DAFTAR LAMPIRAN
A. BAHAN DAN ALAT
IV. HASIL DAN PEMBAHASAN
2. Pemilihan Bahan Penyalut
Pada penelitian pendahuluan ini juga dilakukan penetapan bahan penyalut yang tepat untuk proses mikroenkapsulasi minyak sawit merah dengan proses thin layer drying berdasarkan jumlah minyak maksimum yang masih dapat bercampur pada bahan dan menghasilkan produk mikroenkapsulat yang kering. Kombinasi bahan penyalut yang dipakai dalam penelitian pendahuluan yaitu gelatin-alginat, gelatin-isolat protein kedele, gelatin-kaseinat, gelatin-CMC, gelatin-pekstin dan gelatin-karagenan. Berdasarkan kombinasi tersebut kombinasi bahan penyalut gelatin-CMC, gelatin-pektin dan gelatin-karagenan jumlah minyak yang dapat ditambahkan lebih dari 100 % dari jumlah bahan penyalut. Setelah proses pengeringan kombinasi gelatin-CMC dan gelatin-pektin menghasilkan mikroenkapsulat yang kering sedangkan kombinasi gelatin karagenan menghasilkan mikroenkapsulat yang basah (berminyak). Gambar 12 menunjukkan jumlah minyak maksimum yang dapat ditambahkan terhadap kombinasi bahan penyalut. 0 20 40 60 80 100 120 140 160
Gel-Alginat Gel-ISP Gel-
Kaseinat
Gel-CMC Gel-Pektin Gel-
Karagenan
Kombinasi Bahan Penyalut
Ju m lah M in y ak ( % )
Gambar 12. Grafik Kombinasi Bahan Penyalut Terhadap Jumlah Minyak
Berdasarkan hasil tersebut maka bahan penyalut yang akan digunakan yaitu kombinasi gelatin-CMC dan gelatin-pektin, namun dalam penelitian ini akan digunakan kombinasi gelatin-CMC. Untuk meningkatkan kelarutan mikroenkapsulat didalam air maka diperlukan penambahan bahan penyalut
lain yang mudah larut dalam air, bahan yang digunakan yaitu maltodekstrin.
Maltodekstrin diperoleh dari National Park dengan DE 10 merk Hi-
Cap 100. Maltodekstrin merupakan gula tidak manis yang berbentuk bubuk berwarna putih dengan sifat larut dalam air yang dihasilkan dengan cara hidrolis pati jagung secara tidak sempurna dengan asam atau enzim (SNI 01- 2593-1992). Penambahan maltodekstrin yang dikombinasikan dengan gelatin dan CMC dalam proses mikroenkapsulasi minyak sawit merah ini bertujuan untuk meningkatkan kelarutan mikroenkapsulat yang terbentuk, sehingga diharapkan mikroenkapsulat yang dihasilkan memiliki kelarutan yang tinggi sehingga mudah diaplikasikan pada produk pangan.
Gelatin dan CMC (AKULCELL AF, AK 20-2785 Netherland) diperoleh dari Toko Setia Guna, Bogor. Sebagai pembentuk film atau lapisan, gelatin telah banyak dimanfaatkan pada industri makanan dan farmasi termasuk mikroenkapsulasi dan pembuatan tablet atau kapsul. Gelatin juga digunakan sebagai carrier, coating untuk beberapa substansi pangan, seperti membantu beta karoten larut dalam air dan meningkatkan warna kuning pada minuman (softdrink) yang mengandung betakaroten.
Berdasarkan penelitian Gunawan (1994), dalam mikroenkapsulasi provitamin A dari minyak sawit merah, rasio gelatin-gum arab 1:1 memiliki kandungan beta karoten yang tertinggi (160.5 ppm). Penambahan gelatin bertujuan membantu meningkatkan homogenitas emulsi minyak dengan bahan penyalut, pembentuk film dan juga meningkatkan kekentalan emulsi sehingga mudah ditempatkan pada plat kaca pengering. Gambar 13 menunjukkan bahan penyalut maltodekstrin, gelatin dan CMC yang digunakan.
Fungsi dasar CMC adalah untuk mengikat air atau meningkatkan viskositas pada fase cair, sehingga dapat menstabilkan bahan lain atau sinerisis (Glicksman, 1979). Penambahan CMC dalam mikroenkapsulasi minyak sawit merah ini sebagai penstabil dan juga membantu mengemulsikan minyak dengan bahan penyalut gelatin, maltodekstrin dan air.
a b c
Gambar 13. Bahan penyalut : (a) maltodekstrin; (b) gelatin; (c) CMC Untuk mengetahui karakteristik bahan penyalut ini dilakukan analisis mutu yang meliputi warna (visual), bau/rasa, kadar air dan kadar abu. Berdasarkan hasil analisis, mutu bahan penyalut masih berada dalam batas yang ditetapkan oleh SNI, sehingga layak untuk digunakan untuk produksi mikroenkapsulat minyak sawit merah. Tabel 9 memperlihatkan hasil analisis mutu bahan penyalut dengan mutu literatur.
Tabel 9. Perbandingan Mutu bahan penyalut dengan Mutu SNI Karakteri
stik Mutu
Syarat SNI Hasil Analisis
Malto Dekstrin* Gelatin** CMC Malto dekstrin Gelatin CMC Warna Putih sampai kekuningan Tidak berwarna - Putih Tidak berwarna Putih
Bau, rasa - Normal - - Normal Normal
Kadar air (%b/b) Max 11 Maks 16 - 6.92 10.30 6.15 Kadar Abu (%b/b) Max. 0.5 Maks 3.25 - 0.14 1.34 0.21
Sumber : Dewan Standarisasi Nasional (1992 )*, SNI (1995)**
c. Pembuatan Mikroenkapsulat Minyak Sawit Merah
Proses pembuatan mikroenkapsulat tidak terlepas dari proses pembentukan emulsi terlebih dahulu. Pembentukan emulsi menggunakan campuran minyak sawit merah, air dan bahan penyalut (maltodekstrin,
gelatin, CMC) dengan proporsi masing-masing. Air yang ditambahkan sebanyak 87.5 ml, sedangkan minyak dan bahan penyalut ditentukan berdasarkan penetapan proporsi masing-masing bahan.
Masing-masing bahan penyalut dicampur dan ditambahkan air kemudian dipanaskan hingga semua bahan meleleh dan bercampur. Pemanasan bertujuan untuk membuka semua molekul-molekul bahan penyalut agar dapat berinteraksi satu dengan yang lainnya. Pemanasan dilakukan sampai semua bahan meleleh. Proses ini akan membentuk suspensi bahan penyalut didalam air. Suspensi inilah yang akan menjadi dinding pelapis (shell) mikroenkapsulat. Proses selanjutnya yaitu penurunan suhu hingga 45 oC dan dilanjutkan dengan proses homogenisasi secara bertahap
dengan menggunakan Homogenizer (Gambar 14). Tahap pertama
menggunakan kecepatan 11000 rpm selama 1 menit untuk menghomogenasi larutan bahan penyalut agar bercampur secara merata, selajutnya dilakukan homogenasi tahap kedua dengan kecepatan 12000 rpm setelah penambahan minyak sawit merah sedikit demi sedikit dan terus dihomogenasi selama 3 menit agar terbentuk emulsi antara minyak sawit dengan larutan bahan penyalut.
Gambar 14. Homogenizer Ultra Turax
Homogenisasi adalah suatu proses yang berfungsi untuk memperkecil ukuran globula. Ukuran globula mempunyai hubungan dengan stabilitas emulsi. Semakin kecil ukuran globula semakin stabil emulsi yang terbentuk. Proses homogenisasi dapat mencegah atau mengurangi kecenderungan lemak untuk bergabung kembali, karena ukuran globula lemak menjadi lebih kecil.
Penambahan kecepatan homogenasi bertujuan untuk memperkecil ukuran globula minyak agar globula minyak dapat terselubungi/ dilapisi oleh larutan bahan penyalut. Selain proses homogenasi dibutuhkan juga peranan bahan penyalut yang dapat berfungsi sebagai pengemulsi dan penstabil emulsi. Gelatin dan CMC dapat bertindak sebagai pengemulsi dan penstabil emulsi.
Menurut Brenner (1976), gelatin merupakan golongan protein termasuk bahan penstabil intermedia karena memiliki nilai HLB 9.8 dan cocok untuk menstabilkan emulsi minyak dalam air. Fungsi protein selain mengikat air, juga sebagai bahan pengemulsi yaitu mempercepat terjadinya proses emulsi dan memberikan kestabilan emulsi (Bird et al., 1983). Menurut Kramlich et al., (1973) jumlah protein yang ditambahkan harus cukup untuk menyelubungi partikel-partikel lemak, sehingga terbentuk emulsi yang stabil.
Kemampuan protein dalam membentuk dan menstabilkan emulsi terutama didasarkan pada gugus polar dan nonpolar dari asam-asam amino dan fleksibilitas dalam merubah konformasinya dibawah kondisi tertentu. Karakteristik dari bahan pengemulsi yaitu molekulnya mempunyai afinitas baik terhadap air dan lemak. Mekanisme pembentukan lapisan film terserap/teradsorpsi dari molekul protein dimulai dengan terjadinya denaturasi molekul protein pada interfase. Selanjutnya bagian polar protein (group COOH) akan terekspose kedalam fase terlarut, sedangkan bagian nonpolar (group R) akan terorientasikan kedalam fase minyak (Bird et al., 1983)
Penelitian di bidang CMC juga menjelaskan adanya peranan CMC dalam pembuatan mayones, dimana CMC ini mempunyai kemampuan yang baik untuk mengikat kelebihan air dan pada waktu yang sama mempertahankan dispersi globula-globula minyak dalam suspensi yang seragam.
Homogenasi dilakukan selama 3 menit, untuk menghindari kenaikan suhu yang yang dapat mempengaruhi emulsi dan juga menghindari kerusakan betakaroten minyak sawit merah selama proses homogenasi. Menurut Tauber (1977) emulsi dapat pecah karena penggilingan yang berlebihan dan pemanasan yang berlebihan. Selanjutnya, dikatakan pula
bahwa penggilingan yang berlebihan menyebabkan partikel lemak semakin kecil dan permukaan lemak besar, sehingga protein yang ada tidak cukup untuk menyelubungi semua partikel lemak, dan lemak yang tidak terselubungi akan keluar dari emulsi dan terpisah. Pemanasan yang berlebihan akan menyebabkan partikel lemak berkembang sedangkan protein cenderung mengkerut, sehingga protein pecah dan lemak akan terpisah.
Selanjutnya, emulsi minyak sawit yang telah dibentuk menjadi lapisan tipis pada plat kaca kemudian dikeringkan pada oven pengering dengan suhu 55 oC, kecepatan udara keluar 0.7 m/s. Pengeringan dilakukan selama 20 jam. Plat kaca yang digunakan dibuat berukuran 20 x 20 cm dengan ketebalan 2 mm. Plat kaca ini digunakan sebagai sebagai tempat melekatkan emulsi minyak sawit sekaligus sebagai media pindah panas. Pemilihan plat kaca sebagai media pindah panas didasarkan atas sifatnya yang baik untuk melekatkan emulsi, tidak menyebabkan terjadinya oksidasi terhadap karoten minyak sawit yang dienkapsulasi karena tidak mengandung katalis logam yang dapat mempercepat reaksi oksidasi karoten. Gambar 15 menunjukkan pengeringan emulsi dengan thin layer drying.
a b c
Gambar 15. Tahap Mikroenkapsulasi dengan Thin LayerDring (a) emulsi; (b) pembentukan lapisan dan pengeringan; (c) mikroenkapsulat
Menurut Raw (1980), oksidasi karotenoid terjadi secara acak pada rantai karbon yang mengandung ikatan ganda. Oksidasi karotenoid akan lebih cepat dengan adanya sinar dan katalis logam, khususnya tembaga, besi dan mangan. Oksidasi akan membuka cincin betaionon pada ujung molekul karoten sehingga menyebabkan kerusakan aktifitas karoten tersebut sebagai provitamin A (Iwasaki dan Murakoshi, 1992).
Faktor utama yang mempengaruhi karoten selama pengolahan pangan dan penyimpanan adalah oksidasi oleh oksigen udara dan perubahan struktur oleh panas. Panas akan mendekomposisi karoten dan mengakibatkan
perubahan stereoisomer. Pemanasan sampai dengan suhu 60 oC tidak
mengakibatkan dekomposisi karoten tetapi dapat terjadi perubahan stereoisomer (Klaui dan Bauernfeind, 1981).
d. Penetapan Kisaran Jumlah Minyak dan Bahan Penyalut
Tahap perancangan formula meliputi penentuan variabel-variabel beserta kisaran konsentrasinya. Variabel-variabel yang dimasukkan berupa komponen/bahan penyusun mikroenkapsulat minyak sawit merah yaitu minyak sawit, maltodekstrin, gelatin dan CMC. Kisaran konsentrasi masing- masing ditentukan berdasarkan literatur dan atau uji coba di laboratorium berdasarkan data-data yang dapat dilihat pada lampiran 1a dan 1b.
Proporsi air, terhadap jumlah minyak dan bahan penyalut telah ditentukan melalui penelitian pendahuluan yaitu 87.5 ml untuk 25 gram berat total minyak dan bahan penyalut maltodekstrin, gelatin dan CMC. Berdasarkan pengamatan, jumlah maksimum minyak yang masih dapat ditambahkan hingga 150 % dari total bobot bahan penyalut. Penelitian Maryana (1996) tentang karakteristik beta karoten metode koarsevasi kompleks menggunakan kombinasi bahan penyalut gelatin-gum arab dengan berat total bahan penyalut dalam campuran koloid sebanyak 6 gram (3 gram gelatin dan 3 gram gum arab) dan jumlah minyak yang masih dapat ditambahkan hingga 9 gram menghasilkan mikroenkapsulat yang kering, warna kuning gelap dan kelarutan yang rendah (33.88 %). Penambahan minyak hingga 150 % Nilai ini masih menghasilkan emulsi yang homogen akan tetapi mikroenkapsulat yang dihasilkan setelah pengeringan dengan thin layer drying agak basah. Kisaran jumlah minyak 90-150 % dari total bobot bahan penyalut, penambahan jumlah minyak pada kisaran ini masih menghasilkan emulsi yang homogen, mikroenkapsulat yang dihasilkan kering sampai agak basah. Penambahan jumlah minyak dengan kisaran ini
diaharapkan dapat meningkatkan kadar karoten dan betakaroten pada produk mikroenkapsulat.
Proporsi maltodekstrin, gelatin dan CMC diperoleh berdasarkan hasil uji coba dilaboratorium. Kisaran nilai maltodekstrin 30-70% dari total bobot bahan penyalut, penambahan maltodekstrin pada nilai ini menghasilkan kelarutan mikroenkapsulat yang cukup baik pada air secara subjektif dan juga memiliki kekentalan emulsi yang cocok untuk memudahkan pembentukan lapisan pada plat kaca pengering.
Kisaran nilai gelatin adalah 5-30% dari total bobot bahan penyalut, penambahan pada nilai ini menghasilkan emulsi yang homogen dan menghasilkan kekentalan yang masih memudahkan pembentukan film pada plat kaca. Penambahan gelatin lebih dari kisaran tersebut menghasilkan emulsi yang sangat kental. Kisaran nilai CMC 0-6 % dari total bahan penyalut, penambahan pada kisaran ini menghasilkan emulsi yang lebih homogen, stabil dan kental. Gambar 16 menunjukkan emulsi yang tidak stabil dan emulsi yang stabil.
Gambar 16. Emulsi yang tidak stabil (kiri) dan yang stabil (kanan)
Jumlah total formula harus memenuhi angka 100%. Oleh karena itu nilai konsentrasi minyak, maltodekstrin, gelatin dan CMC harus dikonversi dari persentase bobot bahan penyalut ke dalam persentase bobot total formula.
Emulsi terpisah
2. PENELITIAN UTAMA
a. Rancangan Formula DX 7
Rancangan metode penelitian yang digunakan pada program Design
Expert Version 7 adalah rancangan Response Surface Methodology (RSM)
mixture design. Penggunaan rancangan RSM mixture design dikarenakan rancangan ini sesuai dengan faktor perlakuan pada penelitian ini, yaitu perlakuan pencampuran komponen yang diubah-ubah untuk memperoleh respon tertentu.
Faktor perlakuan berupa komponen yang diubah-ubah pada penelitian ini adalah jumlah minyak merah, maltodekstrin, gelatin dan CMC. Output dari proses analisis respon yang diolah dengan rancangan statistik RSM
mixture design adalah berupa persamaan polinomial. Persamaan polinomial yang diperoleh tiap respon ditunjukkan dengan variabel tertentu yang dapat berbentuk Mean (M) = pangkat 0, Linear (L) = pangkat 1, Quadratic (Q) = pangkat 2, dan Cubic (C) = pangkat 3. Variabel tersebut menjadi faktor yang menetukan rancangan model polinomial untuk faktor perlakuan pada penelitian sehingga didapatkan respon yang mendukung terciptanya produk yang optimal (Anonim c, 2007).
Tabel 10. Kisaran konsentrasi masing-masing komponen penyusun mikroenkapsulat minyak sawit merah
Komponen Batas bawah
(%) Batas atas (%) Minyak (A) 36 60 Maltodekstrin (B) 20 40 Gelatin (C) 4 20 CMC (D) 0 4
Pada tahap perancangan formula digunakan kisaran maksimum dan minimum dari jumlah komponen yang didapat pada penelitian pendahuluan
yang dilakukan secara trial dan error. Kisaran komponen dikonversi
berdasarkan berat total formula mikroenkapsulat (100%), kisaran komponen yang digunakan adalah untuk minyak merah sebesar 36-60%, Maltodekstrin
20-40%, Gelatin 4-20%, dan CMC 0-4 %. Hal-hal tersebut merupakan
kendala bahan dalam pembuatan rancangan percobaan menggunakan D-
optimal yang menghasilkan 25 formula dalam percobaan. Tabel 10 menunjukkan kisaran masing-masing komponen penyusun mikroenkapsulat minyak merah.
Berdasarkan kisaran kosentrasi masing-masing komponen ini, program DX 7 akan merancang beberapa formula. Pada tahap ini juga dilakukan penentuan respon apa saja yang akan diukur. Pemilihan respon dilakukan berdasarkan karateristik yang akan berubah akibat perubahan proporsi relatif dari komponen-komponennya. Respon-respon ini yang akan diukur dan dioptimasi sehingga diperoleh formula optimum. Respon-respon pada penelitian ini adalah respon retensi betakaroten, respon retensi karoten, respon warna mikroenkapsulat, respon kelarutan mikroenkapsulat, ,respon warna larutan dan respon kadar air mikroenkapsulat. Respon-respon ini dipilih agar dapat diperoleh formula yang dapat menghasilkan mikroenkapsulat dengan mutu baik.
b. Formulasi
Berdasarkan tahap perancangan formula, dihasilkan 20 formula dan terdapat 5 formula yang memiliki nilai leverage mendekati satu (≥ 0.5). Nilai
leverage merupakan nilai probability kesalahan formula. Nilai leverage yang mendekati satu berarti formula berpeluang untuk salah. Menurut
rekomendasi program, formula dengan nilai leverage tersebut sebaiknya
direplicate (diulang) sehingga total formula hasil olahan DX7 sebanyak 25 formula.
Langkah selanjutnya dilakukan pembuatan ke 25 formula mikroenkapsulat minyak merah berdasarkan komposisi/ proporsi minyak dan bahan penyalut rancangan formula yang diperoleh dari program DX 7. Tabel 11 menunjukkan rancangan formula mikroenkapsulat minyak merah dengan program DX7. Penampakan 25 mikroenkapsulat yang dihasilkan dari masing-masing formula dapat dilihat pada lampiran 3a dan 3b. Kedua puluh
lima formula mikroenkapsulat tersebut kemudian diukur masing-masing responnya. Selanjutnya masing masing respon dianalisis dengan program DX 7. Program akan merekomendasikan salah satu model polinomial yang cocok untuk setiap respon.
Tabel 11. Rancangan formula mikroenkapsulat minyak sawit merah dengan Program DX 7.
Run Minyak (A) (%) Maltodekstrin (B) (%) Gelatin (C) (%) CMC (D) (%) 1 40 40 20 0 2 56 40 4 0 3 56 40 4 0 4 55.667 26 16.222 2.111 5 50.667 36 12.222 1.111 6 36 40 20 4 7 46 30 20 4 8 60 24 12 4 9 55.167 34.5 8.222 2.111 10 60 20 16 4 11 60 20 20 0 12 46 40 12 2 13 36 40 20 4 14 60 20 20 0 15 44.667 36 16.222 3.111 16 60 34 4 2 17 52.8 30.4 12.8 4 18 60 20 16 4 19 46 30 20 4 20 52 40 4 4 21 52 40 4 4 22 46 40 12 2 23 60 28 12 0 24 46 30 20 4 25 60 34 4 2 c. Analisis Respon
Program Design Expert version 7 memiliki 5 model polinomial untuk
setiap respon. Model-model polinomial tersebut adalah mean, linear,
quadratic, special cubic, dan cubic. Model polinomial merupakan output dari proses analisis mutu awal produk yang diolah oleh rancangan statistik RSM
produk. Program Design Expert version 7 akan merekomendasikan salah satu model yang paling sesuai untuk setiap respon.
Model tersebut dapat ditampilkan dalam suatu contour plot, yang berupa gambar dua dimensi (2D) maupun grafik tiga dimensi (3-D). Grafik
contour plot menggambarkan bagaimana kombinasi antar komponen saling mempengaruhi nilai respon. Bentuk permukaan dari hubungan interaksi antar komponen ini dapat dilihat lebih jelas pada grafik tiga dimensi.
Program DX7 selanjutnya menampilkan hasil analisis ragam atau ANOVA. Suatu variabel respon dapat dikatakan berbeda nyata (signifikan) pada taraf signifikansi 5% apabila nilai Prob>F hasil analisis lebih kecil atau sama dengan 0.05. Variabel respon yang signifikan dapat digunakan sebagai model prediksi pada tahap optimasi. Variabel-variabel respon tersebut selanjutnya digunakan sebagai model prediksi untuk mendapatkan formula optimal.