Prosiding Seminar Agroindustri dan Lokakarya Nasional FKPT-TPI Program Studi TIP-UTM, 2-3 September 2015
Kinetika Perubahan Bilangan Oksida Minuman Emulsi dari Pekatan Karoten Minyak Sawit Merah Selama Penyimpanan pada Berbagai Intensitas Cahaya Mursalin1), Surhaini1) dan Ade Yulia1) 1)
Fakultas Teknologi Pertanian Universitas Jambi, Jalan Raya Jambi-Muara Bulian Km.15 Mendalo Darat, Jambi 36122, Telp. 0741-580053 Email:
[email protected]
ABSTRAK Salah satu jenis kerusakan yang potensial terjadi pada produk minuman emulsi selama penyimpanan adalah kerusakan oksidatif yang disebabkan oleh cahaya (foto-oxidative decay). Kerusakan produk pangan karena oksidasi perlu menjadi perhatian khusus, produk oksidasi minyak umumnya berupa prooksidan dan radikal bebas yang sangat reaktif dan berbahaya bagi kesehatan. Bilangan peroksida dapat digunakan sebagai penanda tingkat oksidasi dan kecenderungan kerusakan produk lebih lanjut. Penelitian ini bertujuan untuk mengetahui stabilitas foto-oksidatif minuman emulsi yang diproduksi dari minyak sawit merah dan mengetahui kinetika perubahan bilangan peroksida (PV) produk selama penyimpanan. Penyimpanan dilakukan pada lima macam intensitas cahaya, meliputi ruang gelap (botol dilapisi dengan aluminium foil), lampu dengan intensitas 500, 1000, 1500 dan 2000 lux. Setiap minggu selama 7 bulan, dilakukan pengamatan untuk melihat perubahan PV produk, pengukuran PV dilakukan secara titrasi menggunakan NaOH 0.1 N. Hasil penelitian menunjukkan bahwa selama penyimpanan, PV mengalami peningkatan yang signifikan sejalan dengan semakin tingginya intensitas cahaya yang mengenai produk. Pada sampel yang berada dalam botol transparan, laju peningkatan bilangan peroksida produk minuman emulsi sebesar 0.372 meq O2/kg bahan/minggu dan meningkat dengan persamaan PV = PV awal + t. e(-90.21(1/C) – 0.752) sejalan dengan peningkatan intensitas cahaya (C dalam Lux/meter) dan masa simpan (t dalam minggu). Kata Kunci: bilangan peroksida, foto-oksidatif, minuman emulsi, minyak sawit merah
ABSTRACT One of degradation that potentially occurred in emulsion drink during storage is oxidative degradation due to light (photo-oxidative decay). Degradation of food products because of oxidation needs major concerns since the product of oil oxidation are commonly pro-oxidant and actively free radicals which are hazardous for health. Peroxide value (PV) can be used as oxidation level marker and tendency of further food degradation. The research was aimed to know photo-oxidative stability of emulsion drink produced from red palm oil and to know the kinetics of PV changes during storage. Storage was conducted at five condition of light intensity, in the dark (bottle was covered with aluminiu foil), light with intensity of 500, 1000, 1500 dan 2000 lux. Every week for 7 months, observations were held to see the changes of PV. PVs were measured by titration using NaOH 0.1 N. The results showed that during storage, PV has significantly increased as the higher light intensity hit the products. In a transparent bottle, the samples having the rate of PV increase of 0.372 meq O2/kg material/week and the increase with the equation of PV = PV initial + t. e(-90.21(1/C) – 0.752) as the increasing of light intensity (c in Lux/meter) and storage period (t in week). Keywords: emulsion drink, photo-oxidative, peroxide value, red palm oil
PENDAHULUAN Produk minuman emulsi dari bahan baku minyak sawit merah diperkirakan mempunyai kestabilan oksidatif yang rendah karena adanya kandungan klorofil dalam minyak. Menurut Choe dan Min (2006), klorofil merupakan sensitizer umum yang berperan sebagai promotor fotooksidasi dalam minyak sayur. Setelah menyerap energi dari cahaya, klorofil dapat mentransfer energi ke triplet oksigen (3O2) membentuk oksigen singlet yang lebih reaktif. Oksigen singlet bereaksi cepat dengan C-C tidak jenuh menghasilkan peroksida, menginisiasi autooksidasi radikal bebas konvensional untuk memproduksi lebih banyak hidroperoksida. Selanjutnya minyak yang mengalami fotooksidasi, produk oksidasi akan mengkatalis rantai reaksi oksidasi menghasilkan penurunan mutu minyak (Belitz dan Grosch, 2009). Menurut Anwar et al. (2007), laju reaksi fotooksidasi 1000-1500 kali lebih cepat dibandingkan autooksidasi.
ISBN: 978-602-7998-92-6
A-192
Prosiding Seminar Agroindustri dan Lokakarya Nasional FKPT-TPI Program Studi TIP-UTM, 2-3 September 2015 Pekatan karoten minyak sawit yang dihasilkan dari proses fraksinasi pelarut akan mengandung karoten dengan kisaran 500 – 800 ppm. Dengan kandungan karoten yang tinggi seharusnya produk minuman emulsi mempunyai kestabilan oksidatif yang juga tinggi mengingat β-karoten bersifat sebagai antioksidan alami. Beberapa penelitian melaporkan bahwa karoten memiliki aktivitas antioksidan terutama sebagai quenching oksigen singlet (Kim dan Min, 2008), khususnya pada minyak kedelai (Jung et al., 1991; Lee dan Min, 1991) dan minyak zaitun (Rahmani dan Scallany, 1998). Namun, karotenoid tidak menunjukkan aktivitas antioksidan autoksidasi (Yi et al., 2011) maupun oksidasi suhu tinggi (Schreoeder, 2006). Karotenoid akan memberikan aktivitas antioksidan jika dikombinasikan dengan antioksidan lain seperti tokoferol dalam minyak zaitun (Rahmani dan Scallany, 1998), minyak bunga matahari, minyak repeseed (Haila dan Heinonen, 1994), dan rosmariquinone dalam minyak kedelai (Hall dan Cuppett, 2000). Analisis terhadap kestabilan foto-oksidatif minuman emulsi perlu dilakukan secara intensif untuk menjamin keamanan pangan produk tersebut dari bahan berbahaya berupa produk oksidatif yang reaktif dan karsinogenik. Minuman emulsi, sebagai produk yang mengandung air tinggi (3040%) mudah mengalami kerusakan akibat reaksi hidrolisis, oksidasi, dan polimerisasi. Kerusakan produk ini akan menurunkan nilai gizi bahkan dapat membahayakan kesehatan para konsumennya karena produk lanjut oksidasi adalah prooksidan dan radikal bebas yang sangat reaktif sedangkan produk lanjut dari polimerisasi adalah polimer trigliserida yang tidak tercerna. Ketiga jenis produk lanjut ini, baik prooksidan, radikal bebas, maupun polimer trigliserida bersifat karsinogenik. Penelitian ini bertujuan untuk mengetahui stabilitas foto-oksidatif minuman emulsi yang diproduksi dari minyak sawit merah dan mengetahui kinetika perubahan bilangan peroksida (PV) produk selama penyimpanan sehingga dapat ditentukan status keamanan pangan produk sepanjang waktu simpan. METODE Bahan baku minuman emulsi ini adalah minyak sawit merah yang kadar karotennya dipekatkan dengan cara fraksinasi kering bertingkat tiga. Pada tingkat pertama minyak dipanaskan hingga suhu 70 oC lalu didinginkan perlahan dengan laju 0.5 oC/menit hingga suhu mencapai 22 oC, suhu ini dipertahankan selama setengah jam sampai terbentuk kristal yang selanjutnya dipisahkan dari massa minyak menggunakan filter press. Untuk tingkat kedua, fraksi minyak dari fraksinasi tingkat pertama difraksinasi lagi dengan cara yang sama tetapi pada suhu kristalisasi yang lebih rendah, yaitu 20 oC. Pada fraksinasi tingkat ketiga, fraksi minyak dari fraksinasi tingkat kedua difraksinasi lagi dengan cara yang sama tetapi pada suhu kristalisasi 18 oC. Dengan cara ini maka diperoleh minyak sawit merah dengan kandungan karoten sekitar 1000 ppm. Pembuatan minuman emulsi dilakukan dengan memodifikasi cara Mursalin et al. (2009), yaitu mengatur rasio minyak:air (7:3), menggunakan emulsifier Tween 80 pada konsentrasi 1.25%, mengecilkan ukuran globula lemak dengan nozel bertekanan, homogenisasi dengan mixer, menggunakan bahan tinambah berupa benzoat (0.2%), BHT (200 ppm), EDTA (200 ppm), flavor jeruk (1.5%) dan gula pasir (15%). Karakteristik stabilitas termal oksidatif minuman emulsi selama penyimpanan, dianalisis dengan cara menempatkan produk masing-masing pada pada 5 tingkat kekuatan cahaya yaitu ruang gelap, lampu dengan intensitas 500, 1000, 1500 dan 2000 lux. Lampu yang digunakan adalah lampu flueresens dengan kombinasi power yang diatur sedemikian rupa sehingga menghasilkan intensitas sesuai dengan rancangan penelitian yang telah ditetapkan. Pengukuran intensitas cahaya dilakukan dengan Luxmeter dengan cara trial and error pada posisi dengan jarak tertentu dari lampu sebagai sumber cahaya. Bilangan peroksida ditentukan menurut AOCS Cd 8-53 menggunakan metode bilangan peroksida asam asetat-kloroform (AOCS 1998). Lima gram minyak ditimbang ke dalam 250 ml labu erlenmeyer kering dan ditambahkan 30 mL asam asetat/kloroform (3:2). Labu diaduk dan ditambahkan 0,5 mL larutan KI jenuh. Setelah 1 menit, ditambahkan 30 mL air suling dan 0,5 mL indikator kanji. Larutan ini kemudian dititrasi dengan 0,1N Na 2S2O3 sampai warna biru hilang. Nilai peroksida dinyatakan sebagai miliekuivalen O2 per kg minyak.
ISBN: 978-602-7998-92-6
A-193
Prosiding Seminar Agroindustri dan Lokakarya Nasional FKPT-TPI Program Studi TIP-UTM, 2-3 September 2015 HASIL DAN PEMBAHASAN Menurut Rahmani dan Scallany (1998), paparan cahaya pada minyak menyebabkan kenaikan laju pembentukan peroksida. Hasil penelitian ini menunjukkan kecenderungan yang sama dengan pendapat tersebut. Paparan cahaya pada produk minuman emulsi (dalam botol transparan) mempunyai angka peroksida lebih tinggi dibanding sampel yang terlindung dari paparan cahaya (dibungkus aluminium foil), dan semakin tinggi intensitas cahaya menyebabkan peningkatan angka peroksida yang lebih tinggi (Gambar 1). Fotooksidasi terjadi jika terdapat cahaya, sensitizer dan oksigen triplet. Menurut Scrimgeour (2005), fotooksidasi oleh cahaya pada panjang gelombang mendekati ultraviolet atau sinar tampak membutuhkan sensitizer seperti klorofil, hematoporfirin, riboflavin, eritrosin atau metilen biru. Cahaya akan mengeksitasi sensitizer, sehingga berada pada keadaan triplet yang menyebabkan terjadinya oksidasi C0
C380
PV - PV awal (meq/kg sampel)
14
C500
C1000
C1500
C2000
C-1000 = 0.408t + 0.842 R² = 0.992 C-1500 = 0.445t + 0.534 R² = 0.998
12 10
C-2000 = 0.466t + 0.485 R² = 0.999
8
C-380 = 0.372x + 0.749 R² = 0.992
6
C-500 = 0.400t + 0.646 R² = 0.993 C-0 = 0.345t + 0.317 R² = 0.995
4 2 0 0
5
10
15
20
25
30
Minggu ke-
Gambar 1. Laju peningkatan bilangan peroksida minuman emulsi selama penyimpanan pada berbagai intensitas cahaya. C-O = sampel terlindung dari paparan cahaya (dibungkus aluminium foil), C-380 = sampel dalam botol transparan, C-500 = intensitas cahaya 500 Lx/m, C-1000 = intensitas cahaya 1000 Lx/m, C-1500 = intensitas cahaya 1500 Lx/m, C-2000 = intensitas cahaya 2000 Lx/m Paparan cahaya menyebabkan terjadinya fotooksidasi yang menginisiasi oksidasi berantai penyebab kerusakan minuman emulsi. Ketika produk minuman emulsi terpapar cahaya, maka energi dari cahaya tersebut akan diserap oleh klorofil singlet yang merupakan satu-satunya sensitizer dalam produk minuman emulsi, sehingga klorofil tersebut tereksitasi. Melalui emisi atau persilangan antar sistem, maka klorofil singlet tereksitasi menjadi klorofil triplet tereksitasi yang mampu mentransfer energi yang dimilikinya kepada oksigen triplet, sehingga oksigen triplet berubah menjadi oksigen singlet. Oksigen singlet tersebut dapat langsung bereaksi dengan asam lemak tidak jenuh, menghasilkan hidroperoksida (LOOH). Pada Gambar 1 terlihat bahwa bahwa intensitas cahaya yang semakin meningkat akan menyebabkan laju peningkatan bilangan peroksida produk minuman emulsi yang semakin meningkat pula. Pada sampel terlindung dari paparan cahaya (dibungkus aluminium foil), laju peningkatan bilangan peroksida produk minuman emulsi sebesar 0.345 meq O2/kg bahan. Pada sampel yang berada dalam botol transparan, laju peningkatan bilangan peroksida produk minuman emulsi sebesar 0.372 meq O2/kg bahan. Pada intensitas cahaya 500 Lx/m laju peningkatan bilangan peroksida produk minuman emulsi sebesar 0.400 meq O2/kg bahan. Pada intensitas cahaya 1000 Lx/m laju peningkatan bilangan peroksida menjadi 0.408 meq O2/kg bahan, pada
ISBN: 978-602-7998-92-6
A-194
Prosiding Seminar Agroindustri dan Lokakarya Nasional FKPT-TPI Program Studi TIP-UTM, 2-3 September 2015 intensitas cahaya 1500 Lx/m meningkat menjadi 0,445 meq O2/kg bahan dan pada intensitas cahaya 2000 Lx/m meningkat kembali menjadi 0,466 meq O2/kg bahan. Analisis kinetika lebih lanjut dengan metode grafik dengan menganalogikan intensitas cahaya serupa dengan suhu pada persamaan Arrhenius menghasilkan ilustrasi hubungan antara intensitas cahaya dengan laju peningkatan bilangan peroksida dalam produk minuman emulsi seperti terlihat pada Gambar 2. 0.00 -0.20
Ln(k)
-0.40
Ln(k) = -90.21(1/C) - 0.752 R² = 0.863
-0.60 -0.80 -1.00 -1.20 0.0000
0.0005
0.0010
0.0015
0.0020
0.0025
0.0030
1/C
Gambar 2. Hubungan antara laju peningkatan bilangan peroksida minuman emulsi (k) dengan intensitas cahaya yang diterapkan (C) selama penyimpanan Gambar 2 menunjukkan hubungan antara intensitas cahaya (1/C) dengan nilai logaritma dari laju peningkatan bilangan peroksida (Ln k), hubungan tersebut diekspresikan sebagai: Ln(k) = -90.21(1/C) – 0.752 atau k = e(-90.21(1/C) – 0.752) Dengan demikian, model persamaan peningkatan bilangan peroksida minuman emulsi selama penyimpanan pada intensitas cahaya tertentu (PV = PV awal + kt ) adalah: PV = PV awal + t. e(-90.21(1/C) – 0.752) dimana PV adalah bilangan peroksida, t adalah lama penyimpanan (dalam minggu) dan C adalah intensitas cahaya yang diterapkan (C dalam Lux/meter). Besarnya energi aktivasi (Ea) untuk reaksi peningkatan bilangan peroksida sebagai pengaruh dari intensitas cahaya selama penyimpanan adalah 0.75x103 J/mol. Nilai ini lebih jauh lebih rendah jika dibandingkan dengan Ea untuk reaksi yang sama yang disebabkan oleh paparan panas (Ea = 6.88x103 J/mol) (Mursalin et al. 2009); hal ini mengindikasikan bahwa laju peningkatan bilangan peroksida lebih dipengaruhi oleh cahaya dibandingkan dengan oleh panas. KESIMPULAN DAN SARAN Kesimpulan Cahaya sangat berpengaruh terhadap pembentukan peroksida pada produk minuman emulsi selama penyimpanan. Laju peningkatan bilangan peroksida terendah teramati pada penyimpanan di dalam botol yang dibungkus aluminium foil (intensitas cahaya 0 Lx/m) yaitu 0.345 meq O2/kg produk/minggu. Laju peningkatan bilangan peroksida produk minuman emulsi semakin meningkat sebanding dengan nilai eksponensial dari -90.21 per intensitas cahaya yang mengenainya. Berdasarkan bilangan peroksida terukur pada produk selama penyimpanan yang masih tinggi di semua intensitas cahaya, minuman emulsi yang dihasilkan pada penelitian ini mempunyai stabilitas foto-oksidatif yang relatif masih rendah. Konsekuensi dari rendahnya stabilitas foto-oksidatif
ISBN: 978-602-7998-92-6
A-195
Prosiding Seminar Agroindustri dan Lokakarya Nasional FKPT-TPI Program Studi TIP-UTM, 2-3 September 2015 produk selama penyimpanan adalah bahwa masa simpan (kadaluarsa) produk perlu diperhatian secara khusus agar produk dapat dikonsumsi secara aman. Saran Setelah diketahui secara akurat stabilitas oksidatif produk minuman emulsi yang dihasilkan pada penelitian ini, maka untuk keamanan produk disarankan untuk (1) Menggunakan botol gelap sebagai wadah produk agar dapat mengurangi intensitas cahaya yang memaparinya selama penyimpanan dan distribusi. (2) Head space dalam botol kemasan minuman emulsi sebaiknya dipenuhi dengan gas N2 agar sediaan O2 dalam sistem menjadi minimal dan kerusakan oksidatif produk selama penyimpanan dapat dicegah. (3) Segera menyimpan produk pada suhu rendah (suhu refrigerator) sesaat setelah produksi dan tetap menjaga suhu penyimpanan tersebut hingga produk siap untuk dikonsumsi.
DAFTAR PUSTAKA Anwar F, Chatha SAS, Hussain A. 2007. Assessment of oxidative deterioration of soybean oil at ambient and sunlight storage. Grasas Y Aceites 58:390-395. [AOCS] American Oil Chemists’ Society. 1998. Official Methods and Recommended Practices of the AOCS. 5th ed. Champaign, Ill.: AOCS. Belitz HD, Grosch W. 2009. Food Chemistry 4th Revised and Extended Edition. Springer-Verlag Berlin Heidelberg. Choe, E., Min, D.B. 2006. Mechanisms and factors for edible oil oxidation. Comprehensive Reviews in Food Science and Food Safety 5:169-86. Haila K, Heinonen M. 1994. Action of -carotene on purified rapeseed oil during light storage. Lebensm-Wiss u-Technol. 27:573-577. Hall III CA, Cuppett SL. 2000. Rosmariquinone Interactions in Autoxidation and Light-Sensitized Oxidation of Stripped Soybean Oil. JAOCS 77:937-943. Jung, M., Choe, E., Min, D.B. 1991. a-, γ-and d-tocopherol effects on chlorophyll photosensitized oxidation of soybean oil. J Food Sci 56:807-10. Kim, H.J, Lee, H.O., Min, D.B. 2007. Effects and prooxidant mechanisms of oxidized tocopherol on the oxidative stability of soybean oil. J Food Sci 72:c223-230. Lee SH, Min DB. 1991. Effects, Quenching Mechanisms, and Kinetics of Nickel Chelates in Singlet Oxygen Oxidation of Soybean Oil. J. Agric. Food Chem.39:642-646 Mursalin, Surhaini, dan A. Nizori. 2009. Pengaruh formulasi minyak:air, jenis dan konsentrasi emulsifier dalam pembuatan minuman emulsi dari pekatan karoten minyak sawit hasil saponifikasi. Laporan penelitian hibah bersaing. Fakultas pertanian Universitas Jambi (Tidak dipublikasikan). Rahmani M, Scallany AS. 1998. Role of minor constituents in the photooxidationof virgin olive oil. JAOCS 75:837-843. Schroeder, M.T., Becker, E.M., Skibsted, L.H. 2006. Moleculer Mechanism of Antioxidant Synergism of Tocotrienols and Carotenoids in Palm Oil. J. Agric. Food Chem. 54, 34453453. Scrimgeour C. 2005. Chemistry of fatty acis dalam Bailey’s Industrial Oil and Fat Products. 6th ed., vol.1. John Wiley & Sons, Inc., Hoboken, New Jersey. Yi, J., Andersen, M.L. Skibsted, L.H. 2011. Interactions between tocopherols, tocotrienol and carotenoids during autooxidation of mixed palm olein and fish oil. Food Chemistry. 127:1792-1797.
ISBN: 978-602-7998-92-6
A-196
