RANCANG BANGUN SENSOR KIMIA DALAM DETEKSI
SPEKTROFOTOMETRI UNTUK PENENTUAN PENGAWET
NITRIT
Marudut Sinaga, Ribka Tiwa Naibaho, dan Manihar Situmorang
Jurusan Kimia FMIPA Universitas Negeri Medan, Jl. Willem Iskandar Psr. V Medan, Sumatera Utara
Abstrak. Kebutuhan akan instrumen analisis yang memiliki daya analisis akurat, selektif, sensitif, cepat dan sederhana untuk penentuan pengawet nitrit sangat perlu. Pengawet nitrit sering ditambahkan ke dalam daging untuk menjaga warna daging tetap baik. Akan tetapi, nitrit pada kadar tertentu harus dihindarkan karena dapat membentuk nitrosoamin yang bersifat toksik. Tujuan penelitian ini adalah membuat rancang bangun sensor kimia sebagai instrumen analisis untuk penentuan pengawet nitrit. Sensor dibuat dengan cara mengintegrasikan senyawa kimia aktif yang memberi respon pada nitrit diintegrasikan dengan deteksi spektrofotometri. Prinsip analisa adalah reaksi nitrit dengan asam sulfanilat menghasilkan diazonium diikuti kopling menggunakan N-(1-naftil) etilen diamin dihidroklorida (NED) membentuk senyawa azo berwarna ungu kemerahan yang dapat diukur pada 542 nm. Studi awal pembuatan sensor sudah dilakukan. Sensor memberi respon terhadap nirit, yaitu 10 menit per sampel. Linieritas pengukuran berada pada skala 0,1 – 8,0 ppm nitrit, dan batas deteksi mM nitrit. Pengaruh senyawa pengganggu terhadap sensitifitas pengukuran juga dipelajari, karena sensor masih terganggu oleh kehadiran senyawa pengganggu.
Kata Kunci. Sensor kimia, pengawet, nitrit, spektrofotometri, NED.
PENDAHULUAN
Penggunaan bahan pengawet pada makanan sering sulit dihindari dengan tujuan memperlambat, menghambat, mencegah, menghentikan proses pembusukan dan fermentasi dari bahan makanan baik yang disebabkan oleh mikroba, bakteri, ragi maupun jamur. Penambahan senyawa pengawet sering tidak terkontrol karena efisiensi bahan pengawet tergantung pada konsentrasi bahan, komposisi bahan makanan dan tipe organisme yang akan dihambat. Penggunaan bahan pengawet yang aman bagi kesehatan diperbolehkan sepanjang masih berada dalam tingkat ambang batas toleransi. Salah satu contoh zat pengawet pada makanan adalah natrium nitrit atau kalium nitrit yang sering digunakan sebagai pengawet daging. Pengawet tersebut
berfungsi sebagai antiseptik, yaitu sebagai bakteriostatis dalam larutan asam terhadap jasad renik anaerob. Selain itu, nitrit juga berfungsi memberikan warna merah pada daging yang diawetkan. Penggunaan bahan pengawet yang aman bagi kesehatan diperbolehkan sepanjang masih berada dalam batas tingkat ambang batas toletansi. Akan tetapi, penggunaan senyawa nitrit dalam jumlah yang melebihi batas dapat menimbulkan efek yang membahayakan kesehatan, karena nitrit dapat berikatan dengan amino dan amida yang terdapat pada protein daging membentuk turunan nitrosoamin yang bersifat toksis yang diduga dapat menimbulkan kanker. Penggunaan nitrit maksimum pada daging olahan dan daging awetan yakni 50 - 125 μg mL dan untuk korned kaleng 5 μg mL. Dengan demikian, diperlukan pengawasan terhadap kehadiran nitrit di dalam makanan
agar tidak melebihi ambang batas. Untuk mengetahui kehadiran bahan pengawet nitrit di dalam makanan diperlukan instrumen yang baik, cepat dan akurat agar informasi yang tepat terhadap keberadaan kadar senyawa pengawet nitrit di dalam makanan dapat diketahui dengan pasti.
Beberapa metode analisis yang dipergunakan untuk menentukan nitrit diantaranya metode kolorimetri, metode spektrofotometri, metode kromatografi, dan metode elektroanalisis. Metode analisis kromatografi seperti HPLC diketahui memiliki sensitifitas yang sangat baik karena dapat menentukan kadar nitrit sampai pada konsentrasi sangat rendah, akan tetapi instrumen HPLC relatif mahal, biaya analisis tinggi, dan harus dikerjakan oleh orang yang sangat terampil sehingga tidak ekonomis untuk dipergunakan sebagai instrumen analisis untuk analisis nitrit di dalam sampel makanan. Metode analisis spektrofotometri UV-Vis sangat rentan terhadap pengaruh pengganggu (interference), terutama senyawa berwarna yang terdapat di dalam sampel mengakibatkan hasil analisis kurang akurat, sehingga usaha harus dilakukan untuk meningkatkan selektifitas penentuan agar bebas dari pengarung senyawa berwarna. Permasalahan lain dalam analisis secara spektrofotometri adalah pengukuran yang kurang sensitif karena sulit memilih senyawa kimia pengabsorbsi yang tepat. Kebanyakan zat atau senyawa kimia pengabsorbsi bersifat karsinogenik sehingga tidak aman bagi pengguna di laboratorium. Untuk mengatasi permasalahan di atas, dibutuhkan instrumen analisis yang memiliki daya analisis sangat sensitif dan selektif, hasil analisis akurat, prosedur analisis sederhana, dan dengan biaya analisis yang relatif rendah. Untuk memenuhi kriteria ini, perlu dibuat rancang bangun sensor kimia melalui hasil penelitian sebagai instrumen analisis yang sensitif, selektif, akurat, cepat, dan stabil untuk penentuan senyawa nitrit di dalam
daging. Tujuan dari penelitian adalah mengembangkan sensor kimia dalam sistem deteksi spektrofotometri untuk monitoring bahan pengawet senyawa nitrit yang terkandung di dalam makanan, sehingga menjadi salah satu metode analisis standar di laboratorium.
METODE PENELITIAN
Bahan kimia yang dipegunakan dalam penelitian ini adalah tyramine, semuanya pro-analisis (PA) yaitu; N-(1-naftil) etilen diamin dihidroklorida (NED), asam sulfanilat, asam klorida, asam asetat glasial, akuades, natrium nitrit, natrium hidroksida, asam klorida, kalium dihidrofosfat dekahidrat, natrium klorida, timbal nitrat, glukosa, natrium karbonat, asam askorbat
dan senyawa lain yang digunakan dalam analisis. Peralatan yang dipergunakan diantaranya diantaranya ekstraktor, PowerLab 20D (ADInstrumen, Australia), Spektrofotometer UV-Vis (Perkin Elmer, Lamda 25), conducting platik, dan gelas-gelas kimia. Prosedur pembuatan larutan dan perlakuan sampel yang diperlukan di dalam penelitian ini dijelaskan secara terperinci pada laporan penelitian..
Prosedur penelitian meliputi pembuatan matriks polimer pada plastik kondukting, immobilasi sulfanilat senyawa kimia aktif pada matriks polytyramin secara elektrokimia, pembuatan desain sensor kimia dalam deteksi spektofotometri, optimisasi sistem deteksi dan aplikasi sensor kimia untuk menentukan kadar nitrit dalam sampel makanan yang mengandung dagig olahan. Prosedur selengkapnya prosedur pelaksanaan penelitian dijelaskan dalam laporan penelitian [10]. Matriks polimer polityramin dibuat dari monomer tyramin yang pada plastik kondukting secara elektropolymerisasi. Selanjutnya senyawa sulfanilat diimobilasi di dalam polymer secara elektrodeposisi sampai dihasilkan lapisan transparan yang mengandung senyawa aktif yang dapat
bereaksi dengan nitrit dan memberikan warna dengan N-(1-naftil) etilen diamin dihidroklorida (NED) yang dapat dideteksi secara spektrofotometri pada 542 nm.
HASIL DAN PEMBAHASAN
Rancang bangun sensor kimia sebagai instrumen standar untuk monitoring kadar zat pengawet pada makanan adalah membuat sensor kimia tunggal melalui immobilisasi senyawa kimia aktif di dalam matriks polytyramin yang diintegrasikan dengan kuvet dan spektrofotometry. Disain sensor kimia yang dibuat ditunjukkan pada gambar 1.
Sensor kimia hasil pengembangan dipergunakan untuk penentuan nitrit. Untuk mendapatkan deteksi yang optimum pada penentuan nitrit telah dilakukan optimasi variasi pelarut, diantaranya melihat respon dan sensitifitas sensor kimia pada variasi pH larutan. Sensor kimia menunjukkan respon yang baik terhadap nitrat, yaitu optimum pada panjang gelombang 542 nm. Uji respon sensor kimia menggunakan larutan standar nitrit dilakukan untuk melihat sensitifitas dan linearitas pengukuran seperti diperlihatkan pada Gambar 2a, dan kurva kalibrasi larutan standar nitrit diperlihatkan pada Gambar 2b.
GAMBAR 1. Rancang bangun sensor kimia dalam sistem statis yang terdiri atas: analit, senyawa kimia aktif, transduser terdiri atas komponen elektronik, amplifikasi signal, dan signal prosessor pada mikrokomputer (Power Lab)
GAMBAR 2. Respon sensor kimia penentuan nitrit
dalam deteksi spektrofotometri UV-Vis: (a) Signal hasil pengukuran 10 ppm nitrit dalam pada
gelombang 450-600 nm, dan (b) Kurva kalibrasi
larutan standar 1-15 mM nitrit diukur pada 542 nm.
Senyawa nitrit dengan pereaksi asam dan NED akan membentuk warna ungu merah yang dapat diukur dengan panjang gelombang maksimum 542 nm. Jumlah mol nitrit yang bereaksi sama dengan jumlah mol senyawa azo yang dihasilkan oleh reaksi. Terjadinya senyawa yang berwarna ungu merah didasarkan pada reaksi diazotasi dimana senyawa amin primer aromatik dikopling dengan N-(1-naftil) etilen diamin dihidroklorida (NED mengikuti persamaan reaksi berikut:
Selanjutnya optimasi sensor kimia dilakukan menggunakan larutan standar nitrit untuk melihat sensitifitas dan linearitas pengukuran pada variasi pH berbeda (pH 1,0 – 8,0). Kurva kalibrasi larutan standar nitrit pada variasi pH larutan diperlihatkan pada Gambar 3.
GAMBAR 3. Respon sensor kimia pada analisis
larutan standar nitrit pada variasi pH larutan, dan kondisi optimum pada pH 2,0 diukur pada 542 nm.
Dari hasil pengukuran diperoleh bahwa data linearitas terbaik adalah pH 2. Ion diazonium yang dihasilkan dari reaksi asam sulfanilat dengan nitrit akan bereaksi dengan n-(1-naftil)-etilendiamin dihidroklorida membentuk senyawa azo yang berwarna ungu kemerahan pada kondisi asam.
Respon Sensor Terhadap Senyawa Pengganggu
Beberapa senyawa kimia yang sering ditambahkan ke dalam makanan dan minuman dianalisis menggunakan sensor kimia untuk meyakinkan selektifitas sensor pada penentuan nitrit. Terhadap larutan standar 8 ppm nitrit ditambahkan
masing-masing 1 mM senyawa senyawa
pengganggu (interferen) yang diduga sering ada di dalam sampel makanan atau ditambahkan ke dalam makanan seperti glukosa, fruktosa, kolesterol, asam askorbat (vitamin C), beberapa jenis garam seperi NaCl, protein albumin, dan asam amino fenil alanin, dan campuran, selanjutnya dilakukan pengukuran pada panjang gelombang penentuan nitrit. Selanjutnya analisis senyawa murni masing-masing 1 mM senyawa interferen dan campurannya juga dilakukan. Respon sensor kimia diukur berdasarkan absorban hasil pengukuran untuk senyawa murni dan campuran seperti diperlihatkan pada Gambar 4.
Dari hasil pengukuran diperoleh bahwa semua senyawa penggangu yang ditambahkan memberikan pengaru
GAMBAR 4. Pengaruh interferen terhadap respon
sensor kimia penentuan nitrit dan dalam deteksi spektrofotometri. Ke dalam 8 ppm nitrit ditambahkan 1 mM berbagai jenis interferen. Pengukuran dilakukan pada diukur pada 542 nm.
h terhadap pengukuran nitrit, dan senyawa penggangu yang memberikan pengaruh lebih besar adalah asam askorbat (vitamin C). Hampir semua senyawa yang dianalisis mempengaruhi respon penentuan nitrit. Studi lebih lanjut masih dilakukan untuk meningkatkan selektifitas sensor nitrit.
KESIMPULAN
Rancang bangun sensor kimia untuk penentuan nitrit telah berhasil dikembangkan. Sensor didisain melalui integrasi sel, detektor UV-Vis dan proses data yang kompak yang memberikan respon yang sensitif terhadap nitrit pada λ 542 nm. Sensor kimia menunjukkan linearitas yang cukup baik, yaitu berada pada skala konsentrasi 0,1-10 ppm, dan batas deteksi berada pada 0, 1 ppm nitrit. Pengembangan disain sensor kimia masih perlu dilakukan untuk meningkatkan selektifitas dan kesederhanaan analisis sehingga dapat dipergunakan menjadi instrumen analisis rutin di laboratorium dan industri.
UCAPAN TERIMA KASIH
Ucapan terima kasih disampaikan kepada DP2M Direktorat Jenderal Pendidikan Tinggi, Kementerian Pendidikan dan Kebudayaan yang memberikan dana penelitian Penelitian Hibah Bersaing Tahun 2013
DAFTAR PUSTAKA
Eigenmann, P.A., dan Haenggeli, C.A., (2007), Food colourings, preservatives, and hyperactivity, The Lancet 370: 1524-1525.
Winarno, F.G., (1984), Kimia Pangan dan
Gizi, Gramedia Pustaka Utama, Jakarta.
Friedman, M dan Juneja, V.K., (2010), Review of Antimicrobial and Antioxidative Activities of Chitosans in
Food, Journal of Food Protection, 73(9): 1737–1761.
Doul J., C.D. Klassen and M.O. Amdur, (1986), Chemistry Carsinogen in Casarett and Doull’s, Hanbook of
Toxicology The Basic Science of Poisons, 2nd Ed., Mac Millan Publishing Co., New York.
Putra, R. P., (2010), Waspadai Pembentukan Nitrosamin pada Daging
yang Diawetkan.
http://www.kendariekspres.com/news.ph p?newsid6340 Tanggal akses 19 Maret 2012.
Winarno, F.G., (1984), Kimia Pangan dan
Gizi, Gramedia Pustaka Utama, Jakarta.
Ruiz-Capillas, C., dan Jimenez-Colmenero, F., (2008), Determination of preservatives in meat products by flow injection analysis (FIA), Food Additives
and Contaminants 25(10): 1167–1178. Situmorang, M.; Simanjuntak, E.P., dan
Silaen, D, (2010), Pengembangan
Metode Analisis Spektrofotometry
Melalui Reaksi Enzimasi Untuk
Penentuan Glukosa Di Dalam Buah-Buahan, Jurnal Sain Indonesia 34(3): 8-14.
Sinaga, M., Simanungkalit, B., dan Situmorang, M., (2013), Pengembangan Sensor Kimia Untuk Monitoring Pengawet Benzoat Di Dalam Berbagai Jenis Minuman, Journal Saintika (In
Press).
Sinaga, M., Sihombing, K., dan Situmorang, M., (2013), Rancang
Bangun Sensor Kimia Sebagai
Instrumen Analisis Dalam Deteksi Spektrofotometri Untuk Penentuan Pengawet Formaldehida dan Nitrit,
Laporan Penelitian FMIPA Unimed, Medan
Situmorang, M, Silitonga, P.M, Nurwahyuni, I, Zebua, R., Simanungkalit, R.F., dan Manalu, T., (2008) Biosensor Elektrokimia Dalam Sistem Flow Injeksi Analisis Untuk Penentuan Asam Urat Di Dalam Daging Segar, Jurnal Penelitian Saintika 8(2): 7-14
