BAB II TINJAUAN PUSTAKA
2.1 Minyak Dedak Padi 2.1.1 Kandungan Zat dalam Minyak Dedak Padi Minyak dedak padi atau biasa disebut oryza sativa bran oil didapat dari ekstraksi dedak padi. Sama seperti minyak pangan lainnya, minyak dedak padi tersusun atas sejumlah besar trigliserida. Sebagian besar trigliserida yang terkandung dalam minyak dedak padi tersusun atas asam lemak tak jenuh, terutama oleat dan linoleat. Selain itu, minyak dedak mengandung antioksidan berupa vitamin E, dan oryzanol (Putrawan, 2004). Berikut ini akan dijelaskan berbagai kandungan zat yang ada pada minyak dedak padi : 1. Asam lemak tak jenuh Asam lemak tak jenuh adalah asam alkanoat berderajat tinggi (rantai C lebih dari 6) yang memiliki paling sedikit satu ikatan ganda di antara atom-atom penyusunnya. Asam lemak tak jenuh dibutuhkan tubuh manusia karena mengandung energi tinggi dan juga berfungsi sebagai antioksidan. Asam-asam lemak yang tergolong asam lemak tak jenuh antara lain : asam oleat, asam linoleat, asam linolenat. Asam lemak tak jenuh dapat dideteksi dengan pengujian bilangan iodine. Bilangan iodine adalah jumlah massa iodine (dalam gram) yang terabsorb oleh 100 gram minyak (Woodman, 1941). Tiap 1 ikatan rangkap dalam minyak akan mengikat 2 atom iodium atau ekivalen dengan 1 molekul I2, maka untuk setiap 71 gram I2 yang terabsorb berarti ada 6,022 x 1023 ikatan rangkap dalam minyak tersebut.
4
Gambar 2.1 Asam-asam lemak tak jenuh
Kandungan asam lemak bebas minyak dedak padi dan minyak pangan lainnya secara lengkap disajikan dalam table berikut : Tabel 2.1 Kandungan asam lemak bebas dalam minyak dedak padi dibandingkan dengan minyak pangan lainnya Minyak pangan
Palmitat
Stearat
Oleat
Linoleat
Linolenat
Miristat
Arakidonat
( 16 : 0 )
( 18 : 0)
( 18 : 1)
( 18 : 2)
( 18 : 3 )
( 14 : 0 )
( 20 : 0 )
Minyak dedak padi
12 ~ 18
1~3
40 ~ 50
29 ~ 42
0,5 ~ 1
0,4 ~ 1
0
Minyak jagung
8 ~ 12
2~5
14 ~ 49
34 ~ 62
0
0 ~ 1,7
0
Minyak bunga
3~6
1~3
14 ~ 43
44 ~75
0
0
0~4
Minyak wijen
7 ~9
4~5
37 ~ 49
35 ~ 47
0
0
0~1
Minyak kapas
20 ~ 23
1~3
23 ~ 35
42 ~ 54
0 ~ 11
0,5 ~ 1,5
0,2 ~ 1,5
matahari
(sumber: Salunkhe, 1991) 2. Vitamin E Vitamin E adalah salah satu vitamin yang larut dalam lemak yang juga merupakan
5
antioksidan penting yang berguna untuk membantu penyerapan lemak, melindungi tubuh dari serangan radikal bebas yang dapat menyebabkan kanker, dan juga mencegah timbulnya berbagai macam penyakit, seperti katarak, Parkinson dan Alzheimer (Wikipedia.org). Vitamin E alami memiliki delapan jenis isomer, empat di antaranya tocopherol dan empat jenis lainnya tocotrienol, semuanya memiliki cincin chromanol dengan kelompok hidroksil yang dapat melepas atom hidrogen untuk mengurangi radikal bebas. Isomer yang paling banyak dikenal adalah alpha-tocopherol yang memiliki keaktifan paling tinggi. Dosis vitamin E yang dianjurkan oleh U.S. Dietary Reference Intake adalah 15 mg/hari.
Gambar 2.2 Tocopherol-alpha
Gambar 2.3 Tocopherol
Gambar 2.4 Tocotrienol 3. Oryzanol Oryzanol merupakan antioksidan campuran dari ester asam ferulat, sterol dan triterpen alcohol. Oryzanol adalah salah satu jenis senyawa yang dikandung oleh tumbuhan dan memiliki kemampuan sebagai antioksidan. Beberapa jenis oryzanol antara lain α-oryzanol, 6
β-oryzanol dan γ-oryzanol. α-oryzanol memiliki nama jual Oliver Lock. α-oryzanol berwujud lembaran berwarna putih dan digunakan sebagai obat untuk penyakit tekanan darah tinggi. Penggunaannya selama ini hanya berkisar di daerah Jepang. β-oryzanol terdapat pada tanaman shea (Vitellaria paradoxa Butytrospermum
parkii),
sejenis tanaman yang berasal dari Afrika Barat. Biji dari tanaman ini digunakan sebagai bahan baku pembuatan shea butter. γ-oryzanol adalah oryzayl ester dari asam ferulat yang memiliki kemampuan sebagai antioksidan. γ-oryzanol terdiri dari triterpene alkohol ester 3-methoxy-4-hydroxy cinnamat acid berumus molekul (C40H58O4) dan (C41H60O4). γ-oryzanol mudah larut dalam aseton dan asam lemak ester (F.J Cleveland, 1968). γ-oryzanol meleleh pada suhu 136°C (276.8°F), memiliki massa molekul relatif sebesar 602,98 g/mol dan tidak mudah terbakar. γ-oryzanol juga dilaporkan tidak memiliki senyawa racun genetik (genotoxat) dan bebas senyawa karsinogen (US 6410762(2002)). Struktur γ-oryzanol ditunjukkan oleh gambar
Gambar 2.5 Struktur molekul oryzanol (C40H58O4)
γ-oryzanol terdiri dari sepuluh komponen penyusun yang dianalisa menggunakan kromatografi gas. Kesepuluh komponen penyusun ini adalah Δ7-stigmastenyl ferulate, stigmasteryl ferulate, cycloartenyl ferulate, 24-methylenecycloartanyl ferulate, Δ7– campesteryl ferulate, campesteryl ferulate, Δ7-sitostenyl ferulate, sitosteryl ferulate, 7
compestanyl ferulate, dan sitostanyl ferulate. Dari seluruh komponen penyusun tersebut, komponen penyusun terbesarnya adalah cycloartenyl ferulate, 24-methylenecycloartanyl ferulate, dan campesteryl ferulate. Ketiga komponen tersebut terdapat sebanyak ~80% dalam γ-oryzanol. Oryzanol terdapat pada minyak dedak padi Kandungan oryzanol pada minyak dedak padi sebesar 1 ~ 2 % berat. Fungsi oryzanol bagi kesehatan manusia yaitu untuk menurunkan kadar kolesterol dalam darah dan menurunkan resiko terserang sakit jantung kononer. γ-oryzanol juga dapat meningkatkan pelepasan endorphin (penghilang rasa sakit), membantu pertumbuhan, melancarkan sirkulasi darah, menstimulasi sekresi hormon, dan meningkatkan pertumbuhan jaringan otot selama membakar lemak dalam tubuh. Selain itu, γ-oryzanol juga mampu melancarkan peredaran darah, mempercepat metabolisme, dan sebagai antibiotik dan anti bakteri. Senyawa ini juga telah dilaporkan baik untuk penyakit saraf otonom. γ-oryzanol bukan merupakan bahan gizi yang pokok, sehingga tidak ada kasus kekurangan senyawa ini. Tetapi, penambahan senyawa ini pada formula makanan dapat bermanfaat bagi kalangan atlet dan kalangan orang-orang yang memiliki aktivitas dinamik. Selain itu, γ-oryzanol digunakan juga sebagai suplemen penambah konsentrasi, dan memperkuat sistem kesetimbangan tubuh. Namun penggunaan γ-oryzanol secara berlebihan dapat mengakibat kesulitan tidur, iritasi pada kulit, dehidrasi, sakit kepala ringan dan gangguan pencernaan. 4. Fitosterol Fitosterol adalah lemak tumbuh-tumbuhan nabati yang dapat mengurangi penyerapan kolesterol, sehingga kolesterol didalam darah dapat dikendalikan. Dengan mengendalikan kolesterol berarti kita dapat mencegah penyumbatan pembuluh koroner , artinya kita dapat mengurangi kemungkinan serangan jantung. Efek/pengaruh pengendalian kolesterol ini didapat bila kita mengkonsumsi fitosterol sebanyak 0,6 g – 2 g / hari.
8
Gambar 2.6 Struktur ergosterol
Gambar 2.7 Struktur sitosterol 5. Asam phytat Asam phytat merupakan salah satu antioksidan yang sering terdapat pada kacang-kacangan atau biji-bijian yang dapat mencegah atau bahkan mengobati kanker (Wikipedia.org). Selain itu asam phytat juga memiliki memiliki kemampuan untuk mengikat mineral sehingga mengkonsumsi asam phytat secara berlebih dapat mengakibatkan tubuh kekurangan mineral.
9
Gambar 2.8 Struktur asam phytat
6. Asam ferulat Asam ferulat adalah suatu antioksidan yang dapat menetralkan radikal bebas yang banyak terkandung dalam biji dan daun banyak tumbuhan, terutama pada dedak padi-padian. Asam ferulat memiliki banyak manfaat bagi manusia, seperti : mencegah penuaan, mencegah penyakit kanker, menurunkan kadar kolesterol, mencegah osteoporosis, mencegah kerusakan membran sel saraf, meningkatkan performa atletik, dan meningkatkan kekebalan dari penyakit infektif. Dosis yang dianjurkan untuk pengkonsumsian asam ferulat adalah 250 mg/hari.
Gambar 2.9 Struktur asam ferulat
10
Berikut ini disajikan tabel kandungan zat dalam berbagai minyak pangan. Tabel 2.2 Kandungan zat anti-oksidan dalam minyak dedak padi dibandingkan minyak pangan lainnya Minyak
Tocopherol
Tocotrienol
Oryzanol
Total (ppm)
pangan
(ppm)
(ppm)
(ppm)
Minyak dedak
81
336
2000
2417
Canola
51
0
0
51
Minyak bunga
650
0
0
650
487
0
0
487
256
149
0
405
padi
matahari Minyak kacang kedelai Minyak palm
2.1.2 Tahap Produksi Minyak Dedak Padi Dedak padi mengandung 17 ~ 23 % minyak. Ekstraksi dedak padi dilakukan dengan menggunakan pelarut mudah menguap, seperti heksan (Salunkhe, 1991). Minyak dedak hasil ekstraksi (minyak dedak mentah) dipisahkan dari pelarut melalui proses penguapan. Setelah itu dilakukan proses pemurnian yang meliputi: dewaxing, degumming, netralisasi, pemucatan, deodorisasi, dan winterisasi (Cornelius,1980). Penjelasan dari masing-masing tahap tersebut adalah sebagai berikut: 1. Dewaxing Dewaxing adalah penyingkiran lilin dari minyak dedak padi. Salah satu metode 11
dewaxing adalah dengan mengunakan metode sentrifugasi. Lilin memiliki nilai gravitasi spesifik yang mirip dengan minyak dedak padi, sehingga perlu ditambahkan sodium silikiat ke dalam heksan dan minyak dedak padi. Dalam kondisi tersebut, lilin akan berikatan dengan air sehingga lilin akan mudah dipisahkan dari minyak. 2. Degumming Degumming adalah penyingkiran fospolipid, glikolipid, koloid gula dan protein. Penyingkiran gum dilakukan karena gum dapat mempersulit proses netralisasi akibat pembentukan emulsi yang akan terjadi selama proses netralisasi jika gum tidak disingkirkan. Gum juga dapat menyebabkan penyumbatan pada pompa ataupun sistem perpipaan. Metode yang umum dilakukan dalam proses degumming adalah penambahan asam sulfat atau asam fosfat pada temperatur sedang dan diikuti dengan penyaringan. 3. Netralisasi Netralisasi adalah proses pengkondisian kadar asam lemak bebas agar tetap konstan. Netralisasi dilakukan dengan mengkonversi asam lemak bebas menjadi garam sodium dan selanjutnya dipisahkan dengan cara senrifugasi. Metode ini dapat mengakibatkan hilangnya 12 ~ 40% minyak mentah. 4. Bleaching Bleaching adalah proses mencerahkan warna dan meningkatkan stabilitas minyak. Bleaching dilakukan menggunakan karbon teraktifkan atau bleaching earth. 5. Deodorisasi Deodorisasi adalah proses menghilangkan bau peroksida aldehid, dan keton hasil dari degradasi minyak. Proses yang dilakukan adalah sebagai berikut: minyak 12
dipanaskan dari 220 °C sampai dengan 250 °C pada tekanan vakum 3 sampai dengan 5 mmHg. Setelah itu, minyak disaring dan didinginkan hingga 60 °C . 6. Winterisasi Winterisasi adalah proses mendinginkan minyak pada
waktu dan temperatur
tertentu. Winterisasi bertujuan untu menyingkirkan gliserida. Sebagai pendingin digunakan salt brine atau glikol propilen dingin untuk meminimalkan beda temperatur antara temperature refrigasi dan minyak. Pendinginan minyak dilakukan hingga 30 ~ 35 °C secara perlahan pada laju 15 C/12 jam dengan pengadukan lambat kemudian didinginkan kembali hingga 4 ~ 5 °C tanpa pengadukan dan selanjutnya diikuti melting selama 22 ~ 48 jam sehingga minyak mengkristal. Winterisasi dilakukan untuk menghilangkan gliserida jenuh.
2.2 Stabilisasi Minyak Dedak Padi
Stabilisasi dedak padi bertujuan mendeaktivasi enzim lipase yang ada di dalam dedak. Tingginya kadar asam lemak bebas menyebabkan penurunan pada kualitas minyak dedak padi. Asam lemak bebas adalah hasil dari hidrolisis lemak oleh enzim pemecah lemak yang dinamakan enzim lipase. Bilangan asam dapat digunakan untuk mengetahui kadar asam lemak bebas. Bilangan asam adalah jumlah massa KOH (dalam miligram) yang dibutuhkan untuk menetralisasi asam lemak bebas dalam 1 gram minyak.(Woodman, 1941).Enzim lipase tidak aktif ketika berada dalam gabah sebelum penggilingan. Enzim lipase menjadi aktif setelah mengalami kontak dengan udara akibat proses penggilingan. Hal lain yang diakibatkan oleh hidrolisis asam lemak bebas adalah hilang minyak dan bau tengik Hilang minyak akibat enzim lipase dalam dedak dapat mencapai 4 %/hari dan kadar asam lemak bebas dapat meningkat menjadi 10% dalam waktu beberapa jam saja. Semakin tinggi kadar asam lemak bebas, pemurnian minyak dedak menjadi semakin sulit dan ekstraksi minyak
13
dedak menjadi semakin kurang ekonomis. Metode yang digunakan dalam stabilisasi minyak dedak dapat dibagi ke dalam dua bagian yaitu stabilisasi kimia dan stabilisasi fisik : 1. Stabilisasi Kimia Stabilisasi kimia adalah stabilisasi dengan menggunakan senyawa kimia. Salah satu contoh stabilisasi kimia adalah dengan menggunakan HCl dan SO2. Dari semua zat kimia yang diuji, SO2 menunjukkan kapasitas yang paling besar untuk menghancurkan enzim lipase. Enzim lipase dari dedak padi dihancurkan dengan 5 ~ 15 % SO2 selama 5 sampai dengan 10 jam dalam ruang tertutup dan pengeringan dengan sinar matahari (Paten Jepang 1919). Akhir-akhir ini sodium metabisulfit digunakan sebagai sumber sulphur dioksida dalam tes laboratorium. Pencampuran dedak dan metabisulfit menunjukkan karakteristik storage yang memuaskan ( index iodine turun dr 108,8-75,8 dan germ dari 144,8-71,5). Namun, penggunaan SO2 dapat menyebabkan korosi pada peralatan. 2. Stabilisasi fisik Metode stabilisasi fisik terdiri dari: penyimpanan pada suhu rendah, penyimpanan dalam atmosfer inert, iradiasi, dan pemasakan. a. Penyimpanan pada suhu rendah Penyimpanan pada suhu rendah dapat mengurangi kecepatan hidrolisis lemak, tapi tidak menghancurkannya. Aktivitas enzimatik akan berlangsung kembali ketika dedak mencapai temperatur ambient. Penyimpanan dedak pada vacuum flask dengan suhu -70 °C dapat mempertahankan level FFA tanpa deteriorasi selama 15 hari. b. Penyimpanan dalam atmosfer inert Berikut ini adalah beberapa data penyimpanan dedak padi dalam berbagai atmosfer inert :
14
Oksigen bertekanan tinggi dapat mengurangi pertumbuhan lumut, proliferasi serangga dan reaksi oksidasi tapi tidak dapat menghancurkan aktifitas lipolitik.
Penyimpanan dalam atmosfer nitrogen pada suhu ambient (20 °C ~ 25 °C) dapat mengembangkan asam lemak bebas sekitar 40 % dalam 23 hari.
Pengemasan dedak dalam atmosfer karbon dioksida dapat meningkatkan kadar asam lemak bebas sebanyak 40% dalam tiga minggu. Tetapi CO2 dapat menjaga dedak dari serangga dan lumut.
c. Irradiasi Salah satu contoh iradiasi adalah menggunakan sinar gamma. Hasil percobaan menunjukkan bahwa level FFA tetap konstan pada percobaan dengan menggunakan sinar gamma 1,2 x 106 radian. Pada keadaan ini lipase menjadi tidak aktif dan tidak terlihat perubahan pada kuantitas asam lemak dan indeks iodium pada minyak. Namun, teknik irradiasi merupakan teknik yang berbiaya tinggi. d. Pemasakan Metode pemasakan dapat dibagi ke dalam dua bagian yaitu pemasakan tanpa pemasakan kering dan pemasakan basah
Stabilisasi pemasakan kering
Transfer panas ke dalam dedak dapat dilakukan dengan berbagai cara, diantaranya : - mempertahankannya pada temperatur panas - kontak langsung aliran udara panas , dll. Stabilisasi pemasakan kering dapat mengurangi atau mendeaktivasi aktivitas enzimatik karena proses ini dapat mengurangi persentase kelembaban dedak. Pemanasan pada suhu di atas 105 °C akan menggelapkan warna dedak. 15
Beberapa alat stabilisasi yang menggunakan metode ini adalah: - konveyor (drum terbuka) Salah satu contoh alat adalah seperti pada gambar berikut ini:
Gambar 2.10 Konveyor ( drum terbuka )
Stabilisator ini didesain dengan dua konveyor ulir berdiameter masing-masing 22,8 cm dan panjang total 3 m dengan selubung pemanas. Daya totalnya adalah 4,5 hp. Gas pembakaran bersirkulasi melalui selubung dalam arah yang berlawanan dari dedak yang bersirkulasi melalui konveyor. Vent berfungsi untuk memindahkan uap yang dihasilkan dedak. - drum tertutup Salah satu alat contoh alat jenis drum tertutup terdiri dari sebuah silinder metalik horizontal, dengan selubung uap dan dua poros untuk pembakaran dengan kukus bertekanan. Perlengkapan lainnya terdiri dari indikator suhu dan tekanan dan valve. 16
Silinder berputar dengan kecepatan delapan rpm dengan daya 5 hp. Operasi dilakukan dengan muatan sebesar 200 ~ 250 kg. Proses ini akan mengurangi kelembapan dedak sebesar 4 ~ 5 %. Alat tersebut ditunjukkan pada gambar di bawah ini:
Gambar 2.11 Drum tertutup - Extrusion cooker Extrusion cooker berfungsi untuk menonaktifkan enzim dan inhibitor enzim serta merusak mikroorganisme dan serangga. Extruder beroperasi pada rentang temperatur 80 ºC ~ 155 ºC. Berikut ini disajikan gambar alat extrusion cooker:
17
Gambar 2.12 Pemasak ekstrusi untuk stabilisasi tanpa penambaham air
Extruder (extrusion cooker) terdiri dari sistem minyak hidraulik dengan pompa hidrolik, tangki minyak, control valve, dan motor hidraulik. Motor hidrolik mengalirkan umpan dari feed ke masukan ekstruder. Control valve akan mengatur 18
laju alir ke inlet ekstruder dari 0 ~ 50 rpm. Valve akan mengatur temperatur dan kuantitas umpan. Produk akan dialirkan dari satu bagian ke bagian lain ulir ekstuder menggunakan rotor yang berputar dengan kecepatan 500 ~ 1200 rpm.
Stabilisasi pemesakan basah
Air pada stabilisasi ini digunakan dalam bentuk uap yang memiliki fungsi fungsi : a. sebagai sumber pemanasan dedak b. sebagai peningkatan aktivitas air dalam dedak dan mengurangi ketahanan termal dari enzim dan mikro organisme yang dikandung Proses yang berdasarkan pada penggunaan uap dibagi kedalam tiga kelompok: stabilisasi dedak dalam beras sebelum penggilingan, stabilisasi dedak dalam unggun diam, danstabilisasi dedak dalam unggun bergerak 1. Stabilisasi dedak dalam beras sebelum penggilingan Pemanasan padi dalam uap pada 100 °C selama satu menit dapat mencegah pembentukan FFA dalam sekam padi dengan kelembapan 13% jika disimpan selama 15 hari pada suhu 25 °C. Kemampuan sistem dalam mendeaktivasi enzim lipase bergantung pada kondisi pemrosesan dan perlakuan uap. 2. Stabilisasi dedak dalam unggun diam Perbedaan pada kelembaban akan menghasilkan perbedaan pada hasil yang diperoleh. 3. Stabilisasi dedak dalam unggun bergerak Secara umum, waktu minimal yang dibutuhkan untuk menonaktifkan enzim pada dedak dengan menggunakan unggun bergerak adalah tiga menit. Proses ini memakan biaya besar dan sulit untuk menghindari kontaminasi mikroba pada dedak.
19
Beberapa alat yang digunakan pada proses stabilisasi pemesakan basah adalah sebagai berikut: a. screw conveyor untuk kukus langsung dalam unggun bergerak Contoh alat yang menggunakan prinsip kerja kukus langsung dalam unggun bergerak ditunjukkan dalam gambar berikut :
Gambar 2.13 Screw conveyor Karakteristik alat tersebut adalah sebagai berikut : a.
Sistem umpan yang dilengkapi dengan bucket elevator, hopper, dan loading screw
b. Pemasak horizontal dengan selubung uap dan suntikan uap langsung yang dilengkapi dengan sistem agitator 20
c. Pengering horizontal dengan selubung uap yang dilengkapi dengan agiator d. Pengering horizontal cum-cooler dengan selubung uap yang dilengkapi dengan agiator. e. Konveyor pneumatic dengan pemisah siklon dan hopper f. Sistem transmisi g. Sistem control Secara umum, prosesnya adalah dengan memanaskan dedak selama tiga menit dan mengeringkan dedak untuk mengurangi kelembaban dari 14 % menjadi 3 %. b. Uap langsung dalam unggun terfluidakan Peralatan yang menggunakan prinsip uap langsung dalam unggun terfluidakan terdiri dari unit inaktivasi, unit pengering, dan unit pendingin. Alat dan cara kerja disajikan dalam gambar berikut ini:
21
Gambar 2.14 Alat unggun terfluidakan c. Pemasak ekstrusi menggunakan air atau injeksi uap Mesin memiliki diameter dalam sebesar 11,5 cm dengan panjang kurang lebih 1,3 m. Die memiliki celah sebesar 15,8 mm dan shaft berputar pada kecepatan 216 rpm dengan daya 25 hp. Injector air ditempatkan pada jarak 1 meter dari keluaran dan injector uap pada jarak 22
30 cm dari injector air. Dedak dimasukkan ke mesin melalui ulir dan dialirkan sejauh 15 cm dan kemudian diinjeksikan dengan air. Setelah bergerak sejauh 75 cm, dedak diinjeksikan dengan uap. Kelebapan uap akan berkurang sampai 25 % ketika didinginkan dan dikeringkan dalam pengering. Gambar alat disajikan sebagai berikut:
Gambar 2.15 Pemasak ekstrusi untuk stabilisasi menggunakan air
23
