1.1 Latar Belakang
Udang di Indonesia sampai sekarang masih merupakan komoditas perikanan yang memiliki nilai ekonomis tinggi. Pemerintah melalui Departemen Perdagangan telah menetapkan udang sebagai komoditas ekspor pada urutan keenam (Departemen Kelautan dan Perikanan 2008). Komoditas udang saat ini diperoleh dari penangkapan di alam maupun dari hasil budidaya tambak. Data menunjukkan lahan tambak udang
vanname sebesar 1,2 juta hektar dengan kapasitas produksi tahun 2007 mencapai 352.220 ton, 75% lahan ditangani oleh petambak tradisional dan sisanya oleh petambak semi-intensif dan petambak intensif oleh perusahaan (Trobos 2009).
Volume ekspor udang Indonesia tahun 2010 mencapai 140.940 ton yang memiliki nilai sebesar US$ 989.708.000. Potensi ekspor udang beku di Indonesia tiap tahun semakin meningkat. Ekspor udang beku tanpa kulit dan kepala sebesar 60% (KKP 2011). Hafiz (2009) menyatakan ukuran rata-rata berat per ekor udang
vanname (Litopenaeus vannamei) siap konsumsi adalah 15 g dengan komposisi daging 8,67 g, bobot kepala sebesar 4,33 g, dan bobot kulit sebesar 2 g. Komposisi rendemen rata-rata per ekor udang vannamei adalah daging sebesar 58%, kepala sebesar 29% dan kulit sebesar 13%. Limbah padat hasil produksi olahan udang
vanname sebesar 36-47%.
Holanda dan Netto (2006) menyatakan pemanfaatan limbah cangkang udang selama ini hanya terbatas untuk campuran pakan ternak dan pembuatan kitosan. Kepala dan kulit udang ini banyak mengandung protein, senyawa kitin dan pigmen karotenoid. Rodriguez-Amaya (2006) menunjukkan bahwa pigmen karotenoid terdiri dari beberapa jenis, seperti likopen, karoten, xantophil, zeaxanthin, dan astaxanthin. Astaxanthin merupakan pigmen dominan dalam kulit udang yang akan mengalami perubahan warna dari biru-hijau-coklat menjadi merah keoranyean bila terkena panas.
Astaxanthin adalah pigmen golongan karotenoid yang termasuk karoten dengan struktur hidrokarbon dan turunan isoprenoid (Firdaus 2001). Olson (1999)
2
menyatakan karotenoid bermanfaat bagi kesehatan manusia, sebab karotenoid dapat mencegah aktivitas kanker paru-paru, kanker prostat, penyakit jantung, katarak, infeksi Human Immune Virus.
Ciapara et al. (2006) menunjukkan bahwa karotenoid juga dapat mencegah infeksi bakteri, meningkatkan sistem kekebalan tubuh, mencegah peradangan dan sebagai pelindung kerusakan Deoxyribonucleic Acid akibat sinar ultra violet. Furr dan Clark (1997) menyatakan karotenoid berfungsi sebagai antikolesterol karena dapat membentuk emulsi dengan lemak membentuk kilomikron dan mudah terabsorpsi pada lapisan pencernaan. Penelitian Kurashige et al. (1990) dan Shimidzu et al. (1996) menunjukkan karotenoid mempunyai aktivitas sebagai antioksidan 100 kali lebih kuat dibandingkan vitamin E. Berdasarkan hasil penelitian Chew et al. (1999) karotenoid dapat mengurangi pertumbuhan tumor payudara sebesar 50% melalui uji in vivo.
Metode ekstraksi karotenoid pada udang telah dilakukan baik dengan pelarut bahan kimia, super kritikal karbondioksida, dan enzim. Ekstraksi menggunakan pelarut bahan kimia memerlukan jumlah bahan kimia yang banyak sehingga akan menghasilkan banyak limbah cair pada akhir proses dan dimungkinkan pada hasil ekstraksi masih terdapat residu bahan kimia yang berbahaya bagi kesehatan. Ekstraksi karotenoid menggunakan metode super kritikal karbondioksida menghasilkan rendemen yang kecil. Babu et al. (2008) menyatakan ekstraksi karotenoid secara enzimatis menghasilkan rendemen yang tinggi dan ramah lingkungan. Shacindra et al. (2005) telah melakukan ekstraksi karotenoid menggunakan pelarut aseton pada berbagai bagian tubuh udang dan menghasilkan rendemen sebesar 10,4-17,4 g/g pada daging udang, 35,8-153,1 µg/g pada kepala, 59,8-104,7 g/g pada kulit udang. Lopez et al. (2004) membandingkan bahwa ekstraksi karotenoid menggunakan superkritikal karbondioksida menghasilkan rendemen 71% lebih kecil dibandingkan dengan cara manual. Hasil penelitian Babu (2008) menunjukkan ekstraksi karotenoid menggunakan enzim juga telah diaplikasikan pada kepala udang, hasil rendemen yang diperoleh sebesar 75,7–96,8 µg/g.
3
Chakrabarti (2002) telah melakukan penelitian ekstraksi karotenoid menggunakan enzim protease dan rendemen yang dihasilkan sebesar 30-40 ppm. Enzim protease berfungsi untuk memutus ikatan peptida sehingga pigmen yang terdapat dalam kulit dan kepala udang dapat diekstrak dan diperoleh pigmen karotenoid bebas. Mineral dalam kulit udang seperti kalsium, karbonat, dan fosfor akan menghambat proses ekstraksi. Mineral dapat berasosiasi dengan protein dan menguatkan ikatan peptida. Proses pemanasan tidak dapat menghilangkan mineral tetapi penambahan asam atau basa dapat memutuskan ikatan mineral (demineralisasi) dan meningkatkan daya tolak menolak elektrostatik sehingga melonggarkan jaringan protein. Penelitian untuk melihat pengaruh proses demineralisasi terhadap ekstraksi karotenoid dari kepala udang menggunakan enzim papain dan pepsin komersial perlu dilakukan serta menguji karakteristik hasil ekstraksi sebagai antioksidan.
1.2 Perumusan Masalah
Pada umumnya udang diekspor dalam bentuk segar dan beku. Ekspor beku dapat menggunakan atau tanpa menggunakan kepala dan kulit. Kepala dan kulit udang sisa pengolahan pembekuan digolongkan sebagai limbah padat. Selama ini limbah padat tersebut hanya dimanfaatkan sebagai pakan dan sebagai sumber kitin serta kitosan. Padahal limbah kepala dan kulit udang mengandung pigmen karotenoid yang mempunyai banyak manfaat antara lain sebagai antioksidan.
Ekstraksi karotenoid telah banyak dilakukan dengan berbagai metode baik dengan pelarut bahan kimia, super kritikal karbondioksida ataupun enzim. Proses ekstraksi menggunakan pelarut bahan kimia menghasilkan banyak limbah cair pada akhir proses dan dimungkinkan pada hasil ekstraksi masih terdapat residu bahan kimia yang berbahaya bagi kesehatan. Ekstraksi karotenoid menggunakan metode super kritikal karbondioksida menghasilkan rendemen yang kecil. Alternatif proses ekstraksi karotenoid yang lebih murah, menghasilkan rendemen yang tinggi, dan ramah lingkungan perlu dicari.
4
Penelitian untuk melihat pengaruh proses demineralisasi terhadap ekstraksi karotenoid dari kepala udang menggunakan enzim pepsin dan papain perlu dilakukan serta menguji karakteristik hasil ekstraksi sebagai antioksidan.
1.3 Tujuan dan Manfaat Penelitian
Penelitian diharapkan dapat menemukan metode ekstraksi secara enzimatis untuk mendapatkan karotenoid terbaik serta dapat menjadi salah satu alternatif dalam pemenuhan kebutuhan antioksidan yang berasal dari limbah kepala udang. Tujuan umum penelitian ini adalah mengekstrak karotenoid dari limbah kepala udang secara enzimatis untuk dikarakterisasi sebagai antioksidan. Tujuan khusus penelitian ini adalah:
1) Menentukan konsentrasi HCl optimum dalam proses demineralisasi.
2) Menentukan konsentrasi enzim pepsin terbaik untuk mengekstraksi karotenoid sebagai antioksidan.
3) Menentukan konsentrasi enzim papain terbaik untuk mengekstraksi karotenoid sebagai antioksidan.
1.4 Hipotesis
Adapun hipotesis penelitian ini adalah:
(1) Penggunaan HCl akan berpengaruh terhadap proses demineralisasi.
(2) Penggunaan konsentrasi enzim pepsin akan berpengaruh terhadap ekstrak karotenoid sebagai antioksidan.
(3) Penggunaan konsentrasi enzim papain akan berpengaruh terhadap ekstrak karotenoid sebagai antioksidan.
1.5 Kerangka Pemikiran
Saat ini udang beku diekspor tanpa menggunakan kepala dan kulit sehingga menghasilkan banyak limbah padat. Kepala dan kulit udang mengandung pigmen karotenoid yang berwarna merah keoranyean. Pigmen ini memiliki banyak fungsi
5
diantaranya sebagai antioksidan. Proses ekstraksi karotenoid dapat dilakukan dengan pelarut bahan kimia, super kritikal karbondioksida dan secara enzimatis. Proses ekstraksi menggunakan pelarut bahan kimia menghasilkan banyak limbah cair dan berbahaya bagi kesehatan. Ekstraksi karotenoid menggunakan metode super kritikal karbondioksida menghasilkan rendemen yang kecil. Ekstraksi karotenoid secara enzimatis lebih ramah lingkungan dan menghasilkan rendemen yang tinggi. Ekstraksi karotenoid dari limbah kepala udang dengan enzim dapat lebih ekonomis bila menggunakan enzim komersial yang berharga rendah, misalnya enzim papain dibandingkan menggunakan enzim murni, seperti enzim pepsin. Enzim papain dan pepsin merupakan enzim protease yang memiliki spesifitas tinggi, hanya mengkatalisis substrat tertentu, tidak membentuk produk samping yang tidak diinginkan, mempunyai produktivitas yang tinggi sehingga dapat mengurangi biaya. Produk akhir pada umumnya tidak terkontaminasi sehingga mengurangi biaya purifikasi dan mengurangi efek kerusakan terhadap lingkungan. Kerangka pemikiran penelitian dapat dilihat pada Gambar 1.
6
Gambar 1 Kerangka pemikiran penelitian. Kulit udang
Proses demineralisasi menggunakan HCl
Proses ekstraksi menggunakan enzim
enzim
Enzim papain dan pepsin
Karotenoid
Profil karotenoid dan aktivitas antioksidan Spesifitas tinggi
Mengkatalisis substrat tertentu Murah dan aman
7