METHOD (RSM)
Pendahuluan
Latar belakang
Teknik optimasi dengan metode permukaan respon/response surface method (RSM) merupakan pendekatan sistematis yang memungkinkan sejumlah variabel dipelajari secara simultan. Montgomery (2005) menyatakan, metode RSM merupakan kumpulan teknik matematis dan statistik yang berguna untuk memodelkan dan menganalisis masalah yang tingkat responnya dipengaruhi oleh beberapa variabel, tujuannya adalah untuk mengoptimalkan respon tersebut. Keunggulan menggunakan RSM adalah dapat mempermudah pecarian wilayah optimum, mengurangi eksperimen yang dilakukan secara berulang yang membutuhkan biaya dan waktu yang banyak sehingga tidak ekfektif dan efisien. Wanasundara dan Shahidi (1999) menyatakan, metode RSM efektif untuk mengoptimalkan proses dan telah banyak digunakan dalam penelitian optimasi.
Penelitan pemurnian minyak ikan sardin Pekalongan yang dianalisis menggunakan RAL pada penelitian sebelumnya, menunjukkan perlakuan terbaik yaitu sentrifugasi 10.500 rpm selama 30 menit dengan penambahan adsorben sintetis gabungan atapulgit 3% dan bentonit 3%. Hasil analisis RAL ini dapat dioptimasi dengan menggunakan metode permukaan respon (RSM) sehingga diperoleh perlakuan pemurnian dengan variabel kecepatan, waktu, dan adsorben dalam skala yang lebih luas. Metode permukaan respon (RSM) diperlukan untuk mengefisienkan perlakuan pemurnian minyak ikan sehiggga proses produksi dapat ditingkatkan dan dikembangkan.
Tujuan
Penelitian ini bertujuan untuk menentukan optimasi perlakuan sentrifugasi dan penambahan adsorben sintetis dengan pemodelan metode permukaan respon/response surface method (RSM).
Bahan dan metode Bahan dan alat
Bahan utama yang digunakan pada penelitian ini adalah minyak ikan sardin hasil samping industri pengolahan ikan dan adsorben sintetis berupa atapulgit, bentonit dan zeolit. Bahan yang digunakan untuk analisis kualitas minyak ikan, antara lain: etanol 96%, indikator phenolphthalein (indikator PP), KOH (Merck) 0,1 N, kloroform (Merck), asam asetat glasial (Merck), larutan KI jenuh, akuades, pati 1%, Na2S203 (Merck) 0,1 N, isooktan (Merck), reagen
Alat yang digunakan untuk analisis kualitas minyak adalah alumunium foil, stop watch, timbangan digital (Veritas dengan berat maksimal 250 gram), buret (Iwaki pyrex), alat-alat gelas (Iwaki pyrex), penangas air, tabung bertutup teflon, dan pipet mikro (Gilson), spektrofotometer UV-Vis 2500 merk LaboMed dan sentrifugasi menggunakan high speed refrigerated centrifuge merk HITACHI himacCR 21G.
Metode
Penelitian dilakuakan untuk mengetahui kualitas minyak ikan yang dimurnikan menggunakan kombinasi metode sentrifugasi dengan penambahan adsorben sintetis. Minyak hasil perlakuan sentrifugasi dan penambahan adsorben sintetis, kemudian dianalisis kualitasnya. Parameter kualitas minyak ikan yang diamati antara lain asam lemak bebas (FFA), peroksida (PV), anisidin (p-AV) dan total oksidasi (totox). Minyak ikan kemudian dioptimasi menggunakan metode permukaan respon (RSM).
Persiapan sampel
Minyak ikan sardin hasil samping industri pengolahan ikan Pekalongan disentrifugasi menggunakan kecepatan dan waktu yang berbeda (Kecepatan 2.500. 4.500, 6.500, 8.500 dan 10.500 rpm dengan waktu 15, 30 dan 45 menit) pada suhu 10 ºC. Minyak ikan hasil sentrifugasi terbaik ditambah adsorben sintetis berupa atapulgit 3%, bentonit 3% dan zeolit 3% kemudian distirer selama 20 menit dalam suhu ruangan (25 ºC). Minyak di sentrifugasi kembali dengan kecepatan 10.000 rpm dengan suhu 10 ºC selama 30 menit. Tujuan perlakuan ini adalah untuk memisahkan pengotor (soapstock) dari minyak ikan. Minyak ikan tersebut dianalisis kualitasnya.
Analisis asam lemak bebas/free fatty acid (FFA) (AOCS 1998 No. Metode Ca 5a-40)
Minyak 10 gram ditambah 25 mL alkohol 95% netral (Erlenmeyer 200 mL), dipanaskan dalam penangas air selama 10 menit, ditambah indikator PP sebanyak 2 mL. Campuran minyak tersebut dititrasi dengan KOH 0,1 N hingga timbul warna merah muda yang tidak hilang dalam 10 detik. Persentase FFA dihitung berdasarkan persamaan berikut:
Keterangan:
A = Jumlah titrasi KOH (mL) N = Normalitas KOH
G = Gram sampel
Analisis nilai peroksida/peroxide value (PV) (AOAC 2000 No. Metode 965.33b)
Sampel sebanyak 5 gram ditimbang dan dimasukkan dalam Erlenmeyer 250 mL kemudian 30 mL larutan asam asetat glasial dan kloroform (3:2) ditambah pada campuran. Campuran tersebut ditambah 0,5 mL larutan KI jenuh, 30 mL akuades dan 0,5 mL indikator pati 1%. Warna campuran sebelum dititrasi adalah biru kehitaman, kemudian dititrasi dengan Na2S2O3 0,01 N hingga larutan
menjadi kuning. Blanko dibuat dengan akuades sebagai pengganti contoh. Nilai peroksida ditentukan dalam satuan meq/kg dengan persamaan berikut:
Nilai Peroksida (meq/kg) = (S-B) x N x 1000
G Keterangan: S = mL Na2S2O3 untuk contoh B = mL Na2S2O3 untuk blanko N = normalitas untuk Na2S2O3 G = Gram sampel
Analisis nilai anisidin/anisidine value (p-AV) (Watson 1994)
Larutan uji 1 dibuat dengan cara 0,5 gram sampel dilarutkan ke dalam 25 mL trimethylpentane. Larutan uji 2 dibuat dengan cara 1 mL larutan anisidin
(2,5 gram/L) ditambah ke dalam 5 mL larutan uji 1, dikocok dan dihindarkan dari cahaya. Larutan referensi dibuat dengan cara 1 mL larutan anisidin (2,5 gram/L) ditambah ke dalam 5 mL larutan trimethylpentane, dikocok dan dihindarkan dari cahaya. Nilai absorbansi larutan uji 1 diukur pada panjang gelombang 350 nm dengan menggunakan trimethylpentane sebagai larutan kompensasi, larutan uji 2 diukur pada panjang gelombang 350 nm tepat 10 menit setelah menyiapkan larutan dengan menggunakan larutan referensi sebagai kompensasi. Nilai anisidin dihitung dengan persamaan berikut:
Nilai anisidin = Keterangan:
A1 = absorbansi larutan uji 1 A2 = absorbansi larutan uji 2
m = Gram sampel yang digunakan pada larutan uji 1
Analisis nilai total oksidasi/totox (Perrin 1996)
Nilai total oksidasi didapat dengan menjumlahkan nilai 2PV dengan p-AV.
Peroxide value (PV) adalah nilai peroksida dan Anisidin value (p-AV) adalah nilai anisidin
Total Oksidasi = 2PV + p-AV Optimasi dengan metode permukaan respon (RSM)
Rancangan yang digunakan adalah komposit pusat (central composite design), dengan variabel kecepatan sentrifugasi (X1), waktu sentrifugasi (X2) dan
respon yang dioptimasi (Y) adalah parameter oksidasi dengan program Design Expert DX7 10.0 karena hasil yang diharapkan adalah satu titik optimum untuk
masing-masing variabel yang diteliti. Pemilihan satu respon ini didasarkan pada alasan bahwa ketika diaplikasikan hanya ada satu titik optimum untuk masing- masing variable respon yang dioptimasi, dan telah mencakup semua parameter yang ingin dioptimasi yaitu rendemen, nilai peroksida, nilai anisidin, nilai FFA, nilai derajat keasaman dan nilai totox. Menurut Montgomery (2001) rancangan percobaan dalam RSM yang tepat jika telah terdapat lengkungan adalah rancangan komposit pusat.
Rancangan penelitian
Analisis data yang dilakukan terhadap hasil penelitian adalah Rancangan metode respon permukaan atau response surface method (RSM). RSM merupakan suatu metode yang digunakan untuk membuat model dan menganalisa suatu responyang dipengaruhi oleh beberapa variabel bebas atau faktor,untuk mengoptimalkan respon tersebut.
Model observasi RSM berdasarkan hubungan antara respon (Y) dan variabel bebas (X) yang disajikan dalam persamaan berikut ini:
Y = f(X1, X2,. . . . , Xk) + ε
keterangan:
Y = variabel respon
Xi= variabel bebas/ faktor ( i = 1, 2, 3,. . . . , k )
ε = galat
Hasil dan Pembahasan Penentuan model optimasi
Data optimasi dengan metode respon permukaan/response surface method
(RSM) disajikan pada Tabel 3. Pemilihan rancangan ini berdasarkan pada taraf faktor yang diuji telah mendekati nilai optimum dari hasil penelitian pendahuluan sehingga terdapat lengkungan (curvature). Menurut Montgomery (1984) model yang digunakan untuk percobaan yang telah mendekati optimum adalah model ordo kedua. Rancangan percobaan yang sesuai untuk model ordo kedua adalah Rancangan Komposit Pusat. Metode RSM digunakan untuk menentukan model yang sesuai. Model yang dievaluasi adalah model linear, interaksi, kuadratik dan kubik. Chen et al. (2005) menyatakan, analisis model digunakan untuk menentukan model yang sesuai dalam metode permukaan respon. Model dengan nilai p<0.05 dinyatakan sebagai signifikan, model yang dipilih adalah model polinomial dengan ordo tertinggi. Estiasih (2005) menyatakan model terpilih berdasarkan standar deviasi terendah, R-square tertinggi, Adjusted R-square
tertinggi, Predicted R-square tertinggi dan PRESS (Prediction Error Sum of Square) terendah.
Tabel 3 Rancangan komposit pusat optimasi pemurnian minyak ikan
Variabel terkode Variabel asli Nilai respon
Kecepatan Waktu Kecepatan Waktu FFA Peroksida Anisidin Totox
-1 -1 8.500 20 4,58 3,25 0,69 7,19 0 0 10.500 30 5,29 3 0,51 6,51 0 0 10.500 30 4,58 3,25 0,69 7,19 -1 1 8.500 40 3,38 3,25 1,00 7,50 1 0 13.328,43 30 5,29 3 0,51 6,51 1 -1 12.500 20 4,44 3 0,85 6,85 0 0 10.500 30 4,44 3 0,85 6,85 0 -1,41 10.500 15,86 4,56 3,13 0,85 7,10 0 1,41 10.500 44,14 4,32 2,88 0,85 6,60 0 0 10.500 30 4,44 3 0,85 6,85 -1,41 0 7.671,57 30 5,15 4,25 0,69 9,19 0 0 10.500 30 5,36 4,25 0,89 9,39 1 1 12.500 40 5,43 3,25 0,83 7,33
Keterangan: Kecepatan (rpm), waktu (menit), FFA (%),peroksida (meq/kg), anisidin (meq/kg), totox (meq/kg)
Berdasarkan perhitungan statistik model yang mencakup uraian jumlah kuadrat dan urutan model (Sequential Model of Sum Square) serta uji simpangan model (lack of fit), model yang terpilih untuk respon nilai peroksida, anisidin, total oksidasi dan nilai asam lemak bebas adalah model kuadratik. Persamaan regresi untuk variabel nyata RSM dapat dilihat pada tabel 4.
Tabel 4 Persamaan regresi untuk variabel nyata RSM pemurnian minyak ikan
Variabel Persamaan FFA Y1=4.170075 0.199404112X1+ 0.385978598X2+ 0.282X1X2 + 0.215025X12 + 0.320775X22 Peroksida Y2=1.649644672 + 0.09302208X1 -0.03789478X2 -0.09130982X1X2 + 0.156438264X12 + 0.124145437X22 Anisidin Y3=0.825961538 -0.099723372X1 -0.030042839X2 + 0.130625X1X2 Totox Y4= 6.3055 -0.385756403X1 + 0.374733496X2 + 0.239125X12 + 1.024125X22
Keterangan: X1 = kecepatan (rpm) dan X2 = waktu (menit) Permukaan respon dan titik optimum
Nilai asam lemak bebas (FFA)
Asam lemak bebas sangat berkaitan dengan flavour dan tekstur yang kurang menarik pada minyak. Nilai FFA pada industri pengolahan minyak sangat berkaitan dengan jumlah alkali yang akan digunakan pada proses pemurnian (Sathivel et al. 2003). FFA adalah produk dari reaksi hidrolisis triasilgliserida, dan sangat erat kaitannya dengan proses penyimpanan. Model optimasi untuk nilai FFA disajikan pada Gambar 23
Gambar 23 Pemodelan nilai FFA minyak ikan dengan RSM, (a) model tiga dimensi dan (b) model plot datar
Pemodelan RSM pada Gambar 23 menunjukkan bahwa nilai minimum FFA tercapai pada sentrifugasi pada kecepatan 9.500–10.500 rpm, waktu 25-30 menit dengan penambahan adsorben sintetis atapulgit bentonit 3%, sebesar <4,07%. Hasil ini jauh masih di dalam nilai rekomendasi minyak ikan layak konsumsi menurut Bimbo (1998) sebesar 1-7%. Sementara berdasarkan standar
(b) (a)
Farmakope Indonesia nilai anisidin berada di luar batas nilai asam lemak bebasnya ≤2 %. Berdasarkan standar IFOS (2011) nilai anisidin juga berada di luar batas nilai asam lemak bebasnya ≤1,13 meq/kg. Berdasarkan hasil RSM, nilai FFA yang dihasilkan oleh perlakuan pemurnian dengan kecepatan 8.500-12.500 rpm selama 20-40 menit, masuk dalam standar Bimbo (1998) namun tidak masuk dalam standar Farmakope Indonesia dan IFOS (2011).
Nilai Peroksida
Uji nilai peroksida ditujukan untuk melihat berapa besar kandungan hidroperoksida pada minyak yang merupakan produk primer dari proses oksidasi (Aidos et al. 2001). Nilai oksidasi sangat penting sebagai indikator mutu minyak, semakin rendah nilai oksidasi primer dan sekunder, maka kualitas minyak akan semakin baik. Indikasi oksidasi primer adalah nilai peroksida yang sangat penting untuk mengetahui kualitas minyak.Tahap pertama oksidasi adalah terbentuknya hidroperoksida yang pada umumnya diukur sebagai nilai peroksida (Aidos et al.
2003). Menurut regulasi European Commission (2006) kualitas minyak ikan seperti asam lemak bebas, kadar air, warna, nilai anisidin, dan nilai peroksida sangat menentukan harga minyak ikan tersebut di pasaran. Model optimasi untuk nilai peroksida disajikan pada Gambar 24.
Gambar 24 Pemodelan nilai peroksida minyak ikan dengan RSM, (a) model tiga dimensi dan (b) model plot datar
Data pada Gambar 24 menunjukkan bahwa nilai peroksida minimum tercapai pada sentrifugasi kecepatan 10500 rpm selama 25-30 menit dan penambahan adsorben sintetis gabungan atapulgit 3% dan bentonit 3% dengan nilai peroksida berada <2,97 meq/kg. Hasil yang didapatkan sudah sesuai standar nilai rekomendasi layak untuk konsumsi menurut Bimbo (1998) yang menyebutkan bahwa nilai peroksida minyak layak konsumsi berkisar antara 3-20 meq/kg. Begitu juga standar yang ditetapkan oleh BPOM-RI dan Famakope Indonesia, yaitu nilai peroksida harus dibawah 5 meq/kg dan menurut IFOS (2011) nilai nilai peroksida harus ≤3,75 meq/kg untuk masuk dalam kategori minyak layak konsumsi. Berdasarkan hasil RSM, nilai peroksida yang dihasilkan
oleh perlakuan pemurnian dengan kecepatan 8.500-12.500 rpm selama 20-40 menit, masuk dalam standar bimbo (1998) dan Farmakope Indonesia
sedangkan kecepatan 8.500-12.500 rpm selama 20-35 menit masuk dalam standar IFOS (2011).
Nilai anisidin
Nilai anisidin adalah oksidasi sekunder yang dikarakterisasi oleh degradasi lemak yang diinisiasi oleh hidroperoksida, sehingga menghasilkan produk sampingan karbonil yang bersifat yang non-volatile (Aidos et al. 2003). Nilai anisidin dapat menentukan keberadaan aldehid dalam minyak, karena menurut O’Brien (2009) aldehid di dalam minyak dan reagen anisidin bereaksi dalamkondisi asam dan ekspresi warna pada minyak sangat tergantung kepada jumlah aldehid dan strukturnya. Model optimasi untuk nilai anisidin disajikan pada Gambar 25.
Gambar 25 Pemodelan nilai anisidin minyak ikan dengan RSM, (a) model tiga dimensi dan (b) model plot datar
Pemodelan dari Gambar 25 menunjukkan bahwa nilai anisidin minimum didapatkan pada sentrifugasi kecepatan dibawah 9500 rpm, waktu dibawah 40 menit dan penambahan adsorben sintetis gabungan atapulgit 3% dan bentonit 3%. Nilai anisidin yang didapatkan pada penelitian ini masih di dalam standar minyak ikan yang layak konsumsi dengan nilai anisidin ≤0,82 meq/kg. Minyak ikan layak konsumsi harus memiliki nilai anisidin ≤20 meq/kg (Hamilton et al.1988), 4-60 meq/kg (Bimbo 1998) ≤15 meq/kg (IFOS 2011). Berdasarkan hasil RSM, nilai anisidin yang dihasilkan oleh perlakuan pemurnian dengan kecepatan
(a)
(b) (a)
8.500-12.500 rpm selama 20-40 menit, masuk dalam standar bimbo (1998), Hamilton et al. (1988) dan IFOS (2011).
Nilai total oksidasi (totox)
Nilai totox adalah hubungan oksidasi primer dan sekunder yang didapatkan degan menjumlahkan dua kali nilai peroksida dengan nilai anisidin (Perrin 1996). Model optimasi untuk nilai totox disajikan pada Gambar 26
Gambar 26 Pemodelan nilai totox minyak ikan dengan RSM, (a) model tiga dimensi dan (b) model plot datar.
(b) (a)
Pemodelan RSM pada Gambar 26 menunjukkan bahwa nilai minimum totox tercapai pada sentrifugasi kecepatan 9.500–10.500 rpm, waktu 35-40 menit dan penambahan adsorben sintetis atapulgit bentonit 3% dengan nilai totox <6,27 meq/kg. Hasil yang didapatkan pada penelitian ini berada di dalam rekomendasi Bimbo (1998) yang menyatakan nilai totox untuk minyak layak konsumsi berkisar antara 10-60 meq/kg. Sementara IFOS (2011) menyatakan minyak layak konsumsi harus memiliki nilai totox ≤20 meq/kg. Berdasarkan hasil RSM, nilai totox yang dihasilkan oleh perlakuan pemurnian dengan kecepatan 8.500-12.500 rpm selama 20-40 menit, masuk dalam standar bimbo (1998) dan IFOS (2011).
Overlay plot
Overlay plot adalah teknik untuk menggabungkan beberapa respon dan variabel dalam satu grafik, sehingga dapat ditarik sebuah kesimpulan yang berdasarkan interaksi variabel dan respon nilai masing-masing grafik. Nilai optimum primer dan sekunder oksidasi minyak ikan yang dihasilkan tercapai pada perlakuan sentrifugasi, kecepatan 9494,89 rpm, waktu 31,48 menit dan penambahan adsorben sintetis gabungan atapulgit 3% bentonit 3% dengan nilai peroksida 2,97 meq/kg, nilai anisidin 0,81 meq/kg, nilai totox 6,32 meq/kg dan nilai asam lemak bebas 4,07%. Pemodelan overlay plot dapat dilihat pada Gambar 27.
SIMPULAN
Berdasarkan hasil penelitian terhadap optimasi nilai primer dan sekunder oksidasi, maka dapat disimpulkan bahwa optimasi pada sentrifugasi, kecepatan 9494,89 rpm, waktu 31,48 menit dan penambahan adsorben sintetis gabungan atapulgit 3% dan bentonit 3%.