MIKROENKAPSULASI EKSTRAK BEKATUL BERAS MERAH :
KAJIAN JENIS DAN KONSENTRASI ENKAPSULAN
I Wayan Rai Widarta, Ni Made Indri Hapsari Arihantana
Program Studi Ilmu dan Teknologi Pangan, Fakultas Teknologi Pertanian, Universitas Udayana, Kampus Bukit Jimbaran, Badung, 80364
Telp/Fax : (0361) 701801, E-mail : rai_widarta@yahoo.com
Abstrak
Tujuan dari penelitian ini adalah mendapatkan jenis dan konsentrasi enkapsulan yang tepat untuk memperoleh mikrokapsul dengan karakteristik terbaik. Mikroenkapsulasi ekstrak bekatul beras merah dilakukan dengan spray dryer. Penelitian ini menggunakan rancangan acak kelompok (RAK) pola faktorial dengan dua faktor. Faktor I adalah jenis enkapsulan yaitu gum arab, maltodekstrin dan campuran gum arab dengan maltodekstrin (1:1 b/b). Faktor II adalah konsentrasi enkapsulan yaitu 10%, 15%, dan 20%. Parameter yang diamati meliputi : rendemen, total fenol, aktivitas antioksidan, efisiensi mikroenkapsulasi, kadar air, kelarutan, dan densitas. Hasil penelitian menunjukkan bahwa produk mikrokapsul dengan karakteristik terbaik diperoleh dari jenis enkapsulan gum arab dengan konsentrasi 10%. Adapun nilai rendemen, total fenol, aktivitas antioksidan, efisiensi mikroenkapsulasi, kadar air, kelarutan, dan densitas yaitu 28,60%, 623,99 mg/g mikrokapsul, 87,58%, 75,96%,, 4,53%, 92,45%, dan 0,4 g/ml.
Kata kunci: mikroenkapsulasi, gum arab, maltodekstrin, bekatul beras merah
PENDAHULUAN
Bekatul merupakan limbah proses penggilingan padi yang jarang dimanfaatkan sebagai produk pangan oleh masyarakat di Bali, padahal potensinya sangat besar apabila dapat dimanfaatkan secara optimal. Hasil penelitian sebelumnya menunjukkan bahwa bekatul beras merah dari kabupaten Tabanan mengandung komponen bioaktif yang tinggi seperti total antosianin 5,45 mg/100g, total fenolik 743,51 mg/100g, dan aktivitas antioksidan yang tinggi 92,19% dengan nilai IC50 yang rendah yaitu 0,042% (Widarta et al. 2013).
Ekstrak bekatul beras merah diperoleh melalui proses maserasi selama 30 jam dengan pelarut etanol yang diasamkan (pH 1), dimana rasio bahan dengan pelarut adalah 1:10. Lebih lanjut dilaporkan bahwa ekstrak bekatul beras merah memiliki stabilitas yang kurang baik terhadap proses pemanasan (Widarta et al. 2013). Oleh karena itu, perlu dilakukan penelitian lebih lanjut untuk meningkatkan stabilitas ekstrak bekatul dalam upaya pemanfaatannya sebagai fortifikan pangan fungsional.
Salah satu cara yang dapat dilakukan adalah melalui proses mikroenkapsulasi. Mikroenkapsulasi merupakan salah satu cara untuk memberikan proteksi terhadap senyawa antioksidan yaitu dengan mengubah senyawa antioksidan cair menjadi bentuk padat (mikrokapsul) sehingga menjadi lebih stabil atau mampu melindungi ingridien yang sensitif terhadap panas, cahaya dan oksigen (Tandale 2007).
Proses mikroenkapsulasi mempunyai beberapa keuntungan yaitu dapat melindungi komponen pangan yang sensitif, memperpanjang daya simpan, mengurangi kehilangan nutrisi, memperluas kegunaan bahan pangan tertentu pada bahan pangan yang lain, melindungi flavor dan aroma serta mengubah komponen bahan pangan bentuk cair ke bentuk padat yang lebih mudah ditangani (Gardjito et al. 2006). Pemilihan enkapsulan merupakan hal kritis karena akan mempengaruhi stabilitas emulsi sebelum pengeringan dan daya simpan produk mikrokapsul setelah pengeringan (Young et al. 1993). Gum arab dan maltodekstrin merupakan beberapa jenis enkapsulan yang sering digunakan. Gum arab mempunyai sifat membentuk emulsi yang baik. Penggunaan gum arab pada konsentrasi tinggi akan membentuk emulsi yang viskositasnya sangat tinggi di samping itu juga harganya relative mahal. Maltodekstrin memiliki sifat sebagai
penyalut yang terlalu tinggi membuat emulsi menjadi kental sehingga menyulitkan proses atomisasi. Penyalut terlalu tinggi juga menyebabkan pembengkakan (puffing) atau penggelembungan (balloning) dan keretakan partikel.
Enkapsulan yang digunakan dalam pembuatan mikrokapsul memiliki kelebihan dan kekurangan yang nantinya akan mempengaruhi mutu produk yang dihasilkan. Oleh karena itu perlu dilakukan penelitian mengenai jenis dan konsentrasi enkapsulan yang tepat untuk mendapatkan produk mikrokapsul dengan karakteristik terbaik.
BAHAN DAN METODE
Bahan dan Alat
Bahan-bahan yang digunakan adalah bekatul (dedak halus) dari varietas beras merah cendana yang diperoleh dari pabrik penyosohan beras di Kecamatan Penebel, Kabupaten Tabanan, Bali, DPPH, reagen Folin-Ciocalteu, HCl, etanol 96%, etanol absolut, NaOH, sodium karbonat, aquades, standar asam galat, maltodekstrin, dan gum arab. Alat-alat yang dipergunakan dalam penelitian ini adalah shaker, pH meter, oven, spektrofotometer, spray dryer, rotary evaporator vakum, pH meter, kertas Whatman No. 1, dan alat-alat gelas.
Metode Penelitian
Ekstraksi komponen bioaktif bekatul beras merah
Sebanyak 20 g bekatul beras merah dilarutkan dengan pelarut etanol 96% dengan pH 1. Perbandingan bahan dengan pelarut adalah 1:10 (b/v) kemudian di shaker selama 30 jam pada suhu kamar. Selanjutnya disaring dengan kertas saring whatman no 1. Filtrat yang diperoleh di pekatkan dalam rotari evaporator vakum pada suhu 30oC sehingga diperoleh ekstrak kasar bekatul beras merah.
Pembuatan mikrokapsul
Pembuatan mikrokapsul diawali dengan pembuatan larutan enkapsulan. Larutan enkapsulan dibuat dengan melarutkan bahan enkapsulan (gum arab dan maltodekstrin sesuai perlakuan) dengan 200 ml aquades sehingga diperoleh konsentrasi larutan enkapsulan sesuai perlakuan (10%, 15%, dan 20% b/v), kemudian diaduk dan dibiarkan semalam. Pembuatan mikrokapsul diawali dengan pembuatan larutan enkapsulan. Larutan enkapsulan dibuat dengan melarutkan bahan enkapsulan (gum arab, maltodekstrin, dan campurannya sesuai perlakuan) dengan 200 ml aquades sehingga diperoleh konsentrasi larutan enkapsulan sesuai perlakuan (10%, 15% dan 20% b/v), kemudian dihidrasi selama 12 jam. Pembuatan emulsi dilakukan pada dengan menambahkan ekstrak bekatul beras merah. Perbandingan antara jumlah ekstrak yang digunakan dengan larutan enkapsulan adalah 1:20 (b/v). Selanjutnya dihomogenisasi pada 5200 rpm selama 8 menit. Untuk mendapatkan mikrokapsul, emulsi dikeringkan dengan spray dryer dengan suhu inlet 140°C dan outlet 80°C.
Rancangan penelitian
Penelitian ini menggunakan Rancangan Acak Kelompok (RAK) pola faktorial. Faktor pertama adalah jenis enkapsulan (J) dan yang kedua adalah Konsentrasi enkapsulan (K). Faktor pertama terdiri dari tiga taraf yaitu : J1 = Gum arab; J2 = Maltodekstrin;J3 = Campuran Gum arab dan Maltodekstrin = 1:1. Faktor kedua terdiri dari dua taraf yaitu : K1 = Konsentrasi enkapsulan 10%;
94
K2 = Konsentrasi enkapsulan 15%; K3 = Konsentrasi enkapsulan 20%. Seluruh perlakuan diulang sebanyak dua kali sehingga diperoleh 18 unit percobaan. Data yang diperoleh dianalisis dengan sidik ragam, dan apabila terdapat pengaruh perlakuan terhadap parameter yang diamati, maka akan dilanjutkan dengan uji Duncan (Steel dan Torrie, 1993).
Parameter yang diamati
Parameter yang diamati pada tahap pertama meliputi : rendemen (Gardjito et al. 2006), total fenolik (Garcia et al. 2007), aktivitas antioksidan (Sompong et al. 2011), efisiensi mikroenkapsulasi (Cilek et al. 2012), kadar air (AOAC 1995), kelarutan (Marcoa et al. 2013), dan densitas (Umer et al. 2011).
HASIL DAN PEMBAHASAN Rendemen
Hasil analisis keragaman menunjukkan bahwa interaksi jenis dan konsentrasi enkapsulan berpengaruh nyata terhadap rendemen produk mikrokapsul yang dihasilkan. Nilai rata-rata rendemen produk mikrokapsul yang dihasilkan dapat dilihat pada Gambar 1.
Gambar 1. Grafik hubungan antara jenis dan konsentrasi enkapsulan terhadap rendemen mikrokapsul
Gambar 1 menunjukkan bahwa rendemen mikrokapsul tertinggi diperoleh pada perlakuan jenis enkapsulan gum arab:maltodekstrin (1:1) dengan konsentrasi 20% yaitu sebesar 43.43%, sedangkan terendah diperoleh pada perlakuan jenis enkapsulan gum arab dengan konsentrasi enkapsulan 10% yaitu 28.60%. Semakin tinggi konsentrasi enkapsulan maka rendemen yang dihasilkan juga semakin tinggi. Hal ini dapat disebabkan oleh pada konsentrasi enkapsulan yang semakin tinggi mengandung jumlah padatan yang semakin tinggi pula.
Rendahnya rendemen yang dihasilkan pada mikrokapsul dengan menggunakan gum arab dapat disebabkan oleh viskositas gum arab yang tinggi. Menurut Gardjito (2006), gum arab mempunyai viskositas yang sangat tinggi. Viskositas yang terlalu tinggi dapat mengganggu proses atomisasi dan mengakibatkan pembentukan droplet yang besar dan panjang yang menyebabkan kecepatan pengeringan berkurang sehingga rendernen mikrokapsul berkurang.
Kadar Air
Hasil analisis keragaman menunjukkan bahwa interaksi jenis dan konsentrasi enkapsulan berpengaruh nyata terhadap kadar air produk mikrokapsul yang dihasilkan. Nilai rata-rata kadar air produk mikrokapsul yang dihasilkan dapat dilihat pada Gambar 2.
Gambar 2. Grafik hubungan antara jenis dan konsentrasi enkapsulan terhadap kadar air mikrokapsul
Gambar 2 menunjukkan bahwa kadar air mikrokapsul tertinggi diperoleh pada perlakuan jenis enkapsulan gum arab dengan konsentrasi 10% yaitu sebesar 4.53% sedangkan terendah diperoleh pada perlakuan jenis enkapsulan maltodekstrin dengan konsentrasi enkapsulan 20% yaitu 2.02%. Semakin tinggi konsentrasi enkapsulan maka kadar air yang dihasilkan semakin rendah. Hal ini sesuai dengan yang dilaporkan oleh Frascareli et al. (2012) bahwa kadar air mikrokapsul menurun hingga konsentrasi enkapsulan 20%. Peningkatan konsentrasi enkapsulan mengakibatkan air yang tersedia semakin sedikit untuk diuapkan sehingga kadar air menjadi rendah. Tingginya kadar air pada produk mikrokapsul dengan enkapsulan gum arab dapat disebabkan oleh sifat gum arab yang memiliki viskositas tinggi. Menurut Gardjito (2006), kadar air mikrokapsul dipengaruhi oleh enkapsulan yang digunakan. Maltodekstrin memiliki berat molekul yang lebih rendah (kurang dari 4000) dan struktur molekul yang lebih sederhana sehingga dengan mudah air dapat diuapkan ketika proses pengeringan berlangsung. Gum arab memiliki berat molekul yang lebih besar (± 500.000) dan struktur molekul yang lebih kompleks sehingga ikatan dengan molekul air lebih kuat, maka ketika proses pengeringan berlangsung molekul air agak sulit diuapkan dan membutuhkan energi penguapan yang lebih besar.
Kelarutan
Hasil analisis keragaman menunjukkan bahwa interaksi jenis dan konsentrasi enkapsulan berpengaruh nyata terhadap kelarutan produk mikrokapsul yang dihasilkan. Nilai rata-rata kelarutan produk mikrokapsul yang dihasilkan dapat dilihat pada Gambar 3.
Gambar 3. Grafik hubungan antara jenis dan konsentrasi enkapsulan terhadap kelarutan mikrokapsul
Gambar 3 menunjukkan bahwa kelarutan mikrokapsul tertinggi diperoleh pada perlakuan jenis enkapsulan gum arab dengan konsentrasi 10% yaitu sebesar 92.45% yang berbeda tidak nyata dengan jenis enkapsulan campuran gum arab:maltodekstrin (1:1) pada konsentrasi 10% yaitu 92.05%, sedangkan terendah diperoleh pada perlakuan jenis enkapsulan maltodekstrin dengan konsentrasi enkapsulan 20% yaitu 85.85%. Semakin tinggi konsentrasi enkapsulan maka kelarutannya semakin rendah. Hal ini disebabkan oleh konsentrasi enkapsulan yang tinggi
96
mengakibatkan viskositas yang semakin tinggi pula sehingga kelarutan menjadi semakin rendah. Kelarutan yang tinggi diperoleh pada jenis enkapsulan gum arab. Kelarutan mikrokapsul sangat ditentukan oleh sifat emulsifikasi dari enkapsulan yang digunakan. Gum arab mempunyai sifat membentuk emulsi yang lebih baik dibandingkan maltodekstrin sehingga dapat menghasilkan kelarutan yang lebih tinggi dibandingkan enkapsulan maltodekstrin (Gharsallaoui et al. 2007).
Densitas
Hasil analisis keragaman menunjukkan bahwa interaksi jenis dan konsentrasi enkapsulan tidak berpengaruh nyata terhadap densitas produk mikrokapsul yang dihasilkan. Nilai rata-rata densitas produk mikrokapsul yang dihasilkan berkisar antara 0.36 g/ml-0.40 g/ml dan dapat dilihat pada Gambar 4.
Gambar 4. Grafik hubungan antara jenis dan konsentrasi enkapsulan terhadap densitas mikrokapsul
Total Fenolik
Hasil analisis keragaman menunjukkan bahwa interaksi jenis dan konsentrasi enkapsulan berpengaruh sangat nyata terhadap total fenolik produk mikrokapsul yang dihasilkan. Nilai rata-rata total fenolik produk mikrokapsul yang dihasilkan dapat dilihat pada Gambar 5.
Gambar 5. Grafik hubungan antara jenis dan konsentrasi enkapsulan terhadap total fenolik produk mikrokapsul
Gambar 5 menunjukkan bahwa total fenolik produk mikrokapsul tertinggi diperoleh pada perlakuan jenis enkapsulan gum arab dengan konsentrasi 10% yaitu sebesar 623.99 mg/g mikrokapsul sedangkan terendah diperoleh pada perlakuan jenis enkapsulan maltodekstrin dengan konsentrasi enkapsulan 20% yaitu 302.34 mg/g mikrokapsul. Semakin tinggi konsentrasi
dimiliki oleh gum arab lebih baik dibandingkan maltodekstrin.
Efisiensi Mikroenkapsulasi
Hasil analisis keragaman menunjukkan bahwa interaksi jenis dan konsentrasi enkapsulan berpengaruh sangat nyata terhadap nilai efisiensi mikroenkapsulasi yang dihasilkan. Nilai rata-rata efisiensi mikroenkapsulasi dapat dilihat pada Gambar 6.
Gambar 6. Grafik hubungan antara jenis dan konsentrasi enkapsulan terhadap efisiensi mikroenkapsulasi
Gambar 6 menunjukkan bahwa efisiensi mikroenkapsulasi tertinggi diperoleh pada perlakuan jenis enkapsulan gum arab dengan konsentrasi 10% yaitu sebesar 75.96% sedangkan terendah diperoleh pada perlakuan jenis enkapsulan maltodekstrin dengan konsentrasi enkapsulan 20% yaitu 54.77%. Semakin tinggi konsentrasi enkapsulan maka efisiensi mikroenkapsulasi semakin rendah. Hal ini dipengaruhi oleh nilai total fenol yang semakin rendah sesuai dengan peningkatan konsentrasi enkapulan.
Menurut Gharsallaoui et al. (2007), jenis enkapsulan sangat mempengaruhi efisiensi proses mikroenkapsulasi. Gum arab digunakan sebagai enkapsulan karena memiliki sifat mengemulsi yang baik dan mampu membentuk lapisan/film. Sifat mengemulsi yang baik dari gum arab disebabkan oleh kandungan proteinnya. Krishnan et al. (2005) melaporkan bahwa gum arab merupakan enkapulan yang lebih baik dibandingkan maltodekstrin pada proses mikroenkapsulasi cardamom oleoresin.
Aktivitas Antioksidan
Hasil analisis keragaman menunjukkan bahwa interaksi jenis dan konsentrasi enkapsulan berpengaruh sangat nyata terhadap aktivitas antioksidan produk mikrokapsul yang dihasilkan. Nilai rata-rata aktivitas antioksidan produk mikrokapsul dapat dilihat pada Gambar 7.
98
Gambar 7. Grafik hubungan antara jenis dan konsentrasi enkapsulan terhadap aktivitas antioksidan produk mikrokapsul
Gambar 7 menunjukkan bahwa aktivitas antioksidan produk mikrokapsul tertinggi diperoleh pada perlakuan jenis enkapsulan campuran gum arab dengan konsentrasi 10% yaitu sebesar 87,56% sedangkan terendah diperoleh pada perlakuan jenis enkapsulan maltodekstrin dengan konsentrasi enkapsulan 20% yaitu 47,40%. Semakin tinggi konsentrasi enkapsulan maka aktivitas antioksidan produk mikrokapsul semakin rendah. Nilai aktivitas antioksidan produk mikrokapsul ini terkait dengan kadar total fenolik yang dihasilkan. Kadar total fenolik mikrokapsul yang tinggi akan menghasilkan aktivitas antioksidan yang tinggi pula.
KESIMPULAN
Berdasarkan hasil penelitian dapat disimpulkan bahwa interaksi perlakuan jenis dan konsentrasi enkapsulan berpengaruh nyata terhadap kadar air, kelarutan, total fenol, efisiensi mikroenkapsulasi, dan aktivitas antioksidan produk mikrokapsul sedangkan interaksi perlakuan jenis dan konsentrasi enkapsulan tidak berpengaruh nyata terhadap densitas. Hasil penelitian menunjukkan bahwa produk mikrokapsul dengan karakteristik terbaik diperoleh dari jenis enkapsulan gum arab dengan konsentrasi 10%. Adapun nilai rendemen, total fenol, aktivitas antioksidan, efisiensi mikroenkapsulasi, kadar air, kelarutan, dan densitas yaitu 28,60%, 623,99 mg/g mikrokapsul, 87,58%, 75,96% , 4,53%, 92,45%, dan 0,4 g/ml.
UCAPAN TERIMAKASIH
Ucapan terimakasih disampaikan kepada Lembaga Penelitian dan Pengabdian Kepada Masyarakat Universitas Udayana yang telah memberikan pendanaan terhadap penelitian ini melalui dana Hibah Unggulan Udayana 2014 dengan No kontrak : 238-06/UN14.2/PNL.01.03.00/2014
DAFTAR PUSTAKA
AOAC. 1995. Official Methods of Analysis of AOAC International. Sixteenth Edition, 5th Revision, 1999. Vol. 2. USA : AOAC Inc.
Cilek B, A Luca, V Hasirci, S Sahin, G Sumnu. 2012. Microencapsulation of phenolic compounds extracted from sour cherry pomace: effect of formulation, ultrasonication time and core to coating ratio. Eur Food Res Technol. 235:587–596. DOI 10.1007/s00217-012-1786-8 Frascareli EC, VM Silva, RV Tonona, MD Hubinger. 2012. Effect of process conditions on the
microencapsulation of coffee oil by spray drying. Food and bioproducts processing 90: 413– 424. Doi:10.1016/j.fbp.2011.12.002
enkapsulan whey dan karbohidrat. J. Teknologi Pertanian 2(1): 13-18
Gharsallaoui A, G Roudaut, O Chambin, A Voilley, R Saurel. 2007. Applications of spray-drying in microencapsulation of food ingredients: An overview. Food Res Int 40:1107–1121
Krishnan S., Bhosale R., Singhal RS. 2005. Microencapsulation of cardamom oleoresin: Evaluation of blends of gum arabic, maltodextrin and a modified starch as wall materials. Carbohydrate Polymers. 61:95–102.
Marcoa RD, AMSVieira, MCA Ugrib, ARG Monteiroa, RC Bergamasco.2013. Microencapsulation of annatto seed extract: stability and application. Chem Engi Transactions 32:1777-1782. Doi:10.3303/CET1332297
Sompong R, S Siebenhandl-Ehn, G Linsberger-Martin, E Berghofer. 2011. Physicochemical and antioxidative properties of red and black rice varieties from Thailand, China and Sri Lanka. J. Food Chem. 124 (2011) 132–140
Steel RGD. dan J.H. Torrie. 1993. Prinsip dan Prosedur Statistik Suatu Pendekatan Biometric. Penerjemah Bambang Sumantri. PT. Gramedia Pustaka Utama. Jakarta
Sugindro, E Mardliyati, J Djajadisastra. 2008. Pembuatan dan mikroenkapsulasi ekstrak etanol biji jinten hitam pahit (Nigella sativa Linn.). Majalah Ilmu Kefarmasian, V(2): 57 – 66
Tandale SR. 2007. Microencapsulation of Vitamin C and Gallic Acid in Whey Protein Concentrated by Spray and Freeze Drying – Characterization and Degradation Kinetics. [Thesis] The University of Georgia
Umer H, H Nigam, AM Tamboli, MSM Nainar. 2011. Microencapsulation: Process, Techniques and Applications. International Journal of Research in Pharmaceutical and Biomedical Sciences.Vol. 2 (2) Apr – Jun 2011.
Widarta IWR dan IW Arnata. 2013. Mikroenkapsulasi Ekstrak Bekatul Beras Merah dalam Upaya Pemanfaatan Limbah Gabah di Bali sebagai Pangan Fungsional. Laporan Penelitian Hibah Bersaing Universitas Udayana. Tidak dipublikasikan.
Young SL, X Sarda and M Rosenberg. 1993. Microencapsulating properties of whey proteins. 1. Microcapsulation of anhydrous milk fat. J Dairy. Sci.76: 2868-2877.
