Pendahuluan
Pemilihan pelarut merupakan hal yang fundamental guna mencapai proses ekstraksi yang optimal. Dasar pemilihan pelarut pada proses ekstraksi gelombang mikro adalah kelarutan senyawa target proses ekstraksi, interaksi antara pelarut dengan matriks bahan serta sifat atau kemampuan pelarut dalam menyerap energi gelombang mikaro.
Etanol 70% dari hasil penelitian terdahulu terbukti mampu mengekstraksi senyawa bioaktif rosella lebih banyak dibandingkan etil asetat dan heksan, yaitu dengan rendemen 19,45 + 0,32 mg/g. Disamping itu, aktivitas senyawa bioaktif dalam rosella menggunakan pelarut etanol 70% menunjukkan sifat-sifat toksisitas, aktivitas antibakteri dan antioksidan. Hal ini dikarenakan polaritas senyawa bioaktif rosella, sebagai hasil metabolit sekunder, sesuai dengan polaritas etanol 70%. Dari penelitian terdahulu di dapat kandungan total fenolik, antosianin, vitamin C kelopak bunga rosella menggunakan pelarut etanol berturut turut sebagai berikut: 19,45 + 0,32; 13,51 + 0,03;20,47 + 0,34 mg/g.
Peneliti terdahulu, Mourtzinos et al. (2008) juga menyatakan bahwa kelopak bunga rosella kaya akan kandungan senyawa fenolik diantaranya antosianin. Antosianin merupakan turunan struktur dasar kation flavilium, yang memiliki kekurangan elektron, menyebabkan antosianin sangat reaktif. Reaktivitas antosianin ini justru menunjukkan kemampuan antosianin sebagai antioksidan. Namun di sisi lain reaktivitas ini pun menunjukkan kelemahan antosianin, karena memicu kerusakan antosianin itu sendiri. Laju kerusakan antosianin dipengaruhi beberapa faktor seperti pH, suhu, kopigmen intermolekuler, asam askorbat, dan oksigen
Teknik konvensional seperti pemanasan, perebusan, reflux dapat digunakan untuk mengekstraksi senyawa fenolik. Kelemahan teknik konvensional ini yaitu adalah terjadinya kerusakan senyawa fenolik akibat reaksi oksidasi, hidrolisis dan ionisasi selama proses ekstraksi. Hal ini terutama karena dengan metode tersebut waktu yang digunakan biasanya lama. Sehingga kontak antara bahan dengan panas selama proses ekstraksi akan berakibat pula terhadap kerusakan senyawa fenolik yang terekstrak keluar. Oleh karena itu, metode lain seperti Supercritical Carbondioxide Extraction, Subcritical Water Extraction, Ultrasonic Assisted Extraction and Microwave Assisted Extraction (MAE) menjadi alternatif yang lebih menarik dibandingkan metode konvensional. Diantara metode tersebut, MAE adalah metode yang sederhana dan ekonomis dilakukan untuk mengekstraksi senyawa-senyawa bioaktif dari tanaman. Rekoveri produk dengan menggunakan MAE ditentukan oleh efek pemanasan yang terjadi karena rotasi dipole dari pelarut dalam microwave (Zhang et al., 2005; Hemwimon et al., 2007). Belum ada laporan ekstraksi senyawa fenolik dari kelopak bunga rosella berbantu gelombang mikro.
Berdasarkan karakteristik senyawa fenolik dan untuk menentukan efisiensi metode ekstraksi, maka perlu dilakukan optimasi proses ekstraksi. Response Surface Method adalah model matematik dan statistik untuk menginvesigasi suatu
33 masalah proses yang komplek dimana respon yang diharapkan ditentukan oleh beberapa variabel dengan tujuan untuk maksimasi respon yang ditelah ditentukan. (Montgomery, 2005).
Dalam penelitian ini, telah dikaji ekstraksi fenolik dari kelopak bunga rosella berbantu gelombang mikro menggunakan single factor experiments untuk menentukan selang variabel yang diujikan dan Central Composite design untuk kombinasi variabel. Tujuan dari penelitian ini adalah menentukan kondisi optimasi ekstraksi fenolik berbantu gelombang mikro dari kelopak bunga rosella dan karakterisasi ekstrak yang dihasilkan dari kondisi optimum.
Metode Penelitian
Bahan
Bahan utama adalah kelopak bunga rosella merah (Hibiscus sabdariffa), pelarut etanol (PA). Staphylococcus aureus dan Escherichia coli didapat dari Fakultas Biologi Unsoed.
Alat
Peralatan yang digunakan meliputi : microwave electrolux, rotary evaprator, timbangan, inkubator, spektrofotometer, mini SEM, autoklaf, peralatan gelas untuk analisis kimia.
Tahapan Penelitian
Ekstraksi
Kelopak bunga rosella kering dihancurkan dengan meggunakan blender selama 1 menit dan disaring menggunakan saringan 60 mesh. Ekstraksi menggunakan beberapa variasi konsentrasi pelarut etanol (40, 50, 60, 70, 80 and 90%), daya gelombang mikro (100, 175, 250, 325, 400 Watt) dan waktu ekstraksi (1,3,5,7,9,11 menit) dilaksanakan secara mandiri dengan rasio serbuk rosella dan pelarut 1:10 w/v, 10 gram serbuk rosella dalam 100 mL solvent. Campuran diradiasi dalam mikrowave dengan selang waktu tertentu (satu menit radiasi dan dua menit diistirahatkan) untuk menjaga temperatur tidak naik melewati titik didih (Li et al., 2009). Ekstrak rosella disaring dan dipekatkan menggunakan vacuum rotary evaporator 70oC, 44 cmHg. Ektraksi pemanasan listrik (sebagai metode pembanding), dilakukan pada suhu 50°C, waktu ekstraksi 5 menit dan konsentrasi etanol 78,36%.
Penentuan Vitamin C (AOAC, 2000), total kandungan antosianin (Fuleki et al., 1968), Total fenolik ditentukan menggunakan metode Folin-Ciocalteu (Chew et al., 2009), uji aktivitas antibakteri penentuan nilai KHM dan KBM (Sharma et al. 2011; Doughari 2006), uji aktivitas antioksidan (Al-Hashimi, 2012)
Hasil dan Pembahasan
Pengaruh konsentrasi etanol terhadap total fenolik terekstrak
Faktor yang berpengaruh dalam MAE meliputi konsentrasi etanol, daya gelombang mikro dan waktu ekstraksi (data mentah disajikan pada Lampiran 4). Untuk menentukan selang pada masing-masing variable terlebih dahulu
34
ditentukan pengaruh dari tiap faktor dikaji secara mandiri (Wang et al.,2010: Li et al.,2009).
Pemilihan pelarut yang sesuai dengan metode ekstraksi yang digunakan merupakan dasar untuk mengembangkan metode ekstraksi termasuk MAE. Etanol digunakan dalam penelitian karena bersifat non toksik dan relatif murah. Metanol tidak digunakan dalam penelitian meski memiliki faktor disipasi yang lebih tinggi yang berarti mampu menyerap energi gelombang mikro dan mengubah ke energi panas lebih baik dibanding pelarut lain, namun metanol memiliki sifat toksik yang tinggi, sehingga tidak food grade (Hemwimon et al., 2007). Karena itu untuk meningkatkan faktor disipasi etanol, dilakukan penambahan air. Penambahan dilakukan hingga mencapai konsentrasi etanol sebagai berikut: 40, 50, 60, 70, 80 and 90%. Pada tahapan ini daya gelombang mikro yang digunakan adalah 250 Watt dengan lama waktu ekstraksi 5 menit.
Hasil seperti yang terlihat pada Gambar 9, terlihat bahwa konsentrasi etanol berpengaruh terhadap total fenolik yang dihasilkan. Sebagai akibat kenaikan konsentrasi etanol hingga 80%, total fenolik yang dihasilkan pun terus meningkat. Kemudian peningkatan konsentrasi pelarut hingga 90% mengakibatkan penurunan total fenolik yang dihasilkan. Hal ini disebabkan karena dalam proses ekstraksi polaritas pelarut memegang peranan yang sangat penting. Polaritas larutan ditentukan oleh konstanta dielektiknya. Markom et al. (2007) menyatakan bahwa konstanta dielektrik air dan etanol berturut turut adalah 80,20; 24,30.
Gambar 9 Pengaruh konsentrasi etanol terhadap total fenolik yang dihasilkan Dengan demikian polaritas senyawa fenolik sebagai hasil metabolism sekunder pada tanaman sesuai dengan polaritas pelarut etanol 80%. Menurut Durst and Worldstad (2005) pada rosella, hampir 80-90% kandungan fenolik adalah antosianin. Polaritas dari antosianin diklasifikasikan sebagai semi polar dengan konstanta dielektrik sekitar 30-40 (Richter et al., 2006). Adanya sejumlah kecil air dapat meningkatkan polaritas relatif pelarut sehingga dapat meningkatkan kapasitas polaritas dan melalui pembengkakan material tanaman akan berakibat terjadinya peningkatan luas permukaan bagi terjadinya interaksi antara pelarut dan salut (Pan et al., 2001; Wang et al., 2010).
Namun demikian bila air berlebih maka akan terjadi pembengkakan berlebih. Pembengkakan berlebih akan menyebabkan terjadinya thermal stress
426.55+0.79 5.34+0.25 6.61+1.28 7.56+0.45 12.38+0.8411.89+1.21 0.00 2.00 4.00 6.00 8.00 10.00 12.00 14.00 40 50 60 70 80 90 T o tal fen o lik ( m g /g ) Konsentrasi etanol (%)
35 yang berlebih akibat timbulnya panas yang cepat pada larutan. Akibatnya pada konsentrasi etanol yang lebih kecil rendemen cenderung turun karena dengan terjadinya pembengkakan dan termal stress yang berlebih maka akan semakin banyak pula senyawa senyawa fenolik yang terdekomposisi. Untuk itu diputuskan untuk menggunakan konsentrasi pelarut etanol 80% sebagai titik tengah pada eksperimen berikutnya
Pengaruh waktu ekstraksi terhadap total fenolik yang dihasilkan
Gambar 10 Pengaruh waktu ekstraksi terhadap total fenolik yang dihasilkan Waktu ekstraksi adalah faktor yang harus dipelajari uantuk meningkatkan efektivitas ekstraksi tanpa mengakibatkan kerusakan bahan terekstrak. Penelitian dilakukan pada variasi waktu 1, 3, 5, 7, 9 and 11 menit, menggunakan pelarut etanol 80% dengan daya gelombang mikro sebesar 250 Watt. Gambar 10 terlihat bahwa total fenolik yang dihasilkan meningkat hingga mencapai 5 menit waktu ekstraksi. Waktu ekstraksi yang lebih lama dari 5 menit tidak meningkatkan total fenolik yang terekstrak bahkan menurunkan total fenolik yang dihasilkan. Hal ini dikarenakan waktu yang lebih lama dari 5 menit menimbulkan kerusakan pada senyawa fenolik yang terekstrak, dikarenakan waktu kontak antara panas dan hasil ekstraksi lebih lama. Waktu ekstraksi gelombang mikro yang lama akan mengakibatkan turunnya rendemen dan mengakibatkan terjadinya dekomposisi senyawa fitokimia juga dilaporkan beberapa peneliti diantaranya Chen et al (2007) dan Pan et al., (2001).
Chen et al. (2007) menyatakan bahwa ekstraksi triterpenoid saponin dengan durasi ekstraksi melebihi waktu operasi optimumnya yakni melewati waktu 20 menit, rendemen triterpenoid saponin turun seiring dengan semakin meningkatnya waktu eksraksi.
Pan et al. (2001) menyatakan bahwa waktu ekstraksi lebih dari dua menit persentase ekstraksi transchiones cenderung turun karena tranchiones mudah terdekomposisi pada suhu tinggi dan waktu paparan yang lama. Penentuan waktu ekstraksi dilakukan untuk menentukan waktu yang diperlukan untuk desorpsi, yaitu waktu yang dibutuhkan agar bahan komponen bioaktif rosella dapat terekstrak keluar masuk ke dalam pelarut. Dalam hal ini pelaksanaan penelitian
13.21+0.99 15.42+0.16 19.30+1.04 16.12+1.24 15.02+0.76 13.14+0.56 0.00 5.00 10.00 15.00 20.00 25.00 1 3 5 7 9 11 T o tal fen o lik (m g /g )
36
lebih lama dari 5 menit sia-sia untuk dilakukan. Karena itu, 5 menit digunakan sebagai titik tengah pada penelitian optimasi berikutnya.
Pengaruh daya gelombang mikro terhadap total fenoliks yang dihasilkan
Daya gelombang mikro merupakan parameter penting lain dalam prosedur ekstraksi berbantu gelombang mikro. Variasi daya yang digunakan adalah 100, 175, 250, 325 dan 400 W, dengan menggunakan pelarut etanol 80% dan waktu ekstraksi 5 menit. Gambar 11 menunjukkan bahwa daya 250 W merupakan daya yang cukup untuk eksperimen berikutnya. Penggunaan daya hingga 250 W meningkatkan total fenolik yang dihasilkan. Hal ini disebabkan karena daya yang tinggi akan menghasilkan panas yang lebih tinggi pula. Meningkatnya daya gelombang mikro akan berakibat pada energi gelombang mikro terhadap biomolekul, dengan konduksi ionik dan rotasi dipole yang berakibat disipasi daya didalam bahan tanaman (serbuk rosella) dan pelarut yang berakibat pada pergerakan molekul dan pemanasan (Chen et al., 2008) yang mengakibatkan perpindahan senyawa aktif dari sel tanaman ke dalam pelarut. Namun, senyawa fenolik sangat sensitive terhadap panas. Menurut Gao et al. (2006) pada daya gelombang mikro yang lebih besar (400-1200W), variasi daya yang diberikan tidak berpengaruh pada hasil ekstraksi sehingga diputuskan untuk menggunakan 250 W sebagai titik tengah pada penelitian berikutnya.
Gambar 11 Pengaruh daya gelombang mikro terhadap total fenolik ekstrak
Optimasi ekstraksi fenolik menggunakan ekstraksi berbantu gelombang mikro
Pada penelitian ini dievaluasi tiga parameter: (A) daya gelombang mikro, (B) konsentrasi etanol, dan (C) waktu ekstraksi. Berdasarkan penelitian sebelumnya ditentukan tiga taraf dari tiap variable untuk menentukan kondisi ekstraksi yang sesuai, seperti terlihat pada Tabel 6 dan Tabel 7. Respon tunggal yang diukur adalah total fenolik. Total fenolik (Y) yang dihasilkan didefinisikan sebagai rasio dari total fenolik dalam ekstrak terhadap total bahan (serbuk rosella) yang diekspresikan sebagai GAE milligrams per gram serbuk rosella. Tiap variable yang akan dioptimasi terkode pada tiga taraf level: -1, 0, dan 1. Tabel 6 menunjukkan variabel, simbol variable dan taraf/level. Seleksi dari level variabel didasarkan pada kajian sebelumnya.
14.46 + 0.2114.10 + 0.77 16.48 + 0.31 15.32 + 0.1214.73 + 0.81 0.00 2.00 4.00 6.00 8.00 10.00 12.00 14.00 16.00 18.00 100 175 250 325 400 Tota l fe noli k (mg /g )
37 Central Composit Desain (CCD) terlihat pada Tabel 6, dilakukan untuk menyesuaikan dengan model ordo 2 RSM. Model yang digunakan untuk respon (Y) adalah:
Y =β0 + βixi + βiixi2+ βij xi xj + €
Dimana 0adalah nilai respon yang sesuai pada titik tengah desain, yang mana point (0, 0, 0). 0, i, ii, dan ij adalah berturut turut konstanta, linier, kuadratik dan bentuk regresi.
Diagnosa kesesuaian model
Response surface methodology (RSM) adalah alat yang efektif untuk
optimasi proses dengan banyak faktor dan interaksi yang mempengaruhi hasil
yang diinginkan. Prinsip dasar analisa RSM adalah menghubungkan variable Tabel 7 Kode dan variabel desain eksperimen
Variabel Kode -1 0 1
Daya microwave (Watt) A 175 250 325
Konsentrasi etanol (%) B 70% 80% 90%
Waktu ekstraksi (min) C 3 5 7
Tabel 6 Matrik unit desain eksperimen
Unit Tipe A B C Total fenolik
(Watt) (%) (Menit) (mg/g) 1 center 250 80 5 24.49 2 center 250 80 5 24.49 3 Fact 175 70 3 17.59 4 Fact 175 90 7 18.98 5 Fact 325 90 3 16.46 6 Fact 325 70 7 19.84 7 Fact 325 90 7 17.59 8 center 250 80 5 24.61 9 Fact 325 70 3 19.04 10 Fact 175 70 7 16.11 11 Fact 175 90 3 16.98 12 center 250 80 5 24.61 13 Axial 250 80 1.64 22.00 14 Axial 376.13 80 5 22.02 15 center 250 80 5 24.38 16 Axial 123.87 80 5 16.11 17 center 250 80 5 24.38 18 Axial 250 63.18 5 20.20 19 Axial 250 80 8.36 19.89 20 Axial 250 96.82 5 12.38
38
tidak bebas dengan parameter proses (variable bebas) menggunakan metode statistik, yang akan menghasilkan persamaan regresi multivariate. RSM memperhatikan interaksi antar variable dan optimasi parameter proses dalam selang tertentu yang masuk akal. Keuntungan penggunaan metode ini adalah sedikitnya unit kombinasi, replikasi dan waktu yang diperlukan.
RSM menggunakan desain eksperimen seperti Central Composite Design (CCD) untuk menyesuaikan dengan model dengan teknik Kuadrat Terkecil. Jika model yang diajukan sudah cukup, yang dianalisa dengan menggunakan teknik yang tersedia dalam analisis varian maka persamaan analisis multi regresi yang digunakan adalah:
Y = 24.50 + 1.76A - 2.32B - 0.63C - 0.89AB + 0.18AC + 0.48BC - 2.05A2 - 3.03B2 - 1.39C2 - 0.45ABC + 2.00A2B + 0.93A2C - 1.35AB2
Hasil ANOVA terlihat pada Tabel 7. Nilai F model yang digunakan adalah 145.86 menunjukkan bahwa model signifikan. Nilai “Prob > F” kurang dari 0.01 mengindikasikan bahwa model terindikasikan berbeda sangat nyata. Nilai “Prob
> F” lebih besar dari 0.1000 menunjukkan bahwa model tidak signifikan. Tabel 8 ANOVA
Sum of Mean F p-value
Source Squares df Square Value Prob > F
Block 0.76 2 0.38 Model 251.39 13 19.34 145.86 0.0001 * A-Daya 17.46 1 17.46 131.72 0.0003* B-Konsentrasi 30.58 1 30.58 230.62 0.0001* C-Waktu 2.23 1 2.23 16.79 0.0149 AB 6.28 1 6.28 47.39 0.0023* AC 0.25 1 0.25 1.87 0.2428 BC 1.81 1 1.81 13.69 0.0208 A2 60.56 1 60.56 456.79 <0.0001 B2 132.37 1 132.37 998.40 <0.0001 C2 27.67 1 27.67 208.67 0.0001 ABC 0.55 1 0.55 4.14 0.1116 A2B 13.30 1 13.30 100.34 0.0006 A2C 2.89 1 2.89 21.78 0.0095 AB2 6.02 1 6.02 45.44 0.0025
39
Dari hasil penelitian juga disimpulkan bahwa efek daya gelombang mikro, konsentrasi etanol, dan interaksi antara daya gelombang mikro dengan konsentrasi etanol, berpengaruh secara signifikan terhadap total fenolik yang dihasilkan. Pada Gambar 12 terlihat hubungan variabel daya gelombang mikro, dan konsentrasi etanol dengan mengamati satu respon yang diharapkan yaitu total fenolik, yang mengindikasikan perubahan total fenolik yang dihasilkan pada kondisis MAE yang berbeda. Senyawa fenolik seperti halnya antosianin bersifat polar sehingga dapat larut dalam pelarut polar seperti etanol, aceton dan air. Namun bila dilihat derajat polaritasnya, antara senyawa fenolik sebagai zat terlarut dan etanol sebagai pelarut, tidak seimbang. Polaritas etanol menurut Richter et al. (2006) adalah 24, sedangkan polaritas senyawa fenolik dan antosianin 30-40. Untuk itulah perlu dilakukan penambahan air untuk meningkatkan efisiensi ekstraksi. Disisi lain menurut King et al. (2009) peningkatan suhu akan menurunkan polaritas air. Hal inilah yang membuat interaksi antara konsentrasi etanol dan daya gelombang mikro memiliki pengaruh yang signifikan terhadap total fenolik yang dihasilkan. Kesesuaian polaritas pelarut dan zat terlarut sangat menentukan efisiensi proses ekstraksi berbantu gelombang mikro yang dilakukan.
Peningkatan daya gelombang mikro, dapat meningkatkan total fenolik yang dihasilkan. Peningkatan ini disebabkan efek langsung dari energi gelombang mikro terhadap biomolekul oleh konduksi ionik dan rotasi dipol sehingga menghasilkan gerakan molekul dan pemanasan. Peningkatan daya menyebabkan lebih banyak energi gelombang mikro yang disalurkan ke sistem ekstraksi sehingga laju difusi senyawa target dipercepat dan dapat meningkatkan efisiensi hasil ekstraksi. tapi pada daya yang lebih tinggi 250 Watt, tidak memberikan pengaruh yang nyata bahkan total fenolik yang dihasilkan cenderung menurun. Penurunan total fenolik ekstrak pada daya yang lebih tinggi disebabkan karena komponen fitokimia yang terdapat dalam bahan (kelopak bunga rosella) terdekomposisi oleh pengaruh panas yang dihasilkan daya gelombang mikro diatas 250 Watt, sehingga total fenolik yang dihasilkan rendah.
Hasil penelitian ini sejalan dengan laporan beberapa peneliti, diantaranya Li et al. (2009) melaporkan bahwa pada daya gelombang mikro hingga 560 watt dan konsentrasi etanol 60% rendemen flavonoid yang dihasilkan dari daun mulberry meningkat. Wang et al. (2010) melaporkan bahwa rendemen flavonoid dari Radix puerariae meningkat hingga daya gelombang mikro 255 Watt pada konsentrasi etanol hingga 70%. Pada daya 255-425 Watt, tidak terjadi perubahan yang Gambar 12 Hubungan antara daya gelombang mikro dan konsentrasi etanol
terhadap total fenolik yang dihasilkan
175.00 212.50 250.00 287.50 325.00 70.00 75.00 80.00 85.00 90.00 18.1 19.775 21.45 23.125 24.8 T o ta l P h e n o l ( m g /g )
Microwave Output Power (W) Ethanol Concentration (%)
40
signifikan terhadap flavonoid yang dihasilkan. Jiangfeng et al. (2011) melaporkan bahwa daya microwave 150-350 watt dapat meningkatkan komponen fenolik daun ubi dan akan menurun di atas daya 350 watt.
Perbandingan ekstraksi berbantu gelombang mikro dengan pemanasan listrik konvensional
Kondisi optimum ditentukan dengan menjalankan program central composite desain. Kondisi optimum dicapai pada waktu ekstraksi 4,91 menit, 78,36 % etanol dan 250 W daya gelombang mikro. Estimasi total fenolik yang dihasilkan pada kondisi optimasi adalah 24,61 mg/g. Penelitian untuk memverifikasi pada kondisi optimum, dilaksanakan dengan 4 kali ulangan menghasilkan total fenolik 23.77 + 0.25 mg/g, dengan rendemen sebesar 22,09 + 3.3 % lebih tinggi dibandingkan mengunakan metode konvensional yaitu 19.84 + 0.46 mg/g dan 16,18 + 1,9%. Hasil verifikasi yang lebih rendah dibandingkan estimasi, dikarenakan waktu ekstraksi 4,91 menit pada alat tidak dapat dilakukan, sehingga lama ekstraksi yang digunakan 5 menit.
Pada penelitian ini ekstraksi berbantu gelombang mikro dibandingkan dengan ekstraksi konvensional menggunakan pemanasan. Kondisi operasi pada proses ekstraksi dengan pemanasan listrik adalah suhu 50⁰C (suhu larutan ekstraksi yang mengunakan MAE), waktu ekstraksi 5 menit dan konsentrasi etanol 78,36%. Kondisi ini merupakan kondisi optimum metode ekstraksi menggunakan MAE. Daya gelombang mikro 250 watt setara dengan 50°C.
Gambar 13 Perbandingan karakterisasi ekstrak kondisi optimum MAE dan konvensional
Dari Gambar 13 (data mentah disajikan pada Lampiran 5), dibandingkan metode ekstraksi konvensional, total fenolik, antosianin, dan vitamin C, ekstraksi berbantu gelombang mikro yaitu 23,77 + 0,25; 14,80 + 0,08;10,74 + 0,14 mg/g lebih tinggi dibandingkan ekstraksi konvensional 19,84 + 0,46;9,28 + 0,04;9,99 + 0,16 mg/g. Peningkatan Total fenolik, antosianin dan vitamin C yang dihasilkan karena induksi ionik dan rotasi dipole memaksa peningkatan pergerakan molekul dan panas. Selain itu tingginya perolehan ekstrak pada ekstraksi berbantu gelombang mikro juga disebabkan oleh adanya aktivitas-aktivitas molekul air yang memicu terjadinya pembengkakkan material tanaman akibat adanya pemanasan dielektrik (Pan et al., 2001; Wang et al., 2010).
0.00 5.00 10.00 15.00 20.00 25.00
Total fenolik Antosianin Vit. C
Jum lah m g /g MAE Tradisional
41 Prinsip pemanasan menggunakan gelombang mikro adalah berdasarkan tumbukan langsung dengan material polar atau pelarut dan diatur oleh dua fenomena yaitu konduksi ionik dan rotasi dipol. Dalam sebagian besar kasus, kedua fenomena tersebut berjalan secara simultan. Konduksi ionik mengacu pada migrasi elektroforetik ion dalam pengaruh perubahan medan listrik. Resistansi yang ditimbulkan oleh larutan terhadap proses migrasi ion menghasilkan friksi yang akan memanaskan larutan. Rotasi dipol merupakan pengaturan kembali dipol dipol molekul akibat medan listrik yang berubah dengan cepat. Gelombang mikro bekerja dengan melewatkan radiasi gelombang mikro pada molekul pada molekul air, etanol dan serbuk kelopak bunga rosella. Molekul-molekul ini akan menyerap energi elektromagnetik tersebut. Proses penyerapan ini disebut sebagai pemanasan dielektrik (Mandal et al., 2007).
Molekul-molekul pada kelopak bunga rosella bersifat dipol elektrik, artinya molekul tersebut memiliki muatan negatif pada satu sisi dan muatan positif pada sisi yang lain. Akibatnya, dengan keberadaan medan listrik yang berubah-rubah, akibat induksi gelombang mikro ini, masing-masing muatan sisi akan berputar untuk saling mensejajarkan. Pergerakan molekul ini akan menciptakan panas seiring dengan timbulnya gesekan antar molekul. Energi panas inilah yang berfungsi sebagai agen pemanas (Mandal et al., 2007).
Pemanasan menggunakan alat berbantu energi gelombang mikro melibatkan tiga konversi energi, yaitu konversi energi listrik menjadi energi gelombang mikro, energi elektromagnetik menjadi energi kinetik dan energi kinetik menjadi energi panas (Zhang & Hayward, 2006). Poin penting yang menjadikan ekstraksi berbantu gelombang mikro ini menjadi alternatif ekstraksi yang menarik adalah pada ekstraksi dan pemanasan konvensional, pemanasan terjadi melalui gradien suhu, sedangkan pada pemanasan gelombang mikro, pemanasan terjadi melalui interaksi langsung antara material (solute dan pelarut) dengan gelombang mikro. Hal ini mengakibatkan transfer energi dapat berlangsung lebih cepat yang berarti waktu ekstraksi lebih singkat dan berpotensi tidak merusak komponen bioaktif kelopak bunga rosella. Perbedaan profil suhu pemanasan konvensional dan gelombang mikro dapat dilihat pada Gambar 14.
A B Gambar 14 perbedaan profil suhu pemanasan (A)
konvensional dan (B)gelombang mikro (Zhang & Hayward, 2006)
42
Lebih tingginya jumlah total fenolik yang dihasilkan dengan metode ekstraksi berbantu gelombang mikro, berakibat juga terhadap nilai KHM dan KBM ekstraksi optimasi MAE yang lebih rendah Hal ini berarti kemampuan penghambatan terhadap E coli dan S aureus lebih baik dibandingkan ekstraksi konvensional seperti terlihat pada Tabel 9 (data mentah disajikan pada Lampiran 6). Aktivitas antibakteri ekstrak sangat dipengaruhi jenis dan jumlah komponen bioaktif yang terdapat pada ekstrak. Hasil ini juga menunjukkan ekstrak rosella mampu menghambat pertumbuhan mikroorganisme yang dicobakan dengan efek yang beragam, tergantung species bakteri yang digunakan.
Aktivitas antibakteri disebabkan kandungan fitokimia dalam ekstrak. Senyawa fenolik dihasilkan pada tanaman sebagai respon infeksi yang disebabkan mikroorganisme sehingga tidaklah mengherankan bila secara invitro ekstrak rosella yang mengandung senyawa fenolik, mampu menghambat pertumbuhan bakteri. Aktivitas antibakteri ini karena kemampuan dari total fenolik untuk membentuk komplek dengan ekstraseluler dan protein terlarut dan membentuk komplek dengan dinding sel bakteri. Hal ini sesuai dengan pendapat Al-Hashimi (2012) dan Garcia Alonso et al.(2006) yang menyatakan bahwa polifenol dari tanaman mampu berfungsi sebagai zat antibakteri.
Gambar 15 (data mentah disajikan pada Lampiran 7) di atas menunjukkan perbedaan jumlah total fenolik, antosianin dan vitamin C juga mengakibatkan perbedaan aktivitas antioksidan ekstrak yang dihasilkan. Ekstrak yang dihasilkan
0 20 40 60 80 100 0 300 450 600 Akt iv ita s an ti o ksi d an (% ) Dosis ekstrak (µl/L) MAE Tradisional
Gambar 15 Perbandingan aktivitas antioksidan ekstrak optimasi MAE dan konvensional
Tabel 9 Perbandingan aktivitas antibakteri MAE dan konvensional
E Coli S aureus
Metode Zona bening KHM KBM Zona bening KHM KBM
(mm) (ppm) (ppm) (mm) (ppm) (ppm)
MAE 12.6 + 0,6a 5500 6000 11,6 + 0.3a 5500 6000 Tradisional 9,8 + 0.6b 7000 7500 10, 2 + 0,4b 7000 7500
43 menggunakan MAE memiliki nilai IC50 lebih rendah dibandingkan ekstrak hasil metode kovensional. Hal ini dikarenakan jumlah zat antioksidan pada ekstrak hasil optimasi MAE yaitu total fenolik dan vitamin C lebih banyak dibandingkan ekstraksi hasil pemanasan listrik konvensional.
Karakterisasi Mikroskopik
Gambar 16 Karakteristik mikroskopik
Untuk mempelajari kerusakan sel selama MAE (B), dibandingkan ekstraksi secara konvensional (dipanaskan pada suhu 50oC pada waktu ekstraksi dan konsentrasi pelarut yang sama), (A), serbuk kelopak rosella setelah diekstraksi dievaluasi dengan menggunakan mini SEM (Scanning Electron Microscopy). Hasil menunjukkan perbedaan struktur antara ampas ekstraksi MAE dan konvensional. Gambar 16 menunjukkan kerusakan permukaan ampas sampel setelah MAE. Kerusakan dinding sel ini ditimbulkan oleh peningkatan suhu yang cepat dan peningkatan tekanan dari dalam sel bahan. Pada saat itu juga terjadi