Isolasi dan Karakterisasi Nano Kalsium dari Cangkang Kijing Lokal (Pilisbryoconcha exilis) dengan Metode Presipitasi

(1)

1

1 PENDAHULUAN

1.1 Latar belakang

Kalsium merupakan salah satu mineral esensial yang memiliki peranan penting di dalam tubuh yaitu sebagai komponen utama pembentuk tulang dan gigi (Muchtadi et al. 1993). Konsumsi kalsium yang kurang akan menyebabkan tulang menjadi rapuh dan mudah patah atau disebut dengan penyakit osteoporosis. Pada usia lanjut, kalsium yang hilang dari tubuh lebih besar daripada kalsium yang diabsorpsi. Berdasarkan hasil analisis data risiko osteoporosis oleh Puslitbang Gizi Depkes bekerja sama dengan PT Fonterra Brands Indonesia tahun 2006 menyatakan 2 dari 5 orang Indonesia memiliki risiko osteoporosis. Hal ini juga didukung oleh Indonesian White Paper yang dikeluarkan Perhimpunan Osteoporosis Indonesia (Perosi) tahun 2007, osteoporosis pada wanita di atas 50 tahun mencapai 32,3%, sementara pada pria di atas 50 tahun mencapai 28,8% (Kemenkes 2009).

Kalsium yang umum dikonsumsi terdapat dalam bentuk mikro kalsium. Ukuran partikel kalsium ini terkait dengan besarnya penyerapan kalsium oleh tubuh. Ukuran mikro dapat terabsorbsi hanya 50% sehingga sering menyebabkan defisiensi. Teknologi pembentukan ukuran kalsium yang lebih kecil perlu dikembangkan untuk memperbesar penyerapan kalsium dalam tubuh. Teknologi pembentukan ukuran kalsium yang perlu dikembangkan adalah teknologi nano. Nano kalsium mempunyai ukuran yang sangat kecil yaitu 10-9 m yang menyebabkan reseptor cepat masuk ke dalam tubuh dengan sempurna, oleh karena itu nano kalsium dapat terabsorbsi oleh tubuh hampir 100% (Suptijah 2009).

(2)

2

Cangkang kijing lokal banyak yang terbuang sehingga menghasilkan limbah padat yang cukup tinggi. Salah satu upaya untuk mengurangi limbah padat tersebut adalah mengolah limbah cangkang kijing dengan mengekstrak kandungan kalsiumnya yang dapat dimanfaatkan sebagai asupan kalsium tambahan ke dalam tubuh.

Cangkang kijing memiliki kandungan mineral berupa komponen kalsium yang tinggi sebagai penyusun dasar dari pelindung tubuhnya yang keras. Penelitian yang telah dilakukan Rohanah et al (2009) menunjukkan bahwa kandungan kalsium yang terdapat pada cangkang kerang (bivalvia) adalah sebesar 39,38%. Penelitian Wardhani (2009) menunjukkan bahwa kandungan kalsium karbonat pada cangkang kijing lokal ukuran < 90 mm sebesar 39,55%. Cangkang kijing mempunyai potensi sebagai penyedia nano kalsium yang dapat dimanfaatkan sebagai suplemen untuk meningkatkan kesehatan tubuh terutama tulang dan gigi.

1.2 Tujuan

Tujuan penelitian ini adalah memanfaatkan limbah cangkang kijing lokal sebagai sumber nano kalsium, adapun tujuan khususnya adalah:

1) Menentukan rendemen kalsium yang dihasilkan.

(3)

3

2

TINJAUAN PUSTAKA

2.1 Deskripsi dan Klasifikasi Kijing Lokal (Pilsbryoconcha exilis)

Kijing lokal merupakan jenis kerang yang hidup di kolam, danau atau perairan tawar lainnya. Kijing lokal mempunyai pola distribusi memencar dengan populasi berkelompok pada habitatnya. Faktor lingkungan yang mempengaruhi kehidupan kijing yaitu suhu, pH, oksigen, endapan lumpur dan fluktuasi permukaan air (Prihartini 1999). Klasifikasi kijing lokal (Pilsbryoconcha exilis) menurut Pennak(1989) adalah sebagai berikut:

Kingdom : Animalia Filum : Mollusca Kelas : Pelecypoda Subkelas : Lamellibranchia Ordo : Schizodonta Famili : Unionidae Genus : Pilsbryoconcha

Spesies : Pilsbryoconcha exilis

(4)

4

Gambar 1 Kijing lokal (Pilsbryocncha exilis) (Lea 1839)

Tubuh pelecypoda pada dasarnya pipih secara lateral dan seluruh tubuh tertutup dua keping cangkang yang berhubungan di bagian dorsal dengan adanya

hinge ligament, yaitu semacam pita elastik yang terdiri dari bahan organik seperti zat tanduk (conchiolin) sama dengan periostrakum, bersambungan dengan periostrakum cangkang. Periostrakum merupakan lapisan cangkang pelecypoda paling luar dan menutupi dua lapisan kapur atau lebih di bawahnya. Lapisan kapur tersebut terdiri dari aragonit atau campuran aragonit dan calcite yang tersusun sebagai bentuk prisma, bilah-bilah, atau lembaran-lembaran, bentuk lensa atau bentuk lain yang lebih kompleks (Suwignyo et al. 1998).

Cangkang kijing lokal (Pilsbryoconcha exilis) terdiri atas dua bagian yang sama besar dan terletak di sebelah lateral. Cangkang menyatu di bagian dorsal akibat adanya ligament sendi yang terdapat diantara dua cangkang tersebut. Cangkang bagian dorsal memiliki gigi sendi yang bekerja sebagai sendi dan umbo, yaitu bagian yang menonjol dan merupakan bagian yang tertua. Umbo memiliki garis-garis kosentris yang merupakan garis pertumbuhan (Sugiri 1989).

(5)

5

2.2 Teknologi Nano

Definisi nanoteknologi didasarkan pada kata awal "nano" dari bahasa Yunani yang berarti "kerdil". Dalam istilah yang lebih teknis, kata "nano" berarti 10-9 atau sepermilyar. Nanoteknologi tidak selalu teknologi baru untuk desain, proses dan penggunaan material pada skala nanometer. Kata nanoteknologi umumnya digunakan ketika mengacu pada bahan-bahan dengan ukuran 1 sampai 100 nanometer (Greiner 2009). Teknologi nano adalah suatu desain, karakterisasi, produksi dan penerapan struktur, perangkat dan sistem dengan mengontrol bentuk dan ukuran pada skala nanometer (Park 2007).

Pertama kali konsep nanoteknologi diperkenalkan oleh Richard Feynman pada sebuah pidato ilmiah yang diselenggarakan oleh American Physical Society di California Institute of Technology tahun 1959 dengan judul “There‟s Plenty of Room at the Bottom”. Richard Feynman adalah seorang ahli fisika dan pada tahun 1965 memenangkan hadiah Nobel dalam bidang fisika. Istilah nanoteknologi pertama kali diresmikan oleh Prof. Norio Taniguchi dari Tokyo Science University tahun 1974 dalam makalahnya yang berjudul “On the Basic Concept of „Nano-Technology”. Pada tahun 1980 definisi nanoteknologi dieksplorasi lebih jauh lagi oleh Dr. Eric Drexler melalui bukunya yang berjudul “Engines of Creation: The coming Era of Nanotechnology” (Toumey 2008).

Nanoteknologi didasarkan pada partikel yang ukurannya kurang dari 100 nanometer untuk membangun sifat dan perilaku baru dari struktur nano tersebut (Poole dan Owens 2003). Nanoteknologi meliputi penerapan ilmu pengetahuan dan rekayasa pada skala atom. Hal ini melibatkan konstruksi struktur kecil dan perangkat dengan memanipulasi masing-masing molekul dan atom yang memiliki sifat unik dan kuat. Struktur ini dapat digunakan dalam bidang kedokteran dan bioteknologi; energi dan lingkungan; dan telekomunikasi (Einsiedel 2005).

(6)

6

light emiting dioda (LED). Pada industri otomotif, teknologi nano telah digunakan untuk mengisi lubang-lubang yang sangat kecil secara lebih efektif sehingga mobil menjadi lebih mengkilat catnya (Chasanah 2007).

2.3 Pembuatan Nanopartikel

Nanopartikel dapat diproduksi dengan berbagai metode, diantaranya sintesis plasma, wet-phase processing, presipitasi kimia, sol-gel processing, pengolahan mekanik, sintesis mechanicochemical, high-energy ball milling,

chemical vapour deposition dan ablasi laser (Park 2007). Beberapa metode untuk sintesis nanopartikel adalah co-precipitation, ultrasound irradiation, elektrokimia, dan sintesis hidrotermal (Kosa et al. 2009). Penelitian Sun et al. (2010) berhasil membuat nanopartikel kalsium menggunakan teknik spray drying dengan penggunaan two-liquid nozzle.

Ada dua metode yang dapat digunakan dalam sintesis nanomaterial, yaitu secara top down dan bottom up. Top down merupakan pembuatan struktur nano dengan memperkecil material yang besar, sedangkan bottom-up merupakan cara merangkai atom atau molekul dan menggabungkannya melalui reaksi kimia untuk membentuk nano struktur (Greiner 2009). Contoh metode top down adalah penggerusan dengan alat milling, sedangkan teknologi bottom up yaitu menggunakan teknik sol-gel, presipitasi kimia, dan aglomerasi fasa gas (Dutta dan Hofmann 2005). Sintesis nanopartikel dengan metode top down dan

bottom up dapat dilihat pada Gambar 2.

Gambar 2 Teknis sintesis nanopartikel top-down dan bottom-up

(7)

7

Teknologi bottom up dimulai dengan molekul dan bahan aktif yang dilarutkan dengan pelarut organik kemudian pelarut dihilangkan. Teknologi

top down menggunakan berbagai jenis penggilingan dan teknik homogenisasi. Teknologi top down lebih populer dibandingkan teknologi bottom up. Top down

dikenal sebagai "nanosizing", dalam kata lain top down adalah proses yang

memecah kristal partikel besar menjadi potongan-potongan kecil (Gulsun et al. 2009).

Metode presipitasi merupakan teknik pendekatan bottom up. Metode presipitasi dilakukan dengan cara zat aktif dilarutkan ke dalam pelarut, lalu ditambahkan larutan lain yang bukan pelarut (anti-solvent), hal ini menyebabkan larutan menjadi jenuh dan terjadi nukleasi yang cepat sehingga membentuk nanopartikel (Kenth 2009). Kelebihan metode ini adalah sederhana dan biaya rendah (Gulsun et al. 2009). Kelemahan metode ini adalah nanopartikel yang terbentuk harus distabilisasi untuk mencegah timbulnya kristal berukuran mikro (Kenth 2009).

Salah satu metode presipitasi yang pertama adalah teknologi pembuatan

hydrosol. Teknologi ini dikembangkan oleh Sucker pada tahun 1988 dan merupakan hak cipta milik Sandoz (sekarang bernama Novartis). Teknologi ini sesungguhnya merupakan metode presipitasi klasik yang dikenal sebagai “via humida paratum”. Pada metode ini, zat aktif dilarutkan ke dalam pelarut, lalu

larutan tersebut dimasukkan ke dalam larutan lain yang bukan pelarut zat aktif tersebut sehingga menghasilkan presipitasi zat aktif yang halus (Junghans dan Muller 2008).

Menurut Haskell (2005), metode presipitasi dilakukan dengan mengendalikan kelarutan bahan di dalam larutan melalui perubahan pH, suhu, atau pelarut. Endapan yang dihasilkan dari kondisi sangat jenuh memiliki banyak partikel berukuran kecil. Kelebihan metode ini adalah dapat menghasilkan partikel lebih kecil dari 100 nm dan pemakaian energi sangat rendah.

2.4 Kalsium

(8)

8

1,5-2% dari seluruh berat tubuh orang dewasa atau kurang lebih sebanyak 1 kg. Pada jumlah tersebut, 99% berada di dalam jaringan keras, yaitu tulang dan gigi terutama dalam bentuk hidroksiapatit {(3Ca3(PO4)2) Ca(OH)2}. Sisanya terdapat dalam cairan dan jaringan tubuh. Hidroksiapatit adalah kristal yang terdiri dari kalsium fosfat atau kombinasi kalsium fosfat dan kalsium hidroksida (Almatsier 2009). Kalsium dalam sel hidup membentuk ikatan kompleks dengan protein, karbohidrat, dan lemak. Ikatan kalsium bersifat selektif dan mampu berikatan dengan oksigen netral, termasuk grup alkohol dan karbonil (Fennema 1996).

Secara geologi kalsium dapat diperoleh dari beberapa jenis mineral, seperti Ca-feldspar (pelapukan silikat), kalsit/aragonit (CaCO3), dolomit (CaMg(CO3)2), gipsum (CaSO4.2H2O) dan anhidrid (CaSO4). Mineral-mineral karbonat dapat diperoleh dari batuan yang tersusun oleh mineral ini, seperti batu gamping, chalk, batu dolomit, dan batu napal. Batu gamping adalah suatu batuan sedimen yang mengandung lebih dari 50% mineral-mineral kalsit dan dolomit. Chalk adalah batuan karbonat berwarna putih yang berukuran halus, yang mengandung 97,5-98,5% kalsium karbonat. Batu dolomit atau sering disebut sebagai

dolostone batuan karbonat yang secara dominan tersusun oleh dolomit (Warmada dan Titisari 2004).

Menurut Scelfo dan Flegal (2000) kalsium yang digunakan dalam suplemen ada yang dari sumber alam dan ada yang disintesis. Kalsium dari

sumber alam berupa hidroksiapatit atau kalsium fosfat (CaPO4), dolomit [CaMg (CO3)2], dan kalsium karbonat (CaCO3). Kalsium yang disintesis

terdapat dua jenis utama sumber kalsium yaitu garam kalsium dan kalsium terikat dengan organik yang membentuk kelat (calcium bound with various organic chelates). Produk lainnya yang disintesis adalah kalsium fosfat, kalsium sulfat, dan kalsium klorida.

(9)

9

yang rendah pada feses dan urin dibandingkan tikus yang diberi pakan mikrokalsium.

2.5 Kegunaan Kalsium dalam Tubuh

Kalsium merupakan mineral essensial yang ditemukan dalam jumlah yang besar di dalam tubuh. Sembilan puluh sembilan persen dari semua kalsium dalam tubuh ditemukan dalam tulang dan gigi. Satu persen sisanya dalam darah. Kalsium memegang peranan penting dalam konduksi saraf, kontraksi otot, dan pembekuan darah. Jika tingkat kalsium dalam tetesan darah di bawah normal, kalsium akan diambil dari tulang dan dimasukkan ke dalam darah untuk mempertahankan tingkat kalsium darah, oleh karena itu, penting untuk mengkonsumsi kalsium yang cukup untuk menjaga darah yang memadai dan tingkat kalsium tulang (Houtkooper dan Farrell 2011).

Kalsium juga berfungsi sebagai katalisator berbagai reaksi biologis, seperti absorpsi vitamin B12, tindakan enzim pemecah lemak, lipase pankreas, ekskresi insulin oleh pancreas, pembentukan dan pemecahan asetilkolin, yaitu bahan yang diperlukan dalam transmisi suatu rangsangan dari serabut syaraf yang satu ke yang lainnya. Kalsium yang diperlukan untuk mengkatalisis reaksi-reaksi ini diambil dari persediaan kalsium dalam tubuh (Almatsier 2009).

2.6 Transportasi dan Penyerapan Kalsium

(10)

10

Menurut Bronner (2008) absorpsi kalsium pada usus halus melibatkan dua proses, yaitu transeluler dan paraseluller. Jalur transeluler terjadi pada proksimal intestinal terutama pada duodenum, sedangkan jalur paraseluller terjadi di sepanjang usus kecil terutama pada ileum dan jejunum. Bronner (1992) menyatakan bahwa jalur transeluler terdiri dari tiga jalur, yaitu (1) masuk ke “brush border membrane” yang terdapat pada enterosit (sel epitel usus halus), (2) difusi intraseluler, dan (3) ekstrusi pada membran basolateral/penekanan kalsium keluar membran basolateral menuju cairan ekstraseluler yang dilakukan dengan pompa ATPase. Transport kalsium dengan jalur paraseluler yaitu melalui

tight junction yang ada di antara sel epitel.

Mineral tulang berfungsi sebagai reservoir utama untuk sirkulasi kalsium pada cairan ekstraseluler. Kalsium memasuki cairan ekstraseluler dari saluran pencernaan dengan absorpsi dan dari tulang dengan resorpsi. Kalsium meninggalkan cairan ekstraseluler melalui saluran pencernaan, ginjal dan kulit, serta masuk ke dalam tulang melalui formasi tulang (pembentukan tulang) (WHO 1998).

Gambar 3 Pergerakan kalsium di dalam tubuh (WHO 1998)

Fisiologi dari metabolisme kalsium terutama diarahkan terhadap pemeliharaan konsentrasi ion kalsium dalam cairan ekstraseluler. Konsentrasi ini diatur dan dipelihara oleh hormon paratiroid. Hormon ini meningkatkan reabsorpsi kalsium di renal tubular, dan meningkatkan absorpsi kalsium oleh usus dengan merangsang produksi 1,25-dihydroxy vitamin D atau kalsitriol [1,25 - (OH)2D] (WHO 1998). Kalsitriol mempunyai efek

(11)

11

di dalam tulang bersama hormon paratiroid merangsang pelepasan kalsium dari permukaan tulang ke dalam darah (Almatsier 2009).

2.7 Kebutuhan Kalsium

Kebutuhan kalsium dalam tubuh manusia berbeda menurut usia dan jenis kelamin. Recommended Daily Allowance (RDA) merekomendasikan konsumsi kalsium sebesar 800 mg untuk umur 1-10 tahun dan 25 tahun ke atas. Umur 11-24 tahun dan untuk wanita hamil atau menyusui direkomendasikan konsumsi kalsium sebanyak 1.200 mg (Percival 1999). Tabel 1 menunjukkan kebutuhan kalsium per hari yang terekomendasi dalam Widyakarya Nasional pangan dan Gizi (2004).

Tabel 1 Daftar angka kecukupan gizi kalsium

Kelompok umur Kebutuhan Ca (mg/hari)

Bayi (bulan) 0-6 7-12 200 400 Anak (tahun) 1-3 4-6 7-9 500 500 600 Pria (tahun) 10-12 13-15 16-18 19-29 30-49 50-64 >65 1000 1000 1000 800 800 800 800 Wanita (tahun) 10-12 13-15 16-18 19-29 30-49 50-64 >65 1000 1000 1000 800 800 800 800 Hamil Trimester 1 Trimester 2 Trimester 3 +150 +150 +150 Menyusui

6 bulan pertama 6 bulan kedua

+150 +150

(12)

12

3

METODOLOGI

3.1 Waktu dan Tempat

Penelitian ini dilaksanakan pada bulan Januari sampai bulan Mei 2011. Preparasi bahan baku dilakukan di Laboratorium Preservasi dan Pengolahan Hasil Perairan, Departeman Teknologi Hasil Perairan. Uji proksimat dilakukan di Laboratorium Konservasi Satwa Langka dan Harapan, Pusat Penelitian Sumberdaya Hayati dan Bioteknologi, Institut Pertanian Bogor. Uji derajat putih dilakukan di Laboratorium Pengolahan Pangan, Departeman Ilmu Teknologi Pangan. Uji atomic absorption spectrophotometry (AAS) dilakukan di Laboratorium Bersama Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam. Uji

Scanning Electron Microscopy (SEM) dilakukan di Laboratorium Geologi Kuarter, Pusat Penelitian dan Pengembangan Geologi Kelautan, Bandung.

3.2 Bahan dan Alat

Bahan-bahan yang digunakan pada penelitian ini yaitu cangkang kijing lokal (Pilsbryoconcha exilis), larutan asam klorida (HCl) 1 N, NaOH 3 N, dan akuades. Alat-alat yang digunakan pada penelitian ini antara lain alat gelas, tanur, toples, termometer, oven, hotplate, kertas saring, kertas pH dan timbangan serta alat analisis proksimat, AAS Shimadzu AA-7000 dan SEM JSM-35C.

3.3 Metode Penelitian

Tahapan penelitian meliputi preparasi sampel cangkang kijing, uji proksimat cangkang kijing, serta pembuatan serbuk nano kalsium dengan perlakuan lama ekstraksi terhadap rendemen dan kadar mineral yang meliputi kalsium, fosfor, kalium, natrium, mangan, besi, dan zinc. Tahap selanjutnya yaitu analisis fisik dan mikroskopis serbuk nano kalsium meliputi analisis derajat putih, analisis ukuran partikel, analisis kadar mineral termasuk logam berat Pb.

3.3.1 Preparasi cangkang kijing lokal (Pilsbryoconcha exilis)

(13)

13

kering selanjutnya dilakukan penghancuran dengan alat hammer mill ukuran 60 mesh sehingga menjadi tepung cangkang. Tepung cangkang selanjutnya diuji

proksimat untuk mengetahui komposisi kimianya. Diagram alir pembuatan tepung cangkang dapat dilihat pada Gambar 4.

Gambar 4 Preparasi cangkang kijing

Keterangan: = Input/output, = Proses

3.3.2 Pembuatan serbuk nano kalsium

Tepung cangkang selanjutnya dilakukan ekstraksi dengan pelarut HCl pada suhu 90 0C dengan perlakuan waktu ekstraksi selama 1; 1,5; dan 2 jam. Hasil ekstraksi selanjutnya dilakukan penyaringan dengan kertas saring sehingga diperoleh cairan/filtrat.

Filtrat yang diperoleh dilakukan presipitasi dengan penambahan NaOH 3 N dan dilakukan pengadukan serta didiamkan sampai presipitasi tidak terbentuk lagi. Endapan yang diperoleh kemudian dipisahkan dengan cara dekantasi. Endapan tersebut selanjutnya dilakukan proses netralisasi menggunakan akuades sampai pH 7. Tahap selanjutnya adalah tahap pengeringan endapan dengan oven dan diteruskan dengan pembakaran dalam tanur pada suhu 600 0C sehingga terbentuk serbuk kalsium. Serbuk tersebut selanjutnya dilakukan analisis fisika dan mikroskopis. Diagram alir pembuatan serbuk nano kalsium dapat dilihat pada Gambar 5.

Pencucian

Pengeringan dengan matahari

Penghancuran dengan hammer mill

Cangkang kijing

(14)

14

Gambar 5 Diagram alir pembuatan serbuk nano kalsium dari cangkang kijing (modifikasi metode Fernandez et al.1999)

Keterangan: = Input/output, = Proses

Ekstraksi dengan pelarut HCl pada suhu 90 °C (perlakuan waktu ekstraksi 1; 1,5; 2 jam)

Penyaringan filtrat

Pengeringan dengan oven

Pengujian fisika dan mikroskopis Presipitasi dengan NaOH 3 N

Dekantasi Netralisasi

Pembakaran di atas hot plate

Tepung cangkang

Pengabuan dalam tanur

Serbuk nano kalsium Endapan kalsium

filtrat

(15)

15

3.3.3 Analisis kimia, fisika dan mikroskopis

Cangkang kijing yang telah dihancurkan dengan hammer mill menjadi tepung cangkang dilakukan analisis kimia yaitu analisis proksimat, sedangkan serbuk nano kalsium yang telah dihasilkan dilakukan analisis fisika yaitu analisis mineral menggunakan AAS, perhitungan rendemen, dan uji derajat putih, serta analisis mikroskopis berupa pengukuran partikel dengan menggunakan SEM. 3.3.3.1Analisis kimia

a) kadar air (AOAC 1980)

Cawan porselen dikeringkan dalam oven pada suhu 105 oC selama 1 jam dan didinginkan dalam desikator ± 15 menit kemudian ditimbang. Sebanyak 1 gram sampel dimasukkan ke dalam cawan kemudian dikeringkan dalam oven dengan suhu 105 oC selama 8 jam, kemudian dimasukkan ke dalam desikator sampai dingin dan ditimbang, selanjutnya sampel kadar air dihitung dengan rumus:

Kadar air = Bobot sampel (segar-kering) x 100 % Bobot sampel segar

b) kadar abu (AOAC 1980)

Sebanyak 1 gram sampel ditempatkan dalam cawan porselen kemudian dibakar sampai tidak berasap, kemudian diabukan dalam tanur pada suhu 600 oC selama 2 jam, selanjutnya ditimbang. Kadar abu dihitung dengan rumus:

Kadar abu = Bobot Abu x 100 % Bobot sampel

c) kadar lemak (AOAC 1980)

Sebanyak 2 gram sampel disebar diatas kapas yang beralas kertas saring dan di gulung membentuk thimble, kemudian dimasukkan ke dalam labu soxhlet. Sampel diekstraksi selama 6 jam dengan pelarut lemak berupa heksan sebanyak 150 ml. Lemak yang terekstrak dikeringkan dalam oven pada suhu 100 oC selama 1 jam. Kadar lemak dihitung dengan rumus:

(16)

16

d) kadar protein (AOAC 1980)

Sebanyak 0,25 gram sampel dimasukkan ke dalam labu kjeldahl 100 ml dan ditambahkan selenium 0,25 gram dan 3 ml H2SO4 pekat. Sampel selanjutnya dilakukan destruksi (pemanasan dalam keadaan mendidih) selama 1 jam, sampai larutan jernih. Sampel kemudian ditambahkan 50 ml aquades dan 20 ml NaOH 40%, selanjutnya didestilasi. Hasil destilasi ditampung dalam labu erlenmeyer yang berisi campuran 10 ml H3BO3 2% dan 2 tetes indikator

Brom Cresol Green-Methyl Red berwarna merah muda. Setelah volume hasil tampungan (destilat) menjadi 10 ml dan berwarna hijau kebiruan, destilasi dihentikan dan destilat dititrasi dengan HCl 0,1 N sampai berwarna merah muda. Perlakuan yang sama dilakukan juga terhadap blanko. Kadar Nitrogen total dihitung dengan rumus :

%N= (S-B)x NHCL x 14 x 100 % w x 1000

Keterangan:

S = Volume titran sampel (ml) B = Volume titran blanko (ml) W = Bobot sampel kering (mg)

% Kadar Protein: % Nitrogen x faktor konversi Keterangan : Protein mengandung rata-rata 16 % nitrogen. Faktor konversi =

3.3.3.2 Analisis fisika

a) Rendemen serbuk nanokalsium

Rendemen merupakan persentase dari perbandingan bobot serbuk kalsium yang dihasilkan terhadap bobot cangkang kijing sebelum mengalami perlakuan. Perhitungan persentase rendemen dengan rumus sebagai berikut:

Rendemen (%) = x 100 % Keterangan:

(17)

17

b) Analisis kadar mineral (Ca, Mg, Na, K, Fe, Zn, Mn) dan logam berat Pb (Reitz et al. 1987)

Analisis kadar mineral dilakukan untuk mengetahui kadar mineral pada serbuk nano kalsium. Pada penelitian ini dilakukan analisis kadar mineral yang meliputi kalsium, magnesium, kalium, mangan, natrium, besi, dan seng. Analisis kadar mineral dan logam berat Pb dilakukan menggunakan metode AAS.

Tahap pertama adalah sampel dilakukan proses pengabuan basah. Sebanyak 1 gr sampel dimasukkan ke dalam erlenmeyer ukuran 125 ml/100 ml, selanjutnya ditambahkan 5 ml HNO3 dan didiamkan selama 1 jam pada suhu ruang di ruang asam. Sampel dipanaskan diatas hot plate dengan temperatur rendah selama 4-6 jam (dalam ruang asam) dan dibiarkan semalam (sampel ditutup). Sampel yang telah dibiarkan semalam, selanjutnya ditambahkan 0.4 ml H2SO4 lalu dipanaskan diatas hot plate sampai larutan berkurang (lebih pekat), biasanya ± 1 jam. Sampel kemudian ditambahkan 2-3 tetes larutan campuran HClO4: HNO3 (2:1). Sampel masih tetap diatas hot plate, karena pemanasan terus dilanjutkan sampai ada perubahan warna dari coklat sampai kuning tua lalu kuning muda. Setelah ada perubahan warna, pemanasan masih dilanjutkan selama 10-15 menit kemudian sampel dipindahkan, dinginkan dan ditambahkan 2 ml aquades dan 0.6 ml HCl. Sampel dipanaskan kembali agar sampel larut (±15 menit) kemudian sampel diencerkan sampai 100 ml. Apabila ada endapan disaring dengan glass wool, selanjutnya dianalisa dengan AAS.

(18)

18

c) Analisis fosfor (Taussky dan Shorr 1953)

Preparasi larutan dilakukan terlebih dahulu yaitu dengan membuat larutan A dan larutan B. Pada larutan A, sebanyak 10 g ammonium molibdat 10% ditambah dengan 60 ml akuades, selanjutnya ditambahkan 28 ml H2SO4 dan dilarutkan dengan akuades hingga 100 ml. Tahap selanjutnya adalah membuat

larutan B, sebanyak 10 ml larutan A ditambah dengan 60 ml akuades dan 5 g FeSO4.7H2O, kemudian dilarutkan dengan akuades hingga 100 ml. Sampel

hasil pengabuan basah dimasukkan ke dalam tabung kuvet kemudian ditambah dengan 2 ml larutan B. Intensitas warna diukur dengan menggunakan spektrofotometer dengan panjang gelombang 660 nm.

d) Derajat putih serbuk nanokalsium (Faridah et al. 2006)

Pengukuran derajat putih serbuk nanokalsium dilakukan dengan menggunakan alat Kett Digital Whiteness-meter model C-100s. Warna hitam menunjukan nilai 0, sedangkan nilai 100 menunjukan derajat putih yang setara dengan pembakaran pita magnesium. Pengukuran derajat putih dilakukan dengan cara meletakkan serbuk dalam wadah tertentu, kemudian hasil pengukuran derajat putih terlihat pada monitor alat tersebut.

3.3.3.2Analisis mikroskopis

a. Analisis partikel size dengan Scanning Electron Microscopy (SEM) (Toya et al. 1986)

Sampel ditaburkan pada specimen holder yang dilapisi double sticky tape,

kemudian dibersihkan dengan hand blower untuk menghilangkan debu-debu pengotor. Sampel yang telah menempel pada double sticky tape kemudian dilapisi emas-pladium setebal 400 Ǻ dengan menggunakan mesin ion Sputter JFC-1100. Coating tersebut dimaksudkan agar benda uji yang akan dilakukan pemotretan menjadi penghantar listrik. Sampel yang telah dilapisi emas-pladium selanjutnya dimasukkan ke dalam specimen chamber pada mesin SEM untuk dilakukan pemotretan pada perbesaran 10.000x, dan 20.000x.

Sumber elektron dipancarkan menuju sampel untuk memindai permukaan

(19)

19

menuju monitor. Hasil yang diperoleh berupa gambar tiga dimensi permukaan serbuk nanokalsium.

3.3.4 Rancangan percobaan dan Analisis Data (Steel dan Torrie 1993)

Rancangan percobaan yang digunakan untuk menguji pengaruh waktu ekstraksi terhadap rendemen dan kadar mineral serbuk nano kalsium adalah rancangan acak lengkap (RAL) dengan satu faktor dan 3 taraf (1 jam; 1,5 jam; dan 2 jam). Data terlebih dahulu dilakukan uji kenormalan galat menggunakan uji Kolmogrov Simirnov untuk mengetahui data terdistribusi normal atau tidak normal, jika signifikansi di atas 0,05 (P-value >0,05) maka data tersebut menunjukkan bahwa data tersebar normal. Data yang terdistribusi normal selanjutnya dilakukan analisis ANOVA (Analysis Of Variant). Pengolahan data dilakukan menggunakan perangkat lunak Statistical Package for Social Science

(SPSS). Model rancangannya adalah:

Yij= μ + αi+ εij

Keterangan :

Yij = hasil pengamatan rendemen ekstrak waktu (i) pada ulangan ke-j µ = rataan umum

αi = pengaruh perbedaan waktu ekstraksi

εij = sisaan akibat perbedaan waktu ekstraksi taraf ke-i pada ulangan ke-j

Hipotesis terhadap data hasil rendemen serbuk nano kalsium pada perlakuan lama ekstraksi adalah sebagai berikut:

H0 : Waktu ekstraksi tidak berpengaruh terhadap nilai rendemen serbuk nano kalsium (αi = 0).

H1 : Waktu ekstraksi berpengaruh terhadap nilai rendemen serbuk nano kalsium (α ≠ 0).

Hipotesis terhadap data hasil kadar mineral serbuk nano kalsium pada perlakuan lama ekstraksi adalah sebagai berikut:

H0 : Waktu ekstraksi tidak berpengaruh terhadap kadar mineral serbuk nano kalsium (αi = 0).

H1 : Waktu ekstraksi berpengaruh terhadap kadar mineral serbuk nano kalsium (α ≠ 0).

(20)

20

Duncan = tα/2; dbs Keterangan :

(21)

21

4 HASIL DAN PEMBAHASAN

4.1 Komposisi Kimia Cangkang Kijing Lokal

Cangkang kijing yang telah dihancurkan dengan hammer mill menjadi tepung cangkang dianalisis komposisi kimianya. Uji proksimat cangkang kijing yang dilakukan pada penelitian ini meliputi kadar air, kadar abu, kadar lemak, dan kadar protein. Kadar air yang dihasilkan dari cangkang kijing sebesar 0,54%. Hasil ini tidak berbeda dengan hasil penelitian yang dilakukan oleh Permana (2006) yang menunjukkan kadar air tepung cangkang kerang hijau (Perna viridis L.) sebesar 0,85%. Penelitian yang dilakukan Wardhani (2009) menunjukkan kadar air cangkang kijing lokal ukuran >90 mm sebesar 1,19%. Kadar air yang rendah tersebut disebabkan oleh sampel cangkang kijing sudah mengalami penjemuran dengan sinar matahari, selain itu karena karakteristik

cangkang kijing memiliki tekstur padat dan tersusun atas zat kapur. Morton (1992) menyebutkan bahwa cangkang bivalvia memiliki tekstur padat dan

tersusun atas zat kapur atau disebut lapisan periostrakum.

(22)

22

Analisis protein kasar terhadap cangkang kijing menunjukkan nilai protein yang rendah yaitu 3,01%. Hasil tersebut sesuai dengan penelitian yang dilakukan John et al. (1972) yang menunjukkan bahwa kandungan protein pada lapisan nacre Pinctada maxima sebesar 2-3%. Penelitian yang dilakukan Wardhani (2009) menunjukkan kadar protein cangkang kijing lokal sebesar 1,85%. Protein pada cangkang kijing diduga berasal dari periostrakum

dan hinge ligamen.

Lapisan periostrakum mengandung lima belas hingga tujuh belas asam amino. Lapisan luar dari ligamen terdiri dari lamella yang tersususun atas protein berbentuk serabut (Gregoire 1972). Penelitian Suzuki et al. (2004) menunjukkan bahwa lapisan prismatik pada Pinctada fucata mengandung asam amino glisin dan tirosin.

Kadar lemak yang dihasilkan dari cangkang kijing sebesar 0,4%. Hasil tersebut tidak jauh berbeda dengan hasil analisis kadar lemak yang telah dilakukan oleh Wardhani (2009) yang meneliti karakteristik fisik dan kimia tepung cangkang kijing lokal, yaitu sebesar 0,66%. Kandungan lemak pada cangkang bivalva diduga berasal dari lapisan periostrakum.

Lapisan periostrakum mengandung lemak, asam amino, dan protein (Gregoire 1972). Menurut Delong dan Thorp (2009), lapisan luar dari periostrakum mengandung matriks organik. Lee et al. (2007) menyatakan bahwa periostrakum mengandung mukopolisakarida, lemak, dan protein, dan berfungsi untuk mencegah korosi pada lapisan terluar dari cangkang.

4.2 Presipitasi

(23)

23

H2CO3

bukan pelarut (anti-solvent), hal ini menyebabkan larutan menjadi jenuh dan terjadi nukleasi yang cepat sehingga membentuk nanopartikel.

Isolasi kalsium dari cangkang kijing lokal dilakukan dengan demineralisasi menggunakan HCl. Proses ini merupakan proses melarutkan mineral yang terkandung dalam cangkang kijing terutama mineral CaCO3. Reaksi pelepasan kalsium dari cangkang kijing oleh larutan HCl adalah:

CaCO3 + 2HCl CaCl2 (larut) + H2CO3 CO2

H2O

Pada awal proses pencampuran cangkang kijing dengan HCl 1N,

terbentuk banyak buih dan gelembung-gelembung udara yang berlangsung sekitar ± 5 menit. Hal ini disebabkan oleh terbentuknya gas-gas CO2 dan H2O

di permukaan larutan. Kandungan kalsium pada cangkang kijing yang berupa kalsium karbonat (CaCO3) direaksikan dengan HCl akan membentuk CaCl2. Kalsium klorida (CaCl2) yang terbentuk kemudian dilakukan presipitasi dengan NaOH menghasilkan endapan berupa kalsium hidroksida dan garam. Berikut adalah proses presipitasi kalsium dengan NaOH:

CaCl2 (larut) + 2NaOH Ca (OH)2 + 2NaCl

Garam (NaCl) yang terbentuk dihilangkan pada saat proses netralisasi, sehingga yang tersisa adalah Ca (OH)2. Kalsium hidroksida (Ca (OH)2) akan berubah menjadi kalsium oksida (CaO) saat proses pengabuan pada suhu 600ºC, karena H2O menguap sehingga produk akhirnya adalah serbuk nano kalsium oksida.

Ca(OH)2 CaO + H2O

4.3 Rendemen

(24)

24

produk atau bahan tersebut (Mathlubi 2006). Berdasarkan analisis koefisien keragaman (coeffisien of variant) (Lampiran 12) menunjukkan bahwa keragaman data rendah (homogen) (CV < 20). Hasil uji kolmogrov simirnov (Lampiran 3) dapat dilihat bahwa data rendemen menyebar normal (P-value > 0,05). Hasil rendemen serbuk nano kalsium dapat dilihat pada Gambar 6.

Gambar 6 Grafik rendemen serbuk nano kalsium; 1 jam; 1,5 jam; 2 jam

Angka yang diikuti huruf yang sama menunjukkan tidak beda nyata

(25)

25

waktu ekstraksi akan menyebabkan meningkatnya massa zat yang terlarut sampai waktu optimal, bila lebih dari waktu optimal rendemen tidak bertambah.

Pemilihan perlakuan yang diterapkan untuk mengkarakterisasi serbuk nano kalsium berdasarkan pada parameter rendemen dan waktu ekstraksi. Perlakuan waktu ekstraksi 1,5 jam menghasilkan nilai rendemen tertinggi dan berbeda nyata dengan 1 jam, maka waktu ekstraksi 1,5 jam terpilih untuk pembuatan serbuk nano kalsium yang akan dikarakterisasi.

4.4 Komposisi Mineral

Mineral merupakan bagian dari tubuh dan memegang peranan penting dalam pemeliharaan fungsi tubuh, baik pada tingkat sel, jaringan, organ, maupun fungsi tubuh secara keseluruhan. Mineral digolongkan ke dalam mineral makro dan mineral mikro. Mineral makro adalah mineral yang dibutuhkan tubuh dalam jumlah lebih dari 100 mg sehari, sedangkan mineral mikro dibutuhkan kurang dari 100 mg sehari (Almatsier 2009). Komposisi makromineral pada serbuk nano kalsium ini adalah Ca, Mg, Na, P, dan K, sedangkan mikromineral yang terkandung adalah Fe, Zn, dan Mn. Berdasarkan analisis koefisien keragaman (coefisien of variant) (Lampiran 12) menunjukkan bahwa keragaman data rendah (homogen) (CV < 20). Hasil uji kolmogrov simirnov (Lampiran 11) dapat dilihat bahwa data kadar mineral serbuk nano kalsium menyebar normal (P-value >0,05). Hasil analisis kandungan mineral pada serbuk nano kalsium pada perlakuan 1 jam, 1,5 jam, dan 2 jam dapat dilihat pada Tabel 2.

Tabel 2 Komposisi mineral serbuk nano kalsium

Komposisi mineral Nilai (%)

1 jam 1,5 jam 2 jam

Kalsium 85,57 89,89 86,77

Magnesium 6,23 1,78 2,03

Natrium 3,58 4,19 3,40

Fosfor 0,15 0,02 0,07

Kalium 0,29 0,23 0,14

Mangan 4,02 3,72 7,36

Besi 0,10 0,08 0,10

Seng 0,05 0,08 0,14

(26)

26

(Lampiran 13). Hal tersebut diduga karena pengaruh lingkungan perairan yang sama. Hasil ini didukung oleh hasil penelitian Mahmoud et al. (2007) yang menyatakan bahwa kandungan mineral terutama kalsium pada limbah demineralisasi cangkang udang tidak berbeda nyata antara perlakuan ekstrasi 1 jam dan 6 jam.

Hasil penelitian menunjukkan bahwa mineral kalsium memiliki kadar yang paling tinggi dibandingkan komposisi mineral lainnya yaitu sebesar 85,57% dengan perlakuan 1 jam, 89,89% dan 86,77% untuk perlakuan 1,5 jam dan 2 jam. Besarnya kandungan kalsium karena cangkang kijing sebagian besar tersusun atas kalsium karbonat. Menurut Gregoire (1972), cangkang bivalvia tersusun dari 89-99% kalsium karbonat, 1-2% fosfat, bahan organik berupa conchiolin, dan air. Penelitian Wardhani (2009) menunjukkan kandungan kalsium tepung yang dihasilkan dari cangkang kijing berukuran >90 mm adalah 28,97%, dan pada penelitian Aung et al. (2008) menunjukkan kadar kalsium dari limbah demineralisasi kulit udang pada waktu ekstraksi 2 jam sebesar 84,42%.

Kalsium merupakan kation divalen paling melimpah dari tubuh manusia, mewakili sekitar 1,5% sampai 2% dari total berat badan manusia. Tulang dan gigi mengandung sekitar 99% dari kalsium tubuh, serta 1% lainnya di distribusikan dalam cairan intra dan ekstraseluler (Gropper et al. 2009). Kelebihan nano kalsium menurut Food and Environmental Hygiene Department (2010) adalah memiliki kemampuan yang lebih besar untuk memasuki dinding usus dibandingkan dengan yang berukuran mikro. Partikel nano pada kalsium dapat mudah diserap oleh saluran pencernaan. Penelitian Park et al. (2007)

menunjukkan bahwa susu yang ditambahkan nano kalsium dengan ukuran 30-900 nm dapat meningkatkan Bone Mineral Density (BMD) pada

tulang tikus.

(27)

27

karena metode ekstraksi yang digunakan berbeda, dimana Wardhani menggunakan metode ekstraksi dengan pelarut NaOH. Kelebihan metode yang digunakan pada penelitian Wardhani adalah menghasilkan rendemen tepung kalsium yang tinggi, sedangkan pada penelitian ini diperoleh rendemen yang rendah dibandingkan penelitian Wardhani.

Magnesium merupakan salah satu mineral yang terdapat dalam cangkang kijing. Magnesium sering ditemukan dalam cangkang molluska dengan kandungan magnesium lebih dari 1%. Magnesium bersamaan kalsium terdapat pada lapisan prismatik (prismatic layers) dalam bentuk kristal calcite dan aragonit. Konsentrasi magesium pada calcite lebih tinggi dibandingkan pada aragonit (Wilbur 1972).

Hasil analisis ragam menunjukkan bahwa perbedaan waktu ekstraksi tidak memberikan pengaruh terhadap kadar mineral natrium dan kalium yang dihasilkan (Lampiran 13). Hal tersebut diduga karena pengaruh lingkungan perairan yang sama. Kadar natrium dan kalium pada perlakuan 1 jam adalah 3,58% dan 0,29%; waktu ekstraksi 1,5 jam sebesar 4,19% dan 0,23%; dan pada perlakuan waktu ekstraksi 2 jam adalah 3,40% dan 0,14%. Hasil kadar kalium tersebut berbeda dengan hasil penelitian Rini (2010) yang menunjukkan kadar kalium pada tepung hasil recovery dari limbah demineralisasi kulit udang adalah 0,03%. Perbedaan tersebut disebabkan oleh sampel yang digunakan berasal dari spesies yang berbeda.

Lingkungan perairan mengandung natrium dan kalium dalam bentuk ion (Darmono 1995). Logam natrium dan kalium pada cangkang kijing diduga berasal dari lingkungan perairannya. Ion-ion mineral tersebut masuk ke dalam cangkang kijing secara difusi.

Hasil analisis ragam menunjukkan bahwa perlakuan waktu ekstrasi tidak berpengaruh terhadap kadar mineral fosfor yang dihasilkan (Lampiran 13). Pada perlakuan 1 jam kadar fosfor sebesar 0,15%, waktu ekstrasi 1,5 jam adalah 0,02%, dan kadar fosfor pada perlakuan ekstrasi 2 jam adalah 0,07%. Hasil tersebut tidak jauh berbeda dengan hasil penelitian Wardhani (2009) yang menunjukkan

(28)

28

cangkang pensi (Corbicula sp.) sebesar 0,1 - 0,2%. Hal ini karena sampel yang digunakan berasal dari jenis yang sama. Pada penelitian Wardhani sampel yang digunakan yaitu cangkang kijing lokal, dan pada penelitian Khalil menggunakan cangkang sejenis bivalva.

Fosfor pada cangkang bivalva merupakan fosfor dalam bentuk fosfat dengan kandungan berkisar 1-2% (Gregoire 1972). Kandungan fosfor pada cangkang bivalva dapat dipengaruhi oleh kadar fosfor terlarut dalam perairan (Darmono 1995).

Hasil analisis ragam menunjukkan bahwa perlakuan ekstraksi tidak memberikan pengaruh terhadap kadar besi dan kadar mangan yang dihasilkan (Lampiran 13). Kadar besi pada perlakuan 1 jam adalah 0,10%, perlakuan 1,5 jam sebesar 0,08% dan pada perlakuan waktu ekstraksi 2 jam adalah 0,10%. Kadar mangan pada perlakuan 1 jam adalah 4,02%, perlakuan 1,5 jam adalah 3,72%, dan perlakuan 2 jam sebesar 7,36%. Hasil tersebut jauh berbeda dengan hasil penelitian Aung et al. (2008) yang menunjukkan bahwa kadar besi pada limbah demineralisasi kulit udang adalah 2,84%, dan kadar mangan mengandung 0,04%. Perbedaan tersebut karena spesies yang digunakan berbeda dan perlakuan suhu ekstraksi yang berbeda, pada penelitian ini suhu ekstraksi yang digunakan adalah 90º C, sedangkan penelitian Aung et al. melakukan ekstraksi pada suhu ruang menggunakan magnetic stirrer.

Hasil analisis ragam menunjukkan bahwa perbedaan waktu ekstraksi tidak memberikan pengaruh terhadap kadar seng yang dihasilkan (Lampiran 13). Kadar

seng pada penelitian ini adalah 0,05% (perlakuan 1 jam), 0,08% (perlakuan 1,5 jam), dan 0,14% (perlakuan 2 jam). Hasil penelitian ini tidak jauh

berbeda dengan hasil penelitian Aung et al. (2008) yang menunjukkan bahwa kadar seng pada limbah demineralisasi kulit udang adalah 0,03%.

(29)

29

4.5 Kandungan Pb

Beberapa produk suplemen kalsium terbukti mengandung timbal yang dapat menyebabkan gangguan neurologis (Scelfo dan Flegal 2000). Hasil analisis Pb pada serbuk nano kalsium adalah 0,95 ppm. Hasil tersebut masih dibawah ambang batas yang ditetapkan oleh National Academy of Sciences, Food Chemicals Codex dan United States Pharmacopoeia (USP) yaitu 3 ppm. Penelitian yang dilakukan oleh University of Florida, Gainesville, melaporkan bahwa delapan dari 22 produk kalsium yang diuji terbukti mengandung logam berat Pb (University of Florida News 2000).

Timbal merupakan mineral yang dapat ditemukan di air, udara, dan makanan. Timbal dapat menyebabkan anemia, hipertensi, kerusakan otak dan ginjal, serta pada anak-anak dapat menyebabkan gangguan kognitif permanen dan meningkatkan perilaku agresif (Robert dan Heaney 2000). Plumbun (Pb) merupakan kation divalent dan terikat kuat ke gugus sulfhidril protein. Sifat toksik Pb yaitu dapat menyerupai atau berkompetisi dengan kalsium. Plumbun (Pb) mempunyai afinitas terhadap tulang dan menggantikan kerja kalsium pada matriks mineral tulang (Needleman 2004). Plumbun mempunyai ikatan yang kuat dengan protein transport yang digunakan oleh kalsium, tetapi afinitas pengikatan Pb paling sedikit dua kali lipat daripada kalsium. Mekanisme transport dari saluran cerna akan menyebabkan terjadinya interaksi kompetitif antara kalsium dan plumbun (Gulson et al. 2001).

Logam dan mineral lainnya hampir selalu ditemukan dalam air tawar dan air laut walaupun jumlahnya sangat terbatas. Logam berat seperti Pb yang terdapat dalam air kebanyakan berbentuk ion. Timah hitam atau Pb adalah sejenis logam yang lunak dan berwarna coklat kehitaman yang banyak ditemukan dalam pertambangan-pertambangan di seluruh dunia (Darmono 1995).

4.6 Derajat Putih

(30)

30

Mineral secara alami memiliki warna yang berbeda-beda. Mineral natrium (Na) dan kalium (K) memiliki warna keperakan, magnesium (Mg) berwarna putih keabu-abuan, fosfor (P) berwarna hitam dan merah, seng (Zn) memiliki warna putih mengkilap (Cotton dan Wilkinson 2007). Karakteristik derajat putih serbuk nano kalsium dapat dilihat pada Gambar 7.

Gambar 7 Karakteristik derajat putih serbuk nano kalsium 4.7 Ukuran Partikel Serbuk Nano Kalsium

Hasil pengukuran partikel dengan menggunakan scanning elektron microscopy (SEM) pada perbesaran 10.000x dan 20.000x menunjukkan bahwa ukuran partikel serbuk nano kalsium yang dihasilkan berkisar 120-573 nm. Menurut Greiner (2009) ukuran nanopartikel adalah berkisar 1-100 nanometer.

Menurut Muller dan Keck (2004) ukuran nanopartikel berkisar antara 200-400 nm, sedangkan menurut Mohanraj dan Chen (2006), nanopartikel

[image:30.595.220.435.570.728.2]

didefinisikan sebagai partikel yang berukuran kisaran 10-1000 nm. Partikel serbuk nano kalsium pada perbesaran 10.000x dan 20.000x dapat dilihat pada Gambar 8 dan 9.

(31)

[image:31.595.220.437.84.244.2]

31

Gambar 9 Partikel serbuk nano kalsium perbesaran 20.000x

Gambar 8 dan 9 menunjukkan morfologi serbuk nano kalsium adalah seperti jarum. Gambar tersebut secara umum menunjukkan kristal yang terbentuk adalah jenis aragonit. Menurut Saksono et al. (2007), kristal CaCO3 mempunyai 3 bentuk kristal yang berbeda, yaitu: kalsit, aragonit, dan vaterit. Kalsit berupa kubus padat, vaterit berbentuk seperti bunga (flower-like), sedangkan aragonit berbentuk seperti kumpulan jarum.

Pembuatan kalsium dengan ukuran nano berhasil dibuat dengan metode presipitasi. Proses presipitasi pada larutan CaCl2 menggunakan NaOH mengakibatkan terbentuknya partikel-partikel putih halus yang merupakan Ca(OH)2 yang tak larut membentuk suatu suspensi. Keadaan tersebut merupakan suatu keadaan koloid.

Partikel-partikel koloid mengandung beberapa ribu atom, ion atau

molekul kecil yang memiliki diameter sekitar 10 Ǻ (10-9 _{m) sampai 2000 Ǻ}

(32)

5 KESIMPULAN DAN SARAN

5.1 Kesimpulan

Limbah padat cangkang kijing berhasil diisolasi kalsiumnya. Teknologi pembentukan ukuran kalsium yang lebih kecil menjadi nanopartikel berhasil dibuat dengan metode presipitasi. Rendemen terbaik serbuk nano kalsium diperoleh pada perlakuan waktu ekstraksi 1,5 jam yaitu sebesar 8,53%. Perlakuan ekstraksi 1,5 jam menghasilkan rendemen 5,02%, sedangkan perlakuan waktu ekstraksi 2 jam diperoleh rendemen sebesar 7,89%. Kandungan kalsium pada perlakuan waktu ekstraksi 1 jam sebesar 85,57%, waktu ekstraksi 1,5 jam adalah 89,89% dan pada perlakuan 2 jam sebesar 86,77%. Serbuk nano kalsium juga mengandung komponen mineral lainnya seperti magnesium, natrium kalium, fosfor, seng, besi, dan mangan. Derajat putih serbuk nano kalsium adalah 69,79%. Hasil analisis Pb pada serbuk nano kalsium adalah 0,95 ppm. Hasil pengukuran partikel pada serbuk nano kalsium adalah 120-573 nm.

5.2 Saran

(33)

ISOLASI DAN KARAKTERISASI NANO KALSIUM

DARI CANGKANG KIJING LOKAL (Pilsbryoconcha exilis)

DENGAN METODE PRESIPITASI

KHOERUNNISA

DEPARTEMEN TEKNOLOGI HASIL PERAIRAN

FAKULTAS PERIKANAN DAN ILMU KELAUTAN

INSTITUT PERTANIAN BOGOR

BOGOR

(34)

RINGKASAN

KHOERUNNISA. C34070030. Isolasi dan Karakterisasi Nano Kalsium dari Cangkang Kijing Lokal (Pilsbryoconcha exilis) dengan Metode Presipitasi. Dibimbing oleh SRI PURWANINGSIH dan PIPIH SUPTIJAH.

Kalsium merupakan salah satu mineral esensial yang memiliki peranan penting di dalam tubuh. Kalsium umum dikonsumsi terdapat dalam bentuk mikro kalsium. Ukuran tersebut terkait dengan besarnya penyerapan kalsium oleh tubuh, biasanya hanya 50% sehingga sering menyebabkan defisiensi. Teknologi pembentukan ukuran kalsium yang lebih kecil perlu dikembangkan untuk memperbesar penyerapan kalsium dalam tubuh. Teknologi untuk kalsium yang perlu dikembangkan adalah teknologi nano. Pada penelitian ini, sumber kalsium yang digunakan dari hewan perairan adalah cangkang kijing lokal. Cangkang kijing lokal banyak yang terbuang dan menghasilkan limbah padat yang cukup tinggi. Salah satu upaya untuk mengurangi limbah padat tersebut adalah mengolah limbah cangkang kijing dengan mengekstrak kandungan kalsiumnya.

Penelitian ini bertujuan untuk menentukan rendemen kalsium yang dihasilkan serta menentukan karakteristik nano kalsium yang meliputi morfologi, derajat putih, komponen mineral, dan particle size.

Penelitian ini meliputi preparasi sampel cangkang kijing, uji proksimat cangkang kijing, serta pembuatan serbuk nano kalsium dengan perlakuan lama ekstraksi terhadap rendemen dan kadar mineral. Tahap selanjutnya yaitu karakterisasi serbuk nano kalsium yang dihasilkan meliputi analisis derajat putih, analisis ukuran partikel, dan analisis kadar mineral termasuk logam berat Pb.

(35)

ISOLASI DAN KARAKTERISASI NANO KALSIUM

DARI CANGKANG KIJING LOKAL (Pilsbryoconcha exilis)

DENGAN METODE PRESIPITASI

KHOERUNNISA

C34070030

SKRIPSI

Sebagai salah satu syarat untuk memperoleh gelar Sarjana Perikanan pada Fakultas Perikanan dan Ilmu Kelautan

DEPARTEMEN TEKNOLOGI HASIL PERAIRAN

FAKULTAS PERIKANAN DAN ILMU KELAUTAN

INSTITUT PERTANIAN BOGOR

BOGOR

(36)

Judul : Isolasi dan Karakterisasi Nano Kalsium dari Cangkang Kijing Lokal (Pilisbryoconcha exilis) dengan Metode Presipitasi

Nama : Khoerunnisa

NIM : C34070030

Program Sarjana : Teknologi Hasil Perairan

Menyetujui:

Pembimbing 1 Pembimbing 2

Dr. Ir. Sri Purwaningsih, M. Si Dra. Pipih Suptijah, MBA NIP.19650713 1990 02 2 001 NIP. 19531020 1985 03 2 001

Mengetahui:

Ketua Departemen Teknologi Hasil Perairan

Dr. Ir. Ruddy Suwandi, MS., Mphil. NIP. 19580511 1985 03 1 002

(37)

PERNYATAAN MENGENAI SKRIPSI DAN SUMBER INFORMASI

Dengan ini saya menyatakan bahwa skripsi dengan judul “Isolasi dan Karakterisasi Nano Kalsium dari Cangkang Kijing Lokal (Pilsbryoconcha exilis) dengan Metode Presipitasi” adalah karya saya sendiri dan belum diajukan dalam bentuk apapun kepada perguruan tinggi manapun. Sumber informasi yang berasal atau dikutip dari karya yang telah diterbitkan dari penulis lain telah disebutkan dalam teks dan dicantumkan dalam Daftar Pustaka di bagian akhir skripsi ini.

Bogor, November 2011

(38)

KATA PENGANTAR

Puji dan syukur penulis panjatkan kepada Allah SWT atas rahmat dan karunia-Nya sehingga penulis dapat menyelesaikan skripsi yang berjudul “Isolasi dan Karakterisasi Nano Kalsium dari Cangkang Kijing Lokal (Pilsbryoconcha exilis) dengan Metode Presipitasi”. Skripsi ini disusun sebagai salah satu syarat untuk mendapatkan gelar Sarjana di Fakultas Perikanan dan Ilmu Kelautan, Institut Pertanian Bogor.

Penulis mengucapkan terima kasih yang sebesar-besarnya kepada semua pihak yang telah membantu berjalannya proses penelitian hingga tahap penulisan skripsi ini dapat diselesaikan. Ucapan terima kasih penulis sampaikan kepada:

1) Dr. Ir. Sri Purwaningsih, M. Si dan Dr. Pipih Suptijah, MBA. selaku dosen pembimbing yang telah memberikan bimbingan, arahan dan saran kepada penulis selama penelitian maupun penyusunan skripsi.

2) Dra. Ella Salamah, M.Si selaku dosen penguji.

3) Bapak Dr. Ir. Ruddy Suwandi, MS., MPhil selaku Ketua Departemen Teknologi Hasil Perairan.

4) Dr. Ir. Agoes M. Jacoeb, Dipl-Biol. sebagai Komisi Pendidikan di Departemen Teknologi Hasil Perairan.

5) Seluruh dosen dan staf administrasi Teknologi Hasil Perairan.

6) Direktorat Jenderal Pendidikan Tinggi (Dikti) dan Karya Salemba Empat (KSE) yang telah memberikan dana penelitian bagi penulis.

7) Kepada orang tua: Mama H. Wardiyah dan Mimi Hj. Mimin Mu‟minah; kakak-kakakku: Agus Permana, Aan Nurjannah, Dhevi Fitriyani, Dede Sulaiman atas limpahan doa yang tak pernah putus dan kasih sayang yang tak pernah pupus serta materil yang tidak terhitung jumlahnya.

8) Keluarga Memen Surahman yang telah memberikan bantuan, doa dan motivasi selama kuliah di IPB.

(39)

Henry) yang telah memberikan bantuan dan semangat dalam penelitian serta penyusunan skripsi ini.

10)Semua pihak yang tidak bisa disebutkan satu per satu disini yang telah banyak membantu dalam penyelesaian skripsi ini.

Penulis menyadari bahwa penulisan skripsi ini masih banyak kekurangan. Penulis mengharapkan saran dan kritik yang bersifat membangun demi peningkatan kualitas di masa mendatang. Semoga skripsi ini bermanfaat bagi penulis dan semua pihak yang memerlukannya.

Bogor, 2011

(40)

RIWAYAT HIDUP

Penulis dilahirkan di Majalengka pada tanggal 8 Juni 1989. Penulis merupakan anak bungsu dari tiga bersaudara pasangan H. Muhammad Wardiah dan Hj. Mimin Mu‟minah.

Penulis memulai jenjang pendidikan di TK Budi Asih I Kartini (1994-1995). Penulis melanjutkan jenjang pendidikan formal di SD Negeri Jatitengah II (1995-2001); MTs Baitul Arqom-Bandung (2001-2004); dan MAN Cipasung-Tasikmalaya (2004-2007). Pada tahun 2007, penulis diterima di Institut Pertanian Bogor melalui jalur Undangan Seleksi Masuk IPB (USMI) pada Program Studi Teknologi Hasil Perairan, Departemen Teknologi Hasil Perairan, Fakultas Perikanan dan Ilmu Kelautan.

Selama kuliah penulis aktif dalam berbagai organisasi kemahasiswaan seperti Majalah Emulsi (majalah pangan dan gizi) divisi reporter (2007-2009),

Fisheries Processing Club (FPC) divisi produksi tahun 2008-2009, Agrifarma (unit kebun tanaman obat mahasiswa) divisi produksi (2008) dan Forum Keluarga Muslim FPIK (FKM-C) sebagai anggota tahun 2008-2009. Organisasi luar kampus yang pernah penulis ikuti adalah Komunitas Menulis Bogor (KMB) tahun 2007-2008.

Penulis juga aktif sebagai asisten pada mata kuliah Penanganan Hasil Perairan tahun ajaran 2009-2010 dan 2010-2011, asisten Biotoksikologi Hasil Perairan tahun ajaran 2010-2011, asisten Mikrobiologi Hasil Perairan tahun ajaran 2010-2011, asisten Teknologi Pengembangan Kitin dan Kitosan tahun ajaran 2010-2011 dan mengajar Bahasa Arab di LDK Al-Hurriyah (2011).

Sebagai salah satu syarat untuk memperoleh gelar sarjana, penulis melakukan penelitian yang berjudul “Isolasi dan Karakterisasi Nano Kalsium dari Cangkang Kijing Lokal (Pilsbryoconcha exilis) dengan

(41)

vii

DAFTAR ISI

Halaman

DAFTAR TABEL... ix DAFTAR GAMBAR ... x DAFTAR LAMPIRAN ... xi 1 PENDAHULUAN ... 1 1.1 Latar Belakang ... 1 1.2 Tujuan ... 2 2 TINJAUAN PUSTAKA ... 3 2.1 Deskripsi dan Klasifikasi Kijing Lokal (Pilsbryoconcha exilis) .... 3 2.2 Teknologi Nano ... 5 2.3 Pembuatan Nano Partikel ... 6 2.4 Kalsium ... 7 2.5 Kegunaan Kalsium dalam Tubuh ... 9 2.6 Transportasi dan Penyerapan Kalsium ... 9 2.7 Kebutuhan Kalsium ... 11 3 METODOLOGI ... 12 3.1 Waktu dan Tempat ... 12 3.2 Bahan dan Alat ... 12 3.3 Metode Penelitian ... 12 3.3.1 Preparasi cangkang ... 12 3.3.2 Pembuatan serbuk nano kalsium ... 13 3.3.3 Analisis kimia, fisika dan mikroskopis ... 15 3.3.3.1 Analisis kimia ... 15 a) Kadar air ... 15 b) Kadar abu ... 15 c) Kadar lemak ... 15 d) Kadar protein... 16 3.3.3.2 Analisis fisika ... 16 a) Rendemen ... 16 b) Analisis kadar mineral ... 17

c) Analisi fosfor ... 18 d) Derajat putih ... 18

(42)

viii

(43)

ix

DAFTAR TABEL

Nomor Halaman

(44)

x

DAFTAR GAMBAR

Nomor Halaman

(45)

xi

DAFTAR LAMPIRAN

Nomor Halaman

(46)

1

1 PENDAHULUAN

1.1 Latar belakang

Kalsium merupakan salah satu mineral esensial yang memiliki peranan penting di dalam tubuh yaitu sebagai komponen utama pembentuk tulang dan gigi (Muchtadi et al. 1993). Konsumsi kalsium yang kurang akan menyebabkan tulang menjadi rapuh dan mudah patah atau disebut dengan penyakit osteoporosis. Pada usia lanjut, kalsium yang hilang dari tubuh lebih besar daripada kalsium yang diabsorpsi. Berdasarkan hasil analisis data risiko osteoporosis oleh Puslitbang Gizi Depkes bekerja sama dengan PT Fonterra Brands Indonesia tahun 2006 menyatakan 2 dari 5 orang Indonesia memiliki risiko osteoporosis. Hal ini juga didukung oleh Indonesian White Paper yang dikeluarkan Perhimpunan Osteoporosis Indonesia (Perosi) tahun 2007, osteoporosis pada wanita di atas 50 tahun mencapai 32,3%, sementara pada pria di atas 50 tahun mencapai 28,8% (Kemenkes 2009).

Kalsium yang umum dikonsumsi terdapat dalam bentuk mikro kalsium. Ukuran partikel kalsium ini terkait dengan besarnya penyerapan kalsium oleh tubuh. Ukuran mikro dapat terabsorbsi hanya 50% sehingga sering menyebabkan defisiensi. Teknologi pembentukan ukuran kalsium yang lebih kecil perlu dikembangkan untuk memperbesar penyerapan kalsium dalam tubuh. Teknologi pembentukan ukuran kalsium yang perlu dikembangkan adalah teknologi nano. Nano kalsium mempunyai ukuran yang sangat kecil yaitu 10-9 m yang menyebabkan reseptor cepat masuk ke dalam tubuh dengan sempurna, oleh karena itu nano kalsium dapat terabsorbsi oleh tubuh hampir 100% (Suptijah 2009).

(47)

2

Cangkang kijing lokal banyak yang terbuang sehingga menghasilkan limbah padat yang cukup tinggi. Salah satu upaya untuk mengurangi limbah padat tersebut adalah mengolah limbah cangkang kijing dengan mengekstrak kandungan kalsiumnya yang dapat dimanfaatkan sebagai asupan kalsium tambahan ke dalam tubuh.

Cangkang kijing memiliki kandungan mineral berupa komponen kalsium yang tinggi sebagai penyusun dasar dari pelindung tubuhnya yang keras. Penelitian yang telah dilakukan Rohanah et al (2009) menunjukkan bahwa kandungan kalsium yang terdapat pada cangkang kerang (bivalvia) adalah sebesar 39,38%. Penelitian Wardhani (2009) menunjukkan bahwa kandungan kalsium karbonat pada cangkang kijing lokal ukuran < 90 mm sebesar 39,55%. Cangkang kijing mempunyai potensi sebagai penyedia nano kalsium yang dapat dimanfaatkan sebagai suplemen untuk meningkatkan kesehatan tubuh terutama tulang dan gigi.

1.2 Tujuan

Tujuan penelitian ini adalah memanfaatkan limbah cangkang kijing lokal sebagai sumber nano kalsium, adapun tujuan khususnya adalah:

1) Menentukan rendemen kalsium yang dihasilkan.

(48)

3

2

TINJAUAN PUSTAKA

2.1 Deskripsi dan Klasifikasi Kijing Lokal (Pilsbryoconcha exilis)

Kijing lokal merupakan jenis kerang yang hidup di kolam, danau atau perairan tawar lainnya. Kijing lokal mempunyai pola distribusi memencar dengan populasi berkelompok pada habitatnya. Faktor lingkungan yang mempengaruhi kehidupan kijing yaitu suhu, pH, oksigen, endapan lumpur dan fluktuasi permukaan air (Prihartini 1999). Klasifikasi kijing lokal (Pilsbryoconcha exilis) menurut Pennak(1989) adalah sebagai berikut:

Kingdom : Animalia Filum : Mollusca Kelas : Pelecypoda Subkelas : Lamellibranchia Ordo : Schizodonta Famili : Unionidae Genus : Pilsbryoconcha

Spesies : Pilsbryoconcha exilis

(49)

4

Gambar 1 Kijing lokal (Pilsbryocncha exilis) (Lea 1839)

Tubuh pelecypoda pada dasarnya pipih secara lateral dan seluruh tubuh tertutup dua keping cangkang yang berhubungan di bagian dorsal dengan adanya

hinge ligament, yaitu semacam pita elastik yang terdiri dari bahan organik seperti zat tanduk (conchiolin) sama dengan periostrakum, bersambungan dengan periostrakum cangkang. Periostrakum merupakan lapisan cangkang pelecypoda paling luar dan menutupi dua lapisan kapur atau lebih di bawahnya. Lapisan kapur tersebut terdiri dari aragonit atau campuran aragonit dan calcite yang tersusun sebagai bentuk prisma, bilah-bilah, atau lembaran-lembaran, bentuk lensa atau bentuk lain yang lebih kompleks (Suwignyo et al. 1998).

Cangkang kijing lokal (Pilsbryoconcha exilis) terdiri atas dua bagian yang sama besar dan terletak di sebelah lateral. Cangkang menyatu di bagian dorsal akibat adanya ligament sendi yang terdapat diantara dua cangkang tersebut. Cangkang bagian dorsal memiliki gigi sendi yang bekerja sebagai sendi dan umbo, yaitu bagian yang menonjol dan merupakan bagian yang tertua. Umbo memiliki garis-garis kosentris yang merupakan garis pertumbuhan (Sugiri 1989).

(50)

5

2.2 Teknologi Nano

Definisi nanoteknologi didasarkan pada kata awal "nano" dari bahasa Yunani yang berarti "kerdil". Dalam istilah yang lebih teknis, kata "nano" berarti 10-9 atau sepermilyar. Nanoteknologi tidak selalu teknologi baru untuk desain, proses dan penggunaan material pada skala nanometer. Kata nanoteknologi umumnya digunakan ketika mengacu pada bahan-bahan dengan ukuran 1 sampai 100 nanometer (Greiner 2009). Teknologi nano adalah suatu desain, karakterisasi, produksi dan penerapan struktur, perangkat dan sistem dengan mengontrol bentuk dan ukuran pada skala nanometer (Park 2007).

Pertama kali konsep nanoteknologi diperkenalkan oleh Richard Feynman pada sebuah pidato ilmiah yang diselenggarakan oleh American Physical Society di California Institute of Technology tahun 1959 dengan judul “There‟s Plenty of Room at the Bottom”. Richard Feynman adalah seorang ahli fisika dan pada tahun 1965 memenangkan hadiah Nobel dalam bidang fisika. Istilah nanoteknologi pertama kali diresmikan oleh Prof. Norio Taniguchi dari Tokyo Science University tahun 1974 dalam makalahnya yang berjudul “On the Basic Concept of „Nano-Technology”. Pada tahun 1980 definisi nanoteknologi dieksplorasi lebih jauh lagi oleh Dr. Eric Drexler melalui bukunya yang berjudul “Engines of Creation: The coming Era of Nanotechnology” (Toumey 2008).

Nanoteknologi didasarkan pada partikel yang ukurannya kurang dari 100 nanometer untuk membangun sifat dan perilaku baru dari struktur nano tersebut (Poole dan Owens 2003). Nanoteknologi meliputi penerapan ilmu pengetahuan dan rekayasa pada skala atom. Hal ini melibatkan konstruksi struktur kecil dan perangkat dengan memanipulasi masing-masing molekul dan atom yang memiliki sifat unik dan kuat. Struktur ini dapat digunakan dalam bidang kedokteran dan bioteknologi; energi dan lingkungan; dan telekomunikasi (Einsiedel 2005).

(51)

6

light emiting dioda (LED). Pada industri otomotif, teknologi nano telah digunakan untuk mengisi lubang-lubang yang sangat kecil secara lebih efektif sehingga mobil menjadi lebih mengkilat catnya (Chasanah 2007).

2.3 Pembuatan Nanopartikel

Nanopartikel dapat diproduksi dengan berbagai metode, diantaranya sintesis plasma, wet-phase processing, presipitasi kimia, sol-gel processing, pengolahan mekanik, sintesis mechanicochemical, high-energy ball milling,

chemical vapour deposition dan ablasi laser (Park 2007). Beberapa metode untuk sintesis nanopartikel adalah co-precipitation, ultrasound irradiation, elektrokimia, dan sintesis hidrotermal (Kosa et al. 2009). Penelitian Sun et al. (2010) berhasil membuat nanopartikel kalsium menggunakan teknik spray drying dengan penggunaan two-liquid nozzle.

Ada dua metode yang dapat digunakan dalam sintesis nanomaterial, yaitu secara top down dan bottom up. Top down merupakan pembuatan struktur nano dengan memperkecil material yang besar, sedangkan bottom-up merupakan cara merangkai atom atau molekul dan menggabungkannya melalui reaksi kimia untuk membentuk nano struktur (Greiner 2009). Contoh metode top down adalah penggerusan dengan alat milling, sedangkan teknologi bottom up yaitu menggunakan teknik sol-gel, presipitasi kimia, dan aglomerasi fasa gas (Dutta dan Hofmann 2005). Sintesis nanopartikel dengan metode top down dan

bottom up dapat dilihat pada Gambar 2.

Gambar 2 Teknis sintesis nanopartikel top-down dan bottom-up

(52)