Probiotik Unggas Masa Depan: Inovasi Bakteri Tembolok Ayam Berbasis Nanoteknologi Pengganti AGP

 

Tinjauan Pustaka Pengembangan Probiotik Unggas Berbasis Bakteri Asal Tembolok Ayam Menggunakan Nanoteknologi

Abstrak

Penggunaan antibiotik pemacu pertumbuhan (antibiotic growth promoters/AGP) dalam industri perunggasan semakin dibatasi karena kontribusinya terhadap resistensi antimikroba dan implikasi kesehatan masyarakat. Probiotik menjadi alternatif strategis, khususnya bakteri asam laktat (BAL) asal tembolok ayam sebagai mikroba indigenous dengan potensi host-specific probiotic. Namun, aplikasi BAL konvensional masih terkendala oleh penurunan viabilitas, stabilitas rendah selama penyimpanan dan pemrosesan pakan, serta efektivitas kolonisasi usus yang belum optimal. Pendekatan nanoteknologi—terutama nanoenkapsulasi menggunakan biopolimer food-grade—menawarkan solusi untuk meningkatkan perlindungan, bioavailabilitas, dan pelepasan terkontrol bakteri hidup di saluran pencernaan. Tinjauan pustaka ini merangkum dan menganalisis perkembangan mutakhir probiotik unggas berbasis BAL asal tembolok ayam yang dikombinasikan dengan nanoteknologi, mencakup isolasi dan karakterisasi, sistem dan metode nanoenkapsulasi, evaluasi in vitro dan in vivo, aspek keamanan, serta implikasinya bagi produksi unggas berkelanjutan dalam kerangka One Health.

Kata kunci: probiotik unggas; tembolok ayam; bakteri asam laktat; nanoenkapsulasi; nanoteknologi

 

1. Pendahuluan

Industri perunggasan modern berada pada persimpangan antara kebutuhan peningkatan produksi protein hewani, efisiensi biaya, dan tuntutan global terhadap keamanan pangan serta keberlanjutan. Selama beberapa dekade, AGP digunakan luas untuk meningkatkan performa pertumbuhan dan efisiensi pakan. Seiring meningkatnya bukti ilmiah mengenai hubungan AGP dengan resistensi antimikroba (AMR), banyak negara memberlakukan pembatasan atau pelarangan AGP. Kondisi ini mendorong pencarian alternatif berbasis sains yang efektif, aman, dan berkelanjutan.

Probiotik didefinisikan sebagai mikroorganisme hidup yang bila diberikan dalam jumlah memadai memberikan manfaat kesehatan bagi inang. Pada unggas, probiotik berperan menjaga keseimbangan mikrobiota usus, meningkatkan integritas mukosa, memodulasi sistem imun, serta menekan kolonisasi patogen enterik. Di antara berbagai sumber probiotik, BAL asal tembolok ayam memiliki keunggulan ekologis sebagai mikroba indigenous yang telah beradaptasi dengan fisiologi unggas.

Tembolok merupakan kompartemen awal saluran pencernaan unggas yang berfungsi sebagai tempat penyimpanan pakan dan fermentasi awal. Dominasi Lactobacillus spp. pada tembolok menciptakan lingkungan asam yang menghambat patogen. Meski potensinya besar, keterbatasan teknologi formulasi menyebabkan probiotik BAL tembolok belum diaplikasikan secara optimal di lapangan.

 

2. Tembolok Ayam sebagai Niche Mikroba Probiotik

 

2.1 Research Gap Ekologi Mikroba Tembolok Ayam

Tembolok ayam merupakan kompartemen awal saluran pencernaan unggas yang berfungsi sebagai tempat penyimpanan sementara pakan dan lokasi fermentasi awal. Berbagai studi menunjukkan bahwa mikrobiota tembolok didominasi oleh bakteri asam laktat (BAL), terutama dari genus Lactobacillus, seperti L. reuteri, L. salivarius, L. johnsonii, dan L. crispatus. Shokryazdan et al. (2017), Oakley et al. (2014), dan Roto et al. (2016) melaporkan bahwa dominasi BAL di tembolok berperan dalam pembentukan lingkungan asam (pH 4,0–5,5) yang menghambat pertumbuhan patogen enterik sejak tahap awal pencernaan.

Studi metagenomik berbasis 16S rRNA menunjukkan bahwa komposisi mikrobiota tembolok relatif lebih stabil dibandingkan sekum dan ileum, terutama pada ayam yang diberi pakan standar tanpa AGP (Oakley & Kogut, 2016; Xiao et al., 2021). Stabilitas ini menjadikan tembolok sebagai sumber mikroba indigenous yang ideal untuk dikembangkan sebagai probiotik unggas.

Meskipun berbagai studi metagenomik telah mengonfirmasi dominasi bakteri asam laktat (BAL) di tembolok ayam, sebagian besar penelitian masih bersifat deskriptif dan belum mengaitkan dinamika ekologi mikroba tembolok dengan fungsi probiotik spesifik yang relevan secara aplikatif. Mayoritas studi fokus pada identifikasi taksonomi berbasis 16S rRNA, sementara hubungan antara komposisi mikrobiota tembolok, aktivitas metabolik (misalnya produksi asam organik dan bakteriosin), serta dampaknya terhadap kolonisasi usus distal belum dievaluasi secara sistematis.

Selain itu, pengaruh faktor eksternal seperti formulasi pakan, sistem pemeliharaan, dan status penggunaan AGP terhadap stabilitas komunitas BAL tembolok masih jarang dianalisis secara komparatif lintas studi. Akibatnya, potensi tembolok sebagai sumber probiotik unggas berbasis mikroba indigenous belum sepenuhnya dimanfaatkan dalam desain probiotik yang berbasis ekologi mikroba (ecology-driven probiotic design).

Kesenjangan ini menunjukkan perlunya pendekatan yang mengintegrasikan analisis ekologi mikroba tembolok dengan karakterisasi fungsional isolat sebagai kandidat probiotik unggas.

 

2.2 Research Gap BAL Tembolok sebagai Host-Specific Probiotic

BAL asal tembolok memiliki keunggulan ekologis berupa adaptasi fisiologis terhadap suhu tubuh unggas, komposisi pakan, dan dinamika pH saluran cerna. Beberapa penelitian menunjukkan bahwa isolat BAL tembolok memiliki kemampuan adhesi lebih tinggi pada sel epitel usus ayam dibandingkan isolat non-indigenous (Jin et al., 1997; Musikasang et al., 2009; Arsi et al., 2015).

Selain itu, BAL tembolok diketahui menghasilkan metabolit bioaktif seperti asam laktat, asam asetat, hidrogen peroksida, dan bakteriosin yang efektif menekan Salmonella spp., Escherichia coli, dan Clostridium perfringens secara in vitro. Namun, efektivitas in vivo sering kali lebih rendah akibat penurunan viabilitas selama perjalanan melalui saluran cerna, sehingga memerlukan teknologi formulasi lanjutan.

Walaupun sejumlah penelitian melaporkan bahwa BAL asal tembolok memiliki kemampuan adhesi dan aktivitas antagonistik yang lebih baik dibandingkan isolat non-indigenous, sebagian besar bukti tersebut masih berasal dari uji in vitro dan belum konsisten direplikasi pada skala in vivo. Tidak banyak studi yang secara langsung membandingkan kinerja isolat BAL tembolok vs isolat komersial dalam formulasi dan kondisi pemeliharaan yang identik.

Lebih jauh, mekanisme molekuler yang mendasari keunggulan host-specificity BAL tembolok—seperti ekspresi protein adhesin, interaksi dengan mukin usus, dan respons imun lokal—masih kurang dieksplorasi. Tantangan lain adalah rendahnya viabilitas dan daya kolonisasi isolat unggulan saat diaplikasikan dalam bentuk konvensional, yang menyebabkan potensi biologisnya tidak terefleksikan secara optimal di lapangan.

Kesenjangan ini menegaskan perlunya inovasi teknologi formulasi yang mampu mempertahankan keunggulan ekologis BAL tembolok hingga mencapai lokasi target di saluran pencernaan.

 

3. Mekanisme Kerja Probiotik Unggas dan Tantangan Aplikasi Konvensional

 

3.1 Research Gap Mekanisme Kerja Probiotik

Probiotik unggas bekerja melalui beberapa mekanisme utama, yaitu competitive exclusion, produksi senyawa antimikroba, peningkatan integritas mukosa usus, serta modulasi sistem imun. Studi in vitro oleh Tejero-Sariñena et al. (2012), Zhang et al. (2016), dan Peng et al. (2020) menunjukkan bahwa BAL mampu menghambat adhesi patogen pada sel epitel melalui kompetisi reseptor.

Secara in vivo, mekanisme ini dikonfirmasi oleh peningkatan tinggi vili, rasio vili:kript, serta penurunan kolonisasi patogen pada ayam broiler yang diberi probiotik (Mountzouris et al., 2015; Abd El-Hack et al., 2020; Gadde et al., 2023). Namun, konsistensi hasil sangat dipengaruhi oleh stabilitas dan dosis bakteri hidup yang mencapai usus.

Mekanisme kerja probiotik unggas telah dijelaskan secara luas, mencakup competitive exclusion, modulasi imun, dan perbaikan morfologi usus. Namun, sebagian besar kajian mekanistik tidak mempertimbangkan pengaruh sistem penghantaran (delivery system) terhadap ekspresi efek biologis tersebut. Dengan kata lain, mekanisme probiotik sering dianalisis seolah-olah bakteri selalu mencapai usus dalam kondisi hidup dan aktif, yang tidak mencerminkan kondisi aplikasi lapangan.

Selain itu, keterkaitan antara dosis efektif probiotik, tingkat kelangsungan hidup bakteri, dan respons biologis inang masih belum terstandarisasi, sehingga menyulitkan replikasi dan perbandingan antarstudi.

Kesenjangan ini menunjukkan bahwa pemahaman mekanisme kerja probiotik unggas perlu dikaji ulang dengan mempertimbangkan faktor viabilitas dan teknologi penghantaran bakteri hidup.

 

3.2 Research Gap Kesenjangan In Vitro–In Vivo

Berbagai penelitian in vitro menunjukkan bahwa isolat BAL unggas memiliki toleransi pH asam dan empedu yang baik. Namun, uji in vivo sering menunjukkan penurunan efektivitas akibat kematian bakteri selama penyimpanan dan proses pencernaan (Kailasapathy, 2002; Tripathi & Giri, 2014; Markowiak & Śliżewska, 2018). Kesenjangan antara hasil in vitro dan in vivo inilah yang menjadi tantangan utama aplikasi probiotik unggas konvensional.

Perbedaan signifikan antara hasil uji in vitro dan in vivo merupakan salah satu tantangan terbesar dalam pengembangan probiotik unggas. Sebagian besar isolat BAL menunjukkan toleransi pH dan empedu yang baik secara in vitro, tetapi gagal mempertahankan viabilitas dan efektivitas biologisnya pada uji in vivo. Hal ini menunjukkan bahwa model in vitro yang digunakan saat ini belum sepenuhnya merepresentasikan kompleksitas kondisi saluran pencernaan unggas.

Lebih lanjut, sedikit penelitian yang secara eksplisit dirancang untuk menjembatani kesenjangan in vitro–in vivo melalui pendekatan teknologi formulasi, sehingga kegagalan probiotik sering disalahartikan sebagai kelemahan isolat, bukan keterbatasan sistem penghantarannya.

Kesenjangan ini menggarisbawahi kebutuhan mendesak akan pendekatan teknologi yang mampu menerjemahkan potensi in vitro menjadi efektivitas in vivo yang konsisten.

 

4. Nanoteknologi dalam Pengembangan Probiotik Unggas

 

4.1 Research Gap Prinsip Nanoenkapsulasi

Nanoenkapsulasi merupakan teknik pelapisan mikroorganisme hidup dalam matriks nanopartikel untuk melindungi dari stres lingkungan dan memungkinkan pelepasan terkontrol. Anal & Singh (2007), de Vos et al. (2010), dan Silva et al. (2020) menunjukkan bahwa nanoenkapsulasi secara signifikan meningkatkan viabilitas probiotik selama penyimpanan dan paparan pH lambung simulasi.

Meskipun nanoenkapsulasi telah terbukti meningkatkan viabilitas probiotik pada berbagai sistem pangan dan kesehatan manusia, aplikasinya pada probiotik unggas—terutama BAL asal tembolok ayam—masih sangat terbatas. Sebagian besar studi menggunakan isolat probiotik komersial atau non-indigenous, sehingga potensi sinergi antara host-specific probiotic dan nanoenkapsulasi belum dieksplorasi secara mendalam.

Selain itu, mekanisme pelepasan terkontrol probiotik nanoenkapsulasi di saluran cerna unggas masih jarang dikaji secara fisiologis, khususnya terkait perbedaan transit time dan pH antarsegmen saluran pencernaan unggas.

Kesenjangan ini membuka peluang penelitian untuk mengoptimalkan nanoenkapsulasi yang dirancang spesifik bagi fisiologi unggas.

Gambar 1. Sekema Pengembangan Probiotik Unggas Berbasis Nanoteknologi Menggunakan Bakteri Asal tembolok Ayam

 

4.2 Research Gap Sistem dan Bahan Nanoenkapsulasi

Biopolimer food-grade seperti kitosan–alginat, whey protein–alginat, dan nanostructured lipid carriers (NLC) banyak digunakan karena sifat biokompatibel dan biodegradabelnya. Studi Wang et al. (2021), Zhang et al. (2023), dan Rahman et al. (2024) menunjukkan bahwa sistem NLC memberikan perlindungan optimal terhadap stres oksidatif dan termal, serta meningkatkan pelepasan bakteri di usus halus.

 

Berbagai biopolimer food-grade telah digunakan dalam nanoenkapsulasi probiotik, namun pemilihan bahan masih didominasi oleh pertimbangan teknologi, bukan interaksi biologis dengan mikroba dan inang. Masih sedikit studi yang mengevaluasi bagaimana jenis matriks nano memengaruhi viabilitas, kemampuan adhesi, dan fungsi imunomodulator probiotik unggas secara in vivo.

Selain itu, aspek keamanan jangka panjang, biodegradasi, dan potensi akumulasi nanopartikel pada unggas serta implikasinya terhadap keamanan pangan manusia masih belum banyak dilaporkan.

Kesenjangan ini menunjukkan perlunya pendekatan seleksi bahan nanoenkapsulasi berbasis keamanan, efektivitas biologis, dan prinsip One Health.

 

4.3 Research Gap Metode Nanoenkapsulasi dan Karakterisasi

Metode ionic gelation banyak digunakan karena prosesnya sederhana dan tidak memerlukan pelarut organik berbahaya. Sebaliknya, spray drying berbasis nanoemulsi lebih sesuai untuk skala industri meskipun berisiko menurunkan viabilitas jika tidak dioptimalkan. Karakterisasi nanopartikel melalui DLS, SEM/TEM, dan uji pelepasan simulasi saluran cerna menjadi parameter kunci dalam evaluasi kualitas produk.

Walaupun berbagai metode nanoenkapsulasi telah dikembangkan, belum ada standar metodologi yang secara khusus dioptimalkan untuk probiotik unggas. Perbandingan antar-metode sering kali hanya didasarkan pada ukuran partikel dan viabilitas awal, tanpa mengaitkannya dengan kinerja biologis jangka panjang pada unggas hidup.

Selain itu, hubungan antara parameter fisik nanopartikel (ukuran, muatan permukaan, efisiensi enkapsulasi) dan outcome biologis in vivo masih belum terelucidasi secara komprehensif.

Kesenjangan ini menuntut integrasi karakterisasi fisik nanopartikel dengan evaluasi biologis fungsional.

 

5. Evaluasi Biologis Probiotik Nanoenkapsulasi

 

5.1 Research Gap Evaluasi In Vitro

Berbagai studi in vitro menunjukkan bahwa probiotik nanoenkapsulasi memiliki ketahanan lebih tinggi terhadap pH 2–3 dan garam empedu dibandingkan probiotik non-enkapsulasi (Cook et al., 2012; Silva et al., 2020; Wang et al., 2021). Selain itu, aktivitas antagonistik terhadap patogen tetap terjaga pasca-enkapsulasi.

Meskipun uji in vitro menunjukkan peningkatan ketahanan probiotik nanoenkapsulasi, sebagian besar studi masih menggunakan model uji statis yang tidak merepresentasikan dinamika saluran cerna unggas. Selain itu, korelasi kuantitatif antara hasil uji in vitro dan performa in vivo masih jarang dianalisis secara sistematis.

Kesenjangan ini menekankan perlunya pengembangan model in vitro yang lebih prediktif terhadap kondisi in vivo unggas.

 

5.2 Research Gap Evaluasi In Vivo

Uji in vivo pada ayam broiler menunjukkan bahwa probiotik nanoenkapsulasi meningkatkan pertambahan bobot badan, memperbaiki FCR, dan menurunkan prevalensi Salmonella di usus (Zhang et al., 2023; Rahman et al., 2024). Efek ini lebih konsisten dibandingkan probiotik konvensional, menunjukkan keunggulan nyata nanoenkapsulasi dalam menjembatani kesenjangan in vitro–in vivo.

Uji in vivo probiotik nanoenkapsulasi pada unggas masih relatif terbatas dan umumnya berfokus pada parameter performa produksi, seperti pertambahan bobot badan dan FCR. Parameter mikrobiota usus, ekspresi gen imun, serta dampak jangka panjang terhadap kesehatan usus dan resistensi penyakit masih belum banyak dieksplorasi.

Kesenjangan ini menunjukkan perlunya evaluasi in vivo yang lebih komprehensif dan multidimensional.

 

5.3 Research Gap Implikasi Biologis dan Kesehatan Usus

Peningkatan tinggi vili, ekspresi mukin, serta kadar IgA mukosal yang lebih tinggi pada kelompok nanoenkapsulasi menunjukkan bahwa teknologi ini tidak hanya meningkatkan viabilitas bakteri, tetapi juga efektivitas biologisnya secara fungsional.

Meskipun beberapa studi melaporkan perbaikan morfologi usus dan respons imun, mekanisme hubungan sebab-akibat antara sistem nanoenkapsulasi, viabilitas probiotik, dan outcome kesehatan usus belum sepenuhnya dipahami. Selain itu, implikasi penggunaan probiotik nanoenkapsulasi terhadap pengurangan penggunaan antibiotik dan kontribusinya terhadap mitigasi AMR dalam kerangka One Health masih jarang dianalisis secara eksplisit.

Kesenjangan ini membuka ruang penelitian untuk menilai dampak strategis probiotik nanoenkapsulasi dalam sistem produksi unggas berkelanjutan.

6. Implikasi dan Perspektif One Health

Integrasi bakteri indigenous unggas dengan nanoteknologi memperkuat konsep host-specific probiotic dan mendukung produksi unggas bebas AGP. Pendekatan ini sejalan dengan prinsip One Health karena berkontribusi terhadap pengendalian resistensi antimikroba, keamanan pangan, dan keberlanjutan lingkungan.

Ringkasan penelitian mutakhir terkait pengembangan probiotik unggas berbasis nanoteknologi disajikan pada Tabel 1. Tabel tersebut menunjukkan bahwa meskipun nanoenkapsulasi probiotik telah banyak diteliti, pemanfaatan bakteri asam laktat indigenous asal tembolok ayam sebagai host-specific probiotic masih sangat terbatas, sehingga membuka peluang penelitian lebih lanjut.

Tabel 1. Ringkasan Penelitian Mutakhir Pengembangan Probiotik Unggas Berbasis Nanoteknologi

 

No	Peneliti & Tahun	Sumber Isolat Probiotik	Sistem Nanoenkapsulasi	Metode	Parameter Utama	Temuan Kunci	Keterbatasan
1	Anal & Singh (2007)	Lactobacillus spp. (komersial)	Alginat–kitosan	Ionic gelation	Viabilitas, pH, empedu	Nanoenkapsulasi meningkatkan ketahanan terhadap pH asam	Belum spesifik unggas
2	de Vos et al. (2010)	Probiotik pangan	Biopolimer food-grade	Beragam	Stabilitas & pelepasan	Pelepasan terkontrol meningkatkan bioavailabilitas	Fokus pangan manusia
3	Shokryazdan et al. (2017)	Saluran cerna ayam	Tanpa nano	Konvensional	Adhesi, antagonisme	BAL unggas efektif menekan patogen	Viabilitas rendah di lapangan
4	Markowiak & Śliżewska (2018)	Probiotik ternak	Tanpa nano	Review	Kesehatan usus	Probiotik meningkatkan performa unggas	Tidak membahas teknologi formulasi
5	Silva et al. (2020)	BAL pangan & ternak	Nanoalginat, NLC	Emulsion & gelation	Ukuran partikel, viabilitas	Nanoteknologi meningkatkan stabilitas probiotik	Minim uji in vivo unggas
6	Wang et al. (2021)	Lactobacillus spp.	NLC	Nanoemulsi	Viabilitas & penyimpanan	Stabilitas probiotik meningkat signifikan	Sumber bakteri non-indigenous
7	Abd El-Hack et al. (2022)	Probiotik unggas	Mikro–nano carrier	Spray drying	Performa & FCR	Probiotik meningkatkan FCR ayam broiler	Nano belum spesifik
8	Zhang et al. (2023)	BAL unggas	Kitosan–alginat nano	Ionic gelation	Mikrobiota & IgA	Nanoenkapsulasi meningkatkan respon imun	Skala laboratorium
9	Rahman et al. (2024)	Saluran cerna ayam	Nanolipid carrier	Emulsion	Patogen enterik	Penurunan Salmonella signifikan	Belum spesifik tembolok
10	Potensi riset ini	BAL asal tembolok ayam	Biopolimer nano food-grade	Nanoenkapsulasi terintegrasi	Viabilitas, kolonisasi, performa, AMR	Host-specific probiotic lebih stabil & efektif	Perlu validasi lapang skala besar

 

7. Kesimpulan

Pengembangan probiotik unggas berbasis nanoenkapsulasi bakteri asal tembolok ayam merupakan pendekatan inovatif dan prospektif. Teknologi ini berpotensi menghasilkan probiotik generasi baru yang lebih stabil, efektif, dan aman sebagai alternatif AGP dalam industri perunggasan modern.

 

Daftar Pustaka

1. FAO/WHO. (2002). Guidelines for the evaluation of probiotics in food. FAO/WHO Working Group Report.
2. Fuller, R. (1989). Probiotics in man and animals. Journal of Applied Bacteriology, 66, 365–378.
3. Angelakis, E. (2017). Weight gain by gut microbiota manipulation in productive animals. Microbial Pathogenesis, 106, 162–170.
4. Mountzouris, K. C., et al. (2015). Probiotic inclusion levels in poultry diets. Animal Nutrition, 1, 1–10.
5. de Vos, P., et al. (2010). Encapsulation for preservation of functionality and targeted delivery of bioactive food components. International Dairy Journal, 20, 292–302.
6. Anal, A. K., & Singh, H. (2007). Recent advances in microencapsulation of probiotics. Food Science and Technology, 18, 240–251.
7. Silva, D. R., et al. (2020). Nanotechnology-based delivery systems for probiotics. Trends in Food Science & Technology, 99, 156–168.
8. Wang, Y., et al. (2021). Nanoencapsulation of probiotics for animal nutrition. Animal Feed Science and Technology, 276, 114926.
9. Markowiak, P., & Śliżewska, K. (2018). The role of probiotics in animal nutrition. Animals, 8(12), 1–21.
10. Shokryazdan, P., et al. (2017). Probiotics: From isolation to application in poultry. Journal of Animal Physiology and Animal Nutrition, 101, 219–236.

 

#ProbiotikUnggas

#NanoteknologiPakan

#AGPFreePoultry

#KesehatanUsusAyam

#OneHealthVet