WAXES, POLICOSANOLS AND ALDEHYDES IN SUGARCANE (Saccharum officinarum L.) AND OKINAWAN BROWN SUGAR (KOKUTO)
YONATHAN ASIKIN
GRADUATE SCHOOL BOGOR AGRICULTURAL UNIVERSITY BOGOR 2008
DECLARATION OF ORIGINALITY
I hereby declare that this thesis is my own work and to the best of my knowledge it contains no material previously published or written by another person, nor materials which to a substantial extent has been accepted for the award of any degree or diploma at any university, except where due acknowledgement has been made.
Bogor, August 2008
Yonathan Asikin Student ID F251050111
ABSTRACT YONATHAN ASIKIN. Waxes, Policosanols and Aldehydes in Sugarcane (Saccharum officinarum L.) and Okinawan Brown Sugar (Kokuto). Under direction of RIZAL SYARIEF and HANIFAH NURYANI LIOE. Waxes, long chain alcohols and aldehydes were found in several variants of sugarcane (Saccharum officinarum L.) and Kokuto, a non-centrifuged Okinawan cane brown sugar. Long chain alcohols, policosanols, have been reported to have beneficial effect to human health. The composition of wax in sugarcane was analyzed using HPLC with an evaporative light scattering detector. Sugarcane wax composed of 55–60% aldehydes, sterol esters and wax esters, 32–40% alcohols, and small amounts of triacylglycerols, acids and sterols. Extraction of policosanols performed effectively with hexane and methanol (20:1 v/v), while that of long chain aldehydes was with chloroform and methanol (2:1 v/v). Their composition was determined using GC with a flame ionization detector, whereas their compounds were identified using GC-MS. Sugarcane rinds contained up to 500 mg policosanols and 600 mg aldehydes per 100 g sample of Ni 22 cultivar. The content of policosanol and long chain aldehyde in Kokuto was influenced by its production systems. Compositional analysis of the end product confirmed the presence of policosanols and aldehydes up to 85 mg and 8 mg respectively per 100 g sample of Kokuto A, a product of brown sugar manufacture with open pan heating system. Octacosanol and octacosanal were found to be the major wax components in both sugarcane and Kokuto samples. This study revealed significant difference in content and composition of waxes, policosanols and long chain aldehydes between sugarcane parts, cultivars and harvesting times; also between Kokuto types and production methods.
RINGKASAN YONATHAN ASIKIN. Wax, Polikosanol dan Aldehida pada Tebu (Saccharum officinarum L.) dan Gula Coklat Okinawa (Kokuto). Dibimbing oleh RIZAL SYARIEF dan HANIFAH NURYANI LIOE. Wax tebu (Saccharum officinarum L.) telah menjadi perhatian bagi banyak orang, karena aplikasinya pada berbagai bidang industri dan sifat fungsional dari salah satu senyawa yang terkandung di dalamnya, yaitu alkohol rantai panjang. Senyawa alkohol rantai panjang (C20–C30) atau polikosanol telah banyak diteliti dan dilaporkan terkait dengan dampak positifnya bagi kesehatan manusia seperti menurunkan agregasi platelet, menurunkan kadar LDL dalam darah, dan menghambat sintesis kolesterol. Dalam penelitian ini kandungan dan komposisi kimiawi wax, polikosanol dan aldehida rantai panjang diteliti dari beberapa varietas tebu dan Kokuto, gula coklat non-sentrifugasi dari Okinawa, Jepang. Tujuan penelitian ini adalah untuk mengetahui komposisi wax, polikosanol dan aldehida rantai panjang dengan analisis TLC, HPLC-ELSD, GC-FID dan GCMS. Secara khusus, analisis ditujukan untuk mengetahui pengaruh metode dan waktu ekstraksi; pengaruh bagian-bagian batang tebu, varietas dan umur panen tebu; serta pengaruh cara produksi dan jenis Kokuto terhadap kandungan wax, polikosanol dan aldehida rantai panjang pada tebu dan Kokuto. Sampel yang digunakan dalam penelitian ini adalah bagian-bagian batang tebu varietas Ni 15, bagian kulit dari tujuh varietas tebu (Ni 13, Ni 17, Ni 22, NiF 8, NCo 310, F 161 dan F 177), serta tujuh jenis Kokuto (tipe A–G). Komposisi wax tebu dianalisis secara kualitatif dengan teknik TLC dan dikuantifikasi dengan HPLC yang dilengkapi detektor evaporative light scattering. Kandungan dan komposisi senyawa polikosanol dan aldehida rantai panjang dianalisis oleh GC dengan detektor flame ionization, sedangkan struktur senyawanya diidentifikasi oleh GC-MS. Pengaruh setiap percobaan dianalisis secara statistik dengan rancangan acak lengkap satu faktor. Studi ini memberikan informasi mengenai senyawa fungsional polikosanol yang terkandung pada tebu dan gula coklat. Polikosanol dapat diekstrak secara efektif dengan pelarut heksana dan metanol (20:1 v/v), sedangkan aldehida rantai panjang dengan pelarut kloroform dan metanol (2:1 v/v). Identifikasi senyawa polikosanol dengan GC-MS terlihat pada pola fragmen massa trimetilsilil-eter dari ion target, sedangkan senyawa aldehida rantai panjang teridentifikasi dari pecahan fragmen spesifik dari senyawa aldehida. Oktakosanol dan oktakosanal merupakan komponen penyusun utama dari wax tebu dan Kokuto. Studi ini mengungkapkan bahwa bagian-bagian tebu, varietas dan umur panen tebu berpengaruh nyata terhadap komposisi dan kandungan wax, polikosanol dan aldehida rantai panjang pada tebu. Komposisi wax tebu yang dianalisis dengan HPLC-ELSD adalah 55–60% campuran senyawa aldehida, sterol ester dan wax ester, 32–40% alkohol, dan sejumlah kecil triasilgliserol, asam dan sterol. Senyawa polikosanol dan aldehida rantai panjang pada bagian kulit tebu yang dipisahkan dengan Cane Separation System ditemukan lebih banyak dibandingkan dengan bagian terkupasnya, yakni dengan 80 mg per 100 g sampel
tebu varietas Ni 15, sedangkan bagian terkupasnya tersebut hanya mengandung sekitar 1 mg polikosanol dan aldehida per 100 g sampel. Seluruh bagian batang tebu diketahui mengandung 35 mg polikosanol dan 24 mg aldehida per 100 g sampel. Pengupasan kulit tebu secara manual membuat wax epidermis masih melekat pada sampel, sehingga total polikosanol dan aldehida yang terkandung di dalamnya mencapai 500 mg dan 600 mg per 100 g sampel tebu varietas Ni 22. Total kandungan wax pada kulit tebu tersebut dipengaruhi oleh jenis varietas tebu, kondisi pertumbuhan dan umur tanaman tersebut. Kandungan senyawa aldehida pada kulit tebu meningkat lebih besar dibandingkan dengan senyawa polikosanol sejalan dengan meningkatnya umur tanaman terebut. Pada gula coklat Kokuto, kandungan polikosanol dan aldehida rantai panjang dipengaruhi oleh sistem produksinya. Kokuto A yang diproduksi dengan sistem pemanasan wadah terbuka didapati mengandung polikosanol dan aldehida paling tinggi dengan 85 mg dan 8 mg per 100 g sampel. Sampel Kokuto tipe lainnya diproduksi dengan teknologi pemanasan vakum yang mensyaratkan proses filtrasi yang mengakibatkan pemisahan sejumlah komponen wax dan molases dari sirup gula dan produk akhirnya, sehingga kandungan polikosanol dan aldehida lebih sedikit dibandingkan Kokuto A. Dengan ini didapati bahwa cara produksi dan jenis Kokuto berpengaruh nyata terhadap komposisi dan kandungan polikosanol dan aldehida rantai panjang pada Kokuto.
© Copyright of this thesis belongs to Bogor Agricultural University (Institut Pertanian Bogor), Indonesia and University of the Ryukyus, Japan, 2008. All rights reserved. 1. Due acknowledgement must always be made of the use of any material contained in, or derived from, this thesis. a. Any person, may however, use content of the thesis for the purposes of education, private study, research, scientific report or review. b. The use of any material contained in, or derived from, this thesis must not make negative effect for the University. 2. The written permission from the University is required before any part of the thesis may be copied for any other purpose.
WAXES, POLICOSANOLS AND ALDEHYDES IN SUGARCANE (Saccharum officinarum L.) AND OKINAWAN BROWN SUGAR (KOKUTO)
YONATHAN ASIKIN
Thesis as partial fulfillment of the requirements for the degree of Master of Science in the Department of Food Science and Technology
GRADUATE SCHOOL BOGOR AGRICULTURAL UNIVERSITY BOGOR 2008
Non-committee examiner on thesis examination : Dr. Ir. Feri Kusnandar, M.Sc.
Title of Thesis : Waxes, Policosanols and Aldehydes in Sugarcane (Saccharum officinarum L.) and Okinawan Brown Sugar (Kokuto) Name : Yonathan Asikin Student ID : F251050111
Approved by Advisory Committee
Prof. Dr. Ir. Rizal Syarief, DESS Chair
Dr. Ir. Hanifah Nuryani Lioe, M.Si. Member
Acknowledged by Head of Food Science Study Program
Dr. Ir. Ratih Dewanti, M.Sc.
Examination date : 21 July 2008
Dean of Graduate School
Prof. Dr. Ir. Khairil Anwar Notodiputro, M.S.
Passed date :
August 2008
PREFACE I would like to thank God, Lord Jesus Christ, for his mercy and spirit throughout my study and thesis work in Graduate School of Bogor Agricultural University, Indonesia. He always helps and protects me. I can do everything through Christ who strengthens me. This thesis owes its existence to the help, support and inspiration of many people. Firstly, I would like to express my sincere appreciation to Prof. Dr. Rizal Syarief as Chair of Advisory Committee for his support and encouragement during my study in Bogor Agricultural University. I am very grateful to Dr. Hanifah Nuryani Lioe as Member of Advisory Committee for her advice and supervision during the thesis work. I am also indebted to Dr. Feri Kusnandar as Non-committee Examiner for his constructive comments on this thesis. I would like to thank University of the Ryukyus, Japan for the Short Term Regular Program (STRP) and for giving me the opportunity to conduct my research in Laboratory of Food Chemistry, Department of Bioscience and Biotechnology, Faculty of Agriculture, University of the Ryukyus; and the Japan Student Service Organization (JASSO) for the scholarship. I would like to express my sincere appreciation to my supervisor during STRP period, Prof. Dr. Koji Wada, Head of Laboratory of Food Chemistry, Faculty of Agriculture, University of the Ryukyus for his advice and support throughout the research. I gratefully thank Dr. Kensaku Takara for valuable discussions during my research work. I also would like thank Okinawa Prefectural Agricultural Research Center, Japan for providing sugarcane and Kokuto samples. I wish to thank all lecturers and colleagues, especially IPN 2005, at the Food Science Study Program of Graduate School of Bogor Agricultural University. It has been a pleasure to work with you. Last but not least, many thanks to my parents, brother and sisters for their true and endless love, for never-failing patience and encouragement.
Bogor, August 2008 Yonathan Asikin
