2. TINJAUAN PUSTAKA Tanaman Duwet dan Kegunaan
Tanaman duwet berasal dari daerah subtropis Himalaya, India, Srilangka, Malaysia, Australia dan saat ini telah ditanam di seluruh daerah tropis dan subtropis. Duwet dikenal memiliki berbagai nama di antaranya jambolan (Inggris), jamélongue (Perancis), jamblang atau duwet (Indonesia), jambulana atau jambulan (Malaysia), duhat (Filipina), thabyay-hpyoo (Myanmar), pringbay (Kamboja), wa (Thailand), vói rung atau trám móc (Vietnam) (Verheij & Coronel 1997). Di Indonesia dikenal berbagai nama di antaranya adalah jambolan, jambolana, jamblang, jambul dan jamun. Duwet juga mempunyai banyak nama lokal, di Jawa Barat menamakan duwet sebagai jamblang, nama ini mirip dengan nama jambelang (duwet yang ada di Malaya); di Jawa Tengah menamakan dengan juwet atau duwet, sebutan ini sama dengan sebutan di Jawa Timur; di Madura menamakan duwet sebagai dhalas atau dhuwak; di Bali menamakan duwet dengan jujutan. Ada juga yang menamakan duwet dengan dalas, plum jawa, ataupun anggur sepat. Duwet termasuk dalam keluarga jambu-jambuan atau Myrtaceae yang biasa berbuah pada musim panas (Kloppenburg-Versteegh 1988). Klasifikasi botani tanaman duwet adalah kingdom Plantae, divisi Magnoliophyta, kelas Magnoliopsida, ordo Myrtales, famili Myrtaceae, genus Syzygium, dan spesies Syzygium cumini (L.) Skeels. Sinonim dari Syzygium cumini (L.) Skeels adalah Myrtus cumini L. (1753), Eugenia jambolana Lamk (1789), Syzygium jambolanum (Lamk) DC. (1828), dan Eugenia cumini (L.) Druce (1914) (Verheij & Coronel 1997). Tanaman duwet memiliki beberapa varietas, varietas liar disebut dengan duwet kerikil karena buahnya berukuran kecil sebesar kerikil (diameter hanya sekitar 1,5 cm) dan rasa buah tidak enak. Tanaman duwet yang dibudidayakan ada beberapa varietas yaitu duwet biasa (buahnya besar dan berwarna biru keungu-unguan), duwet ireng/item (buahnya berwarna hitam), duwet daging (daging buah tebal dan warna buahnya tidak begitu hitam), duwet bawang (buahnya berwarna putih), dan duwet boentén (buahnya berwarna agak hitam dan tanpa biji). Tidak semua buah duwet dapat dimakan, buah duwet bawang misalnya hanya dipergunakan sebagai bahan obat kencing manis (Tohir 1983;
6
Ishwara et al. 2002). Lebih lanjut menurut Verheij dan Coronel (1997); Morton (1987), beberapa nama varietas duwet adalah Early Wild, Late Wild, Pharenda, Small Jaman, Dabka, Krian Duat, Super Duhat. Tanaman duwet merupakan tanaman pekarangan atau tumbuh liar di hutan-hutan. Duwet dapat tumbuh baik di daerah tropis pada ketinggian 600 meter diatas permukaan laut, dijumpai juga tumbuh pada ketinggian sampai 1800 meter diatas permukaan laut. Pohon duwet merupakan pohon yang kokoh dengan tinggi 20-30 m dan diameter batangnya 40-90 cm dengan percabangan pohon rendah dan tidak beraturan (Verheij & Coronel 1997). Tanaman buah duwet dapat dikenali dengan daunnya yang tebal bersirip seling dan pada ujungnya sedikit berlekuk. Kayunya diselimuti kulit yang berwarna coklat gelap pada bagian bawah dan agak muda dibagian atasnya, berserat kasar dan keras. Bunganya berwarna putih atau merah. Buahnya sebesar biji rambutan, berwarna ungu tua, berbentuk bulat telur, sering melengkung. Daging buahnya berwarna kuning abu-abu atau ungu muda, berair dengan rasa kelat sedikit asam manis dan hampir tidak beraroma (Tampubolon 1995). Buah duwet memiliki panjang 15 cm dan bergerombol mencapai 40 butir. Biji berbentuk lonjong dan panjangnya sampai 3,5 cm, sedikit pahit dan keping biji berwarna hijau sampai coklat (Verheij & Coronel 1997). Gambar tanaman dan buah duwet disajikan pada Gambar 2.1. Nilai gizi buah duwet (per 100 gram) mengandung 84-86 g air; 0,2-0,7 g protein; 0,3 g lemak; 14-16 g karbohidrat; 0,3-0,9 g serat; 0,4-0,7 g abu; 8-15 mg kalsium; 15 mg fosfor; 1,2 mg besi; 0,01 mg riboflavin; 0,3 mg niasin; sedikit sekali vitamin A dan tiamin; 5-18 mg vitamin C; dan energi 277 kJ (Verheij & Coronel 1997). Kandungan kimia lain tanaman duwet meliputi antimelin (suatu glikosida), jambulol atau jambolin, tanin (12-19% pada batang, 12-13% pada daun, dan 8-9% pada kulit batang), asam galat, asam palmitat, amilum, dan fitosterol. Pada buahnya terkandung kalsium dan zat besi (Tampubolon 1995). Tanaman duwet juga dilaporkan mengandung asam asetil oleanolat, triterpenoid, asam elagat, isokuersetin, kuersetin, kaemferol, dan mirisetin (Rastogi & Mehrotra 1990). Asam galat, mirisetin, mirisetin 3-O-α-L-ramnopiranosida, dan mirisetin
3-O-(4”-O-asetil)-α-L-ramnopiranosida
(Mahmoud et al. 2001).
ditemukan
dalam
daun
7
Gambar 2.1 Tanamam dan buah duwet. Buah duwet dengan ukuran dan mutu baik mempunyai rasa manis, asam dan sedikit astringen (sepat) biasanya dimakan dalam keadaan segar dan juga dibuat tarts, saus, selai, sirup, squash, sherbet, dan anggur (Morton 1987). Rao dan Charyulu (1989); Venkitakrishnan et al. (1997); Garande et al. (1998) meneliti perubahan sifat fisiko-kimia buah duwet selama proses pematangan buah. Kannan dan Thirumanan (2004) membuat minuman, squash, sirup, dan selai serta dianalisa perubahan sifat fisiko-kimia termasuk kandungan total fenolik (tanin) dan antosianin selama penyimpanan. Kegunaan lain tanaman duwet adalah daun dapat digunakan sebagai pakan, bunga mengandung banyak nektar dengan kualitas yang baik, kulit kayu yang berasa sepat dan dapat digunakan sebagai obat kumur dan untuk pewarna, tepung bijinya bermanfaat untuk mengobati kencing manis, disentri, diare, diuretik, dan penyakit lainnya (Verheij & Coronel 1997). Manfaat lain tanaman duwet untuk kesehatan juga sudah diteliti secara ilmiah. Kulit batang tanaman memiliki aktifitas antibakteri (Warrier et al. 1996) dan antiinflamasi (Muruganandan et al. 2001). Bagian buah dan biji digunakan untuk pengobatan diabetes (Warrier et al. 1996; Kedar & Chakrabarti 1983; Nair & Santhakumari 1986). Selain itu, buah duwet juga
8
menunjukkan aktivitas antioksidan (Banerjee at al. 2005; Lestario et al. 2005a; Lestario et al. 2005b; Veigas et al. 2007). Bagian daun juga digunakan untuk pengobatan diabetes (Teixeira et al. 1997), konstipasi, dan antibakteri (Warrier et al. 1996).
Antosianin
Sumber Antosianin Antosianin (dari bahasa Yunani, anthos = bunga dan kianos = biru) merupakan salah satu kelompok pigmen utama yang tersebar luas pada tanaman terutama pada bagian buah, sayuran, bunga, daun, akar, umbi, legum, dan sereal. Antosianin merupakan pigmen yang larut dalam air yang dapat memberikan warna biru, ungu, violet, merah (Bridle & Timberlake 1997; Crozier 2003; Giusti & Wrolstad 2003). Beberapa bahan pangan yang mengandung pigmen alami antosianin adalah famili Vitaceae (anggur), Rosaceae (cherry, plum, raspberry,
strawberi,
blackberry,
apel,
persik),
Solanaceae
(tamarillo),
Saxifragaceae (red dan black currant), Ericaceae (blueberry, cranberry), Cruciferae (kubis merah) (Jackman & Smith 1996). Sebanyak 258 antosianin telah ditemukan dalam buah, sayuran, dan biji-bijian (Mazza & Miniati 1993) dan sampai sekarang telah dilaporkan lebih dari 500 antosianin berasal dari berbagai tanaman (Andersen & Jordhein 2006).
Struktur Kimia Antosianin Antosianin termasuk dalam kelompok flavonoid dari senyawa polifenol yang memiliki tipe rangka karbon C6C3C6. Antosianin merupakan glikosida dari turunan polihidroksi dan polimetoksi kation 2-fenilbenzopirilium atau kation flavilium (Brouillard 1982; Kong et al. 2003). Bagian utama antosianin adalah aglikon/kation
flavilium
(Tabel
2.1)
yang
mengandung
ikatan
rangkap
terkonjugasi yang berperanan untuk menyerap energi pada panjang gelombang 500 nm sehingga pigmen nampak berwarna merah. Aglikon ini disebut antosianidin
yang
merupakan
penta-substituted
(3,5,7,3’,4’)
atau
hexa-
substituted (3,5,7,3’,4’,5’). Sebanyak 22 antosianidin sudah dikenal dan hanya 6 antosianidin yang umumnya ada dalam bahan pangan (Francis 1989). Enam antosianidin yang umum ditemukan di alam terutama dalam bahan pangan adalah pelargonidin, sianidin, peonidin, delfinidin, malvidin, dan petunidin
9
(Gambar 2.2). Aglikon (antosianidin) berbeda pada jumlah gugus hidroksil dan metoksil pada cincin B dari kation flavilium (Brouillard 1982; Giusti & Wrolstad 2003).
Tabel 2.1 Substitusi kation flavilium untuk membentuk antosianidin Kation flavilium
Antosianidin Karajurin Arabidin 3’-hidroksiarabidin Apigenin Luteolin Trisetinidin Pelargonidin Aurantinidin Sianidin 5-Metilsianidin Peonidin Rosinidin 6-hidroksisianidin 6-hidroksidelfinidin Delfinidin Petunidin Malvidin Pulselidin Eupinidin Kapensinidin Hirsutidin Risiniodin
Pola Substitusi 3 H H H H H H OH OH OH OH OH OH OH OH OH OH OH OH OH OH OH OH
5 H H H OH OH OH OH OH OH OCH3 OH OH OH OH OH OH OH OCH3 OCH3 OCH3 OH H
6 OH OH OH H H H H OH H H H H OH OH H H H H H H H OH
7 OH OH OH OH OH OH OH OH OH OH OH OCH3 OH OH OH OH OH OH OH OH OCH3 OH
3’ H H OH H OH OH H H OH OH OCH3 OCH3 OH OH OH OCH3 OCH3 OH OCH3 OCH3 OCH3 H
4’ OCH3 OH OH OH OH OH OH OH OH OH OH OH OH OH OH OH OH OH OH OH OH OH
5’ OCH3 OCH3 OCH3 H H OH H H H H H H H OH OH OH OCH3 OH OH OCH3 OCH3 H
Warna jingga jingga merah jingga jingga merah jingga merah jingga merah merah merah merah kebiruan merah kebiruan merah kebiruan merah kebiruan merah kebiruan merah kebiruan merah kebiruan merah kebiruan -
Sumber: Francis (1989).
Pelargonidin
Delfinidin
Sianidin
Peonidin
Malvidin
Petunidin
Gambar 2.2 Antosianidin yang umum ada di bahan pangan (Brouillard 1982).
Umumnya antosianidin tidak ditemukan terakumulasi dalam tanaman, pigmen yang ada di bunga, buah, dan sayuran utamanya dalam bentuk glikosilasi. Antosianidin bersifat tidak stabil di air dan sedikit larut dibandingkan
10
antosianin. Glikosilasi menjadikan pigmen lebih mudah larut dan stabil (Brouillard 1982). Antosianin yang ditemukan pada tanaman pangan umumnya dalam bentuk glikosida dan asilglikosida dari 6 antosianidin (aglikon) utama, yaitu pelargonidin, sianidin, delfinidin, peonidin, petunidin, dan malvidin (CastaňedaOvando et al. 2009). Antosianin secara umum tersusun dari aglikon (antosianidin), molekul gula, dan pada beberapa antosianin, residu gula diasilasi oleh asam-asam organik. Kebanyakan gugus gula adalah monosakarida seperti glukosa, galaktosa, ramnosa, xilosa dan arabinosa. Di- dan trisakarida yang dibentuk oleh kombinasi dari monosakarida juga dijumpai. Gugus gula terletak pada C-3 dari aglikon. Pada diglikosida, dua monosakarida terletak pada C-3 dan C-5 dan jarang terletak pada C-3 dan C-7. Tetapi ada kemungkinan juga, 2 monosakarida keduanya terletak pada C-3. Pada triglikosida, monosakarida terletak pada aglikon dimana 2 monosakarida pada C-3 dan satu monosakarida pada C-5 atau C-7 (Brouillard 1982). Lebih lanjut menurut De Ancos et al. (1999); Kähkönen et al. (2003), di- dan trisakarida yang sering ditemukan pada antosianin adalah rutinosa, soforosa, sambubiosa, dan glukorutinosa. Gambar 2.3 menunjukkan unit glikosil dari antosianin.
β-D-Glukosa
β-D-Galaktosa
α-L-Ramnosa (6-deoksi-L-Manosa)
α-L-Arabinosa
β-D-Xilosa
Soforosa β-D-Glukosil-Dglukosida
Rutinosa α-L-RamnosilD-glukosida
Sambubiosa β-D-Xilosil- Dglukosida
Gambar 2.3 Unit glikosil dari antosianin.
Pada beberapa antosianin, residu gula diasilasi dengan asam-asam aromatik meliputi asam p-kumarat, kafeat, ferulat, sinapat, galat atau phidroksibenzoat serta asam-asam alifatik seperti asam malonat, asetat, malat, suksinat, dan oksalat. Asam-asam organik berikatan dengan unit glikosil melalui ikatan ester. Gugus asil umumnya berikatan pada C-3 gugus gula, diesterifikasi pada gugus 6-OH atau 4-OH dari gula. Antosianin dengan dua atau lebih gugus asil telah dilaporkan (Giusti & Wrolstad 2003). Asam fenolik aromatik dan alifatik
11
yang umumnya berikatan dengan antosianin ditunjukkan pada Gambar 2.4. Gambar 2.5 menunjukkan beberapa macam antosianin yang berikatan dengan gugus gula dan asam organik.
asam kafeat
asam kumarat
asam asetat
asam oksalat
asam ferulat
asam sinapat
asam malonat
asam malat
asam galat
asam suksinat
Gambar 2.4 Unit asil yang berikatan dengan antosianin.
Antosianin monoglukosida
Malvidin 3,5-diglukosida
Delfinidin 3-soforosida
Sianidin 3-(2”-xilosil-6”-glukosil)-galaktosida
Sianidin 3-(2”-xilosil-6”-(6-kumaril)-glukosil)-galaktosida
Sianidin 3-((2”-(6-kafeil)-glukosil)-6”-(kumaril)-glukosida)5-(6”-(metilmalonil)-glukosida
Gambar 2.5 Struktur kimia antosianin.
12
Stabilitas dan Kopigmentasi Antosianin Seperti kebanyakan pewarna alami lainnya, antosianin relatif bersifat tidak stabil dan umumnya antosianin lebih stabil dalam kondisi asam. Warna dan stabilitas antosianin sangat dipengaruhi oleh substituen gugus gula dan asil pada aglikon. Degradasi antosianin terjadi tidak hanya selama ekstraksi dari jaringan tanaman, tetapi juga selama proses dan penyimpanan (Elbe & Schwartz 1996). Hidrolisis gugus gula pada molekul antosianin merupakan penyebab degradasi pigmen selama proses (Garzon & Wrolstad 2001). Antosianin mengalami degradasi dengan beberapa kemungkinan mekanisme yang mengubah warna antosianin menjadi produk larut tidak berwarna atau berwarna cokelat serta produk tidak larut (Jackman & Smith 1996). Faktor-faktor utama yang mempengaruhi degradasi antosianin adalah struktur dan konsentrasi antosianin, pH, suhu, serta keberadaan oksigen dan cahaya. Degradasi enzimatik dan interaksi dengan komponen pangan lainnya (seperti asam askorbat, ion logam, gula serta produk degradasinya, sulfur dioksida, dan kopigmen) sedikit berpengaruh pada degradasi antosianin (Markakis 1982; Francis 1989; Elbe & Schwartz 1996; Jackman & Smith 1996). Beberapa upaya dilakukan untuk memperbaiki warna dan stabilitas antosianin. Stabilitas antosianin dapat diperbaiki dengan kopigmentasi baik secara intramolekular dan intermolekular (Malien-Aubert et al. 2001; Eiro & Heinonen 2002; Mazzaracchhio et al. 2004; Gris et al. 2007; Yawadio & Morita 2007). Kopigmentasi antosianin dapat memberikan warna lebih cerah, kuat, dan stabil. Reaksi kopigmentasi dapat terjadi melalui (1) interaksi intramolekuler, asam organik (gugus asil aromatik) atau flavonoid atau kombinasi keduanya berikatan secara kovalen dengan antosianin, serta (2) interaksi intermolekuler, senyawa flavonoid tidak berwarna atau senyawa fenolik lain misal asam fenolik berikatan lemah secara hidrofobik dengan antosianin, Gambar 2.6 dan 2.7 (Eiro & Heinonen 2002). Kopigmentasi intramolekular lebih efektif menstabilkan warna antosianin dibandingkan kopigmentasi intermolekular disebabkan kekuatan ikatan
(Francis
1989).
Asilasi
pada
antosianin
mempunyai
pengaruh
menstabilkan antosianin secara kopigmentasi intramolekular melalui penyusunan tipe sandwich dari gugus asil dengan cincin pirilium antosianin (Jackman & Smith 1996). Lebih lanjut dijelaskan oleh Francis (1989) dan Osawa (1982), beberapa faktor yang mempengaruhi kopigmentasi adalah tipe dan konsentrasi antosianin, tipe dan konsentrasi kopigmen, pH, suhu, dan logam.
13
Penyusunan secara Intramolekular (Tipe sandwich) Asilasi
Penyusunan secara Intermolekular (Tipe kiral) Self-association
Kopigmentasi
Antosianidin
Kopigmen (contoh : flavon)
Gugus asil
Gula
Gambar 2.6 Mekanisme stabilisasi antosianin melalui kopigmentasi intramolekular dan intermolekular (Jackman & Smith 1996).
Penyusunan secara Intramolekular Mono-asilasi Pigmen
Antosianidin
Tipe sandwich (di-asilasi pigmen)
Gula
Gugus asil
Gambar 2.7 Mekanisme stabilisasi antosianin terasilasi (kopigmentasi intramolekuler), mono- dan diasil pigmen (Giusti & Wrolstad 2003).
Beberapa sumber bahan pangan yang mengandung antosianin terasilasi (kopigmentasi intramolekular) disajikan pada Tabel 2. Beberapa penelitian juga sudah dilakukan untuk memperbaiki warna dan stabilitas antosianin secara kopigmentasi intermolekuler misalnya antosianin murni yang dikopigmentasi
14
dengan asam fenolik (Eiro & Heinonen 2002), antosianin murni yang dikopigmentasi dengan senyawa organik pangan (Mazzaracchio et al. 2004), ekstrak antosianin anggur merah yang dikopigmentasi dengan ekstrak polifenol rosemary (Brenes et al. 2005), antosianin beras hitam yang dikopigmentasi dengan asam karboksilat (asam kumarat, asam ferulat, asam sinapat, dan asam lipoat) (Yawadio & Morita 2007), ekstrak antosianin anggur Carbenet Sauvignon yang dikopigmentasi dengan asam kafeat (Gris et al. 2007).
Tabel 2.2 Komposisi antosianin dalam bahan pangan yang mengandung antosianin terasilasi (kopigmentasi intramolekular) Sumber Lobak (Raphanus sativus)
Jenis Pigmen turunan Pg terasilasi satu asam sinamat dan asam alifatik
Komposisi Pg-3-sof-5-glu terasilasi: asam p-kumarat, asam ferulat, asam p-kumarat dan malonat, asam ferulat dan asam malonat Kentang (Solanum Pg-3-rut, Pg-3-rut + asam turunan Pg terasilasi satu tuberosum) p-kumarat, Pg-3-rut-5-glu, Pgasam sinamat 3-rut-5-glu + asam p-kumarat, Pg-3-rut-5-glu + asam ferulat Wortel hitam (Daucus carota) Cy-3-rut-glu-gal terasilasi Cy-3-gal-xil, (2) Cy-3-gal-xilsatu asam sinamat glu, Cy-3-gal-xil-glu + asam pkumarat, Cy-3-gal-xil-glu + asam ferulat, Cy-3-gal-xil-glu + asam sinapat Kubis merah (Brassica Cy-3-diglu-5-glu terasilasi mono-asilasi: Cy-3-diglu-5-glu oleracea) satu atau dua asam sinamat + asam sinapat, di-asilasi dengan asam hidroksisinamat, Cy-3-diglu-5-glu + asam sinapat dan ferulat, Cy-3-diglu5-glu + dua asam sinapat Anggur (Vitis labrusca) Campuran 5 aglikon berbeda, Antosianin glukosida terasilasi terasilasi asam p-kumarat asam p-kumarat dan dan tanpa asilasi di-glukosida terasilasi asam p-kumarat Pg, pelargonidin; sof, soforosa; glu, glukosa; rut, rutinosa; Cy, sianidin; gal, galaktosa; xil, xilosa. Sumber: Giusti dan Wrolstad (2003).
Reaksi kopigmentasi dapat dideteksi melalui efek hiperkromik (ΔA), terjadi peningkatan absorbans spektra pada λvis-maks dan pergeseran batokromik (Δλvis-maks), terjadi pergeseran panjang gelombang (nm) lebih tinggi pada absorbans spektra maksimum (λvis-maks) (Eiro & Heinonen 2002). Kopigmentasi dapat menyebabkan pergeseran batokromik dari warna merah ke biru (Francis 1989). Gambar 2.8 menunjukkan terjadinya perubahan panjang gelombang pada absorbans maksimum (pergeseran batokromik) dan intensitas warna (efek hiperkromik) untuk fraksi kaya antosianin dari beras hitam yang dikopigmentasi dengan asam ferulat (Yawadio & Morita 2007).
15
Gambar 2.8 Efek hiperkromik dan pergeseran batokromik antosianin beras merah yang dikopigmentasi dengan asam ferulat. = kontrol, -●- = 2 mg/ml asam ferulat, -О- = 4 mg/ml asam ferulat, -▲- = 6 mg/mL asam ferulat (Yawadio & Morita 2007). Peranan Antosianin Antosianin telah digunakan secara luas sebagai pewarna alami untuk pangan selain kurkumin, lutein, karotenoid, betalain, klorofil, gula karamel, anato (Henry 1996; Bridle & Timberlake 1997; Mateus & Freitas 2009). Antosianin telah banyak digunakan oleh industri makanan untuk mewarnai makanan yang dihasilkan seperti pada produk minuman, confectionary, dessert, snack serta produk pangan lainnya (Henry 1996). Beberapa bahan pangan sudah digunakan secara komersial di Amerika Serikat sebagai bahan baku pewarna alami berbasis antosianin seperti kulit anggur, kubis merah, dan wortel hitam (Delgado-Vargas & Paredes-Lopez 2003). Selain sebagai pewarna, antosianin juga memiliki peranan penting untuk kesehatan manusia (Kong et al. 2003). Konsumsi bahan pangan dan minuman yang mengandung antosianin dapat mengurangi resiko dari beberapa penyakit degeneratif seperti aterosklerosis, penyakit jantung, kanker, dan diabet. Antosianin dikenal sebagai senyawa penangkap (scavenger) radikal bebas dan juga dilaporkan potensial sebagai agensia kemopreventif (Jayaprakasam et al. 2005). Beberapa penelitian telah melaporkan aktivitas biologis dari antosianin seperti seperti aktivitas antioksidan dan scavenging radikal (Wang et al. 1997; Wang et al. 1999, Espin et al. 2000, Kong et al. 2003; Bao et al. 2005), antiinflamasi (Wang et al. 1999), antikarsinogenik (Wang & Mazza 2002; Katsube et al. 2003); antitumor (Kong et al. 2003), antidiabetik (Jayaprakasam et al. 2005), neuroprotektif (Youdim et al. 2000; Galli et al. 2002), antimutagenik dan
16
hepatoprotektif (Kong et al. 2003). Antosianin juga dapat mengurangi resiko penyakit jantung koroner melalui aktivitas vasoprotektif (Lietti et al. 1976) dan penghambatan agregasi platelet (Morazzoni & Magistretti 1990; Ghiselli et al. 1998) dan penghambatan oksidasi lipoprotein LDL (low density lipoprotein) (Abuja et al. 1998; Ghiselli et al. 1998; Heinonen et al. 1998).
Pewarna Pangan
Warna di dalam bahan pangan merupakan salah satu faktor yang penting dalam menentukan kualitas bahan pangan disamping tekstur, rasa, dan atribut sensori lainnya. Warna pada bahan pangan dapat disebabkan oleh pigmen alami atau pewarna yang sengaja ditambahkan (DeMan 1997; Joshi & Brimelow 2002). Warna suatu senyawa organik disebabkan oleh adanya gugus-gugus tertentu dalam molekulnya yang dikenal dengan gugus pembawa warna (gugus kromofor). Dalam suatu senyawa zat warna, bagian dari molekul yang mengandung gugus kromofor disebut kromogen. Untuk menimbulkan warna, cukup dengan adanya satu gugus kromofor pada inti. Suatu zat warna biasanya mengandung lebih dari satu gugus kromofor (Woodroof & Philips 1975). Kromofor mengandung banyak ikatan rangkap terkonjugasi yang dapat menyerap atau memantulkan sinar. International
Food
Information
Council
Foundation/IFIC
(1994)
mendefinisikan pewarna pangan sebagai zat yang digunakan untuk memberikan atau meningkatkan warna suatu produk pangan sehingga menciptakan image tertentu dan membuat produk lebih menarik. Pewarna ditambahkan dalam produk pangan umumnya bertujuan untuk: (1) memperkuat warna yang sudah ada
pada
produk pangan
yang
mempunyai
intensitas warna
rendah,
(2) memperoleh warna yang seragam pada produk pangan, (3) memperbaiki penampakan produk pangan yang warnanya telah berubah akibat pengolahan, (4) memberikan warna pada produk pangan yang tidak berwarna (Henry 1996). Ada tiga tipe dari pewarna pangan organik yaitu pewarna sintetik, identikalami, dan alami. Pewarna sintetik dihasilkan melalui proses sintetis secara kimia. Pewarna identik-alami merupakan pewarna yang disintesis secara kimia sehingga dihasilkan pewarna dengan struktur kimia yang sama seperti pewarna alami misalnya β-karoten, riboflavin, dan kantaxantin. Sedangkan pewarna alami berasal dari sumber-sumber alami yang dapat dimakan/edible (Henry 1996; Delgado-Vargas & Paredes-Lopes 2003). Lebih lanjut menurut Elbe dan
17
Schwartz (1996); Nielsen et al. (2002), ada dua kategori pewarna yaitu certified colorants dan uncertified colorants. Certified colorants merupakan pewarna yang membutuhkan sertifikasi dari FDA (Food and Drugs Administration) untuk penggunaannya di dalam bahan pangan. Pewarna yang termasuk dalam certified colorants adalah pewarna sintetik seperti FD&C dye dan FD&C lake. FD&C dye memiliki sifat mudah larut dalam air sedangkan FD&C lake memiliki sifat tidak mudah larut dalam air/larut dalam minyak. Uncertified colorants merupakan pewarna yang tidak membutuhkan sertifikasi dari FDA untuk penggunaan dalam bahan
pangan.
Pewarna
yang
bebas
dari
sertifikasi adalah
pewarna
alami/pigmen alami (dari tanaman dan hewan) dan pewarna identik-alami seperti β-karoten. Contoh pewarna yang termasuk certified colorants dan uncertified colorant dapat dilihat pada Tabel 2.3 dan 2.4. Tabel 2.3 Certified colorants yang diijinkan untuk digunakan Pewarna FD&C Blue No. 1 FD&C Blue No. 2 FD&C Green No. 3 FD&C Red No. 3 D&C Red No. 40 FD&C Yellow No. 5 FD&C Yellow No. 6
Status Dye
Lake
Tetap Tetap Tetap Tetap Tetap Tetap Tetap
sementara sementara sementara sementara sementara sementara sementara
Sumber: Elbe dan Schwartz (1996).
Tabel 2.4 Pewarna alami (uncertified colorants) untuk makanan dan minuman (didaftar oleh FDA) Pewarna Alami Ekstrak anato a Β-Apo-8’-karotenal a Β-karoten Bubuk bit Kantaxantina Karamel Minyak wortel Cochineal, karmin Tepung biji kapas, dipanggang Jus buah dan sayuran Ekstrak warna anggur Ekstrak kulit anggur Paprika dan oleoresin paprika Riboflavin Safron Kunyit dan oleoresin kunyit a
hanya sebagai pewarna identik-alami Sumber: Henry (1996).
18
Lebih lanjut menurut DeMan (1997), pewarna alami atau pigmen alami dapat digolongkan menjadi beberapa kelas berdasarkan struktur kimia yang berupa turunan tetrapirol (klorofil, heme, bilin), turunan isoprenoid (karotenoid), turunan benzopiran (antosianin dan flavonoid), turunan artifisial (melanoidin dan karamel), dan turunan lainnya seperti betalain. Sedangkan menurut Hendry (1996), pigmen alami diklasifikasikan berdasarkan struktur utamanya meliputi tetrapirol, tetra-terpenoid, kuinon, O-heterosiklik, N-heterosiklik dan metaloprotein. Klasifikasi pigmen alami secara lengkap disajikan pada Tabel 2.5.
Tabel 2.5 Klasifikasi pigmen alami Kelompok
Nama Lain/Umum
Contoh
Tetrapirol
Porfirin dan turunan porfirin
Klorofil Heme Bilin
Tetraterpenoid
Karotenoid
Senyawa O-Heterosiklik
Flavonoid
Kuinon
Senyawa fenolik
Karoten Xantofil Antosianin Flavonol Flavon Antoklor Naftakuinon Antrakuinon Alomelanin Tanin
Senyawa N-heterosiklik
Indigoid dan turunan indol Pirimidin Tersubstitusi
Metaloprotein
Lainnya
Sumber: Hendry (1996).
Betalain Eumelanin Faeomelanin Indigo Pterin Purin Flavin Fenoxazin Fenazin Cu-protein Hemeritrin Hemovanadin Adenokrom Lipofuskin Pigmen fungal
Warna Dominan Hijau Merah Biru-hijau-kuningmerah Kuning-merah Kuning Biru-merah Kuning-putih Putih-krem Kuning Merah-biru-hijau Merah-ungu Kuning-coklat Coklat sampai merah Kuning-merah Hitam-coklat Coklat Biru-merah muda Putih-kuning Putih (buram) Kuning Kuning-merah Kuning-ungu Biru-hijau Merah Hijau Ungu-merah Coklat-abu-abu Bermacam warna, utamanya kuning
19
Radikal Bebas dan Sistem Antioksidan
Radikal bebas didefinisikan sebagai spesies atau molekul yang mengandung satu atau lebih elektron yang tidak berpasangan pada orbital luarnya (Halliwell & Gutteridge 2006). Elektron yang tidak berpasangan selalu mencari elektron lainnya sehingga menjadi berpasangan, sehingga radikal bebas umumnya bersifat reaktif dan menyerang molekul lain. Ada beberapa radikal yang tidak reaktif dan cukup stabil untuk waktu yang lama (Noguchi & Niki 1998). Sebagian besar molekul oksigen reaktif bersifat radikal. Contoh radikal oksigen (spesies oksigen reaktif/SOR) meliputi anion superoksida (O2•-), peroksil (ROO•), alkoksil (RO•), hidroksil (HO•) dan nitrik oksida (NO•). Radikal hidroksil dan alkoksil sangat reaktif dan dengan cepat menyerang molekul lain. Sebaliknya anion superoksida, lipid hidroperoksida, dan nitrat oksida sedikit reaktif. Di dalam organisme hidup terdapat juga spesies oksigen lain yang non-radikal seperti oksigen singlet (1O2), hidrogen peroksida (H2O2), dan asam hipoklorit (HOCl) (Pietta 2000). Spesies oksigen reaktif (SOR) dibedakan menjadi dua yaitu radikal oksigen dan non-radikal turunan dari O2. Dengan kata lain, semua radikal oksigen adalah SOR tetapi tidak semua SOR adalah radikal oksigen (Halliwell & Gutteridge 2006). Pada Tabel 2.6 disajikan beberapa spesies oksigen dan nitrogen reaktif.
Tabel 2.6 Spesies oksigen dan nitrogen reaktif Radikal bebas SOR (spesies oksigen reaktif) Superoksida, O2•Hidroksil, OH• Hidroperoksil, HO2• Peroksil, RO2• Alkoksil, RO• SNR (spesies nitrogen reaktif) Nitrogen dioksida, NO2• Nitrik oksida, NO• Nitarat radikal, NO3• Sumber: Halliwell (2006).
Non-radikal SOR (spesies oksigen reaktif) Hidrogen peroksida, H2O2 Ozon, O3 Oksigen singlet, 1O2 Asam peroksinitrit, ONOOH
SNR (spesies nitrogen reaktif) Asam nitrous, HNO2 Peroksinitrit, ONOO-
Radikal bebas dapat berasal dari sumber endogenus, yaitu dihasilkan pada
reaksi
reduksi
oksidasi
normal
dalam
mitokondria,
peroksisom,
detoksisifikasi senyawa xenobiotik, metabolisme obat-obatan dan fagositasi.
20
Sumber eksogen radikal bebas berasal dari asap rokok, polusi, radiasi, olah raga berlebihan, diet tinggi asam lemak tidak jenuh ganda (ALTJ), reperfusi, dan karsinogen (Langseth 1995; Kevin et al. 2007). Pada keadaan normal, secara fisiologis sel memproduksi radikal bebas sebagai konsekuensi logis pada reaksi biokimia dalam kehidupan aerobik. Radikal bebas tersebut memiliki peran fisiologis pada fagositosis, fertilitas, sintesa DNA dan protein (Halliwell & Gutteridge 1990). Lebih lanjut dijelaskan oleh Pietta (2000); Papas (1998), spesies oksigen reaktif berperan positif secara in vivo yaitu terlibat dalam produksi energi, fagositosis, pengaturan pertumbuhan sel, signaling intercelluler, dan sintesis senyawa-senyawa penting secara biologis. Bagaimanapun, radikal bebas dan SOR sangat berbahaya karena dapat menyerang lemak di dalam membran sel, protein dalam jaringan atau enzim, karbohidrat, dan DNA yang menginduksi oksidasi sehingga menyebabkan kerusakan membran, modifikasi protein (termasuk enzim), dan kerusakan DNA. Kerusakan oksidatif ini berperan sebagai penyebab penuaan dini dan beberapa penyakit degeneratif seperti penyakit jantung, katarak, disfungsi kognitif, dan kanker (Pietta 2000). Lebih lanjut menurut Halliwell dan Gutteridge (1990), dalam upaya penstabilan diri atau pemenuhan keganjilan elektronnya, elektron yang tidak berpasangan pada radikal bebas secara cepat ditransfer atau menarik elektron makromolekul biologis disekitarnya seperti asam lemak tak jenuh ganda (ALTJ), protein, asam nukleat dan asam deoksiribonukleat (DNA). Makromolekul yang teroksidasi akan terdegradasi dan jika makromolekul tersebut merupakan bagian dari sel atau organelnya maka berakibat pada kerusakan sel. Di dalam organisme aerobik yang sehat, produksi spesies oksigen reaktif (SOR) dan spesies nitrogen reaktif (SNR) diseimbangkan oleh sistem pertahanan antioksidan tubuh. Sistem pertahanan antioksidan ini tidak selalu sempurna sehingga keseimbangan terganggu. Kondisi ini disebut sebagai kondisi stres oksidatif, terjadi ketidakseimbangan antara produksi SOR/SNR dan sistem pertahanan antioksidan. Kondisi stres oksidatif ini dapat memicu kerusakan secara oksidatif (Halliwell & Gutteridge 2006). Kerusakan
oksidatif
karena
radikal
bebas dapat
dikurangi
oleh
antioksidan yang diproduksi oleh tubuh (endogenus) dan antioksidan yang diperoleh dari makanan (eksogenus). Antioksidan endogenus meliputi a) sistem pertahan antioksidan enzimatis seperti Se-glutation peroksidase, katalase, dan superoksida dismutase (SOD) yang memetabolisme radikal superoksida,
21
hidrogen peroksida, dan lipid peroksida sehingga mencegah pembentukan radikal toksik hidroksil, serta b) sistem pertahanan antioksidan non-enzimatis seperti glutation, histidin-peptida, melatonin. Antioksidan eksogenus yang berasal dari pangan diperlukan untuk melengkapi efisiensi antioksidan endogenus. Antioksidan yang berasal dari pangan dapat berupa vitamin C, E, A, karotenoid, serta polifenol (Pietta 2000; Papas 1998). Penangkap (scavenger) radikal bebas adalah suatu substansi atau molekul yang dapat bereaksi dengan radikal bebas dan berfungsi menetralkan radikal bebas atau disebut antioksidan. Sistem antioksidan tubuh melindungi jaringan dari efek negatif radikal bebas. Ada 3 kelompok antioksidan dalam tubuh yaitu : 1) Antioksidan primer yang bekerja dengan cara mencegah pembentukan radikal bebas baru. Antioksidan ini mengubah radikal bebas menjadi molekul yang kurang berbahaya sebelum radikal bebas tersebut mempunyai kesempatan bereaksi atau mencegah pembentukan radikal bebas baru dari molekul lain. Contoh antioksidan primer adalah superoksida dismutase (SOD) dan glutation peroksidase (GPx). a.
Superoksida dismutase (SOD) terdapat dalam sitosol dan mitokondria dimana enzim ini mengubah O2•- menjadi hidrogen peroksida (H2O2). 2O2•- + 2H+
H2O2 + O2
b. Glutation peroksidase (GPx) yang mengubah hidrogen peroksida dan lipid peroksida menjadi molekul yang kurang berbahaya sebelum membentuk radikal bebas. 2GSH + H2O2 LOOH + 2GSH
GSSG + 2H2O LOH + GSSG + H2O
GSH mempunyai peran penting dalam metabolisme xenobiotik dan sintesis leukotrin dan ditemukan dalam sel manusia. GPx mengandung selenium yang diperlukan dalam fungsi katalitiknya. 2) Antioksidan sekunder, antioksidan yang menangkap radikal bebas dan mencegah terjadinya reaksi rantai. Contohnya adalah vitamin E (α-tokoferol), vitamin C, β-karoten, asam urat, bilirubin, albumin, serta berbagai macam antioksidan alami yang sudah ditemukan sekarang termasuk antioksidan polifenol yang dapat beraksi menghentikan reaksi radikal bebas (Shahidi & Naczk 1995). Lipid - O2•- + Tokoferol - OH
Lipid – OH + Tokoferol - O2•-
22
Radikal tokoferol akan dihilangkan oleh vitamin C: Tokoferol - O• + Vitamin C
Tokoferol - OH + Vitamin C•
Radikal tokoferol juga dapat dihilangkan oleh ubiquinol dalam mitokondria: Tokoferol -O• + CoQH2
Tokoferol-OH + CoQH•
3) Antioksidan tersier, antioksidan ini akan memperbaiki kerusakan biomolekuler yang disebabkan oleh radikal. Contohnya enzim-enzim yang memperbaiki DNA dan metionin sulfoksida reduktase (Randox 1994; Nabet 1996; Asikin 2001). Mekanisme Antioksidan Polifenol
Senyawa polifenol seperti fenol, asam fenolik, flavonoid, tanin, dan lignan dapat berfungsi sebagai antioksidan (Rice evans et al. 1996; Rice evans et al. 1997; Bravo 1998; Pietta 2000). Menurut Pietta (2000), mekanisme aktivitas antioksidan meliputi (1) menekan pembentukan spesies oksigen reaktif melalui penghambatan aktivitas enzim atau mengkelat trace elemen yang terlibat dalam produksi radikal bebas, (2) scavenging spesies oksigen reaktif, dan (3) melindungi pertahanan antioksidan tubuh. Senyawa flavonoid telah diidentifikasi memberikan mekanisme antioksidan seperti dijelaskan di atas. Flavonoid dapat menghambat aktivitas enzim yang berperan dalam produksi anion superoksida seperti xantin oksidase dan protein kinase. Flavonoid juga dapat menghambat enzim siklooksigenase, lipoksigenase, mikrosomal monooksigenase, glutation Stransferase, mitokondrial
suksinoksidase, dan NADH oksidase yang terlibat
dalam produksi spesies oksigen reaktif. Sejumlah flavonoid juga efektif mengkelat trace logam yang berperan penting dalam metabolisme oksigen. Besi dan tembaga bebas dapat meningkatkan pembentukan spesies oksigen reaktif dan tembaga bebas juga dapat mengoksidasi LDL. Lebih lanjut dijelaskan oleh Bravo (1998), flavonoid adalah senyawa yang sangat efektif terhadap penangkap radikal hidroksil dan peroksil, meskipun efisiensinya sebagai penangkap anion superoksida belum jelas. Polifenol juga merupakan senyawa pengkelat logam dan menghambat reaksi Fenton dan Haber-Weiss, yang merupakan reaksi penting yang menghasilkan radikal oksigen aktif.
23
Flavonoid dapat berperan mengurangi radikal bebas seperti radikal superoksida, peroksil, alkoksil, dan hidroksil dengan menyumbangkan atom hidrogennya: Fl-OH + R•
Fl-O• + RH, Fl-OH adalah flavonoid dan R•
adalah radikal superoksida, peroksil, alkoksil, dan hidroksil. Aroksil radikal (Fl-O•) beraksi dengan radikal lainnya membentuk struktur kuinon yang stabil, Gambar 2.9 (Pietta 2000).
Gambar 2.9 Penangkapan spesies oksigen reaktif/SOR (R•) oleh senyawa flavonoid (Pietta 2000). Efisiensi polifenol sebagai antioksidan tergantung pada struktur kimia. Fenol adalah tidak aktif sebagai antioskidan, tetapi orto- dan para-difenolik mempunyai aktivitas antioksidan. Flavonoid merupakan senyawa antioksidan yang potensial karena memiliki satu atau lebih struktur dasar yang terlibat dalam aktivitas antiradikal/penangkap radikal. Struktur dasar yang berperan efektif dalam penangkap radikal adalah (1) struktur o-dihidroksi pada cincin B yang dapat memberikan stabilitas tinggi ke bentuk radikal dan mengambil bagian dalam delokalisasi elektron , (2) ikatan ganda pada C-2 dan C-3 konjugasi dengan 4-okso pada cincin C yang berperan untuk delokalisasi cincin B, (3) gugus hidroksil pada posisi 3 dan 5 pada cincin A dan C (Gambar 2.10). Kuersetin (flavonol) memiliki struktur yang mengkombinasi ketiga kriteria di atas merupakan antioksidan alami yang potensial. Efektifitas flavonoid sebagai antioksidan juga berhubungan dengan tingkat hidroksilasi (jumlah gugus OH) dan penurunan gugus gula yang berikatan pada flavonoid. Aktifitas antioksidan dari asam fenolik dan esternya tergantung pada jumlah gugus hidroksil. Sedangkan asam
sinamat
terhidroksilasi
adalah
lebih
efektif
sebagai
dibandingkan asam benzoat (Bravo 1998; Rice-Evans 1996).
antioksidan
24
Kuersetin
A
B
C
Gambar 2.10 Struktur dasar utama yang berhubungan dengan aktivitas antioksidan flavonoid (Bravo 1998).
