Pengaruh Suhu Pengadukan Awal pada Proses Ekstraksi Maserasi Buah Panili

PROSIDING SEMINAR NASIONAL REKAYASA KIMIA DAN PROSES 2007 ISSN : 1411 – 4216

Pengaruh Suhu Pengadukan Awal pada Proses Ekstraksi Maserasi Buah Panili Satriyo Krido Wahono, M. Kismurtono, Suharto, C. Dewi Poeloengasih *) Staff Peneliti UPT Balai Pengembangan Proses dan Teknologi Kimia – LIPI Desa Gading Kecamatan Playen Kab. Gunungkidul – Yogyakarta, Telp/Fax : (0274) 392570 Abstrak Dengan meningkatnya kesadaran masyarakat terhadap kesehatan, maka penggunaan senyawa alami untuk produk makanan pun semakin dicari, salah satunya adalah vanilin. Vanilin adalah senyawa aromatis yang banyak dipakai dalam industri makanan dan farmasi. Namun vanilin yang dipergunakan tersebut pada umumnya diperoleh melalui sintesis kimia dari selulosa atau eugenol, bukan dari tanaman penghasil alami vanilin yaitu buah panili. Indonesia merupakan salah satu pengekspor buah panili, sehingga merupakan penghasil alami senyawa vanilin yang potensial. Salah satu langkah untuk memisahkan senyawa vanilin tersebut adalah melalui proses ekstraksi maserasi. Penelitian ini bertujuan untuk mengetahui pengaruh suhu pengadukan awal dalam proses ekstraksi maserasi buah panili terhadap kadar vanilin terekstrak, dengan variasi suhu yaitu 30 oC (suhu kamar), 45 oC dan 65 oC. Hasil ekstraksi yang diperoleh dianalisis menggunakan GC-MS untuk ulangan pertama dan HP-LC untuk ulangan kedua. Hasil penelitian menunjukkan bahwa suhu pengadukan awal berpengaruh terhadap kadar vanilin terekstrak dengan kadar terbesar adalah pada suhu 65 oC yaitu sebesar 0,22 % untuk ulangan I dan 0,40 % untuk ulangan II. Kata kunci : ekstraksi; kadar vanilin; suhu pengadukan awal; vanilin Abstract Because of public aware increasing in healthy, so using of natural compounds for food product is needed, one of them is vanilllin. Vanillin is aromatic compound that aplicable in food and pharmacy industry. But, most of them produced by chemical synthesis from cellulose or eugenol, not from vanilla pods as natural plants resource of vanillin. Indonesia is one of vanilla pods exporter country, so it’s potential to produce natural vanillin. One of vanillin separation process from vanilla pods is maceration extraction process. This research was conducted to study the effect of initial mixing temperature at maceration extraction process of vanilla pods on extracted vanillin concentration with temperature variation 30 oC, 45 oC dan 65 oC. The extract was analised by GC-MS for first repetition and HPLC for second repetition. The result showed that initial mixing temperature influenced on extracted vanillin concentration with the highest concentration is initial mixing temperature at 65 oC, it is 0,22 % for first repetition and 0,40 % for second repetition. Keywords : extraction, initial mixing temperature, vanillin, vanillin concentration

Pendahuluan Vanilin atau 4-hydroxy-3-methoxybenzaldehyde, adalah senyawa organic dengan rumus molekul C8H8O3 dengan gugus fungsional berupa aldehid, eter dan phenol. Vanilin merupakan senyawa aromatis yang banyak dipakai dalam industri makanan dan farmasi. Namun vanilin yang dipergunakan tersebut pada umumnya diperoleh melalui sintesis kimia. Sintesis komersial vanilin yang pertama berasal dari eugenol, yang merupakan senyawa isolasi dari minyak cengkeh. Sedangkan untuk saat ini vanilin dibuat secara komersial dari petrochemical guaiacol atau dari lignin, senyawa penyusun utama kayu sebagai produk samping industri kertas (www.wikipedia.com). Senyawa alami vanilin yang diperoleh dari buah panili jarang dikembangkan karena biaya produksi atau sintesis yang mahal. Namun dengan meningkatnya kesadaran masyarakat terhadap kesehatan, maka penggunaan senyawa alami untuk produk makanan pun semakin dicari, termasuk salah satunya adalah senyawa vanilin. Senyawa vanilin secara alami dapat diekstrak dari buah panili (Vanilla planifolia Andrews). Dalam ekstraksi buah panili *)

Satriyo Krido Wahono, E-mail : [email protected], [email protected] E-7-1

Satriyo Krido Wahono, M. Kismurtono, Suharto, C. Dewi Poeloengasih banyak senyawa aromatik yang mudah menguap dan vanilin adalah salah satu senyawa yang sangat khusus dalam flavor panili. Selama proses pengolahan, glukovanilin dihidrolisa oleh enzim ß-glukosidase menghasilkan vanilin (Arana, 1943). Beberapa studi menunjukkan bahwa glukovanilin terdapat dalam biji panili segar, tetapi vanilin tidak terdapat dalam biji segar tersebut (Goris, 1924; Arana, 1943). Di Indonesia panili merupakan salah satu komoditi ekspor non migas yang cukup banyak dibutuhkan negara lain. Panili dikenal sebagai komoditi ekspor adalah buah dari tanaman memanjat. Nama-nama panili komersial adalah panili Bourbon, panili Meksiko, panili Indonesia dan Seychelles (ISO-5565, 1982). Buah panili sesudah dipetik pada tingkat masak tertentu harus mengalami pengolahan untuk dijual. Kualitas panili ekspor ditentukan oleh kadar vanilin dalam panili olahan tersebut. Penentuan kadar vanilin dalam ekstrak panili dapat dilakukan menggunakan TLC (Guarino dan brown, 1985; Herman dan Stockli, 1982; Kahar, 1989; Taylor, 1993). Telah dilaporkan dalam literatur analisis kadar vanilin dengan teknik emulsi membran cair secara spektrofotometri dan KCKT (Sujalmi dkk, 1999) dan analisis kadar vanilin dengan berbagai macam kolom KCKT (Sujalmi, 2000), serta meningkatkan ketelitian analisis kadar vanilin dengan KCKT (Sujalmi, 2000). Pada penelitian ini, vanilin diekstrak dari buah panili dengan metode maserasi menggunakan etanol dengan variabel berupa variasi suhu pengadukan awal 30 oC, 45 oC dan 65 oC. Tujuan penelitian ini adalah untuk mengetahui pengaruh suhu pengadukan awal dalam proses ekstraksi maserasi buah panili terhadap kadar vanilin terekstrak.

Bahan dan Metode Penelitian Bahan Buah panili yang berasal dari petani panili di kabupaten Kulon Progo, D.I. Yogyakarta yang telah mengalami proses pengolahan dengan lama penyimpanan 5 bulan, larutan standar vanilin, kertas saring, etanol dan aquades. Alat Alat gelas, alat ekstraksi untuk maserasi, timbangan digital, blender, magnetic stirer, hot plate, termometer 100 oC, set peralatan GC-MS dan set peralatan HP-LC Cara Kerja 1. Ekstraksi panili secara maserasi Ke dalam masing-masing labu Erlenmeyer dimasukkan 100 gram panili olahan yang sudah diblender dan dicampur dengan 350 ml pelarut etanol dengan konsentrasi 50%. Kemudian dipanaskan pada suhu awal masing-masing : 30 (suhu kamar), 45, dan 65 oC sambil diaduk selama 10 menit dan dimaserasi pada suhu kamar selama 4 minggu. Setelah proses maserasi selesai, larutan disaring menggunakan kertas saring sehingga didapatkan hasil ekstraksi (ekstrak panili). Kegiatan ini dilakukan sebanyak dua kali ulangan dengan sumber bahan baku setiap ulangan berasal dari tempat yang sama dan mengalami perlakuan olahan sebelum maserasi yang sama pula. 2. Analisis hasil ekstrak panili Analisis untuk mengetahui kadar vanilin dilakukan dengan GC-MS untuk ekstrak pada ulangan I, GCMS dioperasikan pada kondisi operasi sebagai berikut : ¾ Kolom : DB – 17 ; Panjang : 30 m ; Diameter : 0,25 mm ¾ Temperatur program : 80 oC /21 / 10 oC permenit / 250 oC / 5 menit ¾ Temperatur injector : 250 oC ¾ Temperatur interface : 250oC, Detektor: 1,2 kv; Pressure: 68 kpa; Split Ratio: 13; Total flow: 15,8 ml/min ¾ Linier Velocity : 37,6 ; Carrier gas: Helium, UHP Colom flow: 1,01 ml/min Sedangkan untuk ekstrak pada ulangan II menggunakan HP-LC yang dioperasikan pada kondisi operasi sebagai berikut : ¾ Kolom : C18 Kromasil – 100; Panjang: 15 cm; Diameter: 4 mm ¾ Fase Gerak : Aquades dan Metanol; flow: 1ml/menit; Temperatur: 28 oC ¾ Detektor : UV pada 254 nm

Hasil dan Pembahasan Ekstraksi padat-cair atau leaching adalah suatu proses perpindahan massa suatu zat terlarut dari suatu padatan ke dalam solven pada fase larutan. Interaksi di antara zat terlarut dari suatu padatan ini sangat berpengaruh pada proses ekstraksi. Pada proses ekstraksi ini zat terlarut yang terperangkap di dalam padatan, bergerak melalui E-7-2

Pengaruh Suhu Pengadukan Awal pada Proses Ekstraksi Maserasi Buah Panili pori-pori padatan karena proses fisika maupun kimia, yakni dalam mekanisme pelarutan dan desorpsi. Zat terlarut mendifusi keluar permukaan partikel (buah panili) dan bergerak ke lapisan film sekitar padatan, selanjutnya ke larutan. Namun, untuk ekstraksi bahan-bahan alam tidak mudah untuk dipelajari, karena ekstraksinya tidak selalu beroperasi pada kondisi yang optimal. Karena vanilin di dalam buah panili berada dalam bentuk padat, maka pemisahan dilakukan dengan cara ekstraksi padat-cair atau disebut dengan ekstraksi saja. Pemisahan secara ekstraksi padat-cair ini, menghendaki pelarut yang sesuai. Proses ekstraksi buah panili dilakukan dengan tujuan utama memisahkan senyawa vanilin yang merupakan senyawa aromatis yang ingin diambil/dipisahkan dari buah panili. Vanilin dapat larut pada berbagai macam pelarut seperti pada tabel 1. Tabel 1. Berbagai macam pelarut vanilin No 1

Jenis Kelarutan Sangat Larut

2

Larut

3

Larut Sebagian

Pelarut Ethanol, Methanol(1,2,3,4,5) Chloroform(1,2,3) Carbon disulfide, Asam asetat glasial, pyridine(1) Air, Ether(1,2,3,4,5) Aceton , Benzene(3) Oils(1) Alkali hidroksida(1,4,5)

Keterangan (1) The Merck Index, 1989 (2) Food Chemicals Codex, 1994 (3) Lide, 1993-1994 (4) British Pharmacopeia, 1993 (5) Deutsches Arzneibuch, 1994

Berdasarkan data pada tabel 1, maka proses ekstraksi yang telah dilakukan menggunakan metode maserasi menggunakan pelarut polar yaitu etanol dengan konsentrasi sebesar 50 % sebagai variabel tetap. Etanol dipilih sebagai pelarut karena senyawa ini mudah didapat dan tidak bersifat karsinogenik (Armstrong, 2000). Selain itu, sifat senyawa vanilin adalah polar (Miettinen, 2004), sehingga etanol sebagai pelarut yang bersifat polar merupakan solvent yang tepat untuk dipergunakan. Metode maserasi dipilih sebagai metode ekstraksi yang dipergunakan daripada metode soklet karena senyawa vanilin mempunyai titik lebur 81 oC, sedangkan pelarut etanol memiliki titik didih 78,4 oC sehingga sudah mendekati titik lebur vanilin dan dapat merusak senyawa vanilin yang terekstrak. Setelah dilakukan proses maserasi, ekstrak yang diperoleh dipisahkan dari slurry, kemudian dianalisis menggunakan GC-MS dan HP-LC dengan hasil seperti pada Tabel 2. Tabel 2. Konsentrasi vanilin dalam ekstrak buah panili No

Suhu Pengadukan Awal (oC)

1 2 3

30 (suhu kamar) 45 65

Konsentrasi Vanilin Ulangan I Ulangan II 0,21 % 0,37 % 0,21 % 0,35 % 0,22 % 0,40 %

Berdasarkan tabel 2, dapat diketahui bahwa konsentrasi vanilin paling tinggi untuk kedua ulangan diperoleh pada suhu pengadukan awal 65 oC. Pada ulangan pertama analisis kadar vanilin menggunakan GC-MS dengan hasil untuk variabel suhu pengadukan awal 65 oC seperti pada gambar 1 dengan puncak vanilin terjadi pada waktu retensi 13-14 menit. Sedangkan pada ulangan kedua analisis menggunakan HP-LC, diperoleh puncak vanilin dengan waktu retensi juga pada saat 13-14 menit. Dari kedua ulangan yang dilakukan, pada ulangan kedua diperoleh hasil analisis kadar vanilin yang lebih tinggi daripada ulangan pertama, hal ini disebabkan oleh sifat vanilin yang non-volatil. Untuk senyawa non-volatil pengukuran kadar lebih tepat dan akurat apabila menggunakan HP-LC daripada GC-MS (Day dan Underwood, 1986).

E-7-3

Satriyo Krido Wahono, M. Kismurtono, Suharto, C. Dewi Poeloengasih

Gambar 1. Grafik analisis kadar vanilin menggunakan GC-MS dengan variabel suhu pengadukan awal 65 oC Senyawa vanilin terbentuk dari hasil reaksi enzimatis antara glukovanilin dan enzim β-Glukosidase pada proses pengolahan sebelumnya (pemeraman), senyawa tersebut terletak pada sel-sel yang ada di bawah permukaan kulit buah panili (Suharto dkk, 2005). Berdasarkan hasil ekstraksi buah panili seperti pada tabel 2, dapat dilihat bahwa perbedaan suhu pengadukan awal memberikan pengaruh terhadap konsentrasi senyawa vanilin. Dengan adanya pemanasan awal tersebut, maka kulit sel-sel tempat senyawa vanilin akan mengalami kerusakan sehingga mempermudah terjadinya transfer massa dari buah panili ke pelarut etanol 50 %. Oleh karena itu, dengan semakin tinggi suhu pengadukan awal, maka jumlah sel yang rusak semakin banyak dan proses transfer massa semakin mudah sehingga diperoleh konsentrasi vanilin terekstrak yang terbesar pada suhu pengadukan awal 65 oC. Vanilin merupakan senyawa yang berbentuk kristal, sehingga memiliki kelarutan yang mempunyai korelasi terhadap suhu. Kelarutan vanilin dalam air pada suhu yang berbeda-beda seperti pada tabel 3. Tabel 3. Kelarutan senyawa vanilin dalam air pada berbagai suhu No 1 2 3 4 5 6 7 8

Kelarutan (g/l) 3 5,2 9 10 10 50 50 62,5

Suhu (oC) 4,4 15,6 23,9 14 25 75 80 80

Keterangan Mange et al, 1924 Mange et al, 1924 Mange et al, 1924 Perry R. H., 1984 The Merc Index, 1989 Tieman, 1877 Food Chemical Codex, 1994 The Merc Index, 1989

Berdasarkan tabel 3 dapat dilihat bahwa kelarutan vanilin semakin meningkat sebanding dengan kenaikan suhu pelarutnya yang berupa air. Dalam penelitian ini mempergunakan pelarut ethanol 50 %, sehingga terdapat 50 % bagian dari pelarut tersebut berupa air. Dengan adanya variabel suhu pengadukan awal, maka jumlah vanilin yang terlarut dalam air (sebagai bagian dari pelarut yang dipergunakan) pada proses pengadukan awal juga semakin meningkat dengan semakin meningkatnya suhu, sehingga konsentrasi vanilin terekstrak yang terbesar ada pada suhu pengadukan awal 65 oC.

Kesimpulan Berdasarkan uraian di atas dapat disimpulkan bahwa suhu pengadukan awal dalam proses ekstraksi maserasi buah panili berpengaruh terhadap kadar vanilin terekstrak dengan kecenderungan semakin tinggi suhu pengadukan awal maka semakin tinggi pula kadar vanilin terekstrak yang dibuktikan dengan kadar vanilin terekstrak terbesar ada pada suhu pengadukan awal tertinggi.

E-7-4

Pengaruh Suhu Pengadukan Awal pada Proses Ekstraksi Maserasi Buah Panili Ucapan terima Kasih Penulis mengucapkan terima kasih kepada semua pihak yang telah membantu dan mendukung terselesaikannya penulisan ini, khususnya kepada UPT BPPTK LIPI Yogyakarta yang telah memfasilitasi terlaksananya penelitian ini dan Team Kristalisasi Vanili LIPI Yogyakarta atas kerjasamanya dalam mewujudkan penulisan ini.

Daftar Pustaka Anonim, “Vanillin”, www.wikipedia.com Arana, F., 1943, “Action of a beta-Glucosidase in The Curing of Vanilla”, Food Res. 8 Armstrong, Sarah R., 2000, “Ethanol, Its Use in Gasoline : Expected Impacts and Comments of Expert Reviewers”, Cambridge Environmental Inc, Cambridge British Pharmacopeia. 1993. Vol. 1. Day, R.A. Jr and A.L. Underwood, 1986, “Analisis Kimia Kuantitatif”, Penerbit Erlangga, Jakarta Deutsches Arzneibuch. 1994. 10th ed. Vol. 4. Food Chemicals Codex. 1994. 3rd ed. Goris, A Hoffman, 1924, “On The Chemical Composition of Green Vanilla Fruit and Process Development of Vanilla Aroma”, Compt. Rend 170 Guarino, P. A., S. M. Brown, 1985, Liquid Chromatographic Determination of Vanillin and Related Flavor Compounds in Vanilla Extracts : Cooperative Study, Journal Association of official Analytical Chemistry. Vol 6 Herman, A., M. Stockli, 1982, Rapid Control in Vanilla-Containing Products Using High Performance Liquid Chromatography, Journal of Chromatography, 246 International Standart ISO 5565, 1982, “(E) Vanilla (Vanilla fragrans-Salibury Ames)”, J-Specification Kahar, S, 1989, Liquid Chromatography Method for Determination of Vanilla and Related Flavor Compound in Vanilla Extracts, Collaborative Study, Journal Association of Official Analytical Chemistry, Vol 72, No. 4 Lide, D.R. 1993-1994. CRC Handbook of Chemistry and Physics. 74th ed. Mange, C.E. et al. 1924. Solubilities of Vanillin. Ind. Eng. Chem. 16 (12): 1258-1260. (Citation: Euclid Data Sheet for Vanillin by Rhône-Poulenc Chimie, created 26.01.95, updated 01.06.95) Miettinen, Sanna-Maija, 2004, “Instrumentally Measured Release and Human Perception of Aroma Compounds From Foods and Model Systems Differing in Fat Content”, Academic Dissertation, Department of Applied Chemistry and Microbiology Department of Food Technology, University of Helsinki, Helsinki Perry, R.H, 1984, “Chemical Engineers’ Handbook”, 6th edition, Mc Graw Hill Book Co, Singapore Suharto, dkk, 2005, ”Optimalisasi Proses Pelayuan Buah Panili”, Prosiding Seminar Nasional Teknik Kimia Kejuangan, ISSN 1693-4393 Sujalmi, S. Supriyanto, Astin, 1999, Analisis Kadar Vanillin dalam Buah Panili (Vanilla Planifolia Andrews) Olhan dengan Teknik Emulsi Membran Cair, Spektrometri dan KCKT, Journal Matematika dan Sains, ITB, Vol. 4, No. 2 Sujalmi S, 2000, Studi Koefisien Beberapa Kolom KCKT pada Analisis Vanilin dalam Panili Olahan, Berkala Ilmiah MIPA, UGM, No. 1, Th X Sujalmi S, 2000, Meningkatkan Ketelitian Analisis Kadar Vanillin dalam Panili Olahan dengan KCKT, Journal Penelitian Pengembangan Wilayah Lahan Kering, UNILA No. 1, Vol 22 Taylor, S., 1993, Improved Determination of Vanillin and Related Phenole Compounds in Vanilla (Vanilla Fragrans(Salisb) Ames J), by HPLC, Flavour and Fragrance Journal, Vol 8 Tieman, N. 1877. Chem. Ber. 10: 211. (Citation: Euclid Data Sheet for Vanillin by Rhône-PoulencChimie, created 26.01.95, updated 01.06.95) The Merck Index. 11th ed, 1989. Monograph 9839. Vanillin.

E-7-5