LAPORAN HIBAH PENELITIAN STRATEGIS NASIONAL TAHUN ANGGARAN 2010
Ekstraksi, Fraksinasi, dan Modifikasi Lesitin dari Kedelai Varietas Unggul sebagai Pensubstitusi Lesitin Kedelai Impor serta Strukturisasinya dengan Asam Lemak ω-3 sebagai Pengemulsi Alami Nutraceutical
Dr. Teti Estiasih, STP, MP Ir. Kgs. Ahmadi, MP Ir. Erliana Ginting, MSc
Dibiayai Oleh Direktorat Jenderal Pendidikan Tinggi, Kementerian Pendidikan Nasional sesuai dengan Surat Perjanjian Penugasan Dalam Rangka Pelaksanaan Hibah Penelitian Strategis Nasional Tahun Anggaran 2010 Nomor : 522/SP2H/PP/DP2M/VII/2010, tanggal 24 Juli 2010
UNIVERSITAS BRAWIJAYA NOVEMBER 2010
RINGKASAN DAN SUMMARY RINGKASAN Fosfolipid atau lesitin merupakan pengemulsi yang bersifat alami. Fosfolipid komersial yang digunakan oleh industri pangan di Indonesia adalah lesitin kedelai impor. Selama 15 tahun terakhir telah dilepaskan 36 varietas unggul kedelai guna mendukung peningkatan produksi kedelai dalam negeri dan mengurangi ketergantungan terhadap kedelai impor yang jumlahnya mencapai 68% dari total kebutuhan nasional. Lesitin merupakan hasil samping proses penghilangan gum (degumming) yang dilakukan pada proses pemurnian minyak kedelai. Proses degumming yang tepat untuk mendapatkan hasil samping lesitin kedelai yang optimum yaitu kemurnian fosfolipid yang tinggi dan residu fosfolipid dalam minyak yang rendah serta karakteristik minyak kedelai yang sesuai dengan standar telah dilakukan pada Tahun I penelitian. Optimasi kondisi proses degumming pada minyak kedelai dari kedelai varietas unggul berhasil dilakukan untuk mendapatkan lesitin kedelai dengan kemurnian tinggi. Lesitin yang dihasilkan telah sesuai dengan spesifikasi yang dibutuhkan industri pangan. Fraksinasi dan modifikasi telah dilakukan pada Tahun I penelitian untuk mendapatkan lesitin dengan karakteristik yang sesuai dengan spesifikasi untuk industri pangan. Untuk meningkatkan keunggulan komparatif fosfolipid dari kedelai varietas unggul, jenis asam lemak dalam fosfolipid dapat diganti dengan asam lemak yang mempunyai efek positif terhadap kesehatan yaitu asam lemak ω -3. Penyediaan fosfolipid yang mengandung asam lemak ω -3 merupakan terobosan baru karena selain berperan sebagai pengemulsi bagi industri pangan yang memerlukan lesitin dan asam lemak ω -3 sekaligus (seperti industri susu), juga merupakan bahan untuk suplemen pangan. Pada Tahun II penelitian dibagi ke dalam dua tahap yaitu pembuatan konsentrat asam lemak ω -3 dari hasil samping pengalengan lemuru dan tuna, dan sintesis fosfolipid terstruktur mengandung asam lemak ω -3 dari kedelai varietas unggul dan asam lemak ω -3. Tujuan penelitian Tahap 1 adalah mendapatkan konsentrat asam lemak ω -3 yang aman bagi kesehatan yang berfungsi sebagai sumber asil pada sintesis fosfolipid terstruktur. Tujuan penelitian Tahap 2 adalah mendapatkan fosfolipid tinggi EPA dan fosfolipid tinggi DHA. EPA dan DHA merupakan asam lemak ω -3 yang fungsinya bagi kesehatan berbeda. Pada sintesis fosfolipid terstruktur tinggi EPA, hubungan antara tingkat inkorporasi EPA pada struktur fosfolipid dengan rasio konsentrat asam lemak ω – 3 :fosfolipid, konsentrasi enzim, dan lama reaksi bersifat kuadratik. Faktor yang berpengaruh terhadap reaksi asidolisis enzimatis tersebut adalah rasio konsentrat asam lemak ω -3:fosfolipid dan lama reaksi. Pada sintesis fosfolipid terstruktur tinggi DHA, faktor yang berpengaruh adalah lama reaksi yang bersifat linear. Pada sintesis fosfolipid tinggi EPA, kondisi optimum tercapai pada rasio konsentrat asam lemak ω -3:fosfolipid 3,77:1, konsentrasi enzim 30%, dan lama reaksi 24,08 jam. Pada kondisi ini respon EPA diprediksi sebesar 22,81%. Verifikasi terhadap prediksi ini menunjukkan respon kadar EPA sebesar 24,23%. Hasil terbaik yang disarankan untuk kondisi sintesis fosfolipid terstruktur tinggi DHA adalan rasio
konsentrat asam lemak ω -3:fosfolipid 4,50:1, konsentrasi enzim 16,83%, dan lama reaksi 30,00 jam. Respon DHA yang diprediksi pada kondisi terbaik ini adalah 33,93%. Verifikasi terhadap respon kadar DHA dalam struktur fosfolipid dari kondisi proses terbaik yang disarankan menunjukkan kadar DHA sebesar 29,25%. Ada preferensi EPA dan DHA untuk diinkorporasikan pada struktur fosfatidilinositol. Urutan preferensi inkorporasi EPA adalah PI>PE>PA>PC untuk fosfolipid tinggi EPA, dan PI>PC>PA>PE untuk DHA pada fosfolipid tinggi DHA. Karakteristik mutu kedua fosfolipid terstruktur yang dihasilkan memenuhi syarat mutu kecuali kemurnian fosfolipid. Proses sintesis fosfolipid terstruktur menyebabkan kemurnian fosfolipid mengalami penurunan yang diakibatkan oleh residu asam lemak bebas. Nilai HLB dari fosfolipid tinggi DHA adalah 8,84 dan fosfolipid tinggi EPA adalah 10,07. Nilai tersebut menunjukkan bahwa kedua fosfolipid terstruktur lebih cocok untuk sistem emulsi o/w Kata kunci: fosfolipid terstruktur, asidolisis enzimatis, fosfolipid tinggi EPA/DHA
SUMMARY Phospholipids or kecithins are natural emulsifier that commercially used in food industry, mainly soy lecithins. In the lattest 15 years, 36 varieties of soybean have been launched to support increasing national production and reducing soybean import.Lecithins are obtained from degumming in soybean oil purification. In year 1 of the research, the optimum condition of degumming for Anjasmoro variety soy lecithins extraction has been obtaines. The resulted lecithins met the international standard of food legal lecithins from Codex Allimentarius, ECC, and Food Chemical Codex. In gaining the superiority of soy lecithins from Anjasmoro variety, the replacement of fatty acids by bioactive C-3 fatty acids was conducted. The advantage of structured phospholipids is the role of lecithins and C-3 is obtained from one molecule. This product can be used as nutraceutical emulsifier beside as food supplement. In year 2, the research was divided into 2 steps: C-3 fatty acids preparation and structured phospholipids synthesis. The objective of the research was to determine optimum condition of enzymatic acidolysis to produce EPA rich phospholipids and DHA rich phospholipids from by product of lemuru and tuna canning processing, respectively. The relation of degree of incorporation to C-3 fatty acid concentrate:phospho-lipids ratio, enzyme concentration, and reaction time in EPA rich phospholipids was quadratic. The influencing factors were C-3 fatty acid concentrate:phospholipids ratio and reaction time. In DHA rich phospholipids synthesis, the influencing factor was reaction time with linear relationship. The optimum condition achieved at C-3 fatty acid concentrate:phospholipids ratio of 3.77:1, enzyme concentration of 30%, and reaction time of 24.08 hours in EPA rich phospholipids synthesis. The predicted EPA concentration was 22.81% meanwhile the verification showed that EPA concentration was 24.33%. The suggested best result of DHA rich phospholipids synthesis wasC-3 fatty acid concentrate:phospholipids ratio of 4.50:1, enzyme concentration of 16.83%, and reaction time of 30.00 hours. The verification of DHA concentration response was predicted 33.93%, meanwhile the verification resulted 29.25%. There was a preference of EPA and DHA to incorporate into phosphatidylinositol structure. The order of preference for EPA incorporation was PI>PE>PA>PC, meanwhile preference for DHA incorporation was PI>PC>PA>PE. Both type of phospholipids met the quality standard of legal purity specification of food grade lecithin except phospholipids puruty indicated by acetone, hexane, annd toluene insoluble. Synthesis of structured phospholids produced residual free fatty acids. HLB value of DHA rich phospholipids and EPA rich phospholipids was 8.84 and 10.07, repectively. This value indicated that the structured phospholipids was suitable for oil in water emulsion systems Keywords: structured phospholipids, enzymatic acidolysis, EPA/DHA rich phospholipids
DAFTAR PUSTAKA
Adlercreutz, D. and E. Wehtje. 2004. An enzymatic method for the synthesis of mixedacid phosphatidylcholine. J. Am. Oil Chem. Soc. 81: 553-557 Anonymous. 2010. Quality Standards for U.S. Soybeans and Soy Products. http://www.usda.gov.gipsa AOAC. 1996. Official Methods of Analysis. 16th ed. Vol 2. Virginia, USA AOCS. 1989. Official Methods and Recommended Practices of the American Oil Chemistry Society. 4th ed. Broadmaker Drive, Champaign, Illinois Aura, A-M., P. Forsell, A. Mustranta, and K. Poutanen. 1995. Transesterification of soy lecithin by lipase and phospholipase. J. Am. Oil Chem. Soc. 72: 1375-1379 Cabezas, D.M., B.W.K. Diehl, and M.C. Tomás. 2009. Sunflower lecithin: application of a fractionation process with absolute ethanol. J. Am. Oil Chem. Soc. 86(2): 189196 Chen, T-C. and Y-H. Ju. 2001. Polyunsaturated fatty acids concentrates from borage and linseed oil fatty acids. J. Am. Oil Chem. Soc. 78(5): 485-488 Choo, Y.M., S.C. Bong, A.N. Ma, and C.H. Chuah. 2004. Phospholipids from palmpressed fiber. J. Amer. Oil Chem. Soc. 81(5): 471-475 Colbert, L.B. 1998. Lecithin tailored to your emulsification needs. INFORM 43(9): 686688 Das, S. and D K Bhattacharyya. 2006. Preparation and surface- active properties of hydroxy and epoxy fatty acid-containing soy phospholipids. J. Amer. Oil Chem Soc. 83(12): 1015-1020 Erjawetz, S.P, J. Ulrich, M. Tiedtke and R.W Hartel. 1999. Milk fat fractionation by solidlayer melt crystallization. J. Am. Oil Chem. Soc. 76(5): 579-584 Eshratabadi, P. 2008. Effect of different parameters on removal and quality of soybean lecithin. Research Journal of Biological Sciences 3(8): 874-879 Estiasih, T., K. Ahmadi, dan F.C. Nisa. 2008. Sintesis Pengemulsi Mengandung Asam Lemak -3 dari Hasil Samping Pengolahan Ikan dan Kelapa Sawit. Laporan Tahun I Insentif Riset Dasar. LPPM UB, Malang Estiasih, T., K. Ahmadi, dan F.C. Nisa. 2009a. Sintesis Pengemulsi Mengandung Asam Lemak -3 dari Hasil Samping Pengolahan Ikan dan Kelapa Sawit. Laporan Tahun II Insentif Riset Dasar. LPPM UB, Malang Estiasih, T, K. Ahmadi, dan W.B. Suanrharum. 2009b. Pengembangan Teknik Saponifikasi Satu Tahap pada Pembuatan Konsentrat PUFA dan Konsentrat Protein secara Simultan dari Kedelai Varietas Lokal. Laporan Hibah Penelitian Kompetitif sesuai Prioritas Nasional. LPPM UB, Malang Estiasih, T. 2010. Optimasi kristalisasi urea pada pembuatan konsentrat asam lemak 3 dari hasil samping pengalengan lemuru. Jurnal Teknologi Pertanian 11(1): 2734 Ginting, E., S.S. Antarlina, dan S. Widowati. 2009. Varietas unggul kedelai untuk bahan baku industri pangan. Jurnal Litbang Pertanian 28(3): 79-87 Haraldsson, G.G. and A. Thorarensen. 1999. Preparation of phospholipids highly enriched with n-3 polyunsaturated fatty acids by lipase. J. Am. Oil Chem. Soc. 76(10): 1143-1149
Hayes, D.G. 2004. Enzyme-catalyzed modification of oilseed materials to produce ecofriendly products. J. of Amer. Oil Chem. Soc. 81: 1077-1103 IUPAC. 1979. Standard Methods for the Analysis of Oils, Fats, and Derivatives. 6th ed. Pergamon Press, British Joshi, A., S.G. Paratkar, and B.N. Thorat. 2006. Modification of lecithin by physical, chemical and enzymatic methods. Eur. J. Lipid Sci. Technol. 108: 363–373 Judde, A., P. Villeneuve, A. Rossignol-Casteraa, and A.L Guillou. 2003. Antioxidant effect of soy lecithin on vegetable oil stability and their synergism with tocopherols. J. Am. Oil Chem. Soc. 80: 1209–1215 Kompas. 2008. Rp 1 Triliun untuk Produksi Kedelai. Selasa, 12 Februari 2008. 02:58 WIB Krog, N.J. 1997. Food emulsifier and their chemical and physical properties. In S.E. Friberg and K. Larsson (eds). Food Emulsions. 3th edition, revised, and expanded. New York: Marcel Dekker Inc Lilbæk, H. M., T. M. Fatum, R. Ipsen, and N.K. Sørensen. 2007. Modification of milk and Chem. 55: 2970-2978 Lin, J. and I. Blank. 2003. Odorants generated by thermally induced degradation of phospholipids. J. Agric. Food Chem. 51: 4364-4369 Montgomery, D.C. 2001. Design and Analysis of Experiments. 5th edition. John Wiley & Sons, Singapore Nasir , M.I., M. A. Bernards, and P. A. Charpentier . 2007. Acetylation of soybean lecithin and identification of components for solubility in supercritical carbon dioxide. J. Agric. Food Chem. 55: 1961-1969 Nieuwenhuyzen, W. and M.C. Tomás. 2008. Update on vegetable lecithin and phospholipid technologies. Eur. J. Lipid Sci. Technol. 110: 472–486 Nzai, J.M. and A. Proctor. 1998. Phospholipids determination in vegetable oil by thin layer chromatography and imaging densitometry. Food Chem. 63: 571-576 Palacios, L.E. and T. Wang. 2005. Extraction of egg-yolk lecithin. J. Amer. Oil Chem. Soc. 82(8): 565-569 Pan, L.G., A. Campana, M.C. Toms, and M.C. An. 2000. A kinetic study of phospholipid extraction by degumming process in sunflower seed oil. J. Am. Oil Chem. Soc. 77: 1273–1276 Park, P.W. and R.E. Goins. 1994. In situ preparation of fatty acids methyl ester for analysis of fatty acids composition in foods. J. Food Sci. 59: 1262-1266 Sanibal, E.A.A. and J. Mancini-Filho. 2004. Frying oil and fat quality measured by chemical, physical, and test kit analyses. J. Am. Oil Chem. Soc. 81: 847-852 United Soybean Board. 2010. Soy Lecithin Fact Sheet. www.talksoy.com. Tanggal akses 20 Maret 2010 Wang, G. and T. Wang. 2008. Oxidative stability of egg and soy lecithin as affected by transition metal ions and pH in emulsion. J. Agric. Food Chem. 56 (23): 1142411431 Wu, Y. and T. Wang. 2004. Fractionation of crude soybean lecithin with aqueous ethanol. J. Am. Oil Chem. Soc. 81: 697–704 Vikbjerg, A.F., L. Peng, H.Mu, and X.Xu. 2005a. Continuous production of structured phospholipids on a packed bed reactor with lipase from Thermomyces lanuginosa. J. Am. Oil Chem. Soc. 82: 237-242
Vikbjerg, A.F., H. Mu, and X. Xu. 2005b. Monitoring of monooctanoylphosphatidylcholine synthesis by enzymatic acidolysis between soybean phosphatidylcholine and caprylic acid by thin-layer chromatography with a flame ionization detector. Agric. Food Chem. 53: 3937-3942 Vikbjerg, A.F., J-Y. Rusig, G. Jonsson, H. Mu, and X. Xu. 2006. Comparative evaluation of the emulsifying properties of phosphatidylcholine after enzymatic acyl modification. J. Agric. Food Chem. 54: 3310-3316
