotic activity were observed. Commercial inulin (Inulin SD) was used as a standard. Evaluation of immunostimulatory properties included the ability of inulin in promoting the production of cytokines IL-6 and TNF-α by murine macrophage-like cell line J774.1 and P-Mac cells. Inulin obtained from Dioscorea esculenta had the following characteristics: 6 degree of polymerization (DP), 73.585% purity, 23.59 degree of crystallinity, 24.30 mPa viscosity, 79.09% solubility and 0.1295 N gel strength. Foaming the lesser yam inulin increased the solubility from 79.09% to 89,97%, water absorption from 12.39% to 34,39% and decrease gel strength from 0.0929 N to 0.1295 N, viscosity from 24.30 mPa to 23.43 mPa, purity from 73.585% to 66.34 % and crystallinity from 23.59 into 13.71. Lesser yam inulin stimulated the production of cytokines IL-6 and TNF-α produced by murine macrophagelike cell line J774.1 and P-Mac from BALB/c mice. Lesser yam inulin, that dried by cabinet drying (KR Inulin) or foam mat drying method can stimulate the production of IL- 6 at a concentration of 8 μg/ml by murine macrophage-like cell line J774.1 and P-Mac, while the commercial inulin (Inulin SD) at a concentration of 24 μg/ml. Lesser yam inulin (Inulin KR and Inulin FM) stimulated the production of TNF-α by murine macrophage-like cell line J774.1 at a concentration of 16 μg/mL and 8 μg/mL by P-Mac, while the commercial inulin (Inulin SD) concentration of 24 μg/mL. This showed that lesser yam inulin could be used as immunostimulatory. Lesser yam inulin increased the growth of Bifidobacterium spp. and Lactobacillus spp., and suppress the growth of E.coli. Prebiotic activity score influenced by length of incubation, the higher of prebiotic activity at the longer incubation time. Lactic acid production by Bifidobacterium spp. and Lactobacillus spp. on the medium containing lesser yam inulin lower than on the glucose medium. The diet containing lesser yam inulin significantly increased the number of Bifidobacterium spp. and Lactobacillus spp. and supress E.coli in the digesta rat. The number of Bifidobacterium spp. in the digesta rat with diet formulated inulin KR, inulin FM, inulin SD and standar diet were 8.65 log cfu/g, 8.66 log cfu/g, 9.22 log cfu/g and 7.99 log cfu/g xx respectively. The number of Lactobacillus spp. in the digesta of rats with diet formulated inulin KR, inulin FM, inulin SD and standar diet were 9.03 log cfu/g, 8.54 log cfu/g, 8.63 log cfu/g and 7.44 log cfu/g respectively. The number of E. coli in the digesta rat with diet formulated inulin KR, inulin FM, inulin SD and standar diet were 8.06 log cfu/g, 6.08 log cfu/g, 6.50 log cfu/g and 6.36 log cfu/g respectively. Lesser yam inulin increased the levels of SCFA (acetate, propionate and butyrate), however only propionate molar ratio was increased. From this study, it can be concluded that lesser yam inulin can be used as a prebiotic and immunostimulatory ingredient, which can be formulated into the variety of food products. Key word : inulin, Dioscorea esculenta, lesser yam, immunostimulator, prebiotic, SCFA

Kata Kunci : inulin, Dioscorea esculenta, gembili, imunostimulator, prebiotik, SCFA