KUALITAS MIKROENKAPSULASI Lactobacillus acidophillus

MENGGUNAKAN Ca-ALGINAT, WHEY PROTEIN ISOLAT dan

GLISEROL DENGAN METODE EMULSIFIKASI

Tesis

Oleh

GISTHANANDA MADYASTA

NIM. 156050100111007

`

PROGRAM STUDI ILMU TERNAK

MINAT TEKNOLOGI HASIL TERNAK

PROGRAM PASCASARJANA

UNIVERSITAS BRAWIJAYA

FAKULTAS PETERNAKAN

MALANG

2017

KUALITAS MIKROENKAPSULASI Lactobacillus acidophillus

MENGGUNAKAN Ca-ALGINAT, WHEY PROTEIN ISOLAT dan

GLISEROL DENGAN METODE EMULSIFIKASI

Tesis

Oleh:

Gisthananda Madyasta

NIM. 156050101111007

Thesis ini merupakan salah satu

syarat untuk memperoleh gelar Magister

Peternakan pada Fakultas Peternakan Universitas Brawijaya

PROGRAM STUDI PETERNAKAN

FAKULTAS PETERNAKAN

UNIVERSITAS BRAWIJAYA

MALANG

2017

HALAMAN PENGESAHAN

Judul Tesis : Kualitas Mikroenkapsulasi Lactobacillus acidophillus terenkapsulasi menggunakan ca-alginat, whey protein isolate dan gliserol dengan metode emulsifikasi Nama : Gisthananda Madyasta

NIM : 156050100111007

Disetujui, Komisi Pembimbing

Ketua Anggota Dr.Ir. Purwadi, MS. Dr.Ir. Imam Thohari, MP. NIP. 196006161987011001 NIP.195902111986011000

Diketahui,

Ketua Program Magister Ilmu Ternak Dekan Fakultas Peternakan

Program Pascasarjana Fakultas Peternakan Universitas Brawijaya

Dr.Ir. Irfan H. Djunaidi, M.Sc. Prof.Dr.sc.agr. Ir. Suyadi, MS.

NIP. 196506271990021001 NIP. 19620403 1987011 001

Seminar hasil : 17 mei 2017 Ujian Tesis : 20 Juli 2017

Malang, Mahasiswa, Gisthananda Madyasta NIM. 156050100111007

Novia Wahyu

PERNYATAAN

ORISINALITAS TESIS

Saya menyatakan dengan sebenar-benarnya bahwa sepanjang pengetahuan

saya, di dalam naskah TESIS ini tidak terdapat karya ilmiah yang pernah diajukan

oleh orang lain untuk memperoleh gelar akademik di suatu Perguruan Tinggi dan

tidak terdapat karya atau pendapat yang pernah ditulis atau diterbitkan oleh orang

lain, kecuali yang secara tertulis dikutip dalam naskah ini dan disebutkan dalam

sumber kutipan dan daftar pustaka.

Apabila ternyata di dalam naskah TESIS ini dapat dibuktikan terdapat unsur-

unsur PLAGIASI, saya bersedia TESIS ini digugurkan dan gelar akademik yang

telah saya peroleh (MAGISTER) dibatalkan, serta diproses sesuai dengan peraturan

perundang-undangan yang berlaku (Undang-undang Nomor: 20 Tahun 2003, Pasal

25 Ayat 2 dan Pasal 70).

iii

RIWAYAT HIDUP

Penulis dilahirkan di Surabaya tanggal 10 Oktober 1993 sebagai putri ketiga dari

pasangan Ibu Titik Ernawati dan Bapak Widianta. Pendidikan formal yang pernah ditempuh

penulis adalah SD Muhammadiyah 6 Surabaya lulus tahun 2005, SMP Negeri 21 Surabaya

tahun 2008, SMA Muhammadiyah 3 Surabaya lulus tahun 2011. Tahun 2011 penulis diterima

di Fakultas Peternakan Universitas Brawijaya Malang melalui Jalur Undangan.

Penulis pernah melakukan Praktek Kerja Lapang di PT.Charoen Phokpand Jaya Farm

Unit Hatchery Pasuruan dengan judul “Managemen pull chick di PT.Charoen Phokpand Jaya

Farm Unit Hatchery Pasuruan”. mengikuti Pekan Wirausaha Muda Pertanian (PWMP) yang

diadakan oleh KEMENTAN tahun 2016.

iv

UCAPAN TERIMA KASIH

Puji syukur Alhamdulillah penulis panjatkan kepada Allah SWT, karena dengan

limpahan nikmat-Nya penulis dapat menyelesaikan penulisan thesis dengan judul “Kualitas

mikroenpsulasi Lactobacillus acidophillus mengguunakan Ca-alginat whey protein isolate

Gliserol dengan metode emulsifikasi. Penulis ingin menyampaikan rasa terima kasih yang

sebesar-besarnya kepada semua pihak yang telah berperan dalam penulisan laporan ini dan

secara khusus penulis menyampaikan terima kasih kepada :

1. Prof. Dr.sc.agr.Ir. Suyadi, MS., selaku dekan Fakultas Peternakan Universitas Brawijaya

yang telah memberikan kemudahan fasilitas dan perizinan selama penelitian.

2. Dr.Ir. Irfan H. Djunaidi, M.Sc., sebagai Ketua Program Pascasarjana Magister Program

Studi Peternakan Universitas Brawijaya yang telah memberikan perijinan untuk keperluan

penelitian.

3. Dr.Ir. Purwadi, MS., selaku dosen pembimbing utama yang telah bersedia meluangkan

waktu untuk memberikan bimbingan dalam penelitian hingga penyusunan laporan ini.

4. Dr.Ir. Imam Thohari, MP., selaku pembimbing pendamping yang telah membimbing dan

memberi saran dalam pelaksanaan penelitian hingga penyusunan laporan ini.

5. Dr. Agus Susilo, S.Pt., MP. dan Dr. M. Halim Natsir, S.Pt., MP., selaku dosen penguji yang

telah bersedia untuk memberikan saran-saran untuk kesempurnaan penulisan thesis dan

penelitian berkelanjutan dikemudian hari.

6. Ibu dan Bapak tercinta atas segala dukungan dalam segala hal, baik berupa do’a yang tulus

dan dukungan tiada hentinya.

7. Segenap teman-teman kelas pascasarjana (Mbak Wulan, Mas Anang, Mas Ali, Mas Angga,

Mbak Aya, Mas Andri) atas dukungannya selama awal hingga penulisan laporan tesis.

8. Kepada semua pihak yang tidak bisa disebutkan satu persatu dan senantiasa memberikan

motivasi.

Akhir kata penulis berharap semoga segala kebaikan yang telah diberikan akan dibalas

oleh Allah SWT dan tesis ini dapat memberikan manfaat dan menambahkan pengetahuan

bagi penulis maupun pembacanya, oleh sebab itu kritik dan saran yang membangun untuk

perbaikan laporan ini sangat kami harapkan. Semoga laporan ini dapat bermanfaat bagi

penulis dan pembaca.

Malang, 21 Juli 2017

Penyusun

v

RINGKASAN

Gisthananda Madyasta, Program Pascasarjana, Fakultas Peternakan, Universitas Brawijaya. Kualitas Mikroenkapsulasi Lactobacillus acidophillus Menggunakan Ca-alginat, Whey Protein Isolate dan Gliserol dengan Metode Emulsifikasi. Komisi Pembimbing Dr. Ir. Purwadi, MS. dan Dr. Ir. Imam Thohari, MP.

Mikroenkapsulasi merupakan suatu teknik untuk penyelimutan sel bakteri menggunakan bahan-bahan yang tidak bersifat racun bagi sel bakteri dengan tujuan untuk melindungi sel bakteri dari lingkungan ekstrim. Bahan yang dipilih pada mikroenkapsulasi yaitu alginat yang diberi kombinasi menggunakan whey protein isolat dengan tujuan untuk meningkatkan perlindungan dari luar sel selain itu bahan gliserol dapat digunakan sebagai tambahan peningkatan perlindungan dari dalam sel dan perlindungan ketika penyimpanan beku. L. acidophillus sering digunakan dalam pengolahan susu karena memberikan efek menguntungkan sebagai probiotik. akan tetapi mempunyai kelemahan yaitu viabilitas sel ketika diberi perlakuan pengolahan menjadi tidak stabil.

Penelitian ini dilaksanakan di Laboratorium Teknologi Hasil Ternak Fakultas Peternakan, Laboratorium Mikrobiologi Fakultas Peternakan, Laboratorium KIMIA Universitas Brawijaya, Laboratorium Biosains Universitas Brawijaya dan Laboratorium Sentral Universitas Negeri Malang. Penelitian dilaksanakan pada Januari 2017 sampai bulan Maret 2017.

Tujuan penelitian ini adalah untuk mengetahui konsentrasi penggunaan bahan enkapsulan ca-alginat, whey protein isolate dan gliserol yang tepat pada enkapsulasi dengan metode emulsifikasi, mengetahui konsentrasi penggunaan bahan encapsulan ca-alginat, whey protein isolate dan gliserol pada pH rendah. Penelitian tahap I menggunakan metode percobaan rancangan acak lengkap dengan perlakuan bahan enkapsulan ca-alginat, whey protein isolate dan gliserol (1:1:1 ; 1:2:1 ; 1:3:1) dengan 5 ulangan dan penelitian tahap II menggunakan metode percobaan rancangan acak lengkap dari hasil perlakuan terbaik pada tahap I dilakukan perlakuan menggunakan pH rendah (4,3 dan 2) selama 2 jam dengan 5 ulangan. Variabel dari penelitian ini yaitu viabilitas sel, PSA, distribusi sel dan bentuk secara photograph dan SEM (Scanning Electron Microscopy). Data yang didapatkan dianalisis dengan anova dan dilanjutkan dengan uji beda nyata terkecil (BNT).

Hasil penelitian tahap I memberikan hasil tidak perbedaan yang nyata (P>0,05) pada bahan enkapsulasi ca-alginat, whey protein isolate dan gliserol terhadap viabilitas sel. Penggunaan konsentrasi ca-alginat, whey protein isolate dan gliserol (1:2:1) mampu memberikan hasil enkapsulan yang melindungi sel bakteri L. acidophillus. Penelitian tahap II yaitu penggunaan bahan enkapsulasi

ca-alginat, whey protein isolate dan gliserol (1:2:1) dilanjutkan pada perlakuan pH (4, 3 dan 2) memberikan perbedaan yang sangat nyata (P<0,01) terhadap viabilitas sel. Perlakuan dengan pH 4 dan 3 mampu memberikan viabilitas yang stabil bila dibandingkan dengan pH 2.

Kesimpulan pada hasil penelitian bahwa bahan enkapsulan ca-alginat, whey protein isolate dan gliserol (1:2:1) memberikan perlakuan terbaik dan mampu untuk melindungi sel bakteri L. acidophillus akibat dari konsentrasi bahan yang digunakan sesuai dalam pembentukan bead. Pembentukan bead sangat penting dalam melindungi sel bakteri ketika lingkungan ekstrim bagi sel bakteri Semakin tinggi konsentrasi bahan enkapsulan yang digunakan maka

vi

semakin menurun dalam melindungi sel bakteri. Bahan enkapsulasi pada pH 4 dan 3 mampu memberikan viabilitas sel yang lebih baik dibandingkan dengan pH 2. Hal ini disebabkan karena bead yang dihasilkan tidak memiliki kemampuan melindungi ketika pH rendah, sehingga bead yang dihasilkan

menjadi pecah.

vii

SUMMARY

Gisthananda Madyasta, Postgraduated, Faculty of animal husbandary , University of Brawijaya. Microencapsulation quality of Lactobacillus acidophillus

using ca-alginate, whey protein isolate and glyserol by emulsification method. Supervisor Dr. Ir. Purwadi, MS. dan Dr. Ir. Imam Thohari, MP.

Microencapsulation is a covering technique in order to protect the cells from extreme environments. The material that can be used is alginate because it has ability to gel that can be utilized as coating material of encapsulation process. Alginate gave more optimum protection properties when whey protein isolate (WPI) was added. The microencapsulated material may be combined with glycerol because can be used as internal protection by uphold the cell membrane while microencapsulation can be used as protection from outside. L. acidophillus is often used in milk processing because it provides a beneficial effect as a probiotic. But the weakness is cell viability when treated with unstable treatment.

This research was conducted in Animal Product Technology Laboratory of Faculty of Animal Husbandry, Microbiology Laboratory of Faculty of Animal Husbandry, Laboratory of Brawijaya University, Bioscience Laboratory of Universitas Brawijaya and Central Laboratory of State University of Malang. This research was conducted during January 2017 until March 2017.

The purpose of this study were to determine the optimal ratio ca-alginate, whey protein isolate and glycerol on encapsulation by emulsification method, and to know the concentration of ca-alginate, whey protein isolate and glycerol at low pH. The first experiment was conducted using Completely Randomized Design with 3 treatments and 5 replication. The treatments used were the ratio of ca-alginate, whey protein isolate (WPI) and glycerol (1:1:1; 1:2:1; 1:3:1). The second experiment was conducted using a Completely Randomized Design. The best treatment in the first experiment was treated using low pH (4, 3 and 2) for 2 hours with 5 replications. Variables observed in this research were cell viability, cell distribution and photographic form/ Particle Size Analysis (PSA) and

Scanning Electron Microscopy (SEM). The data were analyzed by ANOVA and then followed by least significant different (LSD).

The results of the first experiment showed that different ratio of ca-alginate, WPI and glycerol did not affect (P>0,05) cell vialbility.The use of the concentration of ca-alginate, WPI and glycerol 1:2:1 was capable to protect L. acidophillus. At the second experiment using material encapsulation ca-alginate, WPI and glycerol 1:2:1 was treated with low pH (4, 3 and 2). The treatments gave very significant difference (P<0,01) on cell viability. Treatment with pH 4 and 3 was able to provide more stable viability when compared to pH 2.

The conclusions of this experiment is that encapsilant agent containing ca-alginate-WPI-glycerol as microcapsule materials increased the viability of L. acidophilus, and gave better particle size of the bead and the morphological structure is better and smoother. Encapsulant agents at pH 4 and 3 had more stable cell viability compared to pH 2.

viii

KATA PENGANTAR

Alhamdulillah, segala puji syukur penulis panjatkan kehadirat Allah SWT, atas segala

karunia dan ridho-NYA, sehingga tesis dengan judul “Kualitas mikroenkapsulasi Lactobacillus

acidophillus menggunakan ca-alginat, whey protein isolat dan gliserol dengan metode

emulsifikasi” ini dapat diselesaikan. Tesis ini disusun untuk memenuhi salah satu persyaratan

memperoleh gelar Magister Peternakan (M.Pt.) pada program studi Teknologi Hasil Ternak

Fakultas Peternakan Universitas Brawijaya.

Penulisan tesis ini bertujuan untuk mendapatkan kualitas mikroenkapsulasi

L. acidophillus menggunakan bahan ca-alginat, whey protein isolat dan gliserol dengan

metode emulsifikasi serta bahan enkapsulasi dilakukan percobaan pada pH rendah (4, 3 dan

2) apabila dilihat secara viabilitas sel, Particle Size Analysis (PSA), Distribusi sel secara

photograph dan Scanning Electron Microscopy (SEM). Mikroenkapsulasi merupakan suatu

teknik untuk penyelimutan bahan sel bakteri menggunakan bahan-bahan yang tidak bersifat

racun bagi sel bakteri dengan tujuan untuk melindungi sel bakteri dari lingkungan ekstrim.

Bahan yang digunakan pada enkapsulasi berupa alginat dan whey protein yang

dikombinasikan dengan cryoprotectan menggunakan gliserol. Harapan dimasa mendatang

mikroenkapsulasi dapat digunakan sebagai bahan fungsional pada suatu produk.

Penulis menyadari bahwa tesis ini masih banyak kekurangan dan pengembangan

lanjut agar benar benar bermanfaat. Oleh sebab itu, penulis sangat mengharapkan kritik dan

saran agar tesis ini lebih sempurna serta sebagai masukan bagi penulis untuk penelitian dan

penulisan karya ilmiah di masa yang akan datang.

Malang, 21 Juli 2017

Penulis

ix

DAFTAR ISI

Halaman

HALAMAN JUDUL.…………………………………………...………… i

HALAMAN PENGESAHAN…..……………………………………..….

RIWAYAT HIDUP………………………………………………………...

UCAPAN TERIMAKASIH ………………………………………………

SUMMARY.........................................................................................

RINGKASAN……………………………………………………………...

KATA PENGANTAR……………………………………………………..

ii

iii

iv

v

vi

viii

DAFTAR ISI……………………………………………………………….

DAFTAR TABEL…………………………………………………………

DAFTAR GAMBAR………………………………………………………

ix

xi

xii

DAFTAR LAMPIRAN …………………………………………………… xiii

BAB I PENDAHULUAN

1.1. Latar Belakang……………………………………………….. 1

1.2. Rumusan Masalah…………………………………………… 3

1.3. Tujuan penelitian ..…………………………………………… 3

1.4. Manfaat penelitian …..………………………………………. 4

BAB II TINJAUAN PUSTAKA

2.1. Lactobacillus acidophillus...………………………………..

2.2. Penyimpanan kultur dengan cara pembekuan…………..

5

6

2.3. Enkapsulasi ...………………………………………...........

2.4. Metode mikroenkapsulasi……………………………….…

2.5. Bahan enkapsulasi………………………………………….

8

10

11

2.5.1 Alginat…..………………….....………….................. 11

2.5.2 Whey protein….…….………………….................... 13

2.5.3 Cryoprotectan…………..……………..…................. 16

2.6. Viabilitas L. acidophillus………………...………………..... 19

2.7. Ukuran bead kapsul………………………….……………..

2.8. Distribusi sel dan bentuk mikroenkapsulasi………………

2.9. Mikroskopis L. acidophillus dengan Scanning Electron

Microscopy…………….……………………………………..

2.10. Ketahanan L. acidophillus………………………………….

2.10. 1 Terhadap pH asam…………………………………

21

23

25

27

27

BAB III KERANGKA PIKIR

3.1 Kerangka Konsep Penelitian………………………………… 29

3.2 Kerangka Pikir………………………………………………… 33

3.3 Kerangka Operasional………………………………………..

3.4 Hipotesis………………………………………………………..

34

37

BAB IV METODOLOGI PENELITIAN

4.1. Tahap I…………………………………………………………

4.1.1. Tempat dan Waktu Penelitian.……………………...

38

38

x

4.1.2. Materi Penelitian….………………………………….. 38

4.1.3. Metode Penelitian……………………………………. 38

4.1.4. Variabel Penelitian…………………..……………… 39

4.2. Tahap II

4.2.1. Tempat dan Waktu Penelitian……………………....

4.2.2. Materi Penelitian…..…….……..……………………..

40

40

41

4.2.3. Metode Penelitian…..………………………………... 41

4.2.4. Variabel Penelitian………………………..…………. 41

4.3 Analisis Data…………………………………………………. 42

4.4. Batasan Istilah…………..…………………………………… 43

BAB V HASIL DAN PEMBAHASAN

5.1. Hasil dan pembahasan tahap I……………………………. 44

5.1.1 Viabilitas sel L. acidophillus terenkapsulasi menggunakan Ca-alginat whey protein isolate gliserol dengan metode emulsifikasi………………. 44

5.1.2 Ukuran bead kapsul/ Particle Size Analysis……..... 47

5.1.3 Distribusi sel dan bentuk secara photograph……... 50

5.1.4 Mikroskopis secara Scanning Electron Microscopy 52 5.2. Hasil dan pembahasan tahap II…………………………... 55 5.1.1 Viabilitas sel L. acidophillus terenkapsulasi pada

pH rendah………………………………..…………… 55 5.1.2 Ukuran bead kapsul/ Particle Size Analysis……..... 59 5.1.3 Distribusi sel dan bentuk secara photograph….….. 62 5.1.4 Mikroskopis secara Scanning Electron Microscopy 65 BAB VI KESIMPULAN...................................................................... 68 DAFTAR PUSTAKA………......…………………………………….….. 69

LAMPIRAN……………………………………………………………….. 77

xi

DAFTAR TABEL

Tabel Halaman

1. Kandungan whey protein isolate……………………………………. 14

2. Model tabulasi tabel data perlakuan tahap I……………………….. 39

3. Model tabulasi tabel data perlakuan tahap II………………………. 41

4. Viabilitas sel mikroenkapsulasi L. acidophillus menggunakan ca-

alginat whey protein isolate gliserol….........................……………. 44

5. Particle size analysis mikroenkapsulasi L. acidophillus……….….. 47

6. Viabilitas sel L. acidophillus terenkapsulasi pada pH rendah……. 56

7. Particle size analysis mikroenkapsulasi L. acidophillus…………... 60