BAB II
TINJAUAN PUSTAKA 2.1 Siklus Nitrogen
Nitrogen merupakan komponen penting dari protein, materi genetik, klorofil, dan molekul organik penting lainnya. Semua organisme membutuhkan nitrogen untuk hidup. Meskipun nitrogen sangat berlimpah di atmosfer sebagai gas dinitrogen (N2), sebagian besar tidak dapat diakses oleh sebagian besar
organisme. Hanya ketika nitrogen dikonversi dari gas dinitrogen menjadi amonia (NH3) menjadi tersedia untuk produsen utama, seperti tanaman (Bernhard, 2010).
Siklus nitrogen dapat dilihat pada Gambar 2.1.
Sumber : Anggreini (2016)
a. Fiksasi Nitrogen
Proses mengubah N2 menjadi NH3disebut fiksasi nitrogen. gas N2 adalah
senyawa yang sangat stabil karena kekuatan ikatan rangkap tiga antara atom nitrogen, dan membutuhkan sejumlah besar energi untuk memecah ikatan ini. Seluruh proses membutuhkan delapan elektron dan setidaknya enam belas molekul ATP. Sebagian besar fiksasi nitrogen dilakukan oleh kelompok prokariota (Bernhard, 2010).
N
2+ 8 H
++ 8e
-2 NH
3+ H
2b. Amonifikasi
Ketika suatu organisme mengeluarkan limbah atau mati, nitrogen dalam jaringan adalah berupa nitrogen organik (asam amino misalnya, DNA). Berbagai jamur dan prokariota kemudian menguraikan jaringan dan melepaskan nitrogen anorganik kembali ke ekosistem sebagai amonia proses ini dikenal sebagai amonifikasi. Amonia tersebut kemudian digunakan untuk penyerapan oleh tanaman dan mikroorganisme lainnya untuk pertumbuhan (Bernhard, 2010).
c. Nitrifikasi
Nitrifikasi adalah proses yang mengubah amonia menjadi nitrit dan kemudian menjadi nitrat dan merupakan langkah penting dalam siklus nitrogen secara global.Ada dua langkah yang berbeda dari nitrifikasi yang dilakukan oleh jenis mikroorganisme yang berbeda. Langkah pertama adalah oksidasi amonia menjadi nitrit, yang dilakukan oleh mikroba yang dikenal sebagai amonia-oksidasi. oksidasi amonia aerobik mengkonversi amonia menjadi nitrit. Langkah kedua dalam nitrifikasi adalah oksidasi nitrit (NO2-) menjadi nitrat (NO3-).
Beberapa jenis yang terlibat dalam oksidasi nitrit termasuk Nitrospira, Nitrobacter, Nitrococcus, dan Nitrospina (Bernhard, 2010; Hill, 1996).
d. Asimilasi
Asimilasi merupakan proses pemanfaatan nitrat dalam proses fotosintesis. Asimilasi terjadi melalui penyerapan nitrogen dalam bentuk ion nitrat dan amonium dari dalam tanah oleh tanaman. Melalui suatu proses, senyawa ion nitrogen tersebut kemudian direaksikan hingga terbentuk berbagai unsur organik seperti asam amino, asam nukleat dan bahkan ada senyawa ion nitrogen yang di sisipkan ke dalam klorofil(Bernhard, 2010; Anggreini, 2016).
e. Denitrifikasi
Denitrifikasi adalah proses yang mengubah nitrat menjadi gas nitrogen kembali ke atmosfer. Gas dinitrogen (N2) adalah produk akhir utama dari
denitrifikasi. Beberapa bakteri denitrifikasi termasuk spesies dari genus Bacillus, Paracoccus, dan Pseudomonas(Bernhard, 2010).
2.2Sumber nitrit dan nitrat dalam pangan
Sumber utamanya secara umum adalah makanan terutama sayuran dan air minum(Silalahi, 2005).Sayuran merupakan sumber utama nitrat, umumnya terdapat300 sampai 940mg/g dari asupan makanan sehari-hari. Nitrit ditemukan dalam tanaman, biasanya 1-2 mg/kg berat sayuran segar. Jumlah yang lebih tinggi dari nitrit ditemukan dalam makanan yang terkontaminasi atau dalam jaringan sayur yang rusak dalam makanan disimpan selama beberapa hari pada suhu kamar (Chowdhury dan Das, 2015).
2.2.1 Sayuran
Konsentrasi nitrat dalam sayuran sangat bervariasi, mulai dari sekitar 1 untuk 10000mg / kg berat segar. Kandungan nitrat dalam sayuran sangat variatif, dapat dilihat pada Tabel 2.1. Kadar nitrat yang terbesar yaitu dengan kadar lebih besar dari 2500 mg/kg adalah bit, seledri, selada, bayam dan lobak (Walters, 1996).
Tabel 2.1 Rentang kadar nitrat dan dari berbagai sayuran
Jenis Sayur Rentang Kadar Nitrat (mg/kg) Rentang Kadar Nitrit (mg/kg) Kelas Asparagus 3-700 0,2-0,9 1 Bit 100-4500 0-4,5 5 Brokoli 140-2300 0-1 2 Kubis 0-2700 0,16-0,4 3 Wortel 0-2800 0-0,6 3 Kembang Kol 53-4500 0-1,1 2 Seledri 50-5300 0,4-0,5 5 Ketimun 17-570 0,16-0,8 2 Kubis 30-5500 0,2-1,8 3 Selada 90-13000 0,16-1,4 5 Peterseli 0-4100 0-94 4 Kacang Polong 20-100 0,4-2,6 1 Kentang 57-1000 0-2,1 1 Lobak 60-9000 0-3,5 5 Bayam 2-6700 0-162 5 Tomat 0-170 0,16-1,6 1
Sumber: Walters, (1996); Keeton, et al.,(2009); Anggreini, (2016)
2.2.2 Air
Nitrat dalam air minum berasal dari berbagai sumber, dipengaruhi oleh aktivitas manusia dan begitu bervariasi antara daerah dan waktu. Faktor utama adalah curah hujan, limbah atau kotoran hewan, fiksasi biologis dalam tanah dan berbagai praktik pertanian (Hill, 1996). Konsentrasi nitrat dalam air biasanya rendah (0-18 mg/l), tetapi dapat mencapai tingkat tinggi akibat dari cemaran pertanian, kontaminasi dengan kotoran manusia atau hewan (WHO, 2011).
Berdasarkan Permenkes No.492/Menkes/Per/IV/2010, persyaratan kualitas air minum, kadar nitrit dan nitrat maksimal adalah 3 mg/l dam 50 mg/l.
2.2.3 Pengawetan Daging
Nitrit dapat berfungsi sebagai pengawet dan pemberi warna cerah pada daging. Sebagai pengawet, nitrit mampu menghambat pertumbuhan beberapa bakteri, terutama Clostridium botulinum (Silalahi, 2005).
Berdasarkan Permenkes No. 722/Menkes/Per/IX/1988, batas maksimum penggunaan nitrit dan nitrat sebagai bahan tambahan pangan pada daging olahan dan daging awetan yaitu 125 mg/kg dan 50 mg/kg, sedangkan penggunaan nitrat pada daging olahan dan daging awetan memiliki batas maksimum yakni 500 mg/kg (Permenkes RI., 1988).
2.3 Faktor yang mempengaruhi kadar nitrit dan nitrat dalam sayuran
Faktor-faktor yang mempengaruhi penyerapan NO3 dan akumulasi dalam
sayuran, yaitu faktor genetik, faktor lingkungan: kelembaban atmosfer, kadar air substrat, suhu,radiasi, penyinaran dan faktor pertanian: dosis nitrogen, ketersediaan nutrisi lain,penggunaan herbisida, penyimpanan (Corre and Breimer, 1979).Faktor utama yang berkontribusi terhadap kandungan nitrat dalam sayuran dapat dinyatakan sebagai berikut: faktor genetik 10%, periode tumbuh 15%, kondisi tanah 20%, pemupukan 30% dan kondisi cuaca 25% (Raczuk, et al., 2014).
Pengolahan seperti perebusan juga mempengaruhi kadar nitrat dan nitrit, studi yang telahdilakukan menunjukkan pengurangan kadar nitrat (16-79%) ketika sayuran seperti kacang polong, kubis, buncis, wortel, kentang bayam, dan seledri direbus dalam air. Untuk kentang, sebuah studi menemukan bahwa
penurunan terbesar dalam mengurangi nitrat (36-58%) dan nitrit (82-98%) diamati ketika kentang dikupas direbus dalam air (Chowdhury dan Das, 2015).
Dalam makanan, nitrat sangat stabil secara kimia pada range pH tertentu. Nitrat dapat direduksi menjadi nitrit, walaupun hanya kontak dengan logam seperti peralatan aluminium pada proses perebusan (Walters, 1996).
2.4Efek Nitrit dan Nitrat Tubuh Manusia 2.4.1 Efek Negatif
Sumber utama toksisitas nitrit adalah pembentukan methaemoglobin (Met-Hb)dari oksihemoglobin (oxy-Hb). Hemoglobin (Hb) adalah kompleks yang mengandung besi dalam eritrosit dengan peran utama untuk transportasi oksigen, bergabung dengan oksigen untuk membentuk oxy-Hb. Berbagai senyawa pengoksidasi bereaksi dengan oxy-Hb untuk membentuk Met-Hb (berwarna cokelat).Methaemoglobin adalah hemoglobin yang di dalamnya ferro (Fe2+) telah diubah menjadi ferri (Fe3+) dan kemampuannya untuk mengangkut oksigen telah berkurang dan menyebabkan warna darah menjadi coklat. Ketika Met-Hb kurang dari 10% dari total Hb biasanya tidak ada gejala; di atas 10% menyebabkan sianosis di mana kulit berwarna rona abu-abu kebiruan dan darah terasa berwarna cokelat. Gejala awal adalah kelelahan, tetapi ketika proporsi yang tinggi akan menyebabkan koma dan kematian; tingkat mematikan berlaku jika kadar methaemoglobin mencapai 60% (Hill, 1996).
Kiese dan Weger pada tahun 1969 melakukan studi dari toksisitas nitrit secara intravena. Ketika relawan diberi 4mg NaN02 per kg berat badan tingkat
methaemoglobin mencapai maksimal 7%; 12 mg/kg mencapai 25% methaemoglobin. Dengan asumsi hubungan antara dosis-respons adalah linear dan
bahwa dengan kadar 60% methaemoglobin mematikan, hasil ini menunjukkan dosis secara i.v yang mematikan adalah 1,5-2,5 g untuk orang dewasa rata-rata 60-70 kg berat badan. Natrium nitrit kadang-kadang digunakan untuk bunuh diri (Hill, 1996).
Pada kondisi tertentu, nitrit bereaksi dengan senyawa amina, khususnya amina sekunder, membentuk senyawa nitroso yang bersifat karsinogenik. Reaksi ini terjadi pada suasana asam.Tingginya kasus kanker hati dan lambung di Jepang serta China diduga karena mereka banyak mengonsumsi cumi-cumi yang banyak mengandung dimetilena (Silalahi, 2005) . Selain sebagai sumber nitrat, sayur juga merupakan sumber utama asam askorbat (vitamin C). Asam askorbat dapat menghambat sintesis nitrosamin dan menurunkan resiko methaemoglobinemia (Raczuk, et al., 2014).
Efek lain dari dari nitrat dan nitrit adalah dapat menghambat penyerapan yodium. Namun, apa yang telah diuji di laboratorium mungkin tidak mengakibatkan efek samping pada manusia dalam keadaan paparan yang normal. Selain efek nitrat pada tiroid yang diamati pada hewan percobaan dan pada ternak, studi epidemiologi mengungkapkan indikasi untuk efek antitiroid nitrat pada manusia. Jika yodium dalam makanan memadai (sesuai dengan ekskresi yodium harian 150-300 mg / hari), efek nitrat cenderung lemah.Efek nitrat pada fungsi tiroid dapat menjadi kuat jika kekurangan yodium dan gizi secara bersamaan (WHO, 2011).
2.4.2 Efek positif
Hasil antara dari denitrifikasi mikroba dalam siklus nitogen adalah Nitrogen Monoksida (NO) (Bryan dan Lancaster Jr, 2011). NO juga disebut nitrogen oksida atau nitrat oksida (nitric oxide) adalah suatu gas tak berwarna, tanpa oksigen larut didalam air.Sintesis nitrogen oksida di endotelium vaskular berperan sebagai vasodilator yang penting untuk mengatur tekanan darah. Dalam sistem saraf pusat, nitrogen oksida adalah suatu neurotransmiter yang mendukung berbagai fungsi seperti pembentukan memori (Silalahi, 2005).
NO juga dihasilkan oleh makrofag dan neutrofil sebagai bagian dari respon kekebalan tubuh manusia (Bryan dan Loscalzo, 2011). Karena nitrogen oksida memiliki sifat sitotoksis dan dibentuk oleh makrofag yang aktif, nitrogen oksida tampaknya berperan dalam imunitas nonspesifik (Silalahi, 2005).
2.5Seledri
Menurut Herbarium Medanese (2016) , klasifikasi tanaman seledri adalah sebagai berikut: Kingdom : Plantae Divisi : Spermatophyta Kelas : Dicotyledoneae Ordo : Apiales Famili : Apiaceae Genus : Apium
Species : Apium graveolens L.
Nama daerah untuk seledri adalah saladri, seleri, sederi, daun sop, daun soh (Jawa), salada (Sunda) (Hariana, 2011). Seledri merupakan tanaman sayuran
bumbu berbentuk rumput yang berasal dari Asia dan Eropa. Tanaman yang mempunyai tinggi sekitar 50 cm ini mempunyai batang yang tidak berkayu, bersegi, beralur, beruas, bercabang, dan berwarna hijau pucat. Menurut Soewito pada tahun 1989 seledri terbagi menjadi 3 jenis, yaitu
(1) Seledri daun (Apium graveolens L var. Secalinum Alef)
Seledri jenis ini lebih suka tumbuh di tanah yang agak kering. Bagian seledri yang digunakan adalah daunnya, cara memetiknya ialah dicabut.
(2) Seledri potong (Apium graveolens L var. Sylvestre Alef)
Seledri ini lebih suka tumbuh di tanah yang mengandung pasir atau kerikil dengan kandungan air yang banyak tetapi tidak sampai tergenang. Tanah yang berlumpur tidak menguntungkan bagi tanaman seledri ini, cara memetiknya ialah dipotong.
(3) Seledri berumbi (Apium graveolens L var. Rapaceum Alef)
Jenis ini tumbuh di tanah yang gembur dan banyak mengandung air. Bentuk batangnya membesar seperti umbi tetapi yang digunakan adalah bagian daunnya. Seledri daun (Apium graveolens L var. Secalinum Alef) merupakan jenis seledri yang paling banyak dibudidayakan di Indonesia (Pinem, 2007).
Kandungan kimia tanaman ini antara lain 1,5-3% minyak terbang (yang berisi 60-70%) limonene, pthalides, dan β-selinene), flavo-glokoside (apiin), apigenin, kolin, lipase, asparagin, zat pahit, vitamin A, vitamin B, vitamin C, coumarins, dan flavonoids. Tumbuhan bersifat hipotensif (Apigenin) dan berkhasiat sebagai antirematik, karminatif, penghenti pendarahan (hemostatis), peluruh haid, antispasmodik, diuretik, penurunan tekanan darah (hipotensif), dan pemacu enzim pencernaan (Hariana, 2011).
2.5.1 Kadar nitrat dan nitrit dalam seledri
Rentang kadar nitrat dalam seledri adalah 50-5300 mg/kg (Walters, 1996). Kadar nitrat dan nitrit pada seledri bervariasi pada berbagai kota di Amerika Serikat, yakni pada kota Chicago, Dallas, Los Angeles, New York dan Raleigh berturut-turut adalah 229,713 mg/kg dan 0,232 mg/kg; 2052,329 mg/kg dan 0,43 mg/kg; 2651,405 mg/kg dan 0,132 mg/kg; 87,669 mg/kg dan 0,042 mg/kg; 2200,651 mg/kg dan 0,075 mg/kg (Keeton, et al., 2009).
2.5.2 Pengaruh Lama Perebusan dan Jenis Air yang digunakan terhadap Kadar Nitrat dan Nitrit dalam Seledri
Studi yang telahdilakukan menunjukkan pengurangan kadar nitrat (16-79%) ketika sayuran seperti kacang polong, kubis, buncis, wortel, kentang bayam, dan seledri direbus dalam air(Chowdhury dan Das, 2015). Menurut Barandozi dan Borujeni (2013) pada bawang perai dan bayam yang direbus dengan air demineral menunjukkan penurunan kadar nitrat dan nitrit pada bayam dan bawang perai. Ditemukan bahwa antara 23% dan 61% dari nitrat yang terkandung dalam sayuran segar hilang ketika sayuran tersebut direbus. Perebusan mengurangi kadar nitrat karena nitrat dan nitrit larut dan memiliki kecenderungan untuk mudah terbawa kedalam air rebusan (Huarte, et al., 1997).
2.6 Penetapan Kadar Nitrit dan Nitrat
Metode yang digunakan dalam menentukan kadar nitrit dan nitrat yaitu kolorimetri, HPLC, GC, dan spektrofotometri sinar tampak. Metode lain yang digunakan adalah kemiluminesen, prinsipnya didasarkan pada reduksi nitrit menjadi NO oleh kalium iodida atau reduktor lain yang lebih kuat dan reaksi berikutnya antara NO dengan ozon membentuk NO2- (Hill, 1996; Jobgen, et al.,
Prinsip kolorimetri adalah reaksi dengan sulphanilamide dan N -lnaphthylethylenediamine telah banyak digunakan untuk pengukuran nitrit dan nitrat, dengan mereduksi nitrit (Hill, 1996).
Pada spektrofotometri sinar tampak adalah gabungan dengan metode kolorimetri, dimana sampel sebelumnya direaksikan dengan pereaksi yang akan menghasilkan warna pada larutan sampel (Hess, 2000).
2.6.1 Metode spektrofotometri sinar tampak
Spektrofotometri UV-Vis adalah pengukuran panjang gelombang dan intensitas sinar ultraviolet dan cahaya tampak yang diabsorbsi oleh sampel. Prinsip dasar analisis kuantitatif suatu senyawa dengan spektrofotometri UV-Vis adalah Hukum Lambert-Beer(Gandjar dan Rohman, 2012).
Hukum Lambert-Beer menyatakan bahwa intensitas yang diteruskan oleh larutan zat penyerap berbanding lurus dengan tebal dan konsentrasi larutan. Dalam hukum Lambert-Beer berlaku persamaan : A = abc
A adalah absorban; a adalah absorptivitas (suatu konsentrasi yang tidak tergantung padakonsentrasi, tebal kuvet dan intensitas radiasi yang mengenai larutan sampel); b adalah tebal kuvet; c adalah konsentrasi (Rohman,2007).
Metode spektrofotometri sinar tampak dalam penetapan kadar nitrit dan nitrat adalah berdasarkan reaksi kolorimetri uji Griess (lihat Gambar 2.2), dimana nitrit mengalami reaksi diazotasi dengan asam sulfanilat dan N-(1-Naftil) etilendiamin dihidroklorida yang akan menghasilkan senyawa azo berwarna ungu kemerahan yang dapat diukur secara spektrofotometri sinar tampak pada panjang gelombang 540 nm (Hess, 2000).
Gambar 2.2 Reaksi kolorimetri antara nitrit, asam sulfanilat dan NED Sumber : (Sun, et al., 2003)
Metode spektrofotometri berdasarkan kolorimetri dalam penetapan kadar nitrat dan nitrit telah digunakan secara luas pada sayuran dengan reaksi azo asam sulfanilat dan naftil etilen diamin dihidroklorida (Özdestan dan Üren, 2011; Barandozi dan Borujeni, 2013; Rezaei, et al., 2014). Untuk penentuan kadar nitrat sendiri, dilakukan dengan terlebih dahulu mereduksinya menjadi nitrit. Reduksi nitrat menjadi nitrit, dilakukan dengan cara direduksi dengan logam Zn(Hill, 1996; Vogel, 1990) maupun dengan campuran kadmium, natrium tartrat dan asam tartrat (Özdestan dan Üren, 2011; Silalahi, et al., 2007). Nitrat juga dapat direduksi dengan serbuk Zn dan HCl atau asam asetat (Masfria, dkk., 2013).Selanjutnya, nitrit yang terbentuk dianalisis melalui reaksi pada Gambar 2.2 diatas.
