BAB II TINJAUAN PUSTAKA - Kristalisasi Likopen Dari Buah Tomat (Lycopersicon esculentum) Menggunakan Antisolvent

BAB II

TINJAUAN PUSTAKA

2.1 TOMAT(Lycopersicon Esculentum)

Buah tomat termasuk komoditi hortikultura yang sangat mudah rusak, baik yang disebabkan oleh kerusakan mekanis dan fisiologi lanjut maupun kerusakan yang disebabkan oleh mikrobiologi (pembusukan). Dengan sifatnya tersebut, jumlah buah tomat yang rusak pada proses pemasaran terutama di pasar-pasar tradisional di daerah perkotaan mencapai 30 sampai 40 %. Buah tomat yang telah mengalami kerusakan dibuang karena tidak layak jual dan dinyatakan sebagai buah tomat afkiran. Dengan mengacu kepada jumlah buah tomat yang rusak selama pemasaran, maka perlu ada upaya pemanfaatan tomat rusak (tomat afkiran) menjadi produk yang bernilai ekonomi [15].

Konsumsi terhadap buah tomat segar dan olahan buah tomat, dapat

mengurangi risiko berbagai penyakit kanker dan jantung. Efek yang

menguntungkan ini telah dikaitkan dengan aktivitas antioksidan dari tomat

berbasis produk[6].

Di antara lebih dari 600 karotenoid pada tanaman, hanya sekitar 14 yang ditemukan dalam jaringan manusia. Tomat dan produk tomat berkontribusi sembilan dari 14 karotenoid dan merupakan sumber utama likopen, neurosporene, gamma-karoten, phytoene, dan phytofluene [16].

Adapun tomat hampir selalu ada dalam makanan karena mempunyai rasa yang

khas yaitu agak masam dan mengandung gizi dan vitamin. Selain itu tomat juga

dapat mempercantik penampilan makanan dengan adanya pigmen yang

terkandung di dalamnya. Tomat mengandung vitamin A dan C yang sangat

diperlukan bagi kesehatan organ penglihatan, sistem kekebalan tubuh,

pertumbuhan, reproduksi, dan berkhasiat sebagai antioksidan. Di samping itu

tomat juga mengandung sejumlah mineral yang dibutuhkan tubuh seperti kalium,

fosfat dan kalsium. Buah tomat selain dapat di konsumsi secara langsung, juga

pembuatan produk pangan berupa aneka saos. Buah tomat dijadikan salah satu

bahan baku untuk pembuatan pasta karena kandungan antioksidannya yang

terdapat pada buah tomat sangat baik bagi tubuh kita. Antioksidan yang sering

diperoleh dari asupan makanan banyak mengandung vitamin C, vitamin E,

betakaroten, senyawa fenolat dan senyawa karotenoid [17].

Tabel 2.1 Kandungan Gizi Buah Tomat Segar (Matang) Tiap 180 Gram Bahan [12]

Vitamin B1 (thiamine) 0,11 mg 7,3 3,5

Vitamin B6 (pyridoxine) 0,14 mg 7,0 3,3

Folat 27,00 mg 6,8 3,2

Tembaga 0,13 mg 6,5 3,1

Vitamin B3 (niacin) 1,13 mg 5,6 2,7

Vitamin B2 (riboflavin) 0,09 mg 5,3 2,5

Magnesium 19,80 mg 5,0 2,4

Besi 0,81 mg 4,5 2,1

Vitamin B5 (as. Pantotenat) 0,44 mg 4,4 2,1

Phospor 43,20 mg 4,3 2,1

Vitamin E 0,68 mg 3,4 1,6

Tryptophan 0,01 g 3,1 1,5

Protein 1,53 g 3,1 1,5

2.2 LIKOPEN DARI BUAH TOMAT(LYCOPERSICON ESCULENTUM)

Likopen tersedia pada berbagai macam sayur - sayuran dan buah - buahan.

Seperti pada tomat yang diproses menjadi suatu sumber yang kaya. Likopen

dapat mencegah penyakit kronis seperti kanker dan hati koroner. Likopen juga telah ditemukan efektif dalam pengobatan penyakit mata, infertilitas laki-laki, peradangan, dan osteoporosis [18].

Perlindungan efektif ini telah terdistribusi ke dalam suatu karetenoid dimana

ini tidak mampu menyerap cahaya dengan panjang gelombang yang tinggi sehingga likopen yang teroksidasi akan menghasilkan zat yang berwarna pucat atau tidak berwarna. Elektron dalam ikatan rangkap akan menyerap energi dalam jumlah besar untuk menjadi ikatan jenuh, sehingga energi dari radikal bebas yang merupakan sumber penyakit dan penuaan dini dapat dinetralisir oleh likopen [12].

2.2.1 Sifat Fisika Likopen

Karotenoid secara luas didistribusikan dalam buah-buahan dan sayuran, dan lebih dari 600 karotenoid, terutama cis-trans isomer, telah ditandai dalam produk nabati yang digunakan manusia. Secara kimiawi, karotenoid dapat dibagi menjadi dua kelompok utama spesies karotenoid di kelas pertama adalah karotenoid

hidrokarbon tak jenuh tinggi seperti likopen, α-kareteniod, β-karoten, γ-karoten [20].

Sifat likopen sebagai antioksidan dapat dikembangkan dengan dua cara. Pertama, melalui pemeriksaan efek perlindungan likopen melawan kerusakan oksidatif hingga molekul biologis seperti, DNA, lipid dan protein dalam sel. Sebagai contoh, likopen telah dibuktikan secara efektif dalam melindungi dari kerusakan oksidatif. Cara lainnya adalah melalui kemampuan likopen dalam menanggulangi radikal bebas secara langsung. Likopen merupakan quencher oksigen paling efektif dan reaksi langsung antara likopen dan sejumlah radikal lainnya dari Nitrogen dioksida, thiol, dan sulfonil telah dibuktikan [22] .

Tabel 2.2 Sifat Fisika Likopen [20] Sifat Fisika Likopen 1. Rumus Molekul C40H56

2. Berat Molekul 536,85 Da

3. Titik Beku 172-175 ºC

4. Bentuk Kristal Jarum panjang merah dari campuran karbon disulfide dan etanol

5. Bentuk Bubuk Gelap bewarna merah kecoklatan

6. Kelarutan Dapat larut pada kloroform, heksana, benzene dan karbon disulfide, aseton, petroleum eter.

Tidak larut pada air, etanol dan methanol 7. Sensitivitas Cahaya, oksigen, suhu tinggi dan asam

2.2.2 Sifat Kimia Likopen

Likopen merupakan hidrokarbon poliena, sebuah asiklik rantai terbuka karotenoid tak jenuh yang memiliki 13 ikatan rangkap, di mana 11 diantaranya terkonjugasi ikatan ganda diatur dalam susunan yang linear, memiliki rumus molekul C40H56. Dua kelompok metil sentral berada dalam posisi 1,6, sedangkan

kelompok metil yang tersisa berada di 1,5 posisi relatif satu sama lain. Serangkaian ikatan ganda terkonjugasi merupakan chromatophore dari suatu variabel. Warna dan aktivitas antioksidan likopen adalah konsekuensi dari struktur unik, sistem diperpanjang ikatan ganda terkonjugasi. Likopen memperlihatkan warna merah delima untuk struktur poliena yang ekstensif terkonjugasi. Di alam, likopen ada dalam semua bentuk trans dan tujuh obligasi ini dapat berisomerisasi dari bentuk mono-trans atau bentuk poly-cis di bawah pengaruh panas, cahaya maupun reaksi kimia [20].

2.3 EKSTRAKSI

Ekstraksi adalah proses pemisahan kelarutan zat terlarut (solute) dalam campuran dengan pelarutnya (solvent). Tujuan ekstraksi adalah untuk mengeluarkan zat yang diinginkan dari suatu campuran dan memisahkan zat yang tidak diinginkan dari campuran tersebut. Proses ekstraksi ada 2 macam yaitu ekstraksi padat- cair(leaching)dan ekstraksi cair - cair.

Faktor-faktor yang mempengaruhi ekstraksi [23] : 1. Ukuran partikel.

3. Suhu operasi 4. Pengadukan

Prinsip dasar dari ekstraksi ini meliputi pengontakan dari sebuah larutan dengan pelarut lain dimana tidak saling melarut. Pelarut juga memiliki kemampuan melarut dengan spesifik zat terlarut yang terdapat pada larutan. Dua fasa terbentuk setelah penambahan pelarut, menyebabkan perbedaan densitas atau berat jenis. Pelarut dipilih sehingga zat terlarut dalam larutan memiliki afinitas terhadap pelarut. Oleh karena itu, perpindahan massa zat terlarut pada larutan menuju pelarut terjadi.

Berikut beberapa design variabel yang harus ditetapkan pada proses ekstraksi [24]:

1. Suhu operasi 2. Tekanan operasi 3. Laju alir umpan

•Komposisi

•Suhu aliran yang masuk •Tekanan aliran yang masuk

2.3.1 Ekstraksi Cair- Cair

Untuk meningkatkan kelarutan dan meminimalkan keterbatasan transfer massa, desain unit leaching harus mempertimbangkan efek dari ukuran partikel, pelarut, suhu, dan agitasi [29].

2.3.3 Ekstraksi Fluida Superkritik (SFE)

Ekstraksi fluida super kritik menggunakan CO2 (karbon dioksida sebagai

pelarut, dimana dalam hal ini ekstraksi fluida superkritik teknik pemisahan yang baru dan relative. Teknik ini dapat digunakan sebagai cara analisis yang efisien atau persiapan dari berbagai kandungan material yang berguna pada tumbuhan. Ekstraksi dari bahan ini merupakan dasar yang baik bagi produk baru di bidang farmasi dan komposisi pada fungsional makanan. Pada beberapa decade ini, fluida super krtik (SFE) telah menerima perhatian khusus di bidang ekstraksi bahan padat dan fraksinasi dari campuran cair. Ekstraksi fluida superkritis menggunakan karbon dioksida (SC-CO2) adalah metode isolasi sangat cocok untuk isolasi

komponen berharga dari bahan tanaman. Sebuah ekstrak tumbuhan alami, bebas dari perubahan kimia yang disebabkan oleh panas dan air, dan tanpa residu pelarut dan artefak lainnya dapat diperoleh dengan metode ini. Selain itu, metode konvensional biasanya dilakukan pada suhu tinggi, yang dapat bertanggung jawab atas kehancuran zat yang berharga. SFE merupakan teknologi pemisahan yang menggunakan fluida superkritik sebagai pelarut. Setiap fluida dikaraterisasi dengan critical point, dimana hal ini didefinisikan pada kondisi suhu kritis dan tekanan kritis. Fluida tidak bisa dicairkan di atas suhu kritis terlepas dari tekanan yang diterapkan, tetapi dapat mencapai densitas dekat dengan keadaan cair

Superkritis CO2 (SC-CO2) juga menarik karena difusivitas tinggi dan

kekuatan pelarut mudah tunable. Keuntungan lain adalah bahwa CO2 adalah gas

pada suhu kamar dan tekanan biasa, yang membuat pemulihan analit sangat sederhana dan memberikan analit bebas pelarut. Hal yang penting juga untuk persiapan sampel dari produk alami adalah kemampuan SFE menggunakan CO2

dioperasika pada temperature rendah menggunakan medium non-oksidan yang memungkinkan ekstraksi senyawa termal labil atau mudah teroksidasi. Selain itu, CO2superkritis memiliki nol tegangan permukaan, yang memungkinkan penetrasi

rupa sehingga senyawa dapat diekstraksi dari matriks di salah satu set kondisi dan kemudian dipisahkan dari CO2 superkritis dalam operasi hilir di bawah

seperangkat sedikit berbeda dari kondisi. Beberapa keuntungan lain dari CO2

superkritis yang tersedia dalam kemurnian tinggi dengan biaya yang relatif rendah, dapat dengan mudah dihilangkan dari matriks setelah proses, dan dapat dengan mudah dipisahkan dari senyawa yang diekstrak [30].

2.3.4 Faktor- Faktor yang Mempengaruhi Ekstraksi

Faktor yang mempengaruhi ekstraksi berkaitan erat dengan laju perpindahan massa. Hal-hal yang mempengaruhi laju perpindahan massa adalah sebagai berikut [29]:

1. Penyiapan bahan sebelum ekstraksi

Untuk memudahkan proses ekstraksi perlu dilakukan penyiapan bahan baku yang meliputi pengeringan bahan dan penggilingan. Sebelum di ekstraksi bahan harus dikeringkan dahulu untuk mengurangi kadar airnya dan disimpan pada tempat yang kering agar terjaga kelembabannya. Dengan pengeringan yang sempurna akan dihasilkan ekstrak yang memiliki kemurnian yang tinggi.

2. Ukuran Partikel Padatan

Ukuran padatan yang besar, difusi zat terlarut dari dalam padatan ke permukaan padatan lebih besar daripada difusi dari permukaan padatan ke badan cairan. Sebaliknya pada ukuran padatan yang kecil difusi zat terlarut dari dalam padatan ke permukaan padatan lebih kecil daripada difusi dari permukaan padatan ke badan cairan. Kadar zat terlarut dalam pelarut makin lama semakin besar sampai keadaan setimbang. Untuk butir padatan yang cukup kecil dapat diambil asumsi bahwa konsentrasi zat terlarut dalam padatan selalu homogen.

3. Pelarut

Ada beberapa hal yang harus diperhatikan dalam pemilihan pelarut, yaitu : a. Sifat pelarut yang terdiri dari selektivitas, koefisien, densitas, tegangan

b. Jumlah pelarut

Semakin banyak jumlah pelarut semakin banyak pula jumlah produk yang akan diperoleh, hal ini dikarenakan :

 Distribusi partikel dalam pelarut semakin menyebar, sehingga memperluas permukaan kontak.

 Perbedaan konsentrasi solute dalam pelarut dan padatan semakin besar.

4. Perlakuan Hidrodinamik (Pengadukan)

Pengadukan merupakan hal yang berpengaruh dalam ekstraksi. Semakin bertambah kecepatan pengadukan maka semakin banyak pula zat terekstraksi yang didapat. Namun kecepatan pengadukan yang terlalu cepat dapat menyebabkan kandungan dari bahan tersebut rusak.

5. Waktu Operasi

Waktu ekstraksi merupakan hal yang berpengaruh dalam ekstraksi. Semakin lama waktu ekstraksi maka semakin banyak pula zat terekstraksi yang didapat. Namun waktu yang terlalu lama menyebabkan biaya operasi semakin tinggi. Dengan mempertimbangkan hal-hal yang mempengaruhi proses ekstraksi dan memberikan perlakuan yang dapat menunjang proses ekstraksi, maka akan didapatkan hasil ekstraksi secara maksimal.

2.4 SOLVEN YANG DIGUNAKAN

Solven yang digunakan pada penelitian ini adalah heksana dan etil asetat (1:1).

2.4.1 Heksana

n-Heksana merupakan senyawa kimia yang dipelajari secara detail melalui langkah - langkah dari kondisi suhu, kalori dan sifat akustik pada fasa cair dan fasa uap [31].

Heksana adalah sebuah senyawa hidrokarbon alifatik yang sangat mudah menguap dengan rumus kimia C6H14. n- Heksana merupakan konstituen dalam

isomer 2-metil pentana dan 3- metil pentana.n- Heksana merupakan jenis pelarut non polar [32].

Karakteristik n - heksana :

1. Nama Kimia : n-heksana

2. Nama lain :hexane, hexyl hydride 3. Rumus molekul : C6H14

4. Struktur Kimia : CH3CH2CH2CH2CH2CH3

5. Berat molekul : 86,18 kg/mol

6. Warna : berwarna

7. Melting point : - 95oC

8. Densitas : 0,6603 pada 20 °C 9. Boiling point : 69 ( P = 1 atm) 10.Flash Point : -22 ºC

11.Spesific gravity : 0,659

12. Kelarutan dalam air : tidak larut , 9,5 mg / L

13. Pelarut organik : Larut pada alkohol, kloroform, eter

Berbagai jenis nilai komersial n-heksana yang tersedia, dan konstituen selain n-heksana biasanya merupakan bagian yang disengaja dari proses pembuatan campuran komersial ini. Dimana ditujukan secara khusus untuk ekstraksi minyak atau penggunaan pada laboratorium. Kemurnian produk-n heksana yang diperoleh mungkin berada di kisaran 95-99% n-heksana; untuk berbagai penggunaan di mana kemurnian tidak begitu penting, campuran n-heksana komersial (di kisaran 20-80% dari n-heksana) mungkin mengandung sejumlah kecil bahan kimia seperti aseton, metal etil keton, diklorometana dan triklorometana, senyawa aromatis lainnya dan berbagai petroleum hidrokarbon [32].

2.4.2 Etil Asetat

Etil asetat merupakan cairan jernih yang tidak berwarna dan mudah terbakar. Penggunaan bahan ini biasa digunakan sebagai bahan mentah atau pelarut untuk melukis, bahan kulit maupun industri farmasi [33].

2. Berat molekul : 88,1 gr/mol

3. Tekanan uap : 93,7-94,5 mm Hg pada 25 ºC 4. Koefisien partisi : 0,73

5. Kelarutan dalam air : 8,08 x 104mg/1000 gr pada 20 ºC

2.5 TEKNIK ISOLASI DAN PEMURNIAN

Isolasi pada hasil akhir suatu reaksi membutuhkan kemurnian akan produk yang dihasilkan. Dimana, hasil reaksi dalam campuran tersebut mungkin saja masih mengandung pelarut, reagen yang berlebihan ataupun kemungkinan produk yang diinginkan bercampur dengan hasil reaksi lain yang tidak diinginkan.

Adapun beberapa teknik yang berhubungan dengan isolasi dan pemurnian sebagai berikut:

2.5.1 Teknik Filtrasi

Filtrasi terhadap suatu campuran setelah reaksi berlangsung merupakan hal yang penting karena dapat mengisolasi produk yang berada dalam bentuk padatan dari pelarutnya maupun dapat memisahkan zat pengotor dan reaktan yang tidak larut dari produk hasil reaksi yang masih berada dalam larutan [4].

2.6 TEKNIK REKRISTALISASI

Senyawa organik yang berbentuk padat yang diisolasi dari suatu hasil reaksi organik jarang yang sudah berada dalam bentuk murni. Pemurnian dari senyawa tersebut umumnya efektif dengan cara kristalisasi menggunakan pelarut maupun campuran pelarut yang sesuai.

Proses rekristalisasi terdiri dari :

1. Melarutkan senyawa yang belum murni ke dalam pelarut yang sesuai dengan temperature titik didihnya.

2. Menyaring larutan panas sehingga zat pengotor tidak larut akan terpisah.

3. Mendinginkan filtrat panas tersebut, hal ini akan membuat zat yang tadinya terlarut akan mengkristal.

4. Pemisahan kristal dari supernatant kemudian dikeringkan.

Jika kristalisasi tidak terbentuk selama pendinginan filtrat dalam waktu cukup lama maka larutan harus dibuat lewat jenuh [34].

2.7 KRISTALISASI ANTI-SOLVENT

Kristalisasi anti-solvent merupakan metode pemisahan dan pemurnian yang efektif. Metode ini menghasilkan kristal dari larutan dan mengendalikan sifat-sifat kristal seperti ukuran partikel dan bentuk morfologinya. Penggunaan anti-solvent dalam proses kristalisasi ini mengurangi kelarutan suatu zat terlarut dalam larutan dan membentuk kristal secara cepat. Sifat fisika dan kimia anti-solvent dapat mengubah laju pencampuran dengan larutan dan dengan demikian mempengaruhi laju nukleasi dan pertumbuhan kristal dari senyawa mengkristal. Selain itu, parameter eksperimen kristalisasi sangat mempengaruhi mekanisme pembentukan partikel dan mengatur bentuk ukuran kristal dan distribusinya. Umumnya, anti-solvent meliputi pengstabil hidrofilik seperti surfaktan yang diabsorbsi pada permukaan kristal untuk menghambat pertumbuhan kristal [10].

Pembentukan fasa padat pada proses kristalisasi terjadi pada 2 langkah. Pertama, penampilan struktur transisi antara fasa padatan dan fluida atau nukleasi. Nukleat terjadi pada dua tahap yaitu primer dan sekunder. Yang kedua, pertumbuhan strukturnya menjadi partikel padat yaitu kristal. Konsentrasi larutan harus lebih besar dibanding konsentrasi keseimbangan pada suhu kelarutan sehingga menjadi nukleasi dan pertumbuhan kristal terjadi. Perbedaan antara konsentrasi actual dan konsentrasi keseimbangan disebut supersaturation dan merupakan gaya dorong proses kristalisasi. Supersaturation dapat dihasilkan pada system melalui pendinginan, penguapan pelarut dan perubahan medium dengan menambahkan antisolvent yang mengurangi kelarutan zat terlarut pada system resultan atau pengubahan zat terlarut melalui reaksi kimia menghasilkan zat lain dengan kelarutan yang lebih rendah. Proses lainnya yang terjadi seperti aglomerasi dan kerusakan partikel partikel yang mempengaruhi distribusi ukuran produk akhir (kristal) [35].

pelarut anti-solvent harus dipisahkan sehingga dapat digunakan kembali. Keuntungan lain dari kristalisasi anti-solvent adalah bahwa perubahan komposisi pelarut dapat mendukung satu struktur kristal dalam kasus-kasus di mana zat terlarut dapat mengkristal dalam dua atau lebih fase kristal. Proses kristalisasi anti-solvent ini biasa dilakukan pada kristalisasi pada gula seperti laktosa, fruktosa [35].

2.8 METODE ANALISA

Adapun metode analisa yang digunakan untuk penelitian ini di antaranya adalah :

2.8.1 Spektroskopi FTIR (Fourier Transform InfraRed)

Absorpsi sinar ultraviolet dan cahaya tampak akan mengakibatkan tereksitasinya elektron. Sedangkan absorpsi radiasi inframerah, energinya tidak cukup untuk mengeksitasi elektron, namun menyebabkan peningkatan amplitudo getaran (vibrasi) atom-atom pada suatu molekul [36].

2.9 ANALISA BIAYA

Analisa biaya dilakukan untuk mengetahui apakah produk yang dihasilkan melalui penelitian ini bersifat ekonomis. Bahan-bahan yang digunakan dibagi menjadi dua bagian, yaitu bahan untuk ekstraksi dan bahan baku untuk kristalisasi.

Bahan-bahan yang digunakan untuk ekstraksi yaitu pelarut berupa heksana atau etil asetat dan jus tomat. Dari penelitian yang telah dilakukan, diperoleh kadar likopen tertinggi diperoleh dengan menggunakan perbandingan Umpan dan Pelarut (F/S) 1:4, maka untuk perhitungan analisa biaya ini dilakukan perhitungan dengan menggunakan jumlah umpan (jus tomat) yaitu 150 ml dan jumlah pelarut 600 ml. Dimana untuk memperoleh 150 ml jus tomat dilakukan penghalusan 110 gram tomat. Diasumsikan bahwa dilakukan recycle pada penggunaan pelarut dan antisolvent hingga tidak dapat digunakan kembali hingga penggunaan tomat sebesar 110 kg tomat.

Berikut ini adalah tabel jumlah bahan baku yang digunakan untuk mengekstraksi likopen dari buah tomat :

Tabel 2.3 Keterangan Jumlah Bahan Baku untuk Mengekstraksi Likopen dari Buah Tomat Menggunakan Pelarut Heksana dan Etil Asetat

Bahan Kuantitas Harga/satuan (Rp)

Harga (Rp)

Heksana Teknis 300 ml Rp 20.000/L 6.000,00

Etil Asetat Teknis 300 ml Rp 20.000/L 6.000,00

Tomat 110 kg 2.000,00/kg 220.000,00

Total Rp 232.000,00

Bahan baku untuk proses kristalisasi adalah antisolvent berupa metanol sebanyak 200 ml. Rendemen kristal likopen yang diperoleh dengan penggunaan antisolvent metanol teknis, maka dilakukan perhitungan analisa biaya untuk metanol teknis sebagai antisolvent.

Tabel 2.4 Keterangan Jumlah Bahan Baku untuk Proses Kristalisasi Likopen dari Ekstrak Buah Tomat Menggunakan Antisolvent Metanol

Bahan Kuantitas Harga/satuan (Rp) Harga (Rp)

Metanol 200 ml 15.000,00/L 3.000,00

Total Rp 3.000,00

Dari Tabel 2.3 dan 2.4 diperoleh total biaya bahan baku untuk ekstraksi dan kristalisasi likopen dari buah tomat adalah Rp Rp 232.000,00 + Rp 3.000,00 = Rp 235.000,00. Diasumsikan bahwa dari 110 kg buah tomat akan menghasilkan 3,345 gram likopen, sehingga harga 1 gram likopen = Rp 235.000,00/3,345 gram = Rp 70.254,11/gram = Rp 70.254.000,00.