Studi Komposisi, Kandungan Pigmen, Fotostabilitas dan Termostabilitas Serta Analisis Produk Degradasi Ekstrak Kasar Pigmen Alga Merah Kappaphycus alvarezii (Doty) Doty Varian Merah, Cokelat, dan Hijau
Tesis
Diajukan kepada Program Pascasarjana Magister Biologi Untuk Memperoleh Gelar Magister Sains (M.Si)
Oleh: Helly de Fretes NPM : 422010103
Program Pascasarjana Magister Biologi Universitas Kristen Satya Wacana Salatiga 2012 i
Abstrak Tujuan dari penelitian ini adalah untuk mengetahui komposisi dan kandungan pigmen, stabilitas pigmen terhadap perlakuan iradiasi dan termal, serta menganalisis produk degradasi dari ekstrak kasar pigmen alga merah Kappaphycus alverezii Doty (Doty) varian merah, cokelat, dan hijau. Kromatografi Cair Kinerja Tinggi (KCKT) yang dilengkapi dengan detektor diode array, digunakan untuk menganalisis komposisi pigmen. Uji fotostabilitas ekstrak kasar pigmen dilakukan dengan penyinaran ekstrak kasar pigmen menggunakan lampu Volpi Intralux 4100, pada intensitas cahaya 39300 lux, 56700 lux dan 76400 lux selama 20 menit, sedangkan uji termostabilitas dilakukan pada suhu 25 dan 90°C selama 0, 3, 6, 24, dan 48 jam. Spektrum serapan ekstrak kasar pigmen sebelum dan setelah perlakuan masing-masing berturut-turut diamati nm dengan pada panjang gelombang 325-700 menggunakan Spektrofotometer UV-Tampak MultiSpec 1501(Shimadzu, Kyoto). Produk degradasi dianalisis dengan mengukur pola spektra pada panjang gelombang 300-800 nm sebelum dan sesudah perlakuan menggunakan spektrofotometer UV-Tampak Shimadzu 1700. Data dianalisis dengan SPINA Versi 3, untuk memperoleh intensitas maksimum dan perbedaan spektra serapan. Hasil menunjukkan sebanyak 17 pigmen dapat dipisahkan dari ekstrak kasar pigmen. Komposisi pigmen hampir sama untuk ketiga varian. Zeaxantin dan klorofil a masing-masing ditemukan sebagai pigmen karotenoid dan klorofil dominan. Ekstrak kasar pigmen varian hijau tampak lebih stabil terhadap iradiasi dibandingkan dengan varian cokelat dan merah. Selama perlakuan termal pada suhu 90C, ekstrak kasar pigmen varian cokelat memiliki stabilitas tertinggi diikuti oleh varian merah dan varian hijau, sedangkan pada suhu kamar (25C) ekstrak kasar pigmen dari ketiga varian tampak stabil.
ii
Produk degradasi pigmen ekstrak kasar alga merah K. alvarezii dapat diidentifikasi melalui spektrum serapan dan hasil perbedaan spektra serapan. Isomer cis karotenoid, karotenoid tidak berwarna, dan feofitin a diestimasi sebagai produk degradasi yang terbentuk selama perlakuan iradiasi dengan intensitas cahaya 76400 lux dan perlakuan pemanasan pada suhu 90°C selama 48 jam. Penurunan intensitas warna larutan pigmen juga mengindikasikan terbentuknya produk degradasi selama perlakuan. Kata kunci: Kappaphycus alvarezii, komposisi pigmen, fotostabilitas, termostabilitas, produk degradasi
iii
Abstract The aims of this research were to determine the composition and content of pigment, to determine the stabilities toward irradiation and thermal treatments, and also to analyze the degradation products of crude pigment extracts from red, brown, and green varieties of red algae Kappaphycus alverezii (Doty) Doty. A High Performance Liquid Chromatography (HPLC), equipped with diode array detector,was used to analyze the pigment composition and pigment content. The pigment content was determined based on the peak area at 430 nm. The photostability assay of crude pigment extracts was conducted by irradiating the crude pigment extracts with a day light lamp (Volpi, Intralux 4100) at 39300 lux, 56700 lux and 76400 lux light intensity during 20 minutes treatment, whereas the thermostability assay was performed at 25 and 90°C for 0, 3, 6 24, and 48 hours. The absorption spectra of the crude pigment extract before and after each treatment are monitored successively at 325-700 nm using UV-Vis spectrophotometer, MultiSpec-1501 (Shimadzu, Kyoto). The degradation products were analyzed by measuring spectra pattern before and after each treatment at 300-800 nm using UV-Vis spectrophotometer 1700 Shimadzu. Data were analyzed with SPINA Version 3, to obtain maximum intensity and the difference absorption spectra. The result shows that 17 pigments could be well separated from the crude pigment extracts. The pigment composition was almost similar for all three varieties. Zeaxanthin and chlorophyll a were found to be the dominant carotenoid and chlorophyll, respectively. The crude pigment extract from the green variety shows to be more stable against irradiations as compared to the brown and the red varieties. During the thermal treatmentat 90C, the crude pigment extract from the brown variety has the highest stability followed by red and green varieties, respectively, whereas at room temperature (25C) the crude pigment extracts from three varieties were stable. iv
The degradation products of crude pigment extracts from red alga K. alvarezii could be identified by absorption spectra and difference absorption spectra. Cis isomers carotenoids, colorless carotenoids, and pheophytin-a were estimated as degradation product formed during the irradiation treatment with 76400 lux of light intensity and heating treatment at a temperature of 90°C for 48 hours. Decrease in the intensity of the color of pigment solution also indicates the formation of degradation products during treatment. Keywords: Kappaphycus alvarezii, pigment composition, photostability, thermostability, degradation products
v
Prakata Segala puji, hormat dan kemuliaan hanya bagi Tuhan Yesus Kristus, karena atas kasih dan penyertaanNya sehingga penulis dapat meyelesaikan tesis
dengan
judul: “Studi Komposisi, Kandungan Pigmen, Fotostabilitas dan Termostabilitas Serta Analisis Produk Degradasi Ekstrak
Kasar
Pigmen
Alga
Merah
Kappaphycus
alvarezii (Doty) Doty Varian Merah, Cokelat, dan Hijau” Tesis ini disusun dengan maksud untuk memenuhi salah
satu
persyaratan
akademik
pada
Program
Pascasarjana Magister Biologi Untuk Memperoleh Gelar Magister Sains (M.Si). Penulisan tesis ini terselesaikan berkat adanya bantuan dan kerja sama dari banyak pihak, oleh karena itu penulis mengucapkan terima kasih yang sedalamdalamnya kepada: 1. Biro
Perencanaan
Kementerian pemberian
dan
Pendidikan beasiswa
Kerjasama dan
melalui
Luar
Kebudayaan program
Negeri atas
“Beasiswa
Unggulan”. 2. Dr. AB. Susanto, M.Sc, Leenawaty Limantara, Ph.D, Dr. Budhi Prasetyo, M.Biol., selaku Pembimbing, yang telah
meluangkan
waktu, vi
tenaga,
pikiran,
serta
memberikan motivasi bagi penulis sejak penelitian hingga penulisan tesis ini dapat terselesaikan. 3. Ferry F. Karwur PhD, selaku Ketua Program Studi Magister Biologi beserta staf Pengajar dan Administrasi yang telah membantu penulis dalam pengurusan semua
administrasi
yang
mendukung
hingga
terselesaikannya penulisan tesis ini. 4. Seluruh
staf
MaChung
Research
Centre
for
Photosynthetic Pigments (MRCPP), Universitas MaChung, Malang: Pak Tatas H. P. Brotosudarmo, Mas Heriyanto, Mas Indra, Mbak Enik, atas dukungan, bantuan dan kerjasama selama penulis melakukan penelitian di laboratorium. 5. Keluarga terhebat : Papa, Mama, Ugand, Nining, Lovety,
Brayen
Hursepuny
yang
serta
Keluarga
senantiasa
Besar
memberi
de
Fretes-
dukungan,
semangat dan doa bagi penulis. 6. Kel. Om Gerrits de Fretes, atas dukungan moril dan materil kepada penulis selama menjalani studi. 7. Kel. Om Yopy Salamena yang telah memfasilitasi penulis selama melakukan penelitian di Malang. 8. Teman-teman “MB 2010” dan “d’Grid van Lynisia” atas dukungan dan kebersamaan yang tulus…. ”Kiranya Tuhan memberkati kita sekalian”.
vii
9. Sahabat-sahabat terindah: `Ndy, Vanie, Agni, J’Vans, VSC, serta keluarga baruku “Crew C51a” untuk dukungan moral dan spiritual bagi penulis. 10. Pria terbaikku, Romel Purimahua, yang siap siaga dengan doa, motivasi, dan tenaga.....>>I’m Finish R’....Dankwell<< 11. Semua pihak yang telah membantu penulis secara langsung maupun tidak langsung sejak melakukan penelitian hingga penulisan tesis ini. Penulis meyadari sungguh bahwa penulisan tesis ini masih jauh dari kesempurnaan. Untuk itu penulis sangat mengharapkan saran dan kritik yang bersifat membangun demi penyempurnaan tesis ini. Semoga karya ini dapat bermanfaat dan memberikan inspirasi bagi pengembangan penelitian pigmen dari algae.
Salatiga, Juni 2012
PENULIS
viii
DAFTAR ISI Abstrak………………………………………………………… Abstract……………………………………………………….. Prakata……………………………………………………...... Daftar Isi……………………………………………………... Daftar Tabel………………………………………………….. Daftar Gambar ……………………………………………... I . Pengantar............................................................ A. Latar Belakang…………………………….............. B. Tujuan dan Manfaat………………………………... II. Tinjauan Pustaka............................................... A. Kappaphycus alvarezii……………………………… B. Pigmen Fotosintesis pada Alga merah............... C. Stabilitas Pigmen............................................. III. Metode Penelitian.............................................. A. Tempat Penelitian…………………………………… B. Bahan……………………………........................... C. Alat……………………………………………............. D. Metode…………………………………………........... 1. Ekstraksi Pigmen........................................ 2. Identifikasi Pigmen pada K. alvarezii menggunakan Kromatografi Cair Kinerja Tinggi (KCKT)......................... .................... 3. Iradiasi Ekstrak Kasar Pigmen K. alvarezii dan Analisis spektra UV-Tampak................ 4. Termostabilitas Ekstrak Kasar Pigmen K. alvarezii...................................................... 5. Spektrofotometer........................................ E. Analisis Data………………………………………..... IV. Hasil dan Pembahasan………………………........... A. Spektrum serapan……………………………......... B. Isolasi dan Identifikasi puncak pada waktu tambat (tR) 19,53 menit……………………………. C. Komposisi dan kandungan pigmen.....…………. D. Fotostabilitas ekstrak kasar pigmen................. E. Termostabilitas ekstrak kasar pigmen............. F. Analisis produk degradasi................................ ix
i iii v viii x xi 1 1 5 6 6 7 10 12 12 12 13 13 13 13 14 14 15 15 16 16 17 18 24 26 28
V. Kesimpulan dan Saran……………………............... A. Kesimpulan………………………………………….... B. Saran…………………………………………………… Daftar Pustaka………………………………………………. Lampiran………………………………………………………
x
36 36 37 38 44
DAFTAR TABEL Tabel
Judul
1.
Komposisi dan keberadaan pigmen ekstrak kasar alga merah K. alverezii varian merah (A), cokelat (B), dan hijau (C). ………………….................................
2.
3.
Hal.
21
Persentasi degradasi (%) pada pita Qy klorofil K. alvarezii varian merah, cokelat, dan hijau setelah iradiasi 20 menit....................................................
26
Persentasi degradasi (%) pada pita Qy klorofil K. alvarezii varian merah, cokelat, dan hijau setelah 48 jam perlakuan termal pada 25 dan 90°C......
28
xi
DAFTAR GAMBAR Gambar
Judul
1.
Sampel yang digunakan, Kappaphycus alverezii (Doty) Doty varian merah (a), cokelat (b), dan hijau (c)..........................
2.
3.
Spektrum serapan ekstrak kasar pigmen alga merah K. alverezii varian merah, cokelat, dan hijau.......................
Hal.
12
16
Spektrum serapan pigmen yang diisolasi (a), dan zeaxantin dari Jeffrey et al., (1997) (b), dilarutkan dengan dua jenis pelarut, heksana (kiri) dan aseton (kanan) (c).............................................
18
Hasil kromatogram KCKT K. alvarezii, varian merah (A), varian cokelat (B), dan varian hijau (C), terdeteksi pada panjang gelombang 430 nm........................................................
19
5.
Spektrum serapan, klorofil a (a), feofitin a (b), dan β-karoten (c).........
23
6.
Spektrum serapan ekstrak kasar pigmen K. alvarezii, varian merah (A), varian cokelat (B), dan varian hijau (C), selama perlakuan iradiasi dengan intensitas cahaya 76400 lux, dengan seri iradiasi 0 menit ( ), 5 menit ( ), 10 menit ( ), 15 menit ( ) dan 20 menit ( ).......
25
4.
xii
7.
8.
9.
10.
Penyerapan spektrum pigmen ekstrak mentah K. alvarezii varian merah (A), cokelat (B), dan hijau (C), selama perlakuan termal pada 90°C selama 0 jam ( ), 3 jam ( ), 6 jam ( ), 24 jam ( ) dan 48 jam ( ) ..................................................
27
Pola spektra (a) dan hasil perbedaan spektra serapan (b) antara ekstrak kasar pigmen K. alvarezii varian merah (A), cokelat (B) dan hijau (C) setelah diiradiasi dengan intensitas cahaya 76.400 lux selama 0, 5, 10, 15 dan 20 menit dengan spektrum ekstrak kasar 0 menit sebagai spektrum referensi................................................
30
Pola spektra dan hasil perbedaan spektra serapan antara ekstrak kasar pigmen K. alvarezii varian merah (A), cokelat (B) dan hijau (C) setelah pemanasan pada suhu 90°C selama 0, 3, 6, 24 dan 48 jam dengan spektrum ekstrak kasar 0 jam sebagai spektrum referensi................................................
32
Larutan pigmen ekstrak kasar K. alvarezii varian merah, cokelat dan hijau, sebelum dan sesudah iradiasi dengan intensitas cahaya 76.400 lux selama 20 menit (A), setelah 48 jam perlakuan pemanasan pada suhu ruang 25°C dan suhu 90°C (B).........................................................
34
xiii
