vi DAFTAR ISI
Halaman
HALAMAN JUDUL ... i
LEMBAR PENGESAHAN ... ii
KATA PENGANTAR ... iii
DAFTAR ISI ... vi
DAFTAR TABEL ... ix
DAFTAR GAMBAR ... x
DAFTAR LAMPIRAN ... xi
DAFTAR SINGKATAN DAN ISTILAH ... xii
ABSTRAK ... xiv ABSTRACT ... xv BAB I PENDAHULUAN 1.1 Latar Belakang ... 1 1.2 Rumusan Masalah ... 4 1.3 Tujuan ... 4 1.4 Manfaat Penelitian ... 5
BAB II TINJAUAN PUSTAKA 2.1 Kappaphycus alvarezii Doty. ... 6
2.2 Karagenan ... 8 2.3 Jenis Karagenan ... 8 2.3.1 Kappa Karagenan... 9 2.3.2 Iota Karagenan ... 9 2.3.3 Lambda Karagenan ... 9 2.4 Sifat Karagenan ... 10 2.4.1 Kelarutan... 10 2.4.2 Stabilitas pH... 10 2.4.3 Pembentukan Gel ... 11
2.5 Metode Isolasi Karagenan ... 12
2.6 Standar Mutu Karagenan ... 14
2.7 Evaluasi Fisika Kimia Karagenan ... 15
2.7.1 Rendemen ... 15
2.7.2 Viskositas ... 16
2.7.3 Kekuatan Gel ... 17
2.7.4 Gelling temperature dan Melting temperature ... 18
2.7.5 Kadar Sulfat ... 18
2.7.6 Kadar Abu ... 19
vii BAB III METODE PENELITIAN
3.1 Rancangan Penelitian ... 21
3.2 Lokasi dan Waktu Penelitian ... 22
3.3 Alat dan Bahan ... 22
3.3.1 Alat ... 22
3.3.2 Bahan ... 22
3.4 Variabel Penelitian dan Definisi Operasional ... 23
3.4.1 Variabel Penelitian... 23
3.4.2 Definisi Operasional ... 23
3.5 Prosedur Penelitian ... 24
3.5.1 Optimasi Metode Isolasi Karagenan ... 24
3.5.2 Tahap Ekstraksi Rumput Laut ... 25
3.6 Evaluasi Fisika dan Kimia Karagenan ... 27
3.6.1 Rendemen ... 27
3.6.2 Viskositas ... 28
3.6.3 Kekuatan Gel ... 28
3.6.4 Gelling temperature dan Melting temperature ... 29
3.6.5 Kadar Sulfat ... 29
3.6.6 Kadar Abu ... 30
3.7 Analisis Data ... 30
3.7.1 Analisis Pengaruh Faktor terhadap Respon dengan ANOVA-one way 30 3.7.2 Penentuan Metode Isolasi Optimum ... 31
3.8 Skema Umum Penelitian ... 32
BAB IV HASIL DAN PEMBAHASAN 4.1 Pengumpulan dan Determinasi Kappaphycus alvarezii Doty. ... 33
4.2 Pengolahan Sampel ... 34
4.3 Proses Optimasi Metode Isolasi Karagenan ... 35
4.4 Penetapan Kadar Air Karagenan Hasil Optimasi Metode Isolasi ... 37
4.5 Evaluasi Karakteristik Fisika dan Kimia Karagenan ... 38
4.5.1 Organoleptis ... 40 4.5.2 Rendemen ... 41 4.5.3 Viskositas ... 44 4.5.4 Kekuatan Gel ... 47 4.5.5 Kadar Abu ... 49 4.5.6 Kadar Sulfat ... 52 4.5.7 Melting Temperature ... 54 4.5.8 Gelling Temperature ... 56
4.5.9 Penentuan Metode Isolasi Karagenan Optimum dari Rumput Laut Kappaphycus alvarezii Doty. ... 58
viii BAB V KESIMPULAN DAN SARAN
5.1 Kesimpulan ... 61
5.2 Saran ... 61
DAFTAR PUSTAKA ... 63
ix
DAFTAR TABEL
Halaman
Tabel 2. 1 Standar Mutu Karagenan………...14
Tabel 3.1 Faktor dengan Level Tertinggi dan Terendah………25
Tabel 3.2 Rancangan Optimasi Metode Isolasi Karagenan………...25
Tabel 4.1 Standar Mutu Karagenan………...38
Tabel 4.2 Hasil Uji Normalitas menggunakan Design Expert Version 7.0.0……39
Tabel 4.3 Hasil Uji Homogenitas menggunakan Design Expert Version 7.0.0….40 Tabel 4.4 Hasil Pengujian Organoleptis terhadap Karagenan dari Kappaphycus alvarezii Doty….………41
x
DAFTAR GAMBAR
Halaman Gambar 3.1. Skema Umum Penelitian…..………32 Gambar 4.1. Grafik Pengaruh Variasi Konsentrasi KOH, Waktu Ekstraksi, dan
Waktu Presipitasi terhadap Rendemen. ... 42 Gambar 4.2.Grafik Pengaruh Variasi Konsentrasi KOH, Waktu Ekstraksi, dan
Waktu Presipitasi terhadap Viskositas. ... 45 Gambar 4.3. Grafik Pengaruh Variasi Konsentrasi KOH, Waktu Ekstraksi, dan Waktu Presipitasi terhadap Kekuatan Gel. ... 48 Gambar 4.4. Grafik Pengaruh Variasi Konsentrasi KOH, Waktu Ekstraksi, dan
Waktu Presipitasi terhadap Kadar Abu. ... 51 Gambar 4.5. Grafik Pengaruh Variasi Konsentrasi KOH, Waktu Ekstraksi, dan
Waktu Presipitasi terhadap Kadar Sulfat. ... 53 Gambar 4.6. Grafik Pengaruh Variasi Konsentrasi KOH, Waktu Ekstraksi, dan
Waktu Presipitasi terhadap Melting Temperature. ... 55 Gambar 4.7. Grafik Pengaruh Variasi Konsentrasi KOH, Waktu Ekstraksi, dan
Waktu Presipitasi terhadap Gelling Temperature. ... 57 Gambar 4.8. Output dari program Design Expert version 7.0.0 ... 58
xi
DAFTAR LAMPIRAN
Lampiran 1. Determinasi Tanaman Rumput Laut Kappaphycus alvarezii Doty...67 Lampiran 2. Tahapan Pengolahan Data dalam Design Expert Version 7.0.0 ... 68 Lampiran 3. Hasil Evaluasi Optimasi Metode Isolasi Karagenan dari Rumput
Laut Kappaphycusalvarezii Doty………..…74 Lampiran 4. Output ANOVA One Way pada Program Design Expert 7.0.0
untuk Hasil Evaluasi Optimasi Metode Isolasi Karagenan……...77 Lampiran 5. Gambar Proses Isolasi Karagenan dari Kappaphycus alvarezii Doty. ... 81
xii
DAFTAR SINGKATAN DAN ISTILAH
Cp : Centipoise
Hidrokoloid : Suatu polimer larut dalam air, yang mampu membentuk koloid dan mampu mengentalkan larutan atau membentuk gel dari larutan tersebut.
Karagenan : Hidrokoloid dengan molekul besar yang terdiri atas 1000 lebih residu galaktosa yang terdiri dari ester, kalium, natrium, dan kalium sulfat dengan galaktosa dan 3,6 anhydro galaktose copolimer
Karagenofit : Rumput laut penghasil karagenan Kation : Atom yang bermuatan positif
KCl : Kalium Klorida
KOH : Kalium Hidroksida
Larutan alkali : Larutan basa dengan pH lebih dari 7 Presipitasi : Pengendapan
Rendemen : Hasil ekstraksi yang dihitung berdasarkan rasio antara berat awal dan hasil ekstraksi
Simplisia : Bagian tanaman yang belum mengalami pengolahan apapun kecuali pengeringan
Thallus : Tumbuhan yang tidak mempunyai akar, batang dan
xiii
Thermo-reversible : Gel akan mencair jika dipanaskan dan akan membentuk
gel kembali bila didinginkan
Gelling Temperature : Suhu larutan karagenan dalam konsentrasi tertentu mulai membentuk gel.
Melting Temperature : Suhu larutan karagenan yang mencair dengan konsentrasi tertentu.
xiv ABSTRAK
Kappaphycus alvarezii Doty. merupakan salah satu jenis alga merah (Rhodophyceae) penghasil kappa karagenan. Karagenan memiliki nilai jual tinggi karena mampu membentuk gel secara thermoreversible. Kualitas karagenan yang dihasilkan sangat ditentukan oleh metode isolasi karagenan yang meliputi beberapa tahapan, yaitu perendaman, ekstraksi, pemurnian, dan pengeringan. Penelitian ini bertujuan untuk mendapatkan metode isolasi karagenan yang optimum dari rumput laut Kappaphycus alvarezii Doty. menggunakan desain percobaan faktorial program Design Expert Version.7.0.0.
Rumput laut diperoleh dari perairan Desa Semaya, Nusa Penida, Bali. Metode isolasi karagenan dioptimasi dengan memvariasikan 3 faktor yaitu konsentrasi KOH (5% dan 10%), waktu ekstraksi (1 jam dan 3 jam), dan waktu presipitasi (0,5 jam dan 1 jam) menggunakan pelarut KCl sehingga diperoleh 8 formula dan dilakukan evaluasi sifat fisika dan kimia karagenan. Evaluasi sifat fisika dan kimia yang meliputi rendemen, viskositas, melting temperature, gelling temperature, kekuatan gel, kadar sulfat, dan kadar abu. Data hasil evaluasi dianalisis dengan ANOVA one-way menggunakan program Design Expert Version 7.0.0 dan selanjutnya ditentukan metode isolasi karagenn optimum serta sifat fisika dan kimianya.
Hasil analisis menggunakan Design Expert version 7.0.0 menunjukkan metode isolasi karagenan optimum adalah konsentrasi KOH 5,13%, waktu ekstraksi 1,65 jam, dan waktu presipitasi 0,96 jam dengan desirability 0,715. Karakteristik fisika dan kimia karagenan dari metode isolasi optimum menghasilkan nilai rendemen sebesar 28,0653 ± 1,103%, viskositas 5,6 ± 1,012 cP, melting temperature 90,6 ± 0,l59oC, gelling temperature 46,66 ± 0,183oC, kekuatan gel 571,34 ± 3,128 g/cm2, kadar sulfat 31,16 ± 0,827% dan kadar abu 17,23 ± 0,936%. Dengan nilai rendemen, viskositas, melting temperature, gelling temperature, kekuatan gel, kadar sulfat, kadar abu telah memenuhi kriteria FAO dan karagenan komersial.
Kata kunci: Karagenan, Kappaphycus alvarezii Doty., Isolasi, Desain Percobaan Faktorial
xv ABSTRACT
Kappaphycus alvarezii Doty. is one type of red algae (Rhodophyceae) producing kappa carrageenan. Carrageenan has a higher trading value because it has an ability to form gels thermoreversible. The quality of the resulting carrageenan is determined by the method of insulation covering carrageenan, such as soaking, extraction, purification, and drying. This study aimed to obtain optimum carrageenan isolation method from seaweed Kappaphycus alvarezii Doty. using factorial experimental in program of Design Expert Version 7.0.0.
Carrageenan isolation method is optimized by varying three factors, including the concentration of KOH (5% and 10%), extraction time (1 hours and 3 hours), and precipitation time (0,5 hours and 1 hours) using KCl solvent in order to obtain 8 formulas and tested on physical and chemical characteristics. Physical and chemical characteristics such as yield, viscosity, melting temperature, gelling temperature, gel strength, sulfate content, and ash content. Evaluation data were analyzed with one-way ANOVA using Design Expert Version 7.0.0 and then the optimum isolation method was determined to know the characteristics of chemical and physical of carrageenan.
Based on Analysis from design Expert version 7.0.0 showed the optimum formula which is 5,13% KOH concentration, extraction time 1,65 hours and precipitation time 0,95 hours with the desirability 0,715. Physical and chemical characteristics of this study indicate the yield was 28,0653 ± 1,103%, the viscosity was 5,6 ± 1,012 cP, melting temperature was 90,6 ± 0,159oC, gelling temperature was 46,66 ± 0,183oC, gel strength was 571,34 ± 3,128 g/cm2, sulfate content was 31,16 ± 0,827% and ash content was 17,2331 ± 0,936%. The yield value, viscosity, gel strength, gelling temperature, melting temperature, sulfate content and ash content had been fulfill based on criteria of FAO and commercial carrageenan.
Keywords: Carrageenan, Kappaphycus alvarezii Doty., Isolation, Factorial Experimental Design.
1 BAB I PENDAHULUAN
1.1 Latar Belakang
Kappaphycus alvarezii Doty. termasuk jenis rumput laut yang banyak dibudidayakan dan dikembangkan di Indonesia. Desa Semaya, Kecamatan Nusa Penida, Kabupaten Klungkung Bali merupakan salah satu wilayah penghasil rumput laut Kappaphycus alvarezii Doty., produksi rumput laut di daerah tersebut mencapai 130 sampai 225 ton perbulan (Dinas Kelautan dan Perikanan Provinsi Bali, 2008). Kappaphycus alvarezii Doty. mudah dibudidayakan serta memiliki nilai ekonomis yang tinggi dan dapat diolah untuk menghasilkan karagenan (Prasetyowati, dkk., 2008).
Karagenan merupakan senyawa polisakarida galaktosa yang terdapat dalam dinding sel rumput laut atau matriks intraseluler dan merupakan penyusun terbesar dari berat kering rumput laut. Karagenan dibagi menjadi tiga jenis berdasarkan sifat gelnya, yaitu kappa, iota, dan lambda. Kappa karagenan menghasilkan sifat gel terkuat, dan merupakan karagenan yang dihasilkan oleh rumput laut Kappaphycus alvarezii Doty. (Chapman, 1980).
Karagenan memiliki gugus sulfat, yang tidak banyak dimiliki oleh polimer alam lainnya. Hal inilah yang menyebabkan struktur karagenan banyak dimodifikasi untuk mendapatkan produk yang berpotensi diaplikasikan dalam berbagai bidang industri (Campo et al., 2009). Salah satu pemanfaatan karagenan dalam industri farmasi dan kosmetika yaitu sebagai bahan pembentuk gel (gelling
2
agent), bahan perbaikan tekstur, pengental, dan pengikat air (hidrogel) (Distantina, 2012). Namun untuk memproduksi karagenan dengan kualitas yang baik diperlukan metode ekstraksi karagenan yang cukup rumit dan relatif menghabiskan energi yang cukup besar. Hal ini menyebabkan pengembangan industri karagenan di Indonesia menjadi terhambat (Anggadireja dkk., 2006). Secara umum, metode isolasi karagenan dari rumput laut membutuhkan beberapa tahapan, yaitu proses perendaman, ekstraksi, pemisahan karagenan dengan pelarutnya, kemudian pengeringan karagenan (Distantina, 2012).
Penelitian tentang metode isolasi karagenan dari rumput laut Kappaphycus alvarezii Doty. telah dilakukan oleh Lestari (2016), dengan mengoptimasi penggunaan pelarut ekstraksi KOH, waktu ekstraksi, dan waktu presipitasi menggunakan pelarut etanol, hasil rancangan metode isolasi yang paling optimum dari penelitian tersebut memiliki nilai kekuatan gel yang belum memenuhi persyaratan karagenan komersial. Berdasarkan kekurangan pada penelitian sebelumnya, maka akan dilakukan penelitian lebih lanjut dengan penggunaan KCl dalam proses presipitasi dan penggunaan KOH dalam proses ekstraksi.
Proses presipitasi menggunakan KCl method, yaitu dengan cara merendam filtrat hasil proses ekstraksi menggunakan KCl, mampu membentuk gel yang kuat, hal ini disebabkan karena ion K+ merupakan kation spesifik yang mampu mengimbas pembentukan gel pada kappa karagenan. Ion K+ dapat mengikat sulfat sehingga membantu terbentuknya gugus 3,6 anhidro-galaktosa yang merupakan gugus pembentuk gel. Kekuatan gel sangat penting untuk menilai perlakuan yang optimum dalam proses isolasi karagenan (Campo et al., 2009). Merujuk pada
3
penelitian yang dilakukan oleh Rimbawan (2016) menunjukkan bahwa presipitasi menggunakan KCl method dalam optimasi metode isolasi karagenan mampu menghasilkan kekuatan gel yang memenuhi persyaratan karagenan komersial. Penelitian lainnya yang dilakukan oleh Ningsih (2014), menunjukkan bahwa ekstraksi menggunakan KOH menghasilkan nilai kekuatan gel yang lebih tinggi dibandingkan NaOH, dengan metode presipitasi yang digunakan dalam penelitian ini yaitu KCl method. Hal ini menunjukkan bahwa adanya pengaruh penggunaan pelarut KOH dan KCl pada proses isolasi karagenan.
Penggunaan KOH dalam proses ekstraksi mampu meningkatkan kekuatan ionik dalam rantai polimer, karagenan sehingga gaya antar molekul terlarut semakin besar yang menyebabkan keseimbangan antara ion-ion yang larut dengan ion-ion terikat dalam struktur karagenan dapat membentuk gel dan penggunaan pelarut alkali KOH dapat membuat ekstraksi polisakarida dari rumput laut Kappaphycus alvarezii Doty. menjadi lebih sempurna sehingga dapat meningkatkan rendemen karagenan. Rendemen termasuk salah satu parameter penting dalam menilai perlakuan yang optimum dalam proses isolasi karagenan. Selain penggunaan pelarut, waktu ekstraksi, dan waktu presipitasi merupakan hal yang dapat mempengaruhi rendemen yang dihasilkan dari isolasi karagenan. Waktu ekstraksi dan waktu presipitasi yang semakin lama akan menghasilkan rendemen yang semakin meningkat hingga mencapai titik optimum, ketika waktu ekstraksi dan waktu presipitasi melewati titik optimum akan menyebabkan terjadinya penurunan rendemen yang dihasilkan (Distantina, dkk., 2012).
4
Berdasarkan kekurangan penelitian sebelumnya dan acuan penelitian terkait, maka akan dilakukan penelitian lebih lanjut untuk mengoptimasi penggunaan KOH pada proses ekstraksi, waktu ekstraksi dan waktu presipitasi menggunakan desain percobaan faktorial. Metode yang digunakan pada proses presipitasi dalam penelitian ini yaitu, KCl method. Data hasil evaluasi karagenan dianalisis menggunakan ANOVA One Way untuk mengetahui pengaruh mana yang signifikan antara konsentrasi KOH, waktu ekstraksi, waktu presipitasi dan interaksi ketiganya dalam menentukan respon karakteristik fisika dan kimia karagenan. Selanjutnya, desain percobaan faktorial menganalisa dan memilih kondisi optimum dengan cara mencari metode isolasi yang memiliki nilai desirability mendekati 1. Kelebihan dari metode ini adalah dapat mengidentifikasi ada atau tidaknya interaksi antara faktor yang diteliti serta menghemat waktu (Bolton & Bon, 2004; Kothari, 2004).
1.2 Rumusan Masalah
Rumusan masalah penelitian ini adalah berapa konsentrasi KOH, waktu ekstraksi, dan waktu presipitasi menggunakan KCl method yang optimal pada isolasi karagenan dari rumput laut Kappaphycus alvarezii menggunakan Desain Percobaan Faktorial program Design Expert version 7.0.0?
1.3 Tujuan
Tujuan penelitian ini adalah untuk mengetahui berapa konsentrasi KOH, waktu ekstraksi, dan waktu presipitasi menggunakan KCl method yang optimal
5
pada isolasi karagenan dari rumput laut Kappaphycus alvarezii menggunakan Desain Percobaan Faktorial program Design Expert version 7.0.0
1.4 Manfaat Penelitian
Dapat digunakan sebagai sumber informasi mengenai optimasi konsentrasi KOH, waktu ekstraksi, dan waktu presipitasi menggunakan KCl method pada isolasi karagenan dari rumput laut Kappaphycus alvarezii menggunakan Desain Percobaan Faktorial program Design Expert version 7.0.0. Sehingga dihasilkan karagenan dengan mutu yang memenuhi standar FAO (Food Agriculture Organization) dan Karagenan Komersial yang nantinya karagenan dapat digunakan dalam campuran bahan untuk membuat suatu poduk/ sediaan farmasi.
