ISOLASI DAN KARAKTERISASI KARAGINAN DARI ALGA MERAH Eucheuma cottonii DENGAN METODE PENGENDAPAN GARAM ALKALI (Skripsi)
Oleh ARYA RIFANSYAH
FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM UNIVERSITAS LAMPUNG BANDAR LAMPUNG 2016
ABSTRAK ISOLASI DAN KARAKTERISASI KARAGINAN DARI ALGA MERAH Eucheuma cottonii DENGAN METODE PENGENDAPAN GARAM ALKALI
Oleh
ARYA RIFANSYAH
Telah dilakukan isolasi karaginan dari alga merah Eucheuma cottonii dengan metode pengendapan garam alkali. Garam alkali yang digunakan yaitu NaCl, KCl dan CaCl2. Isolasi ini diawali dengan penentuan konsentrasi optimum larutan alkali dan garam alkali. Konsentrasi optimum larutan alkali dan garam alkali (agen pengikat) adalah masing-masing sebesar 5 dan 2%. Larutan garam alkali yang dapat digunakan dalam proses presipitasi karaginan dari alga merah Eucheuma cottonii hanyalah larutan KCl, hal ini dikarenakan alga merah Eucheuma cottonii hanya sensitif terhadap ion K+. Sifat kimia dan fisik karaginan yang diperoleh berdasarkan parameter rendemen sebesar 28,2%; viskositas sebesar 14,3 cP; kadar air 6,13% dan kadar abu sebesar 29,78%. Karakterisasi dengan menggunakan spektrofotometer IR menunjukkan bahwa senyawa hasil sintesis adalah karaginan jenis kappa. Hal ini ditunjukkan dengan adanya serapan pada daerah 925,83 cm-1 dan pada daerah 848,68 cm-1. Analisis termal menggunakan TGA menunjukkan bahwa senyawa karaginan dengan KOH 5% terdekomposisi pada suhu 210oC sampai dengan 330oC dan dengan KOH 9% terdekomposisi pada suhu 210oC sampai dengan 380oC.
Kata kunci : Isolasi, karaginan, Eucheuma cottonii, garam alkali, spektrofotometer IR, Thermal Gravimetry Analyzer (TGA)
ABSTRACT ISOLATION AND CHARACTERIZATION CARRAGEENAN FROM RED ALGAE Eucheuma cottonii WITH ALKALI SALT PRECIPITATION METHOD By
ARYA RIFANSYAH
Carrageenan isolation from the red algae Eucheuma cottonii have been performed using alkali salt precipitation method. Alkali salt used is NaCl, KCl dan CaCl2. Isolation begins with the determination of the optimum concentration of alkali and alkali salt. The optimum concentration of alkali solution and alkali salt is at 5 and 2%, respectively. Alkali salt solution that is useful in the process of precipitation carrageenan from red algae Eucheuma cottonii only KCl solution, this is due to the red algae Eucheuma cottonii only sensitive towards K+ ions. The chemical and physical properties of carrageenan obtained based on the parameters yield of 28,2%; viscosity of 14,3 cP; moisture content of 6,13% and ash content of 29.78%. Characterization using IR spectrophotometer showed that the compounds synthesized are kappa carrageenan types. Indicated by their absorption at 925.83 cm-1 and 848.68 cm-1 region. Thermal analysis using TGA showed that carrageenan compound with 5% KOH decomposes at temperatures up to 210oC to 330oC and 9% KOH decomposes at temperatures up to 210oC to 380oC.
Keywords : Isolation, carrageenan, Eucheuma cottonii, alkali salts, IR spectrophotometer, Thermo Gravimetric Analyzer (TGA)
ISOLASI DAN KARAKTERISASI KARAGINAN DARI ALGA MERAH Eucheuma cottonii DENGAN METODE PENGENDAPAN GARAM ALKALI Oleh
Arya Rifansyah
Skripsi Sebagai Salah Satu Syarat untuk Mencapai Gelar SARJANA SAINS Pada Jurusan Kimia Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam
FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM UNIVERSITAS LAMPUNG BANDAR LAMPUNG 2016
:i' .r.
.t
Judul Skripsi
KARAGINAN DARI,IT"C* '
.
Eaeh*w*ea eot*tnii DENGAII METODE
. . . PIENGENDAPA}{
' Nama i i:.,,1:.-
:',',. :
l tt
Nomor Pokok Mahasiswa Jurusanrt'" : : ,r 1 r
i ,'
'., :
.-
I :: :.
:
tZt:OttOOS . "' ':
,
:,'Kil11ig,.,,.,,l--:.1,,
'
: 1..
'
:Arya$lf4nsyth
:
..',,,,,-,
GABAM ALKALI
I
:.,, '
,1
.'
i, i''
,:
,.
. ,ll.;.'
Fakultas
: Mateffiadkd,i*aa IImu Pengetahuan
AIam
'
ME\\'F]TT:JUI 1. Komisi Pembimbing
Andi Setiawan, Ph.I) NIP 1 9580922198811 1 00i
Prof,,I) l\iIP ig
ihn Hendri, M.S. 1021198703 1001
2. Ketua Jurusan Kimia
-%"JDr. Eng srrip66-*vi yuw.ono ,M.T
N[' 197407052()000] i001
n/
{rL
i-i',r
e
${ENGESAIIKAN
Bukan Pembi
Tanggal Lulus Ujian
Skripsi 24 Juni 2016
RIWAYAT HIDUP Penulis dilahirkan di desa Pengayunan Kabupaten Pesawaran, pada tanggal 1 Juli 1994, sebagai anak sulung dari tiga bersaudara yang merupakan buah hati dari pasangan Bapak Helmi Syahroni dan Ibu Misyatun. Penulis menyelesaikan pendidikan Sekolah Dasar di SDN 4 Pagelaran pada tahun 2006, dan Sekolah Menengah Pertama di SMPN 1 Pagelaran pada tahun 2009. Penulis Kemudian menyelesaikan pendidikan Sekolah Menengah Atas di SMAN 1 Pagelaran pada tahun 2012. Pada tahun 2012 penulis diterima sebagai mahasiswa Jurusan Kimia Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam Universitas Lampung melalui Jalur Penerimaan Mahasiswa Perluasan Akses Pendidikan (PMPAP). Selama menjadi mahasiswa, penulis memiliki pengalaman sebagai asisten praktikum Sains Dasar untuk Jurusan Ilmu Komputer FMIPA pada tahun 2014 dan asisten praktikum Kimia Dasar untuk Jurusan Kimia FMIPA pada tahun 2015. Penulis pernah memperoleh bantuan biaya pendidikan peningkatan prestasi akademik (BBP-PPA) pada tahun 2013, 2014 dan 2015 serta bantuan Beastudi Lampung Peduli (BLP) pada tahun 2014/2015. Penulis juga aktif di Lembaga Kemahasiswaan Himpunan Mahasiswa Kimia (HIMAKI) FMIPA Unila sebagai Anggota Bidang Sains dan Penalaran Ilmu Kimia (SPIK) periode 2013/2014 dan 2014/2015.
Renungan…… Boleh jadi kamu membenci sesuatu, padahal ia amat baik bagi kamu. Dan boleh jadi kamu mencintai sesuatu, padahal ia amat buruk bagi kamu. Allah Maha mengetahui sedangkan kamu tidak mengetahui (Al-Baqarah : 216).
Allah akan meninggikan derajat orang-orang yang beriman diantara kamu dan orang-orang yang memiliki ilmu pengetahuan (Al-Mujadillah : 11).
Jika pikiran saya bias membayangkannya, hati saya bias menyakininya, saya tahu saya akan mampu menggapainya (Jesse Jackson)
Jika memiliki seribu ide dan hanya satu yang bagus, saya puas (Alfred Bernhard) Jikalau Engkau tertimpa musibah bersedihlah seperlunya dan jika Engkau mendapat keberuntungan berbahagialah secukupnya serta bersyukurlah (Arya Rifansyah)
PERSEMBAHAN Dengan mengucapkan Alhamdulillah, tiada sanjungan dan pujian yang berhak diucapkan, selain hanyya kepada Allah SWT., Dzat yang maha luas ilmunya; Sholawat serta salam kepada Rosulullah Muhammad SAW., seorang insan yang sangat luar biasa yang patut dijadikan tauladan oleh seluruh umat manusia; dan dengan segala kerendahan hati, kupersembahkan karya kecilku ini kepada : Ibuku tercinta (Orang paling berjasa, penyemangat yang luar biasa, yang selalu berdo’a untuk kesuksesanku) sebagai wujud baktiku Adik-adikku tersayang Agung Ardiansyah dan Anggi Marsya yang selalu memberikan keceriaan dan semangat untukku Seluruh keluarga besarku yang selalu memberikan bantuan, dukungan dan motivasi Almamater tercinta Kimia FMIPA Unila
SANWACANA
Bismillahirrohmaanirrohiim
Puji syukur penulis panjatkan kehadirat Allah Subhanahu wata’ala karena atas rahmat dan hidayah-Nya, penulis dapat menyelesaikan skripsi yang berjudul
“Isolasi dan Karakterisasi Karaginan dari Alga Merah Eucheuma cottonii dengan Metode Pengendapan Garam Alkali”.
Dalam menyelesaikan skripsi ini, penulis banyak mendapat masukan, bantuan, bimbingan, dorongan, saran, dan kritik dari berbagai pihak. Pada kesempatan ini, dengan segenap kerendahan hati penulis ingin mengucapkan terimakasih setulustulusnya kepada:
1. Andi Setiawan, Ph.D. selaku pembimbing utama yang telah memberikan banyak waktunya untuk membimbing penulis dengan sabar, memberikan banyak ilmu pengetahuan, saran, arahan, dukungan moral serta motivasi kepada penulis selama penyusunan skripsi ini. 2. Prof. Dr. John Hendri, M.S. selaku pembimbing kedua, atas kesediaan waktu, memberikan petunjuk, bimbingan, saran, serta nasihat dalam menyelesaikan skripsi ini
3. Dr. Eng. Suripto Dwi Yuwono, M.T. selaku pembahas yang telah banyak memberikan ilmu pengetahuan, saran dan kritik yang membangun demi terselesainya skripsi ini. 4. Dr. Zipora Sembiring, M.Si. selaku pembimbing akademik atas bantuan dan bimbingannya selama ini kepada penulis. 5. Dr. Eng. Suripto Dwi Yuwono, M.T. selaku ketua jurusan Kimia Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam Universitas Lampung. 6. Prof. Warsito, S.Si., DEA., Ph.D selaku Dekan Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam Universitas Lampung. 7. Seluruh dosen dan staf administrasi di jurusan Kimia Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam Universitas Lampung. 8. Ibu Misyatun atas doa, kasih sayang, ketulusannya, segala usaha, kerja keras serta tetesan air mata yang selalu tercurah. Terimakasih untuk semuanya, Semoga Allah memberikan memberikan keselamatan dan kesehatan. 9. Adik-adikku tersayang Agung dan Anggi atas do’a, perhatian dan dukungan selama ini yang tidak pernah berhenti. Semoga Allah memberikan segala yang kalian inginkan. 10. Keluarga Besar : Ende, Uwok, Pakde, Bude, Om, Bibi, Sepupu-sepupuku, keponakanku, terimakasih atas do’a yang diberikan. 11. Fenti Visiamah, sahabatku sejak SMA sampai sekarang. Terimakasih atas bantuannya hingga saya dapat kuliah di Universitas Lampung. Sukamto dan Arif Nur Hidayat, sahabatku yang selalu membantu, mendukung, dan peduli terhadap penulis. Terimakasih atas kebersamaan dan persaudaraan yang terjalin selama ini.
12. Sofian Sumilat R., Edi Suryadi dan Suwarda D.I. Dela sahabat dan rekan penelitian yang luar biasa, atas kerjasama, bantuan, kepedulian dan kebersamaanya. Kak Raffel, Kak Ramos, Kak Ivan dan Kak Jeje yang luar biasa membimbing dan membantu serta selalu mengingatkan penulis untuk menyelesaikan penelitian. 13. Siti Nur Halimah, R. Rio S., Ana M., Eka H., atas persahabatan dan kebersamaannya. Terimasih atas rangkaian bunganya yang sangat indah. 14. Teman-teman PMPAP Arif N.H., Murni Fitria, Indry Yani Saney, atas bantuan kepedulian dan kebersamaannya. Erlita A., Jean P., dan Radius U.A., atas persaudaraannya. 15. Bujang Kafein Kimia (2012) : Adi S., Adityan Sulung S., Agus A., Arif N.H., Derry V., Edi S., Feby Rinaldo P.K., Ferdinand H.S., Kh. Anwar, M. Rijal R., Radius U.A., Riandra P.U., Rifki H.K., R. Rio S., Sofian S.R., Sukamto, Tiand R., Tri M., dan Zubaidi, atas persahabatan, kebersamaan dan kekeluargaan yang terjalin selama ini. 16. Wanita Glukosa Kimia (2012) : Ajeng W., Ana M.K., A. Welda, Atma I.N., A. Imani, A. Setianingrum, Deborah J., Dewi A.F., Diani I.M., Dwi A., Eka H., Elsa Z., Erlita A., Febita G., Fenti V., Fifi A., Indah W.P., Indry Y.S., Intan M., Ismi K., Jean P., M. Ulfa, Meta F.B., Murni F., Nila A.N., P. Ramadhona, R. Putriyana, Ruliana J.A., Ruwaidah M., S. Aisyah, S. N. Halimah, Susy I.H., Suwarda D.I. Dela, Syathira A., Tazkia N., Tiara D.A., Tiurma Debora S.,
Ulfatun N., Wiwin E.S., Yepi T., dan Yunsi’U N., atas persahabatan, kebersamaan dan kekeluargaan yang terjalin selama ini. 17. Tri, Dewi dan Intan, yang telah berbagi dosen pembimbing. 18. Riya Acin dan Dela, terimakasih atas kerjasama, persahabatan, dan kebersamaannya. Semoga kita semua berhasil setelah ini. 19. Keluarga Lampung Peduli : Pak Panji, Mbak Rini, Kak Umar, terimakasih atas bantuan dan ilmu yang diberikan kepada penulis yang bermanfaat. Kak Anwar, Abiezar, Yuli, Ali, Yusuf, Sodri, Angga, Lejar, Penja, Minatun, Arif G. dan Romadhon, atas persahabatan, kebersamaan, dan kekeluargaan yang terjalin selama ini. 20. Teman-teman KKN : Andi, Dewi, Dwi, Mbak Elsa, Lita, dan Tutut, atas kebersamaan dan kekeluargaannya selama 2 bulan di Tiyuh Pagar Dewa Tulang Bawang Barat. 21. Keluarga besar HIMAKI FMIPA, Kimia 2010, 2011, 2012, 2013 atas kebersamaan dan kekeluargaanya selama ini. 22. Semua pihak yang tidak dapat penulis sebutkan satu persatu yang secara tulus memberikan bantuan moril dan materil kepada penulis.
Bandar Lampung, 20 Juni 2016 Penulis
Arya Rifansyah
i
DAFTAR ISI
Halaman
DAFTAR ISI ............................................................................................................ i DAFTAR TABEL ...................................................................................................iii DAFTAR GAMBAR ...............................................................................................iv I. PENDAHULUAN A. Latar Belakang ............................................................................................1 B. Tujuan Penelitian ........................................................................................4 C. Manfaat Penelitian .....................................................................................4 II. TINJAUAN PUSTAKA A. Rumput Laut ………………………………………………………… .. . ...5 B. Rumput Laut Merah (Eucheuma cottonii) ..................................................6 C. Karaginan ...................................................................................................7 1. Pengertian Karaginan ..............................................................................7 2. Jenis – Jenis Karaginan ...........................................................................8 3. Sifat – Sifat Karaginan ............................................................................10 4. Kegunaan Karaginan ...............................................................................14 5. Ekstraksi Karaginan ................................................................................16 D. Karakterisasi ...............................................................................................18 Fourier Transformed Infrared Spesctroscopy (FT-IR) ...............................18 TG/DTA (Thermogravimetric-Differential Thermal Analysis) ..................21 III. METODOLOGI PENELITIAN A. Waktu dan Tempat .....................................................................................23 B. Alat dan Bahan ...........................................................................................23 C. Metode Penelitian .......................................................................................24 1. Preparasi Sampel .................................................................................24 2. Penentuan Konsentrasi Larutan Alkali dan Garam Alkali....................24
ii
3. Isolasi Karaginan Menggunakan Garam NaCl dan CaCl2 ...................26 4. Analisa Sifat Fisik Karaginan ..............................................................27 a. Rendemen .........................................................................................27 b. Viskositas .........................................................................................27 c. Kadar Air...........................................................................................28 d. Kadar Abu ........................................................................................28 5. Karakterisasi Isolat Karaginan ............................................................29 a. Karakterisasi Isolat Karaginan dengan Spektrofotometer IR ...........29 b. Karakterisasi Isolat Karaginan dengan TG/DTA .............................29 IV. HASIL DAN PEMBAHASAN A. Preparasi Sampel .....................................................................................30 B. Penentuan Kosentrasi Larutan Alkali dan Garam Alkali ........................30 1. Penentuan Konsentrasi Garam Alkali Optimum dengan KCl ..........31 2. Penentuan Konsentrasi Alkali Optimum dengan KOH ....................33 C. Isolasi Karaginan Menggunakan Garam NaCl dan CaCl2 ......................35 D. Analisa Karaginan ...................................................................................37 1. Rendemen ..........................................................................................37 2. Viskositas ..........................................................................................38 3. Kadar Air ...........................................................................................39 4. Kadar Abu .........................................................................................40 E. Karakterisasi Isolat Karaginan ................................................................41 1. Karakterisasi Menggunakan Spektrofotometer IR ............................41 2. Karakterisasi Menggunakan TGA .....................................................44
V. KESIMPULAN DAN SARAN A. Kesimpulan .............................................................................................47 B. Saran ........................................................................................................48 DAFTAR PUSTAKA ..............................................................................................49 LAMPIRAN .............................................................................................................53
DAFTAR TABEL
Tabel
Halaman
1. Daya Kelarutan Karagenan Pada Berbagai Media Pelarut ...................................11 2. Stabilitas Karaginan dalam Berbagai Media Pelarut ............................................14 3. Serapan Spektrofotometri IR pada Karaginan ......................................................20 4. Hasil Pengamatan Variasi Konsentrasi Larutan KCl ...........................................31 5. Berat Karaginan Hasil Ekstraksi Larutan Alkali ..................................................33 6. Bilangan Gelombang untuk Karaginan dengan Perbandingan Konsentrasi Larutan KOH ....................................................................................43 7. Data Rendemen Karaginan....................................................................................55 8. Data Viskositas Karaginan ...................................................................................56 9. Data Kadar Air Karaginan ....................................................................................57 10. Data Kadar Abu Karaginan .................................................................................58
DAFTAR GAMBAR
Gambar
Halaman
1. Rumput laut merah basah dan kering ...................................................................6 2. Struktur dasar kappa karaginan ............................................................................8 3. Struktur dasar iota karaginan ................................................................................9 4. Struktur dasar lambda karaginan ..........................................................................9 5. Alat FTIR .............................................................................................................19 6. Prinsip Kerja Spektrofotometer IR .......................................................................20 7. Alat TG/DTA .......................................................................................................22 8. Sampel Rumput Laut Halus ..................................................................................30 9. Karaginan Hasil Ekstraksi .....................................................................................33 10. Reaksi Pembentukkan Kappa Karaginan .............................................................35 11. Perbandingan Konsentrasi KOH terhadap Rendemen Karaginan .......................37 12. Perbandingan Konsentrasi KOH terhadap Viskositas Karaginan ........................38 13. Perbandingan Konsentrasi KOH terhadap Kadar Air Karaginan ........................39 14. Perbandingan Konsentrasi KOH terhadap Kadar Abu Karaginan .......................40 15. Perbandingan Spektrum IR Karaginan Hasil Isolasi dengan Karaginan Standar................................................................................................42 16. Kurva Termogram Karagian Hasil Isolasi dengan KOH 5%...............................44 17. Kurva Termogram Karagian Hasil Isolasi dengan KOH 9%...............................45 18. Skema Prosedur Penelitian ..................................................................................54
v
19. Spektrum IR Karaginan dengan KOH 5% ...........................................................59 20. Spektrum IR Karaginan dengan KOH 7% ...........................................................59 21. Spektrum IR Karaginan dengan KOH 9% ...........................................................60
1
I. PENDAHULUAN
A. Latar Belakang
Rumput laut atau alga yang juga dikenal dengan nama seaweed merupakan bagian terbesar dari tanaman laut. Perairan laut Indonesia dengan garis pantai sekitar 81.000 km diyakini memiliki potensi rumput laut yang sangat tinggi. Tercatat sedikitnya ada 555 jenis rumput laut di perairan Indonesia, diantaranya ada 55 jenis yang diketahui mempunyai nilai ekonomis tinggi, diantaranya Eucheuma sp., Gracilaria sp., dan Gelidium sp (Berhimpon,2001).
Rumput laut saat ini merupakan salah satu komoditas unggulan perikanan budidaya karena produksinya yang cukup besar dan dapat membantu meningkatkan perekonomian masyarakat pesisir (Winarno, 1990). Rumput laut di daerah Lampung sudah mulai di budidayakan. Rumput laut yang banyak di budidayakan di daerah Lampung adalah rumput laut merah jenis Eucheuma cottonii.
Rumput laut jenis ini dipasaran masih sangat murah yaitu sekitar Rp 4.000,00 per kilogram untuk rumput laut basah, sementara yang sudah dikeringkan mencapai Rp 8.000,00 per kilogram. Rumput laut biasanya hanya dimanfaatkan sebagai bahan pembuat agar-agar dan makanan lainnya yang memiliki daya jual yang masih rendah,
2
padahal rumput laut merah dapat diolah menjadi produk yang memiliki daya jual yang sangat tinggi yaitu, diolah menjadi karaginan (Nafed,2011) .
Karaginan dihasilkan oleh rumput laut merah (Rhodophyceae). Salah satu jenis Rhodophyceae penghasil karagenan yang telah berhasil dibudidayakan di Indonesia adalah Eucheuma sp. yaitu Eucheuma cottonii menghasilkan jenis karagenan kappa. Eucheuma spinosum adalah spesies utama untuk menghasilkan jenis karagenan iota. Karagenan lamda diproduksi dari spesies Gigartina dan Chondrus crispus (Aslan, 1998; Abbott dan Norris, 1985; Van de Velde, et al., 2002). Karaginan merupakan getah rumput laut yang bersumber dari rumput laut merah berupa polisakarida sulfat yang memiliki sifat-sifat hidrokoloid sehingga banyak digunakan dalam produk pangan dan obat-obatan, kosmetik, tekstil, cat, pasta gigi, dan industri lainnya (Winarno,1990). Karaginan memiliki kemampuan untuk membentuk gel secara thermo-reversible atau larutan kental jika ditambahkan ke dalam larutan garam. Penggunaan karaginan pada produk pangan antara lain sebagai penstabil, pengemulsi, pembentuk gel dan pengental. Proses pembuatan karaginan dilakukan dengan mengisolasi karaginan dari rumput laut merah Eucheuma cottonii (Van de Velde et al., 2002; Campo et al., 2009).
3
Prosedur isolasi karaginan dari berbagai rumput laut telah banyak dikembangkan. Umumnya prosedur ini terdiri atas tiga tahapan kerja yaitu ; ekstraksi, penyaringan, dan pengendapan (Sarjana, 1998). Karaginan diperoleh dari rumput laut bersih yang diekstraksi dengan air panas dalam suasana alkali dengan pH berkisar antara 8-11. Keadaan basa sangat diperlukan dalam proses ekstraksi rumput laut menjadi karaginan untuk meningkatkan daya larut karaginan dalam air dan mencegah terjadinya reaksi hidrolisis ikatan glikosidik pada molekul karaginan yang menyebabkan karaginan kehilangan sifat-sifat fisiknya, seperti kelarutannya dalam air (Doty, 1987). Menurut Food Chemical Codex (1981), karaginan dapat dipisahkan dari filtratnya dengan cara pembekuan atau cara presipitasi oleh alkohol. Akan tetapi pengendapan dengan alkohol dibutuhkan biaya yang sangat mahal selain itu kualitas karaginan yang dihasilkan masih rendah, sehingga digunakan KCl untuk meminimalkannya.
Berdasarkan penelitian Arfini (2011) dengan larutan pengendap KCl diperoleh hasil rendemen sebesar 31,77%, viskositas 145,00 cP, kadar air 9,73%, dan kadar abu 29,59%, sementara Lestari (2004) mendapatkan rendemen sebesar 54,78%. Dari paparan diatas, peneliti akan melakukan isolasi rumput laut merah jenis Eucheuma cottonii menjadi karaginan dengan metode pengendapan menggunakan larutan garam alkali yaitu KCl, NaCl dan CaCl2.
4
B. Tujuan Penelitian Adapun tujuan dari penelitian ini adalah 1.
Mempelajari pembuatan karaginan dari alga merah jenis Eucheuma cottonii dengan garam alkali untuk mendapatkan metode pengendapan yang paling sesuai dalam isolasi karaginan.
2.
Menentukan sifat fisik dari karaginan dengan cara analisis rendemen, viskositas, kadar air dan kadar abu.
3.
Mengetahui nilai dekomposisi dan kestabilan termal dengan TGA/DTA serta karakteristik gugus fungsi karaginan dengan Spektrofotometri IR.
C. Manfaat Penelitian Adapun manfaat dari penelitian ini adalah Diharapkan dapat memberikan tambahan pengetahuan dan dapat digunakan sebagai acuan untuk melaksanakan penelitian lanjutan mengenai isolasi karaginan dari alga merah jenis Eucheuma cottonii dengan metode pengendapan larutan garam alkali serta dapat meminimalkan biaya dan proses ekstraksi dibandingkan dengan metode pengendapan menggunakan alkohol.
5
II. TINJAUAN PUSTAKA
A. Rumput laut Rumput laut merupakan tanaman tingkat rendah yang tidak memiliki perbedaan susunan kerangka akar, batang, dan daun. Meskipun wujudnya tampak seperti ada perbedaan, bentuk yang sesungguhnya hanya berupa thallus. Secara umum, rumput laut dikelompokkan dalam empat kelas yaitu rumput laut hijau (Chlorophyceae), rumput laut hijau-biru (Cyanophyceae), rumput laut coklat (Phaecophyceae) dan rumput laut merah (Rhodophyceae). Rumput laut coklat dan rumput laut merah memiliki habitat yang cukup banyak ditemukan di perairan Indonesia (Winarno, 1990). Perkembangbiakan rumput laut dapat terjadi melalui dua cara, yaitu secara vegetatif dengan talus dan secara generatif dengan talus diploid yang menghasilkan spora. Perbanyakan secara vegetatif dikembangkan dengan cara stek, yaitu potongan talus yang kemudian tumbuh menjadi tanaman baru. Sementara perbanyakan secara generatif dikembangkan melalui spora baik alamiah maupun melalui budidaya. Pertemuan dua gamet membentuk zygot yang selanjutnya berkembang menjadi sporofit, individu inilah yang mengeluarkan spora dan berkembang melalui pembelahan dalam sporogenesis menjadi gametofit (Anggadiredja, dkk., 2010).
6
Komposisi kimia rumput laut bervariasi tergantung pada spesies, tempat tumbuh dan musim. Sebagai sumber gizi, rumput laut memiliki kandungan karbohidrat (gula atau vegetable gum), protein, sedikit lemak dan abu yang sebagian besar merupakan senyawa garam natrium dan kalium. Vegetable gum yang dikandungnya merupakan senyawa karbohidrat yang banyak mengandung selulosa dan hemiselulosa yang tidak dapat dicerna seluruhnya oleh enzim dalam tubuh, sehingga dapat menjadi makanan diet dengan sedikit kalori (Suwandi et al, 2002).
B. Rumput laut merah (Eucheuma cottonii)
Eucheuma cottonii merupakan salah satu jenis rumput laut merah dan berubah nama menjadi Kappaphycus alvarezii karena karaginan yang dihasilkan termasuk fraksi kappa-karaginan. Jenis ini secara taksonomi disebut Kappaphycus alvarezii (Doty, 1987). Salah satu contoh rumput laut merah dapat dilihat pada Gambar 1.
(a)
(b)
Gambar 1. (a) Rumput laut merah basah dan (b) Rumput laut merah kering
7
Taksonomi Eucheuma cottonii menurut Anggadireja et al (2008) adalah sebagai berikut :
Kingdom
: Plantae
Divisi
: Rhodophyta
Kelas
: Rhodophyceae
Ordo
: Gigartinales
Famili
: Solieracea
Genus
: Eucheuma
Species
: Eucheuma cottonii (Kappaphycus alvarezii)
Kandungan air rumput laut segar, sama seperti tanaman pada umumnya, yaitu sekitar 80 - 90 % dan setelah pengeringan dengan udara menjadi 10-20 %. Komposisi kimia rumput laut merah menurut (Astawan et al 2004).
C. Karaginan
1. Pengertian Karaginan menurut FAO (1986), adalah istilah umum untuk senyawa hidrokoloid yang diperoleh melalui proses ekstraksi rumput laut merah dengan menggunakan air. Karaginan sebagai senyawa hidrokoloid terdiri dari amonium, kalsium, magnesium, potasium dan sodium sulfat ester galaktosa dan kopolimer 3,6 anhidrogalaktosa.
8
Heksosa ini dihubungkan dengan ikatan glikosidik α-1,3-galaktosa dan β-1,43,6 anhidrogalaktosa secara bergantian pada polimer, namun proporsi relatif dari kation yang ada pada karagenan dapat berubah selama pengolahan yang mana satu dapat menjadi dominan.
2. Jenis-Jenis Karaginan Struktur dasar karaginan terdiri dari tiga tipe karaginan yaitu kappa, iota dan lambda karaginan. a. Kappa karaginan Kappa karaginan tersusun dari α (1,3) D-galaktosa 4-sulfat dan β (1,4) 3,6 anhidro-D-galaktosa. Disamping itu karaginan sering mengandung Dgalaktosa 6-sulfat dan ester 3,6 anhydro D-galaktosa 2-sulfat mengandung gugusan 6-sulfat, dapat menurunkan daya gelasi dari karaginan, tetapi dengan pemberian alkali mampu menyebabkan terjadinya transeliminasi gugusan 6-sulfat, yang menghasilkan terbentuknya 3,6 anhidro-D-galaktosa. Struktur dasar kappa karaginan dapat dilihat pada gambar berikut
Gambar 2. Struktur dasar kappa karaginan
9
b. Iota karaginan Iota karaginan ditandai dengan adanya 4-sulfat ester pada setiap residu Dglukosa dan gugusan 2-sulfat ester pada setiap gugusan 3,6 anhidro-Dgalaktosa. Gugusan 2-sulfat ester tidak dapat dihilangkan oleh proses pemberian alkali seperti halnya kappa karaginan. Iota karaginan sering mengandung beberapa gugusan sulfat ester yang menyebabkan kurangnya keseragaman molekul yang dapat dihilangkan dengan pemberian alkali (Winarno 1990). Struktur dasar iota karaginan dapat dilihat pada gambar berikut
Gambar 3. Struktur dasar iota karaginan
c. Lambda karaginan Lambda karaginan berbeda dengan kappa dan iota karaginan, karena memiliki sebuah residu disulfat α (1,4) D-galaktosa. Tidak seperti halnya pada kappa dan iota karaginan yang selalu memiliki gugus 4-phosphat ester. (Winarno 1990). Struktur dasar lambda karaginan dapat dilihat pada gambar berikut
Gambar 4. Struktur dasar lambda karaginan
10
3. Sifat-Sifat Karaginan Adapun sifat-sifat dari karaginan meliputi kelarutan, viskositas, pembentukan gel dan stabilitas pH. a. Kelarutan Air merupakan pelarut utama bagi karaginan. Kelarutan karaginan dalam air dipengaruhi oleh beberapa faktor, yaitu tipe karaginan, pengaruh ion, suhu, pH, dan komponen organik larutan. Perbedaan tipe karaginan menyebabkan sifat kelarutannya berbeda. Dalam hal ini yang paling berpengaruh adalah perbandingan hidrofilitas molekul pada kelompok ester sulfat dengan residu hidrofobik 3,6-anhidro-D-Galaktosa. Hidrasi karaginan lebih cepat pada pH rendah dan lebih lambat pada pH lebih tinggi dari pH 6. Proses ini lebih cepat pada suhu tinggi. Semua karaginan larut dalam air panas (Suryaningrum, 1988).
Karaginan jenis kappa kurang hidrofilik karena lebih banyak memiliki gugus 3,6-anhidro-D-galaktosa. Karaginan jenis iota lebih hidrofilik karena adanya gugus 2-sulfat yang dapat menetralkan 3,6-anhidro-D-galaktosa yang kurang hidrofilik dan lambda karaginan mudah larut pada semua kondisi karena tanpa unit 3,6-anhidro-D-galaktosa dan mengandung gugus sulfat yang lebih tinggi (Towle, 1973). Daya kelarutan karagenan pada berbagai media dapat dilihat pada Tabel 1.
11
Tabel 1. Daya kelarutan karagenan pada berbagai media pelarut. No.
Medium
Kappa
1. 2.
Air Panas Air Dingin
Larut di atas 60oC Garam Na larut garam K dan Ca tidak larut
3. 4.
Susu Panas Susu Dingin
5.
Larutan gula pekat Larutan garam pekat
Larut Garam Na, Ca, K tidak larut tetapi akan mengembang Larut (dipanaskan)
6.
Tidak Larut
Iota
Lamda
Larut diatas 60oC Garam Na larut, garam Ca memberi disperse thixotropic Larut Tidak larut
Larut Larut
Larut, sukar larut (dipanaskan) Larut (dipanaskan)
Larut (dipanaskan) Larut (dipanaskan)
Larut Larut
Sumber: Indriani dan Sumarsih, 1991 b. Viskositas Viskositas adalah daya aliran molekul dalam sistem larutan. Suspensi koloid dalam larutan dapat ditingkatkan dengan cara mengentalkan cairan sehingga terjadi absorbsi dan pengembangan koloid. Viskositas hidrokoloid dipengaruhi oleh beberapa faktor yaitu : konsentrasi, suhu, kandungan sulfat inti elektrik, teknik perlakuan, keberadaan elektrolik dan non elektrolik. Selain itu, tipe karaginan dan berat molekul karaginan juga merupakan salah satu faktor yang mempengaruhi viskositas suatu cairan (Towle, 1973).
Viskositas (kekentalan) merupakan sifat suatu cairan yang menunjukkan adanya tahanan dalam atau gesekan pada cairan yang bergerak. Pada zat cair viskositas disebabkan oleh gaya kohesif antar molekulnya sedangkan pada gas viskositasnya berasal dari tumbukan-tumbukan antar molekulnya (Giancoli, 1998).
12
Pada konsentrasi yang tinggi, karaginan dapat membentuk larutan yang sangat kental dengan struktur makro molekulnya yang linier atau tidak bercabang dan bersifat polielektrolit. Adanya gaya tolak menolak dari grup ester sulfat bermuatan sama yaitu negatif di sepanjang rantai polimer, menyebabkan molekul ini kaku dan tertarik kencang. Garam-garam akan menurunkan viskositas karaginan dengan cara mcnurunkan tolakan elektrostatik diantara gugus sulfat. Semakin kecil kandungan sulfat maka nilai viskositasnya semakin kecil pula, tetapi konsentrasi gelnya semakin meningkat. Viskositas karaginan menurun drastis dengan naiknya suhu (Guiseley et al, 1980).
c. Pembentukan Gel Pembentukan gel adalah suatu fenomena penggabungan atau pengikatan silang rantai polimer sehingga membentuk suatu jala tiga dimensi bersambungan. Selanjutnya jala ini dapat menangkap atau memobilisasikan air didalamnya dan membentuk struktur yang kuat dan kaku. Sifat pembentuk gel ini beragam dari satu jenis hidrokoloid ke jenis lain, tergantung pada jenisnya. Gel mungkin mengandung air sampai 99,9%. Gel mempunyai sifat seperti padatan, khususnya sifat elastis dan kekakuan (Fardiaz, 1989).
Menurut Suryaningrum (1988), pembentukan gel disebabkan oleh pembentukan struktur heliks rangkap yang terjadi pada suhu tinggi. Proses pemanasan dengan suhu yang lebih tinggi dari suhu pembentukan gel akan mengakibatkan polimer karaginan dalam larutan menjadi random (acak).
13
Tetapi bila suhu diturunkan, maka polimer akan membentuk struktur double helix (pilinan ganda) dan apabila penurunan suhu terus dilanjutkan polimerpolimer ini akan terikat silang secara kuat dan dengan makin bertambahnya bentuk heliks akan terbentuk agregat yang bertanggungjawab terhadap terbentuknya gel yang kuat (Glikcsman, 1969).
Menurut Winarno (1990), struktur kappa dan iota karaginan memungkinkan bagian dari dua molekul masing-masing membentuk double heliks yang mengikat rantai molekul menjadi bentuk jaringan 3 dimensi atau gel. Bila larutan dengan cara pemanasan, yang kemudian diikuti pendinginan sampai di bawah suhu tertentu, kappa dan iota karaginan akan membentuk gel dalam air yang bersifat reversible, asalkan kation tersedia dalam sistem.
Towle (1973) menyatakan bahwa, kemampuan membentuk gel adalah sifat yang penting bagi hidrokoloid seperti karaginan. Konsistensi gel dipengaruhi oleh beberapa faktor antara lain : jenis dan tipe karaginan, konsentrasi, dan adanya ion-ion. Hal lain yang dapat mempengaruhi gel karaginan yaitu letak gugus sulfat pada struktur molekulnya. Tekstur gel karaginan dapat berbentuk keras, rapuh sampai lunak dan elastis.
d. Stabilitas pH Karaginan dalam larutan memiliki stabilitas maksimum pada pH 9 dan akan terhidrolisis pada pH dibawah 3,5 ( Tabel 2). Pada pH 6 atau lebih umumnya larutan karaginan dapat mempertahankan kondisi proses produksi karaginan.
14
Hidrolisis asam akan terjadi jika karaginan berada dalam bentuk larutan, hidrolisis akan meningkat sesuai dengan peningkatan suhu. Larutan karaginan akan menurun viskositasnya jika pHnya diturunkan dibawah 4,3 (Imeson 2000).
Menurut Glicksman (1983), karaginan akan stabil pada pH 7 atau lebih. Pada pH yang rendah, stabilitasnya akan menurun bila terjadi peningkatan suhu. Karaginan kering dapat disimpan dengan baik selama 1,5 tahun pada suhu kamar dengan pH karaginan 5 – 6,9. Selama penyimpanan dengan pH tersebut tidak terdeteksi adanya kehilangan kekuatan gelnya.
Tabel 2. Stabilitas Karaginan dalam Berbagai Media Pelarut Stabilitas pH netral dan alkali pH asam
Kappa Stabil
Iota Stabil
Lambda Stabil
Terhidrolisis bila dipanaskan Stabil dalam gel
Terhidrolisis Stabil dalam gel
Terhidrolisis
Sumber : Glicksman (1983)
4. Kegunaan Karaginan Karagenan sangat penting perananya sebagai stabilisator (pengatur keseimbangan), thickener (bahan pengental), pembentuk gel, pengemulsi, dan lain-lain. Sifat ini banyak dimanfaatkan dalam industri makanan, obat-obatan, kosmetik, tekstil, cat, pasta gigi dan lain-lain.
15
Pemanfaatan karagenan dalam bidang industri antara lain: a. Pada industri makanan Pada industri makanan, diantaranya pembuatan es krim, karaginan digunakan sebagai stabilisator yaitu untuk mencegah kristalisasi dari es krim. Kemudian karaginan digunakan dalam pembuatan susu coklat yaitu untuk mencegah pengendapan coklat dan pemisahan krim serta meningkatkan kekentalan lemak dan pengendapan kalsium. Dalam daging kalengan, karaginan digunakan sebagai gel pengikat air atau gel pelapis produk daging. Dalam makanan bayi, digunakan sebagai stabilisator lemak dan protein. Selain itu digunakan dalam sirup sebagai suspensi (Indriani dan Sumiarsih, 1991).
b. Pada industri farmasi dan kosmetika Pada industri farmasi dan kosmetika, karagenan digunakan pada pembuatan pasta gigi yaitu untuk memperhalus tekstur dan memperbaiki sifat busanya. Kemudian dalam lotion dan krem kecantikan sebagai bodying agent. Dalam tablet, karaginan digunakan sebagai bahan pengikat (Anggadiredja, dkk., 2010).
c. Pada industri kertas, tekstil dan industri kulit (leather) Pada industri kertas dan tekstil karagenan mempunyai banyak peranan diantaranya adalah pada industri kertas untuk memperhalus permukaan kertas dan pada industri tekstil sebagai painting silk pada waktu pencetakan dapat memperbaiki warna yang timbul sedangkan pada industri kulit (leather) karagenan digunakan untuk memperhalus dan mengkilatkan permukaan kulit serta menjadikan kulit tidak kaku (Sadhori, 1998).
16
d. Pada industri cat dan industri pertanian Pada industri cat karagenan digunakan sebagai zat warna untuk pensuspensi dan water base paint yaitu sebagai bahan pengental dan pada industri pertanian karagenan digunakan sebagai pensuspensi dalam pembuatan pestisida dan herbisida (Moirano, 1977).
5. Ekstraksi Karaginan Penyiapan bahan baku Rumput laut yang baru dipanen, dibersihkan dari kotoran yang melekat dengan menggunakan air laut kemudian dijemur selama lebih kurang 2-3 hari atau setelah dijemur satu hari, dibilas kembali menggunakan air laut selama 5 menit kemudian dijemur lagi sampai kering. Selama penjemuran diusahakan agar tidak terkena hujan atau embun karena menurunkan mutu karaginan (Fardiaz, 1989).
Proses Ekstraksi
Ekstraksi rumput laut merah dilakukan dengan cara perebusan dengan menggunakan larutan alkali pada pH 8-9 dengan volume air perebus sebanyak 40-50 kali berat rumput laut kering. Rumput laut tersebut dipanaskan pada suhu 90 - 95 °C selama 3-6 jam (Yunizal et al, 2000). Guiseley et al (1980) melaporkan bahwa untuk mencapai ekstraksi yang optimal diperlukan waktu sampai 1 hari, sedangkan untuk mempercepat proses ekstraksi dilakukan dengan perebusan bertekanan selama satu sampai beberapa jam. Suasana alkalis dapat diperoleh dengan menambahkan larutan basa misalnya larutan NaOH, Ca(OH)2 atau KOH sehingga pH larutan mencapai 8-10.
17
Penggunaan alkali mempunyai dua fungsi, yaitu membantu ekstraksi polisakarida menjadi lebih sempurna dan mempercepat eliminasi 6-sulfat dari unit monomer menjadi 3,6-anhidro-D-galaktosa sehingga dapat meningkatkan kekuatan gel dan reaktivitas produk terhadap protein (Towle, 1973). Penelitian yang dilakukan Zulfriady dan Sudjatmiko (1995), menunjukkan bahwa ekstraksi karaginan menggunakan (KOH) berpengaruh terhadap kenaikan mutu karaginan yang dihasilkan.
Filtrasi Filtrasi dilakukan untuk memisahkan residu (selulosa dan kotoran yang berukuran besar). Larutan karaginan yang akan difiltrasi harus dalam keadaan benar-benar panas. Hal ini dimaksudkan untuk menghindari terjadinya pembentukan gel bila filtrat dalam keadaan dingin.
Pemisahan karaginan Menurut Food Chemical Codex (1981), karaginan dapat dipisahkan dari filtratnya dengan cara pembekuan atau cara presipitasi oleh alkohol. Menurut Anggadireja et al (2008) metode pembekuan, memerlukan energi yang cukup banyak karena selain membutuhkan ruang pendingin (freezer) selama ± 24 jam untuk pembekuan filtrat juga memerlukan panas untuk mencairkan bentukan es dari filtrat untuk memperoleh karaginan. Penelitian Dian dan Intan (2009), menunjukkan metode ekstraksi karaginan dengan isopropil alkohol menghasilkan karakteristik kadar air 14.05%, kadar abu 15.098%, rendemen 39.71%, kadar sulfat 19.38%, viskositas 75 cP, dan kekuatan gel 120-500 g/cm2.
18
Pemisahan karaginan dari bahan pengekstrak dilakukan dengan cara penyaringan dan pengendapan. Penyaringan ekstrak karaginan umumnya masih menggunakan penyaringan konvensional yaitu kain saring dan filter press dalam keadaan panas yang dimaksudkan untuk menghindari pembentukan gel (Chapman dan Chapman, 1980).
Pengeringan dan Penepungan Karaginan basah hasil pengendapan (gel karaginan) oleh alkohol atau serpihan hasil pelelehan dikeringkan menggunakan oven atau penjemuran (Glicksman, 1983). Pengeringan menggunakan oven dilakukan pada suhu 60 oC (Istini dan Zatnika, 1991). Karaginan kering tersebut kemudian ditepungkan dan diayak. Selanjutnya karaginan dikemas dalam wadah tertutup rapat (Guiseley et al, 1980).
D. KARAKTERISASI
1. Fourier Transformed Infrared Spesctroscopy (FT-IR) Fourier Transformed Infrared Spesctroscopy (FT-IR) telah menggantikan instrumen-instrumen pendispersi lainnya dikarenakan sensitivitas dan kecepatannya yang tinggi untuk berbagai aplikasi. FT-IR merupakan metode analisis yang mempunyai kemampuan yang sangat luas, yang telah diaplikasikan dalam beberapa area yang sangat sulit dan hamper tidak mungkin untuk dianalisis oleh instrumen-instrumen pendispersi lainnya.
19
FT-IR adalah salah satu teknik yang didasarkan atas vibrasi-vibrasi dari atomatom yang berada dalam sebuah molekul. Alat telah disajikan pada gambar . Sebuah spektrum inframerah diperoleh dengan melewatkan radiasi inframerah melalui sampel menentukan fraksi apa yang terjadi pada saat radiasi yang terabsorp dilewati dengan energi khusus. Spektrofotometri Infra Merah adalah suatu metode yang mengamati interaksi molekul dengan radiasi elektromagnetik yang berada pada daerah panjang gelombang 0,75-1000 µm atau pada bilangan gelombang 13.000-10 cm-1 (Ayyad,2011). Bentuk alat FTIR disajikan pada Gambar 5.
Gambar 5. Alat FTIR (Ayyad,2011).
Prinsip dasar dari analisis spektrofotometri IR adalah penyerapan radiasi elektromagnetik oleh gugus-gugus fungsi tertentu, sehingga dari spektrum serapan yang terbaca kita dapat mengetahui gugus fungsi apa saja yang terdapat pada suatu senyawa. Bila sinar inframerah dilewatkan melalui sebuah cuplikan, maka sejumlah frekuensi diserap oleh cuplikan tersebut dan frekuensi lainnya diteruskan atau ditransmisikan tanpa adanya penyerapan. Persen absorbansi dengan frekuensi memiliki hubungan untuk menghasilkan sebuah spektrum inframerah (Hardjono, 1990).
20
Prinsip kerja dari analisis spektrofotometer IR dapat dilihat pada Gambar 7.
Gambar 6. Prinsip Kerja Spektrofotometer IR (Hardjono, 1990)
Pada analisis dengan spektrofotometer FT-IR diharapkan terlihat pita serapan yang dapat dilihat pada Tabel 3. Wave Number (cm-1)
Molecular Assignment
3200 - 3600
O-H
1220 - 1270
Ester sulfate
918 - 933
3,6 galactose-4-sulfate
840 - 850
galactose-4-sulfate
825 - 830
galactose-2-sulfate
1010 - 1080
Glikosidic Linkage
Sumber : Van et al, 2002
Secara keseluruhan, analisis dengan menggunakan Spektrofotometer IR dapat memberikan kelebihan utama dibandingkan metoda konvensional lainnya, yaitu : 1.
Dapat digunakan pada semua frekuensi dari sumber cahaya secara simultan sehingga analisis dapat dilakukan lebig cepat daripada menggunakan cara sekuensial atau scanning.
21
2. Hasil sensitifitas dari metoda Spektofotometer IR lebih besar daripada cara dispersi, dikarenakan radiasi yang masuk ke sistem detektor lebih banyak karena tanpa harus melalui celah (slitless) (Hsu, 1994)
2. Thermo Gravimetric Analyzer / Differential Thermal Analyzer (TGA/DTA) Differential Thermal Analysis (DTA) adalah salah satu teknik analisa termal dimana perubahan suatu material diukur sebagai fungsi temperatur. Umumnya DTA digunakan untuk mengamati perubahan sifat termal dan fasa akibat perubahan entalpi dari suatu material. Dari kurva DTA yang didapatkan dari suatu material dapat digunakan sebagai finger print untuk digunakan dalam analisa kualitatif. DTA mempunyai kelebihan antara lain instrumen dapat digunakan pada temperature tinggi, bentuk dan volume sampel yang dapat dianalisis bersifat fleksibel, serta suhu reaksi dan suhu transisi sampel dapat ditentukan.
Prinsip dari metode analisa DTA ini adalah pengukuran suatu material yang didasarkan pada perbedaan suhu yang terjadi antara material sampel dengan pembanding sebagai hasil dari reaksi dekomposisi. Sampel merupakan material yang akan dianalisis, sedangkan subtansi yang diketahui dan tidak aktif secara termal merupakan material pembanding. Dengan analisis DTA, material akan dipanaskan pada temperatur tinggi dan mengalami dekomposisi. Dekomposisi material dilihat dari bentuk kurva DTA sebagai fungsi temperatur yang diplot terhadap waktu (Rabek, 1983).
22
Sedangkan Thermogravimetric Analysis (TGA) merupakan suatu teknik analisa yang digunakan untuk menentukan kestabilan termal material dan fraksi komponen yang bersifat volatile dengan cara menghitung perubahan berat yang dikaitkan dengan kenaikan temperatur. Dalam analisis TGA, umumnya sampel dipanaskan dalam laju aliran panas yang konstan.
Hasil dari pengukuran TGA biasanya ditampilkan dalam bentuk kurva TGA, dimana presentase massa diplotkan terhadap fungsi suhu atau waktu. Perubahan massa terjadi pada saat suatu sampel kehilangan komponenpenyusunnya dengan beberapa cara yang berbeda atau bereaksi dengan atmosfer sekitar. Dari pernyataan tersebut, teknik analisa ini biasa digunakan untuk menentukan kestabilan termal, kandungan material yang diserap, komponen organik maupun anorganik yang berda di dalam material, dekomposisi material dan residu dari bahan pelarut (Wunderlich, 2005).
Dengan analisis menggunakan TGA ini diharapkan mampu mengamati perubahan kestabilan termal pada karaginan hasil isolasi. Bentuk alat TG/DTA disajikan pada Gambar 7.
Gambar 7. Alat Thermogravimetric Analyzer / Differential Thermal Analyzer (TG/DTA) 7300
23
III. METODOLOGI PENELITIAN
A. Waktu dan Tempat
Penelitian ini dilaksanakan pada bulan Januari sampai dengan April 2016 bertempat di UPT Laboratorium Terpadu dan Sentra Inovasi Teknologi Universitas Lampung. Penggilingan sampel rumput laut dilakukan di Laboratorium Peternakan Politeknik Negeri Lampung. Analisis FTIR dilakukan di Laboratorium Kimia Organik FMIPA Universitas Gajah Mada, dan analisis TGA dilakukan di UPT Laboratorium Terpadu dan Sentra Inovasi Teknologi, Laboratorium Biopolimer Universitas Lampung.
B. Alat dan Bahan
Adapun alat-alat yang digunakan dalam penelitian ini adalah Alat-alat gelas, penangas air, saringan, kertas saring, kain kasa, indikator pH, oven, neraca analitik, viskotester, pelaratan laboratorium untuk analisis hasil karaginan, spektrofotometer IR dan DT/TGA.
Adapun bahan-bahan yang digunakan dalam penelitian ini adalah Rumput laut merah jenis Eucheuma cottonii yang diperoleh dari Balai Besar Pengembangan Budi Daya Laut Lampung (BPPBL), Kalium hidroksida,
24
Natrium hidroksida, Kalsium Hidroksida, akuades, Kalium klorida, Natrium klorida, dan Kalsium klorida.
C. Metode Penelitian
Prosedur untuk isolasi senyawa karaginan pada penelitian ini diadopsi dari prosedur yang dilakukan oleh Arfini, dkk. (2011). 1. Preparasi Sampel Rumput laut jenis Eucheuma cotonii sebanyak 10 kilogram dicuci dengan air laut untuk menghilangkan kotoran yang menempel, kemudian dikeringkan ditempat yang terkena sinar matahari sampai diperoleh berat konstan. Sampel yang telah kering dipotong-potong kecil, kemudian dihaluskan dengan penggiling. 2. Penentuan Konsentrasi larutan Alkali dan Garam Alkali a. Penentuan Konsentrasi Garam Optimum Ditimbang sebanyak 1 gram sampel rumput laut halus, lalu ditambahkan 50 mL larutan KOH 7 %. Selanjutnya dipanaskan dalam penangas air dengan temperatur 80oC, sambil diaduk selama 90 menit. Kemudian disaring dalam keadaan panas melalui kertas saring. Selanjutnya ditambahkan akuades sampai pH 7. Selanjutnya residu dari ekstraksi tersebut ditambahkan akuades sebanyak 50 mL dan dipanaskan dalam penangas air dengan temperature 80oC sambil diaduk selama 90 menit. Kemudian disaring dalam keadaan panas melalui kertas saring, dan residu yang tersisa disaring dengan kain kasa.
25
Selanjutnya ditambahkan larutan KCl, dengan variasi konsentrasi (1, 2, dan 3%) ke dalam filtrat. Setelah terbentuk gel, seluruh endapannya disaring. Gel yang diperoleh selanjutnya dikeringkan di dalam oven dengan temperatur 60oC, selama ± 20 jam. Gel yang telah kering selanjutnya ditimbang. b. Penentuan Konsentrasi Alkali Optimum Ditimbang sebanyak 1 gram sampel rumput laut halus, lalu ditambahkan 50 mL larutan KOH, dengan variasi konsentrasi (5, 7 dan 9%). Selanjutnya dipanaskan dalam penangas air dengan temperatur 80oC, sambil diaduk selama 90 menit. Kemudian disaring dalam keadaan panas melalui kertas saring. Selanjutnya ditambahkan akuades sampai pH 7. Selanjutnya residu dari ekstraksi tersebut ditambahkan akuades sebanyak 50 mL dan dipanaskan dalam penangas air dengan temperature 80oC sambil diaduk selama 90 menit. Kemudian disaring dalam keadaan panas melalui kertas saring, dan residu yang tersisa disaring dengan kain kasa. Selanjutnya ditambahkan larutan KCl dengan konsentrasi optimum ke dalam filtrat. Setelah terbentuk gel, seluruh endapannya disaring. Gel yang diperoleh selanjutnya dikeringkan di dalam oven dengan temperatur 60oC, selama ± 20 jam. Gel yang telah kering selanjutnya ditimbang.
26
3. Isolasi Karaginan Menggunakan Garam NaCl dan CaCl2 a. Isolasi Karaginan Menggunakan Garam NaCl Ditimbang sebanyak 1 gram sampel rumput laut halus, lalu ditambahkan 50 mL larutan NaOH dengan konsentrasi alkali optimum. Selanjutnya dipanaskan dalam penangas air dengan temperatur 80oC, sambil diaduk selama 90 menit. Kemudian disaring dalam keadaan panas melalui kertas saring. Selanjutnya ditambahkan akuades sampai pH 7. Selanjutnya residu dari ekstraksi tersebut ditambahkan akuades sebanyak 50 mL dan dipanaskan dalam penangas air dengan temperature 80oC sambil diaduk selama 90 menit. Kemudian disaring dalam keadaan panas melalui kertas saring, dan residu yang tersisa disaring dengan kain kasa. Selanjutnya ditambahkan larutan NaCl dengan konsentrasi garam optimum ke dalam filtrat. Setelah terbentuk gel, seluruh endapannya disaring. Gel yang diperoleh selanjutnya dikeringkan di dalam oven dengan temperatur 60oC, selama ± 20 jam. Gel yang telah kering selanjutnya ditimbang. b. Isolasi Karaginan Menggunakan Garam CaCl2 Ditimbang sebanyak 1 gram sampel rumput laut halus, lalu ditambahkan 50 mL larutan Ca(OH)2 dengan konsentrasi alkali optimum. Selanjutnya dipanaskan dalam penangas air dengan temperatur 80oC, sambil diaduk selama 90 menit. Kemudian disaring dalam keadaan panas melalui kertas saring. Selanjutnya ditambahkan HCl 5% sampai pH 7.
27
Selanjutnya residu dari ekstraksi tersebut ditambahkan akuades sebanyak 50 mL dan dipanaskan dalam penangas air dengan temperature 80oC sambil diaduk selama 90 menit. Kemudian disaring dalam keadaan panas melalui kertas saring, dan residu yang tersisa disaring dengan kain kasa. Selanjutnya ditambahkan larutan CaCl2 dengan konsentrasi garam optimum ke dalam filtrat. Setelah terbentuk gel, seluruh endapannya disaring. Gel yang diperoleh selanjutnya dikeringkan di dalam oven dengan temperatur 60oC, selama ± 20 jam. Gel yang telah kering selanjutnya ditimbang.
4.
Analisa Sifat Fisik Karaginan Karaginan yang dihasilkan kemudian dianalisis rendemen, viskositas, kadar air, dan kadar abu. a. Rendemen (AOAC, 1984)
Rendemen karaginan sebagai hasil ekstraksi dihitung berdasarkan ratio antara berat karaginan yang dihasilkan dengan berat rumput laut kering. Berat Karaginan
Rendemen = Berat Rumput Laut Kering x 100 % b. Viskositas (FMC Corp, 1977)
Viskositas adalah pernyataan tahanan dari suatu cairan untuk mengalir. Satuan dari viskositas adalah poise (1 poise = 100 cP). Makin tinggi viskositas menandakan makin besarnya tahanan cairan yang bersangkutan.
28
Pengukuran viskositas dengan menggunakan alat Viskotester. Larutan karaginan dengan dipanaskan di atas hot plate sambil diaduk secara teratur sampai suhu mencapai 80oC. Viskotester dihidupkan dan suhu larutan diukur. Ketika suhu larutan mencapai 75oC dan nilai viskositas diketahui dengan pembacaan viskotester pada skala 1 – 100. Pembacaan dilakukan setelah putaran penuh 8 kali untuk spindel no. 2 dengan rpm 60. c. Kadar air (AOAC, 1995) Karaginan ditimbang dalam cawan porselen yang telah dikeringkan pada suhu 105oC selama 1 jam. Cawan porselen yang berisi contoh kemudian dimasukkan dalam oven pada suhu 105 oC selama 4 jam. Jika A adalah bobot contoh dan B adalah bobot contoh setelah dikeringkan. maka A−B
% Kadar air = Berat Sampel x 100%
d. Kadar abu (AOAC, 1995) Karaginan dimasukkan ke dalam cawan porselen (B) yang telah diketahui bobot keringnya, kemudian diabukan dalam tanur pada suhu 550 oC sampai bebas dari arang. Setelah itu sampel didinginkan dalam desikator dan ditimbang sebagai bobot akhir (A). A−B
% Kadar abu = Berat Sampel x 100%
29
5. Karakterisasi Isolat Karaginan Untuk mengetahui struktur dari senyawa karagenan murni yang didapatkan, maka isolat karagenan yang diperoleh tersebut dianalisis menggunakan spektrofotometer IR dan untuk mengetahui perubahan dekomposisi serta kestabilan termal dengan analisis DTA/TGA.
a. Karakterisasi Isolat Karaginan dengan spektrofotometer IR Karakterisasi isolat karaginan menggunakan spektrofotometer IR bertujuan untuk mengidentifikasi kandungan gugus-gugus yang terdapat pada sampel karaginan yang dihasilkan.
Isolat karaginan yang dihasilkan kemudian dikarakterisasi dengan spektrofotometer IR. Sampel karaginan dibuat dalam bentuk pellet dengan KBr, kemudian dilakukan scanning pada daerah frekuensi antara 4000 cm-1 sampai dengan 400 cm-1. b. Karakterisasi Isolat Karaginan dengan TG/DTA Sekitar 5-10 mg sampel ditimbang dan dimasukkan kedalam platina pan. Sampel yang sudah disiapkan diletakkan kedalam furnace menggunakan pinset. Analisis dilakukan scanning pada kisaran suhu 30 sampai 900 oC (Mahmood et al, 2014) dengan laju pemanasan sebesar 20 oC/menit.
47
V. KESIMPULAN DAN SARAN
A. KESIMPULAN Berdasarkan penelitian yang telah dilakukan maka dapat diambil kesimpulan bahwa 1. Larutan garam alkali yang dapat digunakan dalam isolasi karaginan dari alga merah Eucheuma cottonii hanyalah larutan KCl.
2. Kosentrasi alkali yang optimum adalah KOH 5% dan larutan garam yang optimum adalah KCl 2%.
1. Sifat kimia dan fisik karaginan Eucheuma cottonii yang dihasilkan pada penelitian ini berdasarkan parameter rendemen sebesar 29,2%; viskositas 45 cP; kadar air 6,13%; dan kadar abu sebesar 29,78%.
4. Hasil karakaterisasi menggunakan spektrofotometer IR menunjukkan bahwa senyawa hasil sintesis adalah karaginan jenis kappa.
5. Berdasarkan analisis menggunakan Thermogravimetric Analysis (TGA) menunjukkan bahwa karaginan mengalami tiga tahap pengurangan berat yang signifikan pada rentang suhu 30oC sampai dengan 900oC.
48
B. SARAN Berdasarkan hasil penelitian yang diperoleh, maka pada penelitian selanjutnya disarankan untuk : 1. Mengkaji lebih dalam mengenai karakterisasi menggunakan spektrofotometri IR dan TGA. 2. Mengkaji lebih dalam khususnya penambahan variasi suhu yang digunakan. 3. Mengaplikasikan hasil isolasi kedalam suatu produk, baik produk makanan, obat, industri, dan lainnya.
49
DAFTAR PUSTAKA
Abbott, I. A., j. N. Norris, (eds), 1985. Taxonomy of Economic Seaweeds with Reference to Some Pacific and Caribbean Species. I. California Sea Grant College, University of California, La Jolla, Calif., 167 pp. Anggadireja, J. T. 1993. Potensi Makro Rumput laute Laut (Seaweed) sebagai Pangan dan Nilai Gizi Berbeda Jenis. Widya Karya Nasional Pangan dan Gizi V. LIPI. Jakarta 20-22 April 1993. Anggadireja, J. T., A. Zatnika. Heri Purwoto dan Sri Istini. 2008. Rumput Laut. Penebar Swadaya. Jakarta. Angka, S. L dan Suhartono MT. 2000. Bioteknologi Hasil Laut. Cetakan Pertama. Pusat Kajian Sumberdaya Pesisir dan Lautan. IPB. AOAC. 1990. Official Methods of Analysis the Association. 15th. Ed. AOAC. Virginia: AOAC Inc. Arlington. Apriyantono, A. D., Fardiaz D., Puspitasari N., Sodarnawati., dan Budiyanto S. 1989. Analisis Pangan. Bogor : Pusat Antar Universitas Pangan dan Gizi. IPB. Arfini, Fifi dkk. 2011. Optimasi Proses Ekstraksi Pembuatan Karaginan dari Rumput Laut Merah (Eucheuma cottonii) serta Aplikasinya sebagai Penstabil pada Sirup Markisa. Skripsi. IPB. Bogor. Aslan, L. M. 1998. Seri Budidaya Rumput Laut. Kanisius. Yogyakarta. Astawan M., Koswara S., dan Herdiani F. 2004. Pemanfaatan Rumput Laut (Eucheuma cottonii) untuk Meningkatkan Kadar lodium dan Serat Pangan pada Selai dan Dodol. Jurnal Teknologi dan Industri pangan. XV (1): 61. Atmadja W. S., Kadi A., Sulistijo, dan Rachmaniar. 1995. Pengenalan Jenis-Jenis Rumput Laut Indonesia. Jakarta : Puslitbang Oseanologi-LIPI. Ayyad, O.D. 2011. Novel Strategies The Synthesis of Metal Nanoparticle and Nanostructure. Thesis. Universitas de Barcelona. Barcelona.
50
Badan Standardisasi Nasional. 1992. Kadar Air pada Rumput Laut (SNI 0102690-1992). BSN. Jakarta Bawa, I.G.A.G., A.A. Bawa Putra dan Ida Ratu Laila. 2007. Penentuan pH Optimasi Isolasi Karaginan dari Rumput Laut Eucheuma cottonii. Jurnal Kimia 1 (Vol. 1) Januari 2007 : 15-20. Bixler, H.J. 2000. The Carrageenan Connection IV. British Food Journal, Vol. 96 :12-17. MCB UP Ltd. Maine USA. Campo, VL., Kawano DF., Silva Jr DB, dan Carvaospho I. 2009. Carrageenans : Biological properties, chemical modifications and structural analysis. A review. Carbohydrate Polymers, 77 (2), p.167-180. Chapman, V.J., dan D.J. Chapman. 1980. Seaweed and Their Uses. Third edition Capman and Hall. Metheun Co Ltd. London. P. 194 – 217. Departemen Perdagangan. 1989. Ekspor Rumput Laut Indonesia. Jakarta. hlm 57. Dian, Yasita dan Intan Dewi. 2009. Optimasi Proses Ekstraksi pada Pembuatan Karaginan dari Rumput Laut Jenis Eucheuma cottonii Untuk Mencapai Foodgrade. Jurnal Teknik Kimia Universitas Dipenogoro. Semarang. Doty, MS. 1987. Eucheuma alvarezii sp (Gigartinales. Rhodophyta) from Malaysia. In : Studies of Seven Commercial Seaweed Resources. Ed. By : MS. Doty. JF Caddy. B. I.A. Abbot and J.N. Noris. Eds. Taxonomy of Economic Seaweeds. California Sea Grant College Program : 37 – 45. Fardiaz, D. 1989. Hidrokoloid. Laboratorium Kimia dan Biokimia Pangan. PAU Pangan dan Gizi. IPB. Bogor. Food Chemical Codex. 1981. Carrageenan. National Academy Press Washington. P 74-75. Food Marine Colloids Corp (FMC Corp). 1977. Carrageenan. Marine Colloid Monograph Number One. Springfield New Jersey. USA : Marine Colloid Division FMC Corporation page. 23-29. New Jersey. USA Food and Agriculture Organization of the United Nation. 1986. Spesification for Identity and Purity of Certain Food additives. FAO Food and Nutrition Paper. Page. 47-54. Rome. Gaman, P. M dan K.B. Sherrington. 1994. Ilmu Pangan, Pengantar Ilmu Pangan, Nutrisi dan Mikrobiologi. Edisi Kedua. Gadjah Mada University Press. Bulaksumur, Yogyakarta.
51
Giancoli, Douglas C. 1998. Fisika. Edisi ke-5 Terjemahan Yuhilja Hanum dan Irwan Arifin. Erlangga. Jakarta. Glicksman, M. 1983. Food Hydrocolloids. CRS Press. Inc. Florida. Volume II : 74-83 Guiseley, K.B.. N.F. Stanley dan Whitehouse. 1980. Carrageenan. McGraw Hill co. New York. Pp : 199. Hardjono, S. 1990. Spektroskopi Inframerah. Liberti. Yogyakarta.
Hsu, C.P.S. 1997. Infrared Spectroscopy, in Settle, F.A. (ed.) Handbook of Instrumental Techniques for Analytical Chemistry, pp : 249-251, 266. Prentice-Hall Inc. New Jersey. Imeson, A. 2000. Carrageenan. Didalam Phillips G.O dan Williams. editors. Handbook of Hydrocolloids. Florida. CRC Press. Istini, S. dan A. Zatnika. 1991. Optimasi Proses Semirefine Carrageenan dari Rumput Laut Eucheuma cottonii. Di dalam : Teknologi Pasca Panen Rumput Laut.Prosiding Temu Karya Ilmiah; Jakarta. 11-12 Maret 1991. Jakarta Departemen Pertanian hlm 86-95. Kim, S. H., No, H. K., Kim, S. D. dan Prinyawiwatkul, A. 2006. Effect of Plasticizer Concentration and Solvent Types on Shelf-life of Egg Coated. J. of Food Science. Vol7/ nr.4. Mahmood, W. A., M. Mizanur R. K. and Teow C. Y. 2014. Effects of Reaction Temperature on the Synthesis and Thermal Properties of Carrageenan Ester. Journal of Physical Science, Vol. 25(1), 123–138, 2014. Moirano, A. L. 1977. Sulfate Seaweed Polysacharides dalam Food Colloids. The AVI Publ.co.Westport Conneticut. Pp 347-381. Rabek, J. F. 1983. Experimental Method in Polymer Chemistry, Physical Principle and Application. A Wiley-Interscience Publication. New York. Sadeghi, M. 2012. Synthesis Of A Biocopolymer Carragenan-g-Poly(AAm-co-IA)/ Montmorilonite Superabsorbent Hydrogel Composite. Vol. 29, No. 02, pp. 295 - 305 Sarjana, P dan Widia W. 1998. Mempelajari Teknik Pengolahan Rumput Laut Menjadi Karaginan Secara Hidratasi. Universitas Udayana. Denpasar. Bali.
52
Suryaningrum, TD. 1988. Kajian Sifat-sifat Mutu Komoditi Rumput Laut Budidaya Jenis Eucheuma cottonii dan Eucheuma spinosum. Tesis. IPB. Bogor. Indonesia. Suwandi, R. Iriani S. Bambang R dan Uju S. 2002. Rekayasa Proses Pengolahan dan Optimasi Produksi Hidrokoloid Semi Basali (Intermediate Moisture Food) Dari Rumput Laut. Laporan Akhir Penelitian Hibah Bersaing PT Tahun Anggaran 2001/2002. IPB. Bogor. Syarief, Rizal dan Hariyadi Halid. 1993. Teknologi Penyimpanan Pangan. Kerja sama dengan Pusat Antar Universitas Pangan dan Gizi IPB. Penerbit Arcan. Jakarta. Tako M, and Nakamura S. 1987. Indicative evidence for a conformational transition in iota carrageenan. Carbohydrate Research 161:247–255. Towle, A.G. 1973. Carrageenan. In : R.L. Whistler (Ed). Industrial Gum : Polysacharides and Their Derivates. Academic Press. London. Pp 84 – 109. Van de Velde,.F.,Knutsen, S.H., Usov, A.I., Romella, H.S., and Cerezo, A.S., 2002, 1H and 13 C High Resolution NMR Spectoscopy of Carrageenans: Aplication in Research and Industry, Trend in Food Science and Technology, 13, 73-92. Winarno, FG. 1996. Teknologi Pengolahan Rumput Laut. Pustaka Sinar Harapan. Jakarta. Wunderlich, B. 2005. Thermal Analysis of Polymeric Materials. Springer. Berlin. Yunizal, Murtini JT. Utomo BS dan Suryaningrum TH. 2000. Teknologi Pemanfaatan Rumput Laut. Jakarta: Pusat Penelitian dan Pengembangan Eksplorasi Laut dan Perikanan. Hlm 1-11. Jakarta. Zulfriady, D dan Sudjatmiko W. 1995. Pengaruh Kalsium Hidroksida dan Sodium Hidroksida Terhadap Mutu Karaginan Rumput Laut Eucheuma spinosum. Jakarta: Pusat Penelitian dan Pengembangan Bidang Pasca panen. Sosial Ekonomo Penangkapan. Hlm 137-146. Jakarta.
