BAB 2
TINJAUAN PUSTAKA
2.1 Kayu Manis (Cinnamomun burmannii)
Adapun taksonomi kayu manis adalah sebagai berikut: Kingdom : Plantae
Super Divisi : Spermatophyta Divisi : Magnoliophyta Kelas : Magnoliopsida Ordo : Laurales Famili : Lauraceae Genus : Cinnamomum
Spesies : Cinnamomum burmannii
(Anonymous, 2010)
Kayu manis merupakan tanaman asli Indonesia yang banyak dijumpai di Sumatera Barat, Jambi, Sumatera Utara, Bengkulu, Jawa Barat, Jawa Tengah, Jawa Timur dan Maluku (Rismunandar, 2010). Penanaman kayu manis yang terbesar di Indonesia adalah di daerah Sumatera Barat. Di daerah ini, tanaman ditemukan umumnya di ketinggian 600 – 1200 m dari permukaan laut. Meskipun begitu, di daerah dataran rendah masih ditemukan tanaman kayu manis. Pada umumnya tanaman yang ditanam di daerah dataran rendah pertumbuhannya lebih cepat daripada tanaman yang ditanam di daerah dataran tinggi, tetapi tebal kulit dan aromanya tidak sebaik tanaman yang ditanam di daerah dataran tinggi (Muhammad, 1973). Tanaman ini tumbuh baik di daerah lembab, dengan curah hujan antara 2000-2500 mm per tahun, dan keadaan tanah yang banyak mengandung humus, tanah gembur dan berpasir, serta tidak ada genangan air (Rismunandar, 1993). Daun kayu manis kecil dan kaku dengan pucuk berwarna merah. Umumnya tanaman yang tumbuh di dataran tinggi warna pucuknya lebih merah dibanding di dataran rendah. Kulitnya abu-abu dengan aroma khas dan rasanya manis (Rismunandar, 1993).
2.1.1. Kandungan Kimia dan Efek Farmakologis
Kulit kayu manis kering pada umumnya mengandung minyak atsiri, pati, protein dan lain-lain. Aroma kulit kayu manis berasal dari minyak atsiri (Rismunandar, 1993). Kulit Kayu Manis mempunyai rasa pedas dan manis, berbau wangi serta berasa hangat. Beberapa bahan kimia yang terkandung dalam kayu manis diantaranya minyak atsiri eugenol, safrole, sinamaldehid, tanin, kalsium oksalat, damar, dan zat penyamak.
2.1.2. Perbanyakan dan Perawatan Tumbuhan
Perbanyakan kayu manis dapat dilakukan dengan biji dan tunas akar. Kayu manis dirawat dengan disiram air yang cukup, dijaga kelembapan tanahnya dan dipupuk dengan pupuk organik. Tumbuhan ini memerlukan tempat yang mendapat cukup sinar matahari atau sedikit terlindung (Hariana, 2008).
2.1.3. Bagian Tumbuhan yang Digunakan dan Pemanfaatannya
Kulit, batang, daun, dan akar kayu manis dapat digunakan untuk mengobati beberapa penyakit : Asam Urat dan Tulang Keropos, Hernia, Muntah-muntah (Hariana, 2008).
2.2 Minyak Atsiri
Minyak Atsiri merupakan salah satu senyawa organik yang banyak ditemukan di alam dan berasal dari jaringan tumbuhan. Miyak Atsiri merupakan salah satu senyawa metabolit sekunder yang mudah menguap (volatil) dan bukan merupakan senyawa murni tetapi tersusun atas beberapa komponen yang mayoritas berasal dari golongan terpenoid (Guenther, 1987).
Minyak atsiri yang berasal dari bunga pada awalnya dikenal dari penentuan struktur secara sederhana, yaitu dengan perbandingan atom hidrogen dan atom karbon dari senyawa terpenoid yaitu 8:5 dan dengan perbandingan tersebut dapat dikatakan bahwa senyawa tersebut adalah golongan terpenoid.
Fraksi yang paling mudah menguap biasanya terdiri dari golongan terpenoid yang mengandung 10 atom karbon. Fraksi yang mempunyai titik didih lebih tinggi terdiri dari terpenoid yang mengandung 15 atom karbon. Sebagian besar terpenoid mempunyai kerangka karbon yang dibangun oleh dua atau lebih unit C-5 yang disebut isopren. Klasifikasi terpenoid ditentukan dari unit isopren atau unit C-5 penyusun senyawa tersebut. Senyawa umum biosintesa terpenoid dengan terjadinya 3 reaksi dasar, yaitu:
1. Pembentukan isoprene aktif berasal dari asam asetat melalui asam mevalonat. 2. Penggabungan senyawa dan ekor dua unit isopren akan membentuk mono-, seskui-, di-, sester-, dan poli-terpenoid.
3. Pengabungan ekor dan ekor dari unit C15 atau C20 menghasilkan terpenoid atau steroid.
Tabel 2.1 Klasifikasi Senyawa Terpenoid
(Harborne, 1987).
2.2.1 Komposisi Kimia Minyak Atsiri
Pada umumnya perbedaan minyak atsiri komposisi minyak atsiri disebabkan perbedaan jenis tanaman penghasil, kondisi iklim, tanah tempat tumbuh, umur panenan, metode ekstraksi yang digunakan dan cara penyimpanan minyak. Minyak atsiri biasanya terdiri dari berbagai campuran persenyawaan kimia yang terbentuk dari unsur Karbon (C), Hidrogen (H), dan Oksigen (O).
Pada umumnya komponen kimia minyak atsiri dibagi menjadi dua golongan yaitu :
1. Golongan hidrokarbon yang terdiri dari persenyawaan Terpen
Persenyawaan yang termasuk golongan ini terbentuk dari unsur karbon dan Hidrogen Jenis hidrokarbon yang terdapat dalam minyak atsiri sebagian besar terdiri dari monoterpen ( 2 unit isoprene), sesquiterpen ( 3 unit isoprene), diterpen ( 4 unit isoprene) dan politerpen.
2. Golongan hidrokarbon teroksigenasi
Komponen kimia dari golongan persenyawaan ini terbentuk dari unsur Karbon (C), Hidrogen (H), dan Oksigen (O). persenyawaan yang termasuk dalam golongan ini adalah persenyawaan alkohol, aldehid, keton, ester, eter, dan fenol. Ikatan karbon yang terdapat dalam molekulnya dapat terdiri dari ikatan tunggal, ikatan rangkap tiga. Terpen mengandung ikatan tunggal dan ikatan rangkap dua (Ketaren, 1985).
No Jenis Senyawa Jumlah Atom Karbon
Sumber
1 Monoterpen 10 Minyak Atsiri
2 Seskuiterpen 15 Minyak Atsiri
3 Diterpen 20 Resin Pinus Zat Warna Karoten
2.2.2 Biosintesis Minyak Atsiri
Secara kimia minyak atsiri bukan merupakan senyawa tunggal, tetapi tersusun dari berbagai macam komponen yang secara garis besar terdiri dari kelompok terpenoid dan fenil propana. Berdasarkan proses biosintesisnya atau pembentukan komponen minyak atsiri di dalam tumbuhan, minyak atsiri dapat dibedakan menjadi dua golongan. Golongan pertama adalah turunan terpenoid yang terbentuk melalui jalur biosintesis asam asetat mevalonat. Golongan kedua adalah turunan fenil propanoid yang merupakan senyawa aromatik, terbentuk melalui jalur biosintesis asam sikimat (Agusta, 2000).
Mekanisme dari tahap-tahap reaksi biosintesis terpenoid yaitu asam asetat yang telah diaktifkan oleh koenzim A melakukan kondensasi jenis Claisen menghasilkan asam asetoasetat. Senyawa yang dihasilkan ini dengan asetil koenzim A melakukan kondensasi jenis aldol menghasilkan rantai karbon bercabang sebagaimana ditemukan pada asam mevalonat. Reaksi-reaksi berikutnya ialah fosforilasi, eliminasi asam fosfat dan dekarboksilasi menghasilkan IPP yang selanjutnya berisomerisasi menjadi DMAPP oleh enzim isomerase. IPP sebagai unit isopren aktif bergabung secara kepala ke ekor dengan DMAPP dan penggabungan ini merupakan langkah pertama dari polimerisasai isopren untuk menghasilkan terpenoid. Penggabungan ini terjadi karena serangan elektron dari ikatan rangkap IPP terhadap atom karbon dari DMAPP yang kekurangan elektron diikuti oleh penyingkiran ion pirofosfat.
CH3 C
Asetil koenzim A Asetoasetil koenzim A
CH3 C
Asetoasetil koenzim A Asetil koenzim A
CH3 C
Berikut adalah Gambar Reaksi Biosintesa Terpenoid
Asetil koenzim A Asetoasetil koenzim A
HO
Asam 5-dehidroshikimat Asam 5-dehidrokuinat
OH
2.2.3 Sumber Minyak Atsiri
Minyak atsiri merupakan salah satu akhir proses metabolisme sekunder dalam tumbuhan.Tumbuhan penghasil minyak atsiri antara lain termasuk famili Pinaceae, Labiatae, Compositae, Lauraceae, Myrtaceae, Rutaceae, Piperaceae, Zingiberaceae, Umbelliferae, dan Gramineae. Minyak atsiri terdapat pada setiap bagian tumbuhan yaitu di daun, bunga, buah, biji, batang, kulit, akar, dan rimpang (Ketaren, 1985)
2.2.4 Kegunaan Minyak atsiri
Rochim (2009), Kegunaan Minyak atsiri sangat luas dan spesifik, khususnya dalam berbagai bidang industri seperti :
1. Farmasi dan kesehatan
Bidang kesehatan minyak atsiri digunakan sebagai aroma terapi. Aroma yang muncul dari minyak atsiri dapat menimbulkan efek menenangkan yang pada akhirnya dapat digunakan sebagai terapi psikis. Dengan memanfaatkan aroma terapi, psikis dibuat lebih tenang dan rileks. Selain menenangkan, zat aktif dalam minyak atsiri juga sangat membantu proses penyembuhan karena memiliki sifat anti radang, antifungi, dan antiserangga.
2. Kosmetik
Dalam hal perawatan kecantikan, minyak atsiri juga digunakan sebagai campuran bahan kosmetik. Kehadiran minyak atsiri dapat memberikan aroma khas pada produk. Beberapa produk kosmetik yang membutuhkan peran atsiri untuk memperkuat efeknya
3. Makanan
Pada makanan, minyak atsiri ditambahkan sebagai penambah aroma dan penambah rasa. Dalam pembuatan makanan olahan, tak jarang bahan yang digunakan hanya sedikit menggunakan bahan utama. Oleh sebab itu, kehadiran minyak atsiri dapat memperkuat aroma dan rasa sehingga produk makanan serasa memiliki cita rasa yang tak kalah dengan produk aslinya.
2.2.5 Metode Isolasi Minyak Atsiri
2.2.5.1 Metode Destilasi
Minyak atsiri umumnya diisolasi dengan empat metode yang lazim digunakan sebagai berikut :
3. Metode destilasi kering (langsung dari bahannya tanpa menggunakan air). Metode ini paling sesuai untuk bahan tanaman yang kering dan untuk minyak-minyak yang tahan pemanasan (tidak mengalami perubahan bau dan warna saat dipanaskan).
4. Destilasi air, meliputi destilasi air dan uap air dan destilasi uap air langsung. Metode ini dapat digunakan untuk bahan kering maupun bahan segar dan terutama digunakan untuk minyak-minyak yang kebanyakkan dapat rusak akibat panas kering. Seluruh bahan dihaluskan kemudian dimasukkan ke dalam bejana yang bentuknya mirip dandang (Gunawan, 2004).
2.2.5.2Metode Penyarian
Metode penyarian digunakan untuk minyak-minyak atsiri yang tidak tahan pemanasan seperti cendana. Kebanyakkan dipilih metode ini karena kadar minyaknya di dalam tanaman sangat rendah/kecil. Bila dipisahkan dengan metode lain, minyaknya akan hilang selama proses pemisahan. Pengambilan minyak atsiri menggunakan cara ini diyakini sangat efektif karena sifat minyak atsiri yang larut sempurna di dalam bahan pelarut organik non polar (Gunawan, 2004).
2.2.5.3Metode Pengepresan atau Pemerasan
Metode ini hanya bisa dilakukan terhadap simplisia yang mengandung minyak atsiri dalam kadar yang cukup besar. Bila tidak, nantinya hanya akan habis dalam proses. Metode ini dilakukan untuk minyak-minyak atsiri yang tidak stabil dan tidak tahan pemanasan seperti minyak jeruk. Juga terhadap minyak-minyak atsiri yang bau dan warnanya berubah akibat pengaruh pelarut penyari. Metode ini juga hanya cocok untuk minyak atsiri yang rendemenya relatif besar (Gunawan, 2004).
2.2.5.4Metode Enfleurage
Metode ini sering disebut metode pelekatan bau dengan menggunakan media lilin.. Metode ini digunakan karena diketahui ada beberapa jenis bunga yang setelah dipetik, enzimnya masih menunjukkan kegiatan dalam menghasilkan minyak atsiri sampai beberapa hari, misalnya bunga melati sehingga perlu perlakuan yang tidak merusak aktivitas enzim tersebut secara langsung. Caranya adalah dengan menaburkan bunga dihamparan lapisan lilin dalam sebuah baki besar (1m x 2m) dan ditumpuk-tumpuk menjadi beberapa tumpukan baki yang saling menutup rapat. Baki-baki berlapis lilin tersebut dieramkan, dibiakan menyerap bau bunga sampai beberapa hari. Setiap kali bunga yang sudah habis masa kerja enzimnya diganti dengan bunga segar. Demikian seterusnya hingga dihasilkan lilin yang berbau harus (dalam perdagangan dikenal sebagai pomade). Selanjutnya, pomade dikerok dan diekstraksi menggunakan etanol seperti lazimnya proses ekstraksi biasa (Gunawan, 2010).
2.3 Analisis Komponen Minyak Atsiri Dengan GC-MS
2.3.1 Kromatografi Gas
Kromatografi adalah cara pemisahan campuran yang didasarkan atas perbedaan distribusi dari komponen campuran tersebut diantara dua fase yaitu fase bergerak dan fase diam. Dalam kromatografi gas, fase bergeraknya adalah gas dan zat terlarut terpisah sebagai uap. Pemisahan tercapai dengan partisi sampel antara fase gas bergerak dan fase diam berupa cairan dengan titik didih tinggi (tidak mudah menguap) yang terikat pada zat padat penunjangnya (Khopkhar, 2003).
2.3.1.1 Cara Kerja Kromatografi Gas
Sampel diijeksikan melalui suatu sampel injection port yang temperaturnya dapat diatur, senyawa-senyawa dalam sampel akan menguap dan akan dibawa oleh gas pengemban menuju kolom. Zat terlarut akan teradsorpsi pada bagian atas kolom oleh fase diam, kemudian akan merambat dengan laju ramabatan masing-masing komponen Komponen-komponen tersebut terelusi sesuai dengan urut-urutan makin membesarnya nilai koefisien partisi menuju kedetektor. Detektor mencatat seluruh sederetan sinyal yang timbul akibat perubahan konsentrasi dan perbedaan laju elusi. Pada alat pencatat sinyal ini akan tampak sebagai kurva antara waktu terhadap komposisi aliran gas pembawa
Komponen utama dalam kromatografi Gas adalah : 1. Gas pembawa
Gas pembawa yang paling sering dipakai Helium (He), argon (Ar), Nitrogen (N2), dan karbondioksida(CO2). Keuntungannya adalah karena semua gas ini tidak reaktif dan dapat dibeli dalam keadaan kering dan murni yang dikemas dalam tangki tekanan tinggi. Pemilihan gas pembawa tergantung pada detektor yang dipakai. Gas pembawa harus memenuhi persyaratan, antara lain harus inert (tidak bereaksi dengan sampel, pelarut sampel. Material dalam kolom), murni, dan mudah diperoleh.
2. Sistem injeksi
GC-MS memiliki dua sistem pemasukan sampel (injection), yaitu secara langsung dan melalui sistem kromatografi gas untuk sampel campuran seperti minyak atsiri, pemasukan sampel harus melalui sistem GC, sedangkan untuk sampel murni dapat langsung dimasukkan kedalam ruang pengion (direct inlet) (Agusta, 2000).
3. Kolom
Kolom merupakan tempat terjadinya proses pemisahan karena didalamnya terdapat fase diam. Oleh karena itu, kolom merupakan komponen sentral pada kromatografi gas (Rohman, 2009).
4. Fase Diam
Fase diam dibedakan berdasarkan kepolarannya, yaitu nonpolar, semi polar dan polar. Berdasarkan minyak atsiri yang nonpolar sampai sedikit polar, maka untuk keperluan analisis sebaiknya digunakan kolom fase diam yang bersifat nonpolar. 5. Suhu
Suhu salah satu faktor utama yang menentukan hasil analisis kromatografi gas dan spektrofotometri massa. Umumnya yang sangat menentukan adalah pengaturan suhu injektor dan kolom (Agusta, 2000).
6. Detektor
2.3.2 Spektrometer Massa
Gambar 2.7 Skema Alat Spektroskopi Massa
(http://planetcopas.blogspot.com/2012/06/prinsip-kerja-spektrometer-massa.html)
Spektrometer massa adalah suatu alat berfungsi untuk mendeteksi masing-masing molekul komponen yang telah dipisahkan pada sistem kromatografi gas yang terdiri dari sistem analisis dan sistem ionisasi. Pada sistem GC-MS ini, yang berfungsi sebagai detektor adalah spektometer massa itu sendiri dari sistem analisis dan sistem ionisasi, dimana (Electron Impact ionization (EI) adalah metode ionisasi yang umum digunakan. Analisis GC-MS merupakan metode yang cepat dan akurat untuk memisahkan campuran yang rumit (Agusta, 2000).
Spektrometer massa pada umumnya digunakan untuk: 1. Menentukan massa suatu molekul
2. Menentukan rumus molekul dengan menggunakan Spektrum Massa Beresolusi Tinggi (High Resolution Mass Spectra)
3. Mengetahui informasi dari struktur dengan melihat pola frakmentasinya.
Secara keseluruhan, tahap-tahap proses yang terjadi dalam spektroskopi massa dapat dibagi menjadi injeksi, ionisasi, akselerasi dan deteksi
1. Injeksi
Injeksi merupakan proses pemasukan sampel ke dalam instrumen spektroskopi massa. Sampel yang diperlukan sangat sedikit (kurang dari 1 ml)
2. Ionisasi
Sampel yang telah dimasukkan kemudian dipanaskan melebihi titik didihnya, sehingga beralih fasa menjadi gas. Sampel yang telah berbentuk gas dimasukkan dalam ruang ionisasi. Partikel sampel (atom maupun molekul) kemudian ditembak dengan elektron berenergi tinggi (70 eV). Adanya penembakan itu membuat partikel sampel terbombardir sehingga salah satu elektronnya terpental keluar. Dengan demikian, partikel tersebut menjadi bermuatan positif senyawa yang terbombardir masih dapat dibombardir lebih lanjut untuk membentuk pecahan (fragmen) yang lebih kecil. Maka dari itu satu senyawa dapat terfragmentasi menjadi beberapa kation.
3. Pembelokan (Akselerasi)
Ion-ion tersebut dibelokkan dengan menggunakan medan magnet, pembelokan yang terjadi tergantung pada massa ion tersebut. Semakin ringan massanya, akan semakin dibelokan. Besarnya pembelokannya juga tergantung pada besar muatan positif ion tersebut.
4. Pendeteksian (Defleksi)
5. Deteksi
