Oleh : Citra Pangestuti Lestari (Analis Kebijakan Direktorat Jenderal Industri Agro)

Indonesia merupakan negara tropis yang kaya akan sumber daya alam, salah satunya  buah nanas (Ananas comosus) yang banyak tersebar di Indonesia. Berdasarkan data Badan Pusat Statistik (BPS), pada tahun 2022 Indonesia memproduksi 3,2 juta ton nanas, meningkat sekitar 10,99% dari tahun 2021 yang mencapai 2,8 juta ton nanas. Tidak hanya itu, pada tahun 2019 Indonesia menduduki posisi ke-4 produsen nanas terbesar dunia setelah negara Costa Rica, Filipina, dan Brazil. Bahkan pada tahun 2021, Indonesia berhasil menduduki peringkat ke-2 produsen nanas terbesar dunia setelah negara Costa Rica.

Gambar 1. Sepuluh Produsen Nanas Terbesar Dunia Tahun 2019, 2020, 2021. (Sumber: FAOSTAT, 2022 dalam scienceagri.com) 

Total luas lahan yang digunakan untuk budidaya nanas di Indonesia mencapai lebih dari 15 ribu hektare yang tersebar di berbagai Provinsi, terutama di wilayah Provinsi Lampung, Sumatera Selatan, Jawa Timur, Jawa Tengah, Riau, Sumatera Utara dan Jawa Barat.

Mengenal Enzim Bromelin

Buah nanas (Ananas comosus) mengandung kalium, sulfur, vitamin (A, B₁₂, C dan E), biotin, iodium, sulfur, fosfor, magnesium, besi, khlor, natrium, dekstrosa, sukrosa, saponin, flavonoid, polifenol, serta enzim bromelin (protease). Enzim Bromelin merupakan enzim proteolitik dan termasuk dalam kelompok enzim protease sulfihidril yang mampu menguraikan struktur molekul protein menjadi asam-asam amino.

Bromelin berbentuk amorf dan berwarna putih kekuningan, memiliki kelarutan yang tinggi dalam air, membentuk koloid dalam aseton, alkohol, kloroform dan eter. Bromelin memiliki berat molekul 33 yang stabil pada suhu 40^oC – 60^oC dengan suhu optimum 55^oC dan stabil pada pH 4,0 – 8,0 dengan pH optimum 7,0. 

Bromelin dapat diperoleh dari tanaman nanas baik dari tangkai, kulit, daun, buah maupun batang dalam jumlah yang berbeda. Kandungan bromelin pada bagian-bagian tanaman nanas dapat dilihat pada tabel berikut:

Tabel 1. Kandungan Bromelin Pada Bagian Tanaman Nanas (%)

Sumber: Ferdiansyah (2005), Apriliana (2022)

Bagian tanaman nanas yang memiliki kandungan bromelin tinggi yaitu pada bonggol/batang nanas. Distribusi bromelin pada batang nanas tidak merata dan tergantung pada umur tanaman. Kandungan bromelin pada jaringan yang umurnya belum tua terutama yang bergetah sangat sedikit, sedangkan bagian tengah batang nanas mengandung bromelin lebih banyak dibandingkan dengan bagian tepinya.

Proses Pemurnian Enzim Bromelin

Proses ekstraksi dan pemurnian enzim bromelin dimulai dari tahapan awal, yaitu pembersihan (cleansing), pengupasan (peeling) dan pemotongan atau reduksi ukuran bagian tanaman nanas (size modification). Enzim bromelin kemudian dapat diisolasi dengan cara memisahkan sel secara sentrifugasi dan selanjutnya pemurnian dilakukan dengan cara pengendapan, gel filtrasi, dan kromatografi penukar ion.

Proses ekstraksi dan purifikasi enzim bromelin dapat dilakukan dengan beberapa metode, yaitu:

·      Aqueous Two-Phase System (ATPS)

ATPS terdiri dari dua polimer berbeda, yaitu polietilen glikol (PEG) dan dekstran, atau satu polimer dan satu garam, PEG dan garam fosfat. Kedua polimer terpisah menjadi beberapa fase ketika zat pembentuk fase mengalami pelarutan dalam media berair pada konsentrasi kritis. Produk sampingan yang tidak diinginkan (protein, pigmen, dan polisakarida yang dapat mengurangi kerja enzimatik) dapat dihilangkan melalui metode ini. Komponen bromelin dipartisi dalam fase PEG dan polifenol oksidase dalam fase kalium fosfat.

·      Reverse Micellar System

Reverse Micellar System (RME) merupakan ekstraksi cairan yang efektif dengan pendekatan yang aman secara termodinamika untuk pemrosesan hilir biomolekul. Reverse Micelles adalah tetesan air yang distabilkan oleh surfaktan yang menyebar dalam pelarut organik. Surfaktan, yang biasa disebut amfifil, umumnya merupakan senyawa organik yang mengandung daerah hidrofilik dan lipofilik. Pada metode ini, bromelin yang dimurnikan terkandung dalam misel, dan pengotor tetap berada di lapisan air organik.

·         Chromatography Technique

Metode kromatografi umumnya digunakan untuk memurnikan bromelin dan menjaga struktur protein. Banyak metode konvensional yang digunakan dalam pemurnian bromelin, antara lain kromatografi filtrasi gel, kromatografi penukar ion, kromatografi afinitas, dan kromatografi arus berlawanan kecepatan tinggi (HSCC). Isolasi dan pemurnian protein dalam larutan (fase gerak) dilakukan pada kontak fase diam.

Gambar 2. Ekstraksi dan Pemurnian Bromelin. (Sumber: Chakraborty et al., 2021)

Manfaat Bromelin Sebagai Senyawa Bioaktif Potensial

Gambar 3. Gambaran umum tentang efek terapeutik signifikan dari bromelin (Sumber: Chakraborty et.al., 2021)

Enzim Bromelin merupakan senyawa bioaktif potensial dengan banyak sifat farmakologis. Beberapa aktivitas bioaktif bromelin antara lain:

Gambar 4. Ilustrasi Mekanisme Antikanker Bromelin (Sumber: Pezzani et al, 2023)

-       Aktivitas anti kanker

Beberapa penelitian telah menunjukkan bahwa bromelin memiliki efek antikanker. Bromelin mampu menghambat pertumbuhan kultur sel kanker kolon dan tumor pada hewan model zebrafish dan tikus. Bromelin menginduksi produksi reaktif oksigen spesies (ROS), superoksida, pembentukan autofagosom dan lisosom dan menginduksi apotosis. Pada kultur sel kanker lambung, perlakuan bromelin menghambat proliferasi. Bromelin juga mempengaruhi ekspresi protein apoptosis dan antiapoptosis, seperti protein pada sistem caspase, PARP, p53, sitokrom C, Bcl2 dan MUCI (Amini et al., 2013 dalam Pezzani et al., 2023).

-       Anti inflamasi

Salah satu sifat penting bromelin adalah efek anti inflamasinya. Bromelin telah banyak digunakan untuk melawan gangguan peradangan. Bromelin dapat mengurangi edema dan peradangan akibat histamin, formalin, dekstran, karagenan, dan albumin telur. Pada tingkat jaringan inflamasi, bromelin mengurangi vasodilatasi dan meningkatkan permeabilitas kapiler, migrasi leukosit dan nyeri lokal dengan menghambat pembentukan bradikinin dan serotonin.

-       Anti mikroba

Bromelin dapat bertindak sebagai agen antibakteri dengan menghambat pertumbuhan bakteri usus, seperti Vibrio kolera dan Escherichia coli (E. coli). Bromelin menghentikan produksi enterotoksi bakteri dan mencegah diare yang disebabkan oleh E. coli. Bromelin juga dapat mengobati infeksi jamur.

-        Antibiotik

       Bromelin dapat meningkatkan permeabilitas jaringan dan penyerapan antibiotik setelah diberikan secara oral, subkutan atau intramuskular. Pada manusia, bromelin meningkatkan kadar antibiotik dalam urin dan darah. Penyakit seperti pielonefritis, infeksi Staphylococcus, abses rektal, sinusitis, selulitis, bronkitis, preumonia, dan tromboflebitis dapat lebih cepat diobati dengan menggunakan terapi bromelin dan antibiotik secara bersamaan.

-        Potensi Anthelmintik

       Helminthiasis merupakan infeksi cacing parasit yang terbukti semakin resisten terhadap obat anthelmintik. Para peneliti sedang melakukan penelitian in vivo untuk mengembangkan strategi alternatif untuk melindungi hewan dan manusia dari infeksi, termasuk mengevaluasi potensi bromelin sebagai agen anthelmintik.

-        Imunomodulator

       Bromelin telah dikenal karena efek imunomodulatornya dalam berbagai penelitian epidemiologi karena dapat mengaktifkan dan menekan sistem kekebalan.

-        Anti oksidan

       Bromelin adalah antioksidan yang merangsang sekresi enzim antioksidan katalase, superoksida dismutase, dan reduksi glutathione.

-        Efek pada Koagulasi Darah dan Fibrinolisis

       Bromelin secara efektif melakukan fibrinolisis dan membatasi pembekuan darah.

-        Anti sinusitis

       Bromelin dapat menjadi agen mukolitik yang penting untuk rinitis alergi, rinosinusitis, dan rinosinusitis berat dengan menurunkan produksi prostaglandin proinflamasi dan mengurangi pembengkakan pada saluran hidung. Bromelin juga mengurangi produksi lendir dan meningkatkan drainase dari sinus secara signifikan.

-        Efek Antinosiseptif

       Bukti klinis dan eksperimental menunjukkan bahwa bromelin memiliki sifat analgesik, sehingga telah banyak digunakan untuk mengobati nyeri otot dan perineum, serta nyeri akibat artritis dan episiotomi.

-        Pengobatan Osteoartritis

       Efek analgesik Bromelin diyakini dapat menjadi solusi efektif penyakit osteoartritis. Bromelin dapat bertindak sebagai agen pengganti yang cara kerjanya mirip dengan obat antiinflamasi nonsteroid (NSAID).

-        Pengobatan Pasca Operasi

       Uji klinis menunjukkan bahwa pemberian bromelin menghasilkan pengurangan memar, nyeri, dan bengkak pada waktu pemulihan setelah episiotomi. Cedera olahraga dan peradangan akut juga dapat berhasil diobati dengan terapi bromelin.

Aplikasi Enzim Bromelin Pada Industri

Enzim bromelin telah diaplikasikan pada berbagai bidang industri, antara lain:

-       Industri Makanan dan Minuman

Enzim bromelin dimanfaatkan pada industri makanan dan minuman sebagai pelunak daging, pengembang pada roti dan biskuit, hidrolisat protein. Bromelin merupakan enzim pendegradasi protein (proteinase) yang dapat mempercepat reaksi hidrolisis dari protein sehingga dapat dimanfaatkan untuk meningkatkan keempukan daging. Penggunaan enzim yang ditambahkan dari luar (exogenous enzyme) untuk proses pengempukan daging sudah lama dilakukan dan sudah diteliti beberapa enzim yang bersumber dari tanaman, bakteri dan jamur. Enzim bromelin merupakan salah satu enzim diklasifikasikan oleh US FDA sebagai GRAS (Generally Recognized As Safe) dan diperbolehkan digunakan untuk daging.

Sebagai pengembang pada roti, biskuit, kreker (crackers) dan produk bakeri lainnya yang mengandung gluten, bromelin dapat menurunkan gluten dan membuat adonan lebih mudah diproses. Selain itu, enzim bromelin juga dapat digunakan dalam proses ekstraksi minyak kelapa, koagulasi kasein pada keju, meningkatkan nilai PDI (Protein Dispersibility Index) dan NSI (Nitrogen Solubility Index) pada bungkil kedelai dan tepung, serta digunakan pada proses chill proofing bir.

-       Industri Farmasi dan Kesehatan

Sifat-sifat farmakologis yang dimiliki enzim bromelin membuatnya banyak dimanfaatkan pada bidang kesehatan dan farmasi, seperti suplemen kesehatan, enzim pencernaan, dan obat-obatan. Bromelin dapat menginhibisi agregasi platelet, meningkatkan penyembuhan luka, meningkatkan sirkulasi kardiovaskular, mengurangi peradangan, mengobati gangguan saluran cerna, mengganggu pertumbuhan sel kanker, mengobati sinusitis, trauma pasca operasi, thrombophlebitis, pyelonefritis, angina pectoris, bronkhitis, peningkat absorpsi obat, dan berbagai manfaat lainnya.

-       Industri Kosmetik

Bromelin memiliki efek baik untuk peremajaan kulit, menghilangkan noda, meningkatkan degradasi, dekomposisi dan pembuangan, serta meningkatkan metabolisme kulit. 

-      Peternakan dan Perikanan

Enzim Bromelin juga diaplikasikan sebagai feed additive pada pakan ternak, seperti sapi, kambing, ayam, itik dan udang.

Dengan berbagai manfaat netraceutical yang dimiliki, enzim bromelin sangat potensial untuk dikembangkan. Terlebih, bromelin memiliki nilai ekonomi yang tinggi. Dilansir dari Grand View Research (grandviewresearch.com), pangsa pasar bromelin global diperkirakan mencapai USD 24,24 juta pada tahun 2021 dan diperkirakan akan berkembang pada tingkat pertumbuhan tahunan gabungan (CAGR) sebesar 7,1% dari tahun 2022 hingga 2030.

Berkembangnya industri pengolahan nanas dalam negeri seperti pengolahan nanas dalam kaleng, puree dan konsentrat nanas, sari buah nanas, selai, manisan, sirup, keripik (chips) dan lain sebagainya, diharapkan dapat membuka peluang pengolahan enzim bromelin. Industri pengolahan nanas sering menggunakan bagian daging buah sebagai bahan baku produk utama. Sedangkan bonggol nanas jarang dimanfaatkan sehingga menjadi limbah industri. Padahal, bonggol nanas memiliki kandungan enzim bromelin yang tinggi. Selain itu, upaya mengolah bonggol nanas menjadi enzim bromelin juga berdampak mengurangi jumlah limbah industri dan meningkatkan efisiensi terhadap penggunaan sumber daya secara berkelanjutan. Sehingga pada akhirnya pembangunan industri dapat selaras dengan kelestarian fungsi lingkungan hidup dan memberikan manfaat lebih besar kepada masyarakat.

Referensi

Apriliana, E. (2022). Pengaruh Penggunaan Limbah Pembuatan Enzim Bromelin Sebagai Feed Additive Pada Ransum Terhadap Performans Ayam Joper Fase Grower. Skripsi. Bandar Lampung: Universitas Lampung.

Arka Jyoti Chakraborty, S. M. (2021). Bromelain a Potential Bioactive Compound: A Comprehensive Overview from a Pharmacological Perspective. Life 2021, Vol. 11, 317.

Destyalitha Sethya Nathania, M. A. (2018). Review: Isolasi dan Uji Stabilitas Enzim Bromelin dari Nanas (Ananas comosus L.). Farmaka, Vol. 16 Nomor 1.

Ferdiansyah, V. (2005). Pemanfaatan Kitosan Dari Cangkang Udang Sebagai Matriks Penyangga Pada Imobilisasi Enzim Protease. Skripsi. Bogor: Institut Pertanian Bogor.

Herdyastuti, N. (2006). Isolasi dan Karakterisasi Ekstrak Kasar Enzim Bromelin dari Batang Nanas (Ananas comusus L.merr). Berk. Penel. Hayati, 12 (75-77).

Maryam, S. (2009). Ekstrak Enzim Bromelin Dari Buah Nanas (Ananas sativus Schult.) dan Pemanfaatannya Pada Isolasi DNA. Skripsi. Semarang: Universitas Negeri Semarang.

Mustari, A. Z. (2022). Optimasi Konsentrasi Bromelin, Suhu, dan Waktu Tunggu Adonan Pada Pembuatan Cemilan Kreker. Tesis. Bogor: Institut Pertanian Bogor.

Raffaele Pezzani, M. J.-G. (2023). Anticancer properties of bromelain: State-of-the-art and recent trends. Frontiers in Oncology.

Tung-Cheng Chang, P.-L. W.-Y.-J. (2019). Bromelain inhibits the ability of colorectal cancer cells to proliferate via activation of ROS production and autophagy. PLos ONE Vol. 14 (1).

Grand View Research. Bromelain Market Size, Share & Trends Analysis Report By Application (Healthcare, Meat & Seafood, Dietary Supplements), By Region, And Segment Forecasts, 2022 – 2030. https://www.grandviewresearch.com/industry-analysis/bromelain-market.