2 TINJAUAN PUSTAKA
2.1 Kappaphycus alvarezii
Kappaphycus alvarezii merupakan rumput laut kelas Rhodophyceae
penghasil kappa karaginan. Dalam dunia perdagangan, rumput laut jenis ini lebih dikenal dengan nama Eucheuma cottonii atau cottonii saja. Klasifikasi
Kappaphycus alvarezii menurut Atmadja et al. (1996) adalah sebagai berikut :
Kingdom : Plantae Divisi : Rhodophyta Kelas : Rhodophyceae Ordo : Gigartinales Famili : Solieraceae Genus : Kappaphycus
Spesies : Kappaphycus alvarezii
Ciri fisik Kappaphycus alvarezii yaitu mempunyai thallus silindris, permukaan licin, kartilogineous, warna hijau, hijau kuning, abu-abu atau merah. Perubahan warna sering terjadi hanya karena faktor lingkungan. Kejadian ini merupakan suatu proses adaptasi kromatik, yaitu penyesuaian antara proporsi pigmen dengan kualitas pencahayaan. Penampakan thallus bervariasi mulai bentuk sederhana sampai kompleks. Duri-duri pada thallus runcing memanjang, agak jarang-jarang dan tidak bersusun melingkari thallus. Percabangan ke berbagai arah dengan batang-batang utama keluar saling berdekatan ke daerah basal (pangkal). Cabang-cabang pertama dan kedua tumbuh dengan membentuk rumpun yang rimbun dengan ciri khusus mengarah ke arah datangnya sinar matahari (Atmadja et al. 1996). Rumput laut Kappaphycus alvarezii dapat dilihat pada Gambar 2.
Gambar 2 Kappaphycus alvarezii (Sumber : koleksi pribadi).
Kandungan utama rumput laut segar adalah air yang mencapai 80-90%, sedangkan kadar protein dan lemaknya sangat kecil. Walaupun kadar lemaknya sangat rendah, tetapi susunan asam lemaknya sangat penting bagi kesehatan. Lemak rumput laut mengandung asam lemak omega 3 dan 6 dalam jumlah yang cukup tinggi (Winarno 1990). Komposisi kimia Kappaphycus alvarezii dapat dilihat pada Tabel 1.
Tabel 1 Komposisi kimia Kappaphycus alvarezii Komponen Persentase (% db) Karbohidrat 57,52 Protein 3,46 Lemak 0,93 Air 16,05 Serat kasar 7,08 Sumber : Yunizal (2004) 2.2 Karaginan
Karaginan merupakan senyawa hidrokoloid yang terdiri atas ester kalium, natrium, magnesium dan kalium sulfat dengan galaktosa 3,6 anhidrogalaktosa kopolimer. Karaginan adalah suatu bentuk polisakarida linier dengan berat molekul di atas 100 kDa. Karaginan berfungsi sebagai stabilisator, bahan pengental, pembentuk gel atau pengemulsi dalam bidang industri (Winarno 1990). Spesifikasi standar mutu karaginan dapat dilihat pada Tabel 2.
Tabel 2 Spesifikasi standar mutu karaginan Kriteria Konsentrasi
Abu total ≤ 35%
Abu tak larut asam ≤ 1%
Sulfat 18-40% (db)
Viskostas (1,5% pada 75oC ) ≥ 5 cPs Susut pengeringan Max. 12%
Timah Max. 10 ppm (0,001%)
As Max. 3 ppm (0,0003%)
Timbal Max. 40 ppm (0,004%)
Sumber : FCC (1981), diacu dalam Glicksman (1983)
Kappa karaginan terutama dihasilkan dari rumput laut
Kappaphycus alvarezii. Kappa karaginan tersusun atas (1,3)-D-galaktosa-4-sulfat
dan (1,4)-3,6-anhidro-D-galaktosa. Kappa karaginan juga mengandung D-galaktosa-6-sulfat ester dan 3,6-anhidro-D-galaktosa-2-sulfat ester. Adanya
gugusan 6-sulfat, dapat menurunkan daya gelasi dari karaginan, tetapi dengan pemberian alkali mampu menyebabkan terjadinya transeliminasi gugusan 6-sulfat menghasilkan 3,6-anhidro-D-galaktosa. Dengan demikian derajat keseragaman molekul meningkat dan daya gelasinya juga bertambah (Winarno 1990). Struktur kimia kappa, iota, dan lamda karaginan dapat dilihat pada Gambar 3.
Gambar 3 Struktur kimia kappa, iota dan lamda karaginan (Viana et al. 2004).
Iota karaginan ditandai dengan adanya 4-sulfat ester pada setiap residu D-glukosa dan 2-sulfat ester pada setiap gugusan 3,6-anhidro-D-galaktosa. Gugusan 2-sulfat ester tidak dapat dihilangkan oleh proses pemberian alkali seperti kappa karaginan. Iota karaginan sering mengandung beberapa gugusan 6-sulfat ester yang menyebabkan kurangnya keseragaman molekul yang dapat dihilangkan dengan pemberian alkali (Winarno 1990).
Lamda karaginan tersusun atas ikatan 1,3-D-galaktosa-2-sulfat dan 1,4-D-galaktosa-2,6-disulfat. Lamda karaginan berbeda dengan kappa dan iota karaginan karena memiliki sebuah residu disulfat α-(1,4)-D galaktosa. Lamda
karaginan yang terekstraksi oleh alkali kuat akan menjadi teta karaginan (θ-karaginan) dengan melepas 6-sulfat dari ikatan 1,4-D-galaktosa-2,6-disulfat
untuk membentuk 3,6-anhidro-D-galaktosa (Glicksman 1983). 2.2.1 Kelarutan
Karakteristik kelarutan karaginan dalam air dipengaruhi oleh sejumlah faktor penting antara lain tipe karaginan, temperatur, pH, kehadiran ion tandingan dan zat-zat terlarut lain. Gugus hidroksil dan sulfat pada karaginan bersifat hidrofilik sedangkan gugus 3,6-anhidro-D-galaktosa lebih hidrofobik. Karaginan
Kappa karaginan karaginan
Iota karaginan
jenis iota bersifat lebih hidrofilik karena adanya gugus 2-sulfat yang dapat menetralkan 3-6 anhidro-D-galaktosa yang kurang hidrofilik. Karaginan jenis
kappa kurang hidrofilik karena lebih banyak memiliki gugus 3-6 anhidro-D-galaktosa (Towle 1973).
Karakteristik daya larut karaginan juga dipengaruhi oleh bentuk garam dari gugus ester sulfatnya. Jenis sodium umumnya lebih mudah larut, sementara jenis potasium lebih sukar larut. Hal ini menyebabkan kappa karaginan dalam bentuk garam potasium lebih sulit larut dalam air dingin dan diperlukan panas untuk mengubahnya menjadi larutan, sedangkan dalam bentuk garam sodium lebih mudah larut. Lamda karaginan larut dalam air dan tidak tergantung jenis garamnya (Winarno 1990). Perbedaan kelarutan kappa, iota dan lamda karaginan dapat dilihat pada Tabel 3.
Tabel 3 Daya kelarutan kappa, iota dan lamda karaginan
Medium Kappa Iota Lamda
Air panas Larut di atas suhu 60 oC*
Larut di atas suhu 70 oC
Larut di atas suhu 60 oC*
Larut di atas suhu 70 oC
Larut
Air dingin Garam natrium larut Garam K, Ca, dan NH4 tidak larut
(mengembang)
Garam natrium larut Garam Ca memberi dispersi thixotropic
Semua garam larut
Susu panas Larut Larut Larut*
Susu dingin Tidak larut Tidak larut Larut* Larutan gula pekat Larut panas Sukar larut Larut panas Larutan garam
pekat
Tidak larut Larut panas Larut panas
Sumber : Glicksman (1983) *Winarno (1990)
2.2.2 Viskositas
Wicaksono (1999) menyatakan bahwa viskositas adalah daya aliran molekul dalam sistem larutan. Suspensi koloid dalam larutan dapat meningkat dengan cara mengentalkan cairan sehingga terjadi absorbsi dan pengembangan koloid. Pada dasarnya pengukuran viskositas adalah mengukur ketahanan gesekan antar dua lapisan molekul yang berdekatan. Viskositas yanng tinggi dari suatu bahan disebabkan karena gesekan internal yang besar sehingga cairannya mengalir.
Pendinginan kappa dan iota karaginan akan meningkatkan viskositas, khususnya jika mendekati suhu pembentukan gel dan adanya kation K+ dan Ca2+ karena mulai terjadi interaksi antar rantai-rantai polimer. (Guiseley et al. 1980). 2.2.3 Pembentukan gel
Pembentukan gel adalah suatu fenomena penggabungan atau pengikatan silang rantai-rantai polimer sehingga terbentuk suatu jala tiga dimensi bersambungan. Jala ini kemudian menangkap atau mengimobilisasikan air di dalamnya dan membentuk struktur yang kuat dan kaku. Sifat pembentukan gel ini beragam dari satu jenis hidrokoloid ke jenis lain, tergantung pada jenisnya. Gel mempunyai sifat seperti padatan, khususnya sifat elastis (Fardiaz (1989).
Kappa karaginan dan iota karaginan merupakan fraksi yang mampu membentuk gel dalam air dan bersifat reversible yaitu meleleh jika dipanaskan dan membentuk gel kembali jika didinginkan. Jika diteruskan, ada kemungkinan proses pembentukan agregat terus terjadi dan gel akan mengerut sambil melepaskan air. Proses terakhir ini disebut sineresis (Fardiaz 1989). Mekanisme pembentukan gel karaginan dapat dilihat pada Gambar 4.
Gambar 4 Mekanisme pembentukan gel karaginan (Glicksman 1983).
Ion monovalen yaitu K+, NH4+, Rb+, dan Cs+ membantu pembentukan gel karaginan. Kappa karaginan akan membentuk gel yang paling kuat dengan sifat gel yang keras dan elastis. Iota karaginan membentuk gel yang kuat dan stabil bila ada ion Ca2+ (Glicksman 1983).
2.2.4 Stabilitas pH
Karaginan akan stabil pada pH 7 atau lebih, tetapi pada pH yang rendah stabilitasnya akan menurun bila terjadi peningkatan suhu. Penurunan pH akan menyebabkan hidrolisis polimer karaginan mengakibatkan turunnya viskositas dan kemampuan pembentukan gel (Glicksman 1983). Stabilitas jenis karaginan yang disebabkan oleh perubahan pH disajikan pada Tabel 4.
Tabel 4 Stabilitas jenis karaginan pada pH alkali dan asam
Stabilitas Kappa Iota Lamda
Pada pH netral dan alkali
Stabil Stabil Stabil
Pada pH asam (3,5) Terhidrolisis dalam larutan ketika dipanaskan. Stabil dalam bentuk gel
Terhidrolisis dalam larutan. Stabil dalam bentuk gel
Terhidrolisis
Sumber : Glicksman (1983)
Pendinginan Pemanasan Pendinginan
2.2.5 Pembuatan karaginan
Proses pembuatan karaginan pada dasarnya terdiri atas proses penyiapan bahan baku, ekstraksi karaginan dengan menggunakan bahan pengekstrak, pemurnian, pengeringan dan penepungan.
1. Penyiapan bahan baku
Rumput laut hasil panen dicuci dengan menggunakan air bersih untuk menghilangkan lumpur, karang, pasir, kerang, serta benda asing lainnya. Rumput laut yang telah bersih kemudian direndam agar proses ekstraksi mudah dilakukan karena perendaman dapat membengkakkan sel-sel dinding rumput laut. 2. Ekstraksi
Ekstraksi karaginan dilakukan pada suhu didih air, yaitu 90-95 oC selama 1-5 jam. Volume air yang digunakan untuk ekstraksi berkisar antara 20-40 kali berat rumput laut. Larutan alkali yang digunakan dapat menghasilkan rumput laut yang bersih dengan kadar air yang rendah sehingga dapat mencegah terjadinya degradasi kimia dan biologi serta dapat meningkatkan rendemen karaginan yang dihasilkan (Asmorowati 2001).
3. Penyaringan
Penyaringan adalah salah satu unit proses dimana komponen solid tidak terlarut dalam suspensi solid-likuid, dipisahkan dari komponen likuidnya dengan melewatkan suspensi tersebut melalui suatu membran yang dapat menahan solid di permukaannya (Rozi 2007).
4. Pemurnian
Proses pemurnian dilakukan dengan cara pengendapan (presipitasi). Pada proses ini karaginan akan mengendap dan memisah dari komponen lainnya. Proses pemurnian dapat dilakukan dengan cara menambahkan KCl, alkohol atau pembekuan. Penambahan alkohol pada filtrat dapat menyebabkan terbentuknya serat-serat koagulan yang selanjutnya dipisahkan dengan menggunakan sentrifus atau penyaring halus (McHugh 2003).
5. Pengeringan dan penepungan
Pengeringan adalah proses pemindahan panas dan uap air secara simultan dengan memerlukan energi panas untuk menguapkan kandungan air yang dipindahkan dari permukaan bahan oleh media pengering yang biasanya berupa
udara. Ada dua cara pengeringan, yaitu pengeringan dengan penjemuran dan pengeringan dengan alat pengering (Rozi 2007). Pengeringan menggunakan oven dilakukan pada suhu 60 oC (Istini dan Zatnika 1991). Penepungan dilakukan dengan cara menghaluskan karaginan kering yang dihasilkan. Nasution (2007) menjelaskan bahwa penepungan bertujuan untuk memperluas permukaan karaginan sehingga akan mempermudah proses pelarutan karaginan.
2.2.6 Aplikasi karaginan
Karaginan sangat penting peranannya sebagai stabilizer (penstabil),
thickener (bahan pengental), pembentuk gel, pengemulsi dan lain-lain. Sifat ini
banyak dimanfaatkan dalam industri makanan, obat-obatan, kosmetik, tekstil, cat, pasta gigi dan industri lainnya (Winarno 1990). Penggunaan karaginan dalam pengolahan pangan dapat dibagi dalam dua kelompok, yaitu untuk produk-produk berbahan dasar air dan produk-produk berbahan dasar susu. Penggunaan karaginan dalam produk pangan berbahan dasar air dan susu dapat dilihat pada Tabel 5 dan 6.
Tabel 5 Penggunaan karaginan dalam produk pangan berbahan dasar air Produk Fungsi Jenis Karaginan Konsentrasi
(%)
Dessert Gel Gelasi Kappa + iota
Kappa + iota + locus bean gum (LBG)
0,5-1,0
Jeli rendah kalori Gelasi Kappa + iota
Kappa + galaktomanan 0,5-1,0 Pakan hewan kalengan Stabilisasi lemak, pengental Kappa + LBG 0,2-1,0
Sirup Suspensi, bodying Kappa + lamda 0,3-0,5 Minuman serbuk
bercitarasa buah
Bodying Sodium kappa, lamda 0,3-0,5 Pizza, saus barbecue Bodying Kappa 0,2-0,5 Susu imitasi Bodying Iota, lamda 0,03-0,06 Puding (non dairy) Pemantap emulsi Kappa 0,1-0,3 Pasta gigi Pengikat Sodium kappa, iota, lamda 0,8-1,2
Lotions Bodying Sodium kappa, iota, lamda 0,2-1,0 Cat air Suspensi Kappa + galaktomanan,
iota
0,15-0,5
Sumber : McHugh (1987)