2. Tinjauan Pustaka
2.1
Asap Cair
Asap cair dibuat dari hasil pirolisis yang terkontrol. Asap yang dihasilkan kemudian dikondensasi yang akan mengubah asap tersebut menjadi berbentuk cairan. Asap adalah suspensi partikel-partikel padat dan cair dalam medium gas (Girard, 1992). Sedangkan asap cair merupakan campuran larutan dari dispersi asap kayu dalam air yangdibuat dengan mengkondensasikan asap hasil pirolisis kayu. Asap cair banyak sekali mengandung senyawa kimia yang dapat bersifat sebagai pengawet makanan. Pirolisis akan menghasilkan asap cair dengan kandungan senyawa fenol sebesar 4,13 %, karbonil 11,3 % dan asam 10,2 %. Di Amerika serikat, pengolah daging menggunakan asap cair yang telah mengalami pengendapan dan penyaringan untuk memisahkan senyawa tar. Pasar internasional untuk produk asap cair ini meliputi Amerika, Eropa, Afrika, Australia, dan Amerika Selatan. Asap cair ini telah diaplikasikan pada pengawetan daging, termasuk daging unggas, kudapan dari daging, ikan salmon dan kudapan lainnya
2.1.1 Cara Pembuatan Asap Cair Cara yang paling umum digunakan untuk menghasilkan asap pada pengasapan makanan adalah dengan membakar serbuk gergaji kayu keras dalam suatu tempat yang disebut alat pembangkit asap
kemudian asap tersebut dialirkan ke rumah asap dalam kondisi sirkulasi udara dan
temperatur yang terkontrol. Produksi asap cair merupakan hasil pembakaran yang tidak sempurna yang melibatkan reaksi dekomposisi karena pengaruh panas, polimerisasi, dan kondensasi (Girard, 1992).
3
2.1.2 Kandungan Asap cair Asap cair banyak sekali mengandung senyawa kimia yang dapat bersifat sebagai pengawet makanan. Pirolisis akan menghasilkan asap cair dengan kandungan senyawa fenol sebesar 4,13 %, karbonil 11,3 % dan asam 10,2 %. Kandungan – kandungan tersebut meliputi asam yang dapat mempengaruhi citarasa, pH dan umur simpan produk asapan. Karbonil yang bereaksi dengan protein dan membentuk pewarnaan coklat dan fenol yang merupakan pembentuk utama aroma dan menunjukkan aktivitas antioksidan. Faktor yang berpengaruh dalam pirolisis adalah faktor temperatur. Terdapat suhu optimum untuk menghasilkan jumlah asap cair yang banyak. Kandungan yang terdapat di dalam asap cair a. Senyawa-senyawa fenol. Senyawa-senyawa fenol yang terdapat dalam asap kayu umumnya hidrokarbon aromatik yang tersusun dari cincin benzena dengan sejumlah gugus hidroksil yang terikat. Senyawa-senyawa fenol ini juga dapat mengikat gugusgugus lain seperti aldehid, keton, asam dan ester (Maga, 1987). b. Senyawa-senyawa karbonil. Senyawa-senyawa karbonil dalam asap memiliki peranan pada pewarnaan dan citarasa produk asapan. Golongan senyawa ini mepunyai aroma seperti aroma karamel yang unik. Jenis senyawa karbonil yang terdapat dalam asap cair antara lain adalah vanilin dan siringaldehida. c. Senyawa-senyawa asam. Senyawa-senyawa asam mempunyai peranan sebagai antibakteri dan membentuk cita rasa produk asapan. Senyawa asam ini antara lain adalah asam asetat, propionat, butirat dan valerat. d. Senyawa hidrokarbon polisiklis aromatis. Senyawa hidrokarbon polisiklis aromatis (HPA) dapat terbentuk pada proses pirolisis kayu. Senyawa hidrokarbon aromatik seperti benzo(a)pirena merupakan senyawa yang memiliki pengaruh buruk karena bersifat karsinogen (Girard,1992).
2.1.3 Manfaat Asap Cair Penggunaan asap cair yang diproses dengan baik dapat mengeliminasi komponen asap berbahaya yang berupa hidrokarbon polisiklis aromatis. Komponen ini tidak diharapkan karena
4
beberapa di antaranya terbukti bersifat karsinogen pada dosis tinggi. Melalui pembakaran terkontrol, aging, dan teknik pengolahan yang semakin baik, tar dan fraksi minyak berat dapat dipisahkan sehingga produk asapan yang dihasilkan mendekati bebas HPA (Pszczola 1995). a. Aktivitas Antioksidan Adanya senyawa fenol dalam asap cair memberikan sifat antioksidan terhadap fraksi minyak dalam produkasapan. Dimana senyawa fenolat ini dapat berperan sebagai donor hidrogen dan efektif dalam jumlah sangat kecil untuk menghambat autooksidasi lemak.
b. Aktivitas Antibakterial Peran bakteriostatik dari asap cair semula hanya disebabkan karena adanya formaldehid saja tetapi aktivitas dari senyawa ini saja tidak cukup sebagai penyebab semua efek yang diamati. Kombinasi antara komponen fungsional fenol dan asam-asam organik yang bekerja secara sinergis mencegah dan mengontrol pertumbuhan mikrobia (Pszczola 1995). Adanya fenol dengan titik didih tinggi dalam asap juga merupakan zat antibakteri yang tinggi
2.2
Pisang
Pisang adalah nama umum yang diberikan pada tumbuhan terna raksasa berdaun besar memanjang dari suku Musaceae. Beberapa jenisnya (Musa acuminata, M. balbisiana, dan M. paradisiaca) menghasilkan buah konsumsi yang dinamakan sama. Buah ini tersusun dalam tandan dengan kelompok-kelompok tersusun menjari, yang disebut sisir. Hampir semua buah pisang memiliki kulit berwarna kuning ketika matang, meskipun ada beberapa yang berwarna jingga, merah, ungu, atau bahkan hampir hitam. Buah pisang sebagai bahan pangan merupakan sumber energi (karbohidrat) dan mineral, terutama kalium.
2.3
Pirolisis
Pirolisis adalah proses dekomposisi secara kimia dari zat yang terkondensasi akibat proses pemanasan. Proses ini tidak membutuhkan membutuhkan oksigen ataupun reagen lain. Pirolisis adalah salah satu proses termolysis dan umumnya dipakai untuk senyawa organik. Proses pirolisis yang ekstrim hanya akan meninggalkan karbon sebagai residu. Proses tersebut dinamakan pengarangan.
5
2.4 Karakterisasi Asap Cair 2.4.1 Karakterisasi Asap Cair Dengan FTIR Dasar Spektroskopi Infra Merah dikemukakan oleh Hooke dan didasarkan atas senyawa yang terdiri atas dua atom atau diatom yang digambarkan dengan dua buah bola yang saling terikat oleh pegas. Jika pegas direntangkan atau ditekan pada jarak keseimbangan tersebut maka energi potensial dari sistim tersebut akan naik. Bila ikatan bergetar, maka energi vibrasi secara terus menerus dan secara periodik berubah dari energi kinetik ke energi potensial dan sebaiknya. Jumlah energi total adalah sebanding dengan frekwensi vibrasi dan tetapan gaya (k) dari pegas dan massa (m1 dan m2) dari dua atom yang terikat. Energi yang dimiliki oleh sinar infra merah hanya cukup kuat untuk mengadakan perubahan vibrasi. Dalam spektroskopi infra merah panjang gelombang dan bilangan gelombang adalah nilai yang digunakan untuk menunjukkan posisi dalam spektrum serapan. Daerah infra merah dibagi menjadi tiga bagian, yaitu infra merah jarak dekat, infra merah jarak menengah, dan infra merah jarak jauh. Infra merah jarak jauh mempunyai bilangan gelombang 400-10 cm-1 (1000–30 μm), yang berada pada daerah microwave. Infra merah jarak jauh ini mempunyai energi yang kecil dan dapat digunakan untuk rotational spectroscopy. Infra merah jarak menengah mempunyai bilangan gelombang sebesar 4000-400 cm-1 (30–1,4 μm). Infra merah jenis ini dapat digunakan untuk mempelajari vibrasi dan menentukan struktur rotasi – vibrasi. Struktur yang terukur dapat dilihat pada (Tabel 2.1). Jenis infra merah yang terakhir adalah infra merah jarak dekat. Infra merah ini mempunyai bilangan gelombang 14000-4000 cm1
(1,4–0,8 μm) dan mempunyai energi yang besar.
Fourier transform infrared (FTIR) spectroscopy adalah teknik pengukuran untuk memperoleh spektrum infra merah. Teknik ini akan merekam jumlah energi yang diserap ketika frekuensi infra merah divariasikan (monokromator), kemudian sinar infra merah akan menuju interferometer. Setelah melalui sampel, hasil pengukuran akan berbentuk interferogram (Gambar 2.1). Pengukuran spektrum tunggal dengan menggunakan FTIR akan lebih cepat jika dibandingkan dengan spektrofotometer IR yang konvensional karena dalam FTIR
informasi dari semua
panjang gelombang dikumpulkan secara simultan. Karena hal ini FTIR dapat mengukur dalam jumlah yang banyak dan waktu yang singkat dan meningkatkan sensitivitas.
6
Tabel 2. 1 Korelasi bilangan gelombang dan gugus fungsi Ikatan tunggal ke hidrogen
Jenis ikatan
Bilangan Gelombang (cm-1)
Keterangan
C-H
3000-2850
Alkana jenuh
=C-H
3100-3000
Alkana tak jenuh atau aromatik
O=C-H
2800-2700
Aldehid,dua puncak lemah
O-H
3400-3000
Alkohol,air,fenol.
O-H bebas
3600
N-H
3450-3100
Amina,
C=O
1840-1800 dan 1780-1740
Anhidrida
C=O
1750-1715
Ester
C=O
1740-1680
Aldehid
C=O
1725-1665
Asam karboksilat
C=O
1690-1630
Amida
C=C
1675-1600
C=N
1690-1630
N=O
1650-1510 dan 1370-1330
Ikatan tunggal (bukan hydrogen)
C-C C-O, C-N
Tak tetap 1400-1000
Rangkap tiga
C rangkap tiga
2260-2120
CN rangkap tiga
2260-2220
Rangkap dua
Senyawa nitro
7
Gambar 2. 1 Prinsip kerja FTIR
2.4.2 Karakterisasi Asap Cair Dengan UV-VIS Spektroskopi ultraviolet atau sinar tampak melibatkan spektroskopi dari foton pada daerah ultraviolet-sinar tampak. Spektroskopi ini menggunakan cahaya sinar tampak dan berada diantara ultraviolet dekat dan infra merah dekat. Pada daerah ini spektrum elektromagnet dihasilkan dari transisi elektronik. Teknik ini adalah komplementer dari spektroskopi flourosensi, pada flourosensi tersebut berhubungan dengan transisi elektron dari tingkat energi yang tereksitasi menuju tingkat energi dasar, sementara pengukuran absorpsi sebaliknya yaitu penentuan dari tingkat dasar ke tingkat eksitasi. Instrumen ini menggukur intensitas dari cahaya yang melewati sample (I), dan dibandingkan dengan intensitas dari cahaya sebelum cahaya tersebut melewati sampel (Io). Perbandingan I / Io dinamakan transmitan, dan biasanya dipresentasikan oleh persen T (%T). Selain itu dapat dipresentasikan oleh absorban (A) A = − log(%T) Bagian dasar dari spektrofotometer ini adalah sumber sinar, tempat sampel, monokromator untuk memisahkan panjang gelombang cahaya, dan sebuah detektor. Sumber cahaya adalah biasanya berupa filament tungsten (350-2500 nm), lampu deuterium, dan light emitting diodes (LED dan lampu Xenon. Detektor untuk panjang gelombang sinar tampak biasanya digunakan fotodioda atau CCD. Prinsip Kerja spektrofotometer UV/VIS dapat dilihat pada (Gambar 2.2)
8
Gambar 2. 2 Prinsip kerja UV/VIS
Absorpsi dari radiasi ultraviolet atau sinar tampak berdasarkan kepada eksitasi dari elektron yang paling luar. Pada eksitasi ini terdapat tiga tipe transisi elektronik yaitu,
Transisi yang melibatkan elektron σ, π, n, π*, σ*
Transisi yang melibatkan transfer muatan antar elektron.
Transisi yang melibatkan elektron kulit d dan f.
Ketika sebuah atom atau molekul mengabsorpsi energi, elektron akan naik dari tingkat energi dasar menuju tingkat energi yang tereksitasi. Dalam sebuah molekul, atom dapat berotasi dan bervibrasi dengan atom yang lainnya. Vibrasi dan rotasi ini mempunyai energi yang terpisah atau diskrit. Absorpsi dari radiasi ultraviolet dan sinar tampak pada senyawa organik didasarkan kepada ada atau tidaknya gugus khromofor. Spektrum dari sebuah molekul yang mengandung kromofor sangat rumit. Hal ini dikarenakan superposisi dari transisi rotasi dan transisi vibrasi memberikan kombinasi dari garis overlapping. Hal ini ditunjukan dengan pita absorpsi.
9
2.4.3 Karakterisasi Asap Cair Dengan Kromatografi Gas Kromatografi gas adalah alat untuk mengetahui kandungan–kandungan yang terdapat dalam suatu senyawa. Instrumen ini akan memisahkan semua komponen dalam sebuah sampel dan merepresentasikannya dalam bentuk spektrum. Cara kerja alat ini adalah, pertama kali sampel diinjeksikan ke tempat injeksi pada kromatografi gas. Setelah diinjeksikan sampel akan diuapkan, kemudian dipisahkan dan dianalisis komponen–komponennya. Setiap komponen akan mempunyai spektrum yang khas yang akan direkam pada sebuah tabel. Waktu jeda antara saat injeksi dan elusi dinamakan waktu retensi. Waktu retensi dapat membantu untuk mengetahui perbedaan beberapa senyawa. Ukuran puncak sebanding dengan kuantitas dari komponen tersebut. Analisis dengan menggunakan kromatografi gas adalah untuk memisahkan komponen – komponen dalam sampel. Sebuah campuran senyawa kimia dalam sampel dapat dipisahkan di kolom kromatografi gas. Beberapa sifat kimia dan sifat fisika dari suatu molekul menyebabkan komponen–komponenya mempunyai kecepatan yang berbeda pada saat melewati kolom. Jika komponen tersebut mempunyai berat kecil, maka komponen tersebut akan melewati kolom lebih mudah dan cepat. Sehingga akan menghasilkan waktu retensi yang pendek. Begitu juga sebaliknya jika komponen tersebut meiliki berat yang besar maka komponen tersebut akan melewati kolom lebih lama. Sehingga akan menghasilkan waktu retensi yang lebih panjang. In teraksi antara komponen di dalam sampel dengan kolom akan mempengaruhi juga terhadap waktu retensi. Jika Komponen tersebut berinteraksi dengan kuat dengan kolom maka waktu retensinya akan lebih panjang.
2.4.4 Karakterisasi Asap Cair Dengan Gas Chromatography/Mass Spec (GC/MS) Instrumen kromatografi gas– mass spectrometry adalah sebuah metoda yang mengkombinasikan dari kromatografi gas dan mass spectrometry untuk mengidentifikasi berbagai macam senyawa dalam sebuah pengukuran suatu sampel. GC-MS dirancang dengan menggunakan dua bagian utama, yaitu kromatografi gas dan mass spec. Kromatografi gas menggunakan sebuah kolom kapiler sebagai fasa diam. Perbedaan sifat kimia antara molekul dalam sebuah pencampuran akan memisahkan molekul pada saat sampel tersebut masuk ke dalam kolom. Molekul – molekul akan memiliki waktu retensi yang berbeda – beda untuk keluar dari kromatografi gas, dan hal ini memungkinkan untuk mass spectrometry
10
mendeteksi ion–ion molekul secara terpisah. Mass spectrometry akan mendeteksi fragmen ini dan dihasilkan massa molekul relatifnya. Peralatan kromatografi gas merupakan salah satu instrumen analitik. Kromatografi gas sangat efektif untuk memisahkan senyawa menjadi komponenya yang bervariasi. Akan tetapi kromatografi gas tidak dapat mengidentifikasi senyawa yang spesifik. Sebaliknya Spektroskopi massa dapat mengetahui senyawa yang spesifik namun tidak dapat menghasilkan analisis kualitatif yang baik. Ketika sebuah analisis menggunakan kromatografi gas untuk memisahkan komponennya sebelum dianalisis dengan spektroskopi massa, maka akan terbentuk hubungan yang komplementer.
11
