4. HASIL DAN PEMBAHASAN
4.2 Penelitian Tahap Pertama
4.2.1 Proses pembuatan karagenan
Pembuatan karagenan dimulai dengan penimbangan rumput laut kering yang sudah dibersihkan sebanyak 50 g, setelah itu rumput laut dicuci dengan air tawar. Proses pembersihan dan pencucian dilakukan dengan air mengalir untuk menghilangkan benda asing seperti garam, karang, kayu ranting serta pasir yang masih menempel pada rumput laut. Menurut Dewan Standar Nasional (SNI 01-2690-1998), benda asing adalah semua benda yang tidak termasuk dalam rumput laut antara lain garam, pasir, karang, kayu ranting dan rumput laut lainnya. Proses pencucian ini dilakukan tidak terlalu lama, hanya sampai kotoran yang masih tersisa seperti garam dan pasir terlepas dari rumput laut. Hal ini dimaksudkan untuk menghindari keluarnya karagenan dari rumput laut yang disebabkan karena terjadinya lisis pada dinding sel. Selanjutnya dilakukan pemotongan bahan dan diiris kecil-kecil, hal ini dimaksudkan agar partikel bahan baku berukuran sekecil mungkin sehingga permukannya luas dan senyawa yang akan diekstrak dapat lebih mudah ditarik keluar dari bahan. Selain itu penghancuran akan memecah sel-sel yang terdapat dalam jaringan sehingga komponen yang akan diekstrak dapat dengan cepat keluar dari bahan.
Setelah pembersihan dan pencucian dilakukan proses ekstraksi. Ekstraksi merupakan salah satu cara pemisahan satu atau lebih komponen dari suatu bahan yang merupakan sumber komponen tersebut. Ekstraksi karagenan dilakukan dengan air panas (40 kali berat rumput laut kering) pada suhu 85 – 100 oC dan pH alkalis (di atas pH 7). Jenis basa yang ditambahkan adalah NaOH. Ekstraksi dilakukan selama 3 jam. Proses ini dilakukan untuk menghasilkan kappa dan iota karagenan. Menurut Angka dan Suhartono (2000) iota karagenan dapat terekstrak dalam waktu 3 jam pada suhu 85 oC dan menurut Dawes et al. (1977) dalam Harun (1993) iota karagenan dapat diekstraksi menggunakan NaOH hingga pH ekstraksi 8,0 – 8,5 selama 1 – 14 jam pada suhu 85 oC. Kondisi optimum dicapai pada ekstraksi selama 3 jam yang ditunjukkan diantaranya oleh kekuatan gel dan viskositas optimumnya. Towle (1973) menyatakan bahwa larutan alkali mempunyai dua fungsi yaitu untuk membantu ekstraksi polisakarida dari alga laut dan membantu untuk mengkatalisa hilangnya gugus 6-sulfat dari unit monomernya dengan membentuk 3,6 anhidro-D-galaktosa, sehingga menaikkan
kekuatan gelnya. Disamping itu kondisi alkalis juga berfungsi untuk mencegah terjadinya hidrolisis karagenan (Guiseley et al. 1980).
Arifin (1994) menyatakan bahwa karagenan merupakan senyawa kompleks polisakarida yang dibangun oleh sejumlah unit galaktosa dan 3,6-anhidrogalaktosa, baik yang mengandung sulfat maupun yang tidak mengandung sulfat, dengan ikatan á-1,3-D galaktosa dan â-1,4-3,6 anhidrogalaktosa secara bergantian. Fraksi kappa karagenan tersusun dari á (1,3) D-galaktosa 4-sulfat dan
â (1,4) 3,6 anhidro-D-galaktosa. Karagenan juga ada yang mengandung D-galaktosa 6-sulfat ester dan 3,6 anhidro-D-galaktosa 2-sulfat ester. Adanya
gugusan 6 sulfat, dapat menurunkan daya gelasi dari karagenan, tetapi dengan pemberian alkali mampu menyebabkan terjadinya transeliminasi gugusan 6 sulfat, yang menghasilkan terbentuknya 3,6 anhidro-D-galaktosa. Dengan demikian derajat keseragaman molekul meningkat dan daya gelasinya juga bertambah (Winarno 1990).
Setelah diekstraksi, larutan karagenan langsung disaring dalam keadaan panas. Hal ini dimaksudkan untuk menghindari pembentukan gel. Untuk memperoleh filtrat yang banyak selama penyaringan dilakukan pemerasan atau pengepresan (Chapman 1970). Pada penyaringan ini yang akan digunakan untuk proses selanjutnya adalah filtratnya. Penyaringan bertujuan untuk menjernihkan campuran larutan dengan cara membuang sejumlah partikel padat atau untuk memisahkan cairan dari bagian padat bahan pangan dengan cara menggunakan saringan (Fellows 1992). Penyaringan adalah suatu unit proses dimana komponen padatan tidak larut dalam suspensi padat-cair dipisahkan dari komponen cairannya dengan melewatkan suspensi tersebut melalui suatu membran yang dapat menahan padatan di permukaannya atau dalam struktur di dalamnya atau keduanya. Suspensi padat-cair dikenal sebagai bubur, sedangkan cairan yang melewati membran saringan disebut filtrat. Solid yang sudah dipisahkan dari komponen tersebut disebut ampas (Wirakartakusumah et al. 1992).
Dalam penelitian ini saringan yang digunakan berupa kain blacu dua lapis yang diperkirakan berukuran lebih kurang 200 mesh (terdapat 200 lubang dalam 1 cm2) (Purnama 2003). Menurut Hasran et al. (1989) dalam Muldani (1997), larutan disaring untuk memperoleh hasil ekstraksi yang berkualitas tinggi yaitu
ekstrak yang terbebas dari padatan. Pada umumnya penyaringan menggunakan saringan halus (kain berdiameter lubang 1 mm). Tanikawa (1985) mengatakan bahwa di Jepang penyaringan dilakukan dengan menggunakan kain yang berpori-pori 1,25 mm x 1,25 mm. Dengan berpori-pori-berpori-pori kain yang sedemikian kecil hasil penyaringan akan lebih murni dan bersih. Akan tetapi, penyaringan dengan menggunakan pori-pori kecil tidak berarti akan meningkatkan mutu karagenan, sebab dapat mengakibatkan karagenan yang lolos melalui pori-pori saringan tersebut terbatas, sehingga hasil penyaringan hanya sedikit mengandung karagenan murni.
Langkah selanjutnya setelah penyaringan I adalah pengendapan. Pengendapan karagenan dari rumput laut Kappaphycus alvarezii (fraksi kappa karagenan) dilakukan dengan menambahkan larutan KCl 1 % sebanyak 1 kali volume pelarut, sedangkan untuk rumput laut Eucheuma spinosum (fraksi iota karagenan) digunakan etanol sebanyak 2 kali volume pelarut.
Kappa karagenan sensitif terhadap ion kalium dan akan membentuk gel yang kuat dengan adanya garam kalium (Glicksman 1983). Pada penelitian ini pengendapan iota karagenan dilakukan dengan etanol (alkohol 99 %), karena penggunaan ion kalium sebanyak 0 – 1,5 % pada iota karagenan akan memperlihatkan efek yang negatif terhadap gelnya (Anonim 1985). Ekstraksi dengan menggunakan pelarut alkohol baik untuk semua karagenan (Harborne 1987). Untuk mendapatkan proses ekstraksi yang sempurna perlu adanya pelarut yang sesuai dengan bahan yang diekstrak, karena suatu zat memiliki kemampuan melarut yang berbeda dalam pelarut yang berbeda. Senyawa polar akan terpisah dengan baik bila digunakan pelarut yang polar dan senyawa non polar akan terpisah dengan baik bila menggunakan pelarut non polar (Nur dan Adijuwana 1989).
Fraksi iota karagenan berbeda dengan kappa karagenan karena iota karagenan mempunyai unit 3,6-anhidro-D-galaktosa-2-sulfat. Gugus sulfat dari iota sebanyak 25 – 50 %, maka sensitivitas kalium menurun yang ditandai menurunnya kemampuan membentuk gel, sifat ini menjadi ciri khas iota karagenan (Moirano 1977).
Menurut Glicksman (1982) pengendapan karagenan hasil ekstraksi yang telah mengalami filtrasi dapat dilakukan dengan alkohol. Alkohol yang dapat digunakan adalah metanol, etanol dan isopropanol (Anonim 1991). Alkohol yang digunakan sekitar 1,5 – 4,0 kali volume filtrat (Towle 1973). Penambahan alkohol atau KCl ke dalam filtrat dapat mengendapkan karagenan dalam bentuk serat (Moirano 1977). Garam-garam yang larut dengan alkohol atau KCl dapat dipisahkan dari endapan karagenan. Proses pemisahan karagenan dilakukan dengan cara disaring dan diperas (Mhsigeni dan Semesi 1977).
Purnama (2003) memisahkan karagenan dari filtrat dengan cara pengendapan menggunakan KCl dengan konsentrasi 1,5 %, 2,0 % dan 2,5 % sebanyak satu kali volume pelarut. Pada penelitian tersebut penurunan kekuatan gel seiring dengan semakin meningkatnya jumlah KCl yang digunakan. Hal tersebut menunjukkan bila anion telah jenuh berikatan karena penambahan KCl yang semakin banyak, maka akan semakin banyak pula ion kalium yang tidak berikatan dengan polimer karagenan. Ion yang berlebih menjadi residu dan menyebabkan kemurnian karagenan semakin berkurang. Residu pada produk dapat menghambat pembentukan double helix yang bertanggung jawab terhadap pembentukan gel yang kuat.
Dalam proses pengendapan karagenan dengan KCl, KCl terlebih dahulu dilarutkan dalam air panas dengan suhu 100 oC, dimana semakin panas air maka KCl akan semakin mudah larut sehingga penyebaran KCl dalam karagenan merata. Pada iota karagenan pengendapan karagenan dilakukan dengan etanol sebanyak dua kali volume filtratnya sambil diaduk-aduk, sehingga terbentuk serat karagenan.
Hasil pengendapan iota karagenan dan kappa karagenan disaring kembali dengan menggunakan kain blacu dua lapis. Ampas yang tidak lolos melewati pori-pori saringan inilah yang dikeringkan pada proses selanjutnya. Penyaringan kedua ini bertujuan mendapatkan larutan karagenan yang lebih murni lagi dan mengurangi jumlah air dan komponen lain selain karagenan yang lolos melewati pori-pori saringan I dan tidak dapat mengendap pada proses pemisahan seperti air, residu K+ dari larutan garam KCl yang tidak berikatan dengan polimer karagenan serta residu-residu lain yang berukuran yang tidak diharapkan keberadaannya.
Pengepresan atau pemerasan tetap dilakukan pada penyaringan II ini agar komponen-komponen yang tidak dapat mengendap benar-benar lolos dari saringan.
Selanjutnya, setelah penyaringan II dilakukan pengeringan. Pada penelitian ini pengeringan menggunakan drum dryer. Menurut Moeljanto (1982) pengeringan adalah suatu cara untuk mengurangi kadar air bahan melalui penguapan dengan bantuan energi panas sehingga diperoleh hasil yang lebih kering. Pengeringan pangan berarti pemindahan air dengan sengaja dari bahan pangan, dimana pengeringan merupakan metode tertua pada pengawetan bahan pangan.
Pengeringan dengan menggunakan drum dryer dilakukan dengan cara melewatkan karagenan di atas rol panas sehingga menghasilkan lembaran-lembaran tipis karagenan. Karagenan yang kontak langsung dengan rol panas menyebabkan air dapat lebih mudah untuk menguap, sehingga kandungan air pada karagenan lebih sedikit.
Pengeringan karagenan sebenarnya tidak hanya dilakukan dengan menggunakan drum dryer. Karagenan basah hasil presipitasi oleh alkohol atau hasil pelelehan dapat dikeringkan dengan menggunakan oven atau penjemuran (Glicksman 1983). Karagenan kering tersebut kemudian ditepungkan, diayak, distandarisasi dan dicampur, kemudian dikemas dalam wadah yang tertutup rapat (Guiseley et al. 1980). Tepung karagenan berwarna putih sampai dengan coklat kemerah-merahan (Food Chemical Codex 1981).
Karagenan memerlukan waktu yang cukup singkat untuk kontak dengan panas jika pengeringan dilakukan dengan menggunakan drum dryer, dimana semakin lama karagenan kontak dengan panas, maka rantai-rantai polimer yang sudah terbentuk akan terdepolimerisasi menjadi lebih pendek dan apabila depolimerisasi terus berlanjut maka rantai polimer akan semakin pendek dan sebagian akan terdegradasi, dan selanjutnya akan mengakibatkan struktur heliks menjadi berkurang dan kemampuan untuk membentuk gel yang kuat juga akan berkurang.
35,56 25,09 0 5 10 15 20 25 30 35 40 K a p p a Io t a R e nd e m e n (% 4.2.2 Rendemen
Rendemen merupakan indikator efisiensi dari proses ekstraksi rumput laut. Rendemen karagenan yang dimaksudkan dalam penelitian ini adalah berat karagenan yang terkandung dalam rumput laut kering dibagi dengan berat bahan baku rumput laut kering dan dinyatakan dalam persen. Semakin tinggi rendemen semakin besar output yang dihasilkan. Rumput laut kering yang akan diekstraksi sebanyak 50 g dengan volume air 2 liter. Rendemen dipengaruhi oleh spesies, iklim, metode ekstraksi, waktu pemanenan dan lokasi budidaya (Chapman dan Chapman 1980). Rendemen karagenan dalam penelitian ini disajikan dalam Gambar 10.
Gambar 10 Diagram batang nilai rata-rata rendemen kappa dan iota karagenan.
Pada Gambar 10 dapat diketahui bahwa kappa karagenan mempunyai nilai rendemen lebih tinggi dibandingkan iota karagenan. Hal ini kemungkinan disebabkan adanya perbedaan proses pemisahan dan jenis rumput laut yang digunakan. Habitat rumput laut jenis Kappaphycus alvarezii dan Eucheuma spinosum berbeda, dimana habitat Kappaphycus alvarezii banyak hidup di zona pasang surut yang berdasar karang hingga ke zona subtidal, sering membentuk koloni yang luas, hidup baik di perairan yang tenang maupun yang agak bergelombang (semi terlindung) (www.iptek.net.id), sedangkan Eucheuma spinosum habitatnya di daerah bersubstrat batu, air jernih, ada arus atau terkena gerakan air lainnya, kadar garam antara 28 - 36% dan cukup sinar matahari (www.iptek.net.id).
Selain itu proses pemisahan juga mempengaruhi rendemen karagenan. Proses pemisahan kappa karagenan menggunakan larutan KCl 1 % sebanyak satu kali volume pelarut. Proses pemisahan dengan menggunakan KCl menyebabkan ketidakmurnian karagenan yang dihasilkan. Hal ini diduga terjadi karena kation K+ dari larutan KCl akan bersenyawa dengan rangkaian polimer karagenan sehingga akan memberikan tambahan berat pada rendemen karagenan yang dihasilkan. Rendahnya rendemen iota karagenan yang dihasilkan diduga karena sifat etanol yang tidak dapat mengendapkan senyawa lain selain karagenan seperti kotoran-kotoran yang berukuran kecil dan mineral yang terdapat dalam molekul karagenan, sehingga diperoleh karagenan yang lebih murni.
Dari hasil penelitian yang telah diperoleh dapat ditarik kesimpulan bahwa penggunaan etanol mempunyai kecenderungan dapat menurunkan rendemen karagenan, meskipun karagenan dari hasil pemisahan etanol mempunyai rendemen yang lebih rendah, tidak berarti bahwa kandungan karagenannya juga lebih rendah. Terjadinya penurunan rendemen kemungkinan disebabkan oleh sifat etanol yang mampu melepaskan kotoran-kotoran dan mineral yang terdapat dalam molekul karagenan. Peningkatan rendemen karagenan pada selang tertentu disebabkan oleh adanya proses pelepasan polisakarida dari alga laut yang semakin sempurna sehingga rendemen yang dihasilkan juga semakin tinggi. Pada penelitian ini lama, suhu, pH ekstraksi dan penyaring antara kedua ekstraksi adalah sama, tetapi perlakuan pemisahan berbeda. Jadi, adanya perbedaan rendemen karagenan pada penelitian ini disebabkan oleh perbedaan perlakuan pemisahan karagenan.
4.2.3 Viskositas
Viskositas (kekentalan) adalah suatu larutan yang kondisinya dapat digambarkan sebagai larutan yang sulit dialirkan. Maksud dari pengukuran ini adalah untuk menentukan nilai kekentalan suatu larutan yang dinyatakan dalam centipoise (cps). Makin tinggi nilai viskositas suatu larutan maka makin tinggi pula tingkat kekentalannya. Menurut Guiseley et al. (1980) kekentalan pada karagenan disebabkan adanya daya tolak-menolak antar grup sulfat yang bermuatan negatif, yang terdapat disepanjang rantai polimernya sehingga
154 88,5 0 50 100 150 200 K a p p a Io t a V is k o s it a s (c p
menyebabkan rantai polimer tersebut kaku dan tertarik kencang. Selain itu adanya sifat hidrofilik menyebabkan molekul tersebut dikelilingi oleh air yang tidak bergerak. Hal tersebut akan menentukan nilai kekentalan karagenan.
Nilai rata-rata viskositas yang diperoleh pada penelitian ini yaitu 88,50 cps untuk kappa dan 154 cps untuk iota. Menurut Guiseley (1980) dalam Luthfy (1988) viskositas larutan karagenan berkisar antara 5 – 800 cps yang diukur pada konsentrasi 1,5 % dan suhu 75 oC dengan menggunakan viscometer brookfield. Hasil pengukuran viskositas pada penelitian disajikan dalam Gambar 11.
Gambar 11 Diagram batang nilai rata-rata viskositas kappa dan iota karagenan.
Viskositas iota karagenan yang diperoleh lebih tinggi dibandingkan viskositas kappa karagenan, hal ini kemungkinan dipengaruhi oleh sulfat karena sulfat dapat menyebabkan larutan menjadi kental. Adanya sulfat akan menyebabkan terjadinya gaya tolak-menolak antar kelompok ester yang bermuatan sama dengan molekul air yang terikat dalam karagenan. Kandungan sulfat yang ada pada kappa lebih rendah dibandingkan iota. Kappa karagenan mengandung sulfat 28 % atau kurang dan iota karagenan 30 % atau lebih (Glicksman 1983), sehingga menyebabkan viskositas pada iota karagenan lebih tinggi.
Selain kandungan sulfat peningkatan viskositas dipengaruhi juga oleh proses pemisahan karagenan. Peningkatan viskositas kemungkinan disebabkan oleh berkurangnya faktor penstabil pada koloid karagenan akibat adanya penambahan alkohol. Peningkatan viskositas karagenan dengan adanya alkohol
juga disebabkan oleh kemampuan alkohol untuk membentuk mono dan diester dengan sulfat (Pine et al. 1988), sehingga kandungan sulfat dalam polimer karagenan meningkat. Jumlah sulfat yang tinggi dalam polimer karagenan akan menyebabkan peningkatan nilai viskositas.
Viskositas karagenan akan menurun dengan adanya penambahan garam karena kation K+ dari larutan KCl dalam karagenan akan menurunkan muatan rantai polimer sehingga gaya elektrostatik diantara gugus sulfat berkurang. Apabila gaya tolak-menolak antar muatan negatif dari gugus sulfat tinggi, maka akan menyebabkan rantai molekul menegang sehingga daya tarik-menarik antar polimer menurun dan molekul karagenan bersifat hidrofilik, selanjutnya molekul air akan mengelilingi molekul hidrofilik tersebut dan akhirnya mengakibatkan viskositasnya meningkat. KCl mengakibatkan gugus sulfat lepas dari rantai polimer dan membentuk kalium sulfat dan asam sulfat.