BAB II
TINJAUAN PUSTAKA
2.1 Uraian Tanaman Kapulaga ( Ammomum compactum Sol.ex Maton ) 2.1.1 Habitat
Tanaman kapulaga atau kapol dibudidayakan orang, tanaman ini merupakan tanaman hutan. Sesuai dengan asal tempat tumbuhnya, kapulaga hidup dibawah naungan pokok- pokok kayu hutan yang sangat lindung.
Jenis tanah yang baik buat kapulaga untuk pertumbuhan liat dan berpasir, dengan derajat keasaman ( pH ) tanah 5-6,8 dengan bahan organik tinggi. Pada dasar nya tanaman kapulaga dapat tumbuh pada dataran rendah maupun pada dataran tinggi.
Kapulaga lokal dapat hidup pada ketinggian 200 – 1000 meter diatas permukaan laut, dan kapulaga sabrang pada 750 – 1500 meter. Namun kapulaga lokal khususnya menghendaki ketinggian optimum antara 300 – 500 meter diatas permukaan laut, karena pada ketinggian ini kapulaga dapat menghasilkan buah yang baik.
Ketinggian tempat berkaitan erat dengan kondisi suhu udara setempat. Kapulaga memerlukan suhu 10 -35 oC dengan udara yang sedikit lembab. Apabila di daerah yang curah hujan nya sedikit atau musim kemarau nya berkepanjangan, tanaman kapulaga menjadi kurang berproduktif. (Hieronymus, 1988 )
2.1.2 Nama Daerah
Aceh : Kapulaga
Minangkabau : Palago, Pelaga, Puwar Sunda : Kapol, Kapol Sebrang
Jawa : Kapulogo, Pulogo Madura : Kapolagha, Palagha
Bali : Korkolaka (Madjo Indo. A.B.D, 1987 )
2.1.3 Nama Asing
Malasysia : Pelaga Thailand : Luk grawan Inggris : Cardamom
Belanda : Ronde Kardemom
Perancis : Amome a grappe (Madjo Indo. A. B.D, 1987 )
2.1.4 Sistematik Tanaman
Sistematika dari tanaman kapulaga sebagai berikut:
Divisio : Spermatophyta Sub division : Angiospermae Kelas : Monocotyledoneae Sub kelas : Zingiberidae Ordo : Zingiberales Famili : zingeberaceae
Genus : Amomum
Spesies : Amomum compactum Sol.ex Maton (Hartono,1996) Dalam hal pengobatan, kapulaga dapat mengatasi kembung, kejang perut, sakit perut, masuk angin, bau mulut (air rebusan bahan-bahan diminum),
muntah-muntah, randang lambung (maag), batuk, influensa, demam rematik, asam urat, dan pegal linu.
Minyak atsiri pada tumbuhan kapulaga berada pada buah,rimpang dan biji.
2.2 Minyak Atsiri
Minyak atsiri yang dikenal juga dengan nama minyak eteris atau minyak terbang (essential oil, volatile oil) dihasilkan oleh tanaman. Minyak tersebut mudah menguap pada suhu kamar tanpa mengalami dekomposisi, mempunyai rasa getir, berbau wangi sesuai dengan bau tanaman penghasilnya, umumnya larut dalam pelarut organik dan tidak larut dalam air (Ketaren, 1985).
2.3 Lokalisasi Minyak Atsiri
Minyak atsiri terkandung dalam berbagai organ, seperti didalam rambut kelenjar (pada family Labiatae), didalam sel-sel parenkim (misalnya famili Piperaceae), didalam saluran minyak yang disebut vittae (famili Umbelliferae), didalam rongga-rongga skizogen dan lisigen (pada famili Pinaceae dan Rutaceae), terkandung didalam semua jaringan (pada famili Conifera) .
Minyak atsiri dapat terbentuk secara langsung oleh protoplasma akibat adanya peruraian lapisan resin pada dinding sel atau oleh hidrolisis dari glikosida tertentu. Peranan paling utama minyak atsiri terhadap tumbuhan itu sendiri adalah penggusir serangga, serta penggusir hewan- hewan pemakan daun lain nya. (Gunawan &Mulyani, 2004).
2.4 Aktivitas Biologi Minyak Atsiri dan Penggunaan
Pada tanaman, minyak atsiri mempunyai tiga fugsi yaitu: membantu proses penyerbukan dengan menarik perhatian beberapa jenis serangga atau
hewan, mencegah kerusakan tanaman oleh serangga atau hewan, dan sebagai cadangan makanan bagi tanaman. Minyak atsiri digunakan sebagai bahan baku dalam berbagai industri, misalnya industri parfum, kosmetik, farmasi, bahan penyedap dalam industri makanan dan minuman (Ketaren,1985).
2.5 Komposisi Minyak Atsiri
Minyak atsiri terdiri dari berbagai campuran persenyawaan kimia dengan sifat fisika dan kimia yang juga berbeda. Pada umumnya perbedaan komposisi minyak atsiri disebabkan perbedaan kondisi iklim, tanah tempat tumbuh, umur panen, metode ekstraksi yang digunakan, cara penyiapan minyak atsiri dan jenis tanaman penghasil.
Minyak atsiri biasanya tersusun dari unsur Karbon (C), Hidrogen (H), dan Oksigen (O). Pada umumnya komponen kimia minyak atsiri dibagi menjadi dua golongan yaitu:
1) Hidrokarbon, yang terutama terdiri dari persenyawaan terpen. 2) Hidrokarbon teroksigenasi.
a. Golongan Hidrokarbon
Persenyawaan yang termasuk golongan ini terbentuk dari unsure Karbon (C) dan Hidrogen (H). Jenis hidrokarbon yang terdapat dalam minyak atsiri sebagian besar terdiri dari monoterpen (2 unit isoprene), sesquiterpen (3 unit isoprene) dan diterpen (4 unit isoprene).
b. 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 dua dan ikatan rangkap tiga.Terpen mengandung ikatan tunggal dan ikatan rangkap dua.
Senyawa terpen memiliki aroma kurang wangi, sukar larut dalam alkohol encer dan jika disimpan dalam waktu lama akan membentuk resin. Golongan hidrokarbon teroksigenasi merupakan senyawa yang penting dalam minyak atsiri karena umumnya aroma yang lebih wangi (Ketaren, 1985).
2.6 Cara Isolasi Minyak Atsiri
Isolasi minyak atsiri dapat dilakukan dengan beberapa cara yaitu: 1) penyulingan (distillation), 2) pengepresan (pressing), 3) ekstraksi dengan pelarut menguap (solvent extraction), 4) ekstraksi dengan lemak.
2.6.1 Metode Penyulingan
Minyak atsiri dapat diproduksi melalui tiga metode penyulingan, yaitu penyulingan dengan air, penyulingan dengan uap dan penyulingan dengan air dan uap.
a. Penyulingan dengan air
Pada metode ini, bahan tanaman yang akan disuling mengalami kontak langsung dengan air mendidih. Bahan dapat mengapung di atas air atau terendam secara sempurna, tergantung pada berat jenis dan jumlah bahan yang disuling. Penyulingan dengan cara langsung ini dapat menyebabkan
banyaknya rendemen minyak yang hilang ( tidak tersuling ) dan terjadi pula penurunan mutu minyak yang diperoleh (Lutony dan Rahmayati, 1994 )
b. Penyulingan dengan uap.
Model ini disebut juga penyulingan uap atau penyulingan tak langsung. Pada prinsipnya, model sama dengan penyulingan langsung. Hanya saja , air penghasil uap tidak diisikan bersama- sama dalam ketel penyulingan. Uap yang digunakankan berupa uap jenuh atau kelewat panas dengan tekanan lebih dari 1 atmosfer (Lutony dan Rahmayati, 1994 ).
c. Penyulingan dengan air dan uap
Pada model penyulingan ini, bahan tanaman yang akan disuling diletakan di atas rak- rak atau saringan berlubang. Kemudian ketel penyulingan diisi dengan air sampai permukannya tidak jatuh dari bagian bawah saringan (Lutony & Rahmayati, 1994).
Kelebihan dan kekurangan metode penyulingan
Sebenarnya tidak terdapat perbedaan yang mendasar pada prinsip ketiga metode penyulingan tersebut. Namun, dalam praktek hasilnya akan berbeda bahkan kadang- kadang dengan perbedaan yang sangat berarti karena masing-masing metode mempunyai kekurangan dan kelebihan.
1) Penyulingan dengan air
Meskipun dalam proses pengerjaannya sangat mudah, tetapi penyulingan dengan cara langsung ini dapat menyebabkan banyak rendemen minyak yang hilang (tidak tersuling), terjadi pula penurunan mutu minyak yang diperoleh. Penyulingan langsung juga bisa mengakibatkan terjadinya
pengasaman (oksidasi) serta persenyawaan zat ester yang dikandung dengan air dan timbulnya berbagai hasil sampingan yang tidak dikehendaki (Lutony & rahmayati, 1994).
Suatu keuntungan dari penggunaan sistem penyulingan ini adalah baik digunakan untuk menyuling bahan yang berbentuk tepung dan bunga-bungaan yang mudah membentuk gumpalan jika kena panas. Selain itu keuntungan yang lain dari destilasi air: sederhana, murah, alat penyuling dapat dipindahkan, mudah dipasang di daerah-daerah produksi, hasil minyak terbaik diperoleh dari bahan-bahan yang berupa bubuk halus (Ketaren, 1985).
2) Penyulingan dengan uap
Salah satu metode ini antara lain sebuah ketel uap dapat melayani beberapa buah ketel penyulingan yang dipasang seri sehingga proses proses produksi akan berlangsung lebih cepat. Namun sayangnya, proses penyulingan dengan model ini memerlukan konstruksi ketel yang lebih kuat, alat-alat pengaman yang lebih baik dan sempurna, biaya yang diperlukan mahal (Lutony & Rahmayati, 1994).
Sistim penyulingan ini baik digunakan untuk mengekstrasi minyak dari biji-bijian, akar, dan kayu-kayuan yang umumnya mengandung komponen minyak yang bertitik didih tinggi, misalnya minyak cengkeh, kayu manis, akar wangi, ketumbar, sereh, dan jenis minyak lainnya yang bertitik didih tinggi. Sistem penyulingan ini tidak baik dilakukan terhadap bahan yang mengandung minyak atsiri yang mudah rusak oleh pemanasan dan air. Minyak yang dihasilkan dengan cara penyulingan, baunya akan sedikit berubah dari bau asli alamiah, terutama minyak atsiri yang berasal dari bunga (Ketaren , 1985 ).
3) Penyulingan dengan air dan uap
Dari segi komersial, peyulingan dengan air dan uap memang cukup ekonomis sehingga model penyulingan ini paling banyak digunakan di berbagai negara, khususnya di negara-negara yang sedang berkembang. Selain biaya yang diperlukan relatif murah, rendemen minyak atsiri yang dihasilkan juga cukup baik, mutunya pun dapat diterima dengan baik oleh konsumen (Lutony & Rahmayati 1994).
2.6.2 Metode Pengepresan
Ekstraksi minyak atsiri dengan cara penggepresan umumnya dilakukan terhadap bahan berupa biji, buah, atau kulit buah yang memiliki kandungan minyak atsiri yang cukup tinggi. Akibat tekanan penggeprasan,maka sel-sel menggandung minyak atsiri akan pecah dan minyak atsiri akan mengalir kepermukaan bahan. Contohnya minyak atsiri dari kulit jeruk dapat diperoleh dengan cara ini (Ketaren,1985).
2.6.3 Ekstraksi dengan Pelarut Mengguap
Prinsip dari ekstraksi ini adalah melarutkan minyak atsiri dalam bahan dengan pelarut organik yang mudah menguap. Ekstraksi dengan pelarut organik umumnya digunakan untuk mengekstraksi minyak atsiri yang mudah rusak oleh pemanasan uap dan air, terutama untuk mengektraksi minyak atsiri yang berasal dari bunga misalnya bunga cempaka, melati, mawar (Ketaren, 1985).
2.6.4 Ekstraksi dengan Lemak Padat
Proses ini umumnya digunakan untuk mengekstraksi bunga-bungaan, untuk mendapatkan mutu dan rendeman minyak atsiri yang tinggi. Metode
ekstraksi dapat dilakukan dengan dua cara yaitu enfleurasi dan maserasi (Ketaren, 1985).
2.7 Analisis Komponen Minyak atsiri dengan GC-MS
Analisa komponen minyak atsiri merupakan masalah yang cukup rumit karena minyak atsiri mengandung campuran senyawa dan sifatnya yang mudah menguap pada suhu kamar. Setelah ditemukannya kromatografi gas (GC), kendala dalam analisis komponen minyak atsiri mulai dapat diatasi. Pada penggunaan GC, efek penguapan dapat dihindari bahkan dihilangkan sama sekali. Perkembangan teknologi instrumentasi yang pesat akhirnya dapat menghasilkan suatu alat yang merupakan gabungan dua system dengan prinsip dasar yang berbeda satu sama lain tetapi saling melengkapi, yaitu gabungan antara kromatografi gas dan spectrometer massa.Kromatografi gas berfungsi sebagai alat pemisah berbagai campuran komponen dalam sampel sedangkan spectrometer massa berfungsi untuk mendeteksi masing-masing komponen yang telah dipisahkan pada kromatografi gas (Rohman, 2007 ).
2.7.1 Kromatografi Gas
Kromatografi gas digunakan untuk memisahkan komponen campuran kimia dalam suatu bahan, berdasarkan perbedaan polaritas campuran. Fase gerak akan membawa campuran sampel menuju kolom. Campuran dalam fase gerak akan berinteraksi dengan fase diam. Setiap komponen yang terdapat dalam campuran berinteraksi dengan kecepatan yang berbeda dimana interaksi komponen dengan fase diam dengan waktu yang paling cepat akan keluar pertama dari kolom dan yang paling lambat akan keluar paling akhir (Eaton, 1998).
Waktu yang menunjukkan berapa lama suatu senyawa tertahan di kolom disebut waktu tambat (waktu retensi) yang diukur mulai saat penyuntikan sampai saat elusi terjadi (Gritter, dkk., 1991).
Menurut Eaton (1989), hal yang mempengaruhi waktu retensi yaitu:
1. Sifat senyawa, semakin sama kepolaran dengan kolom dan makin kurang keatsiriannya maka akan tertahan lebih lama di kolom dan sebaliknya. 2. Sifat adsorben, semakin sama kepolaran maka senyawa akan semakin
lama tertahan dan sebaliknya.
3. Konsentrasi adsorben, semakin banyak adsorben maka senyawa semakin lama tertahan dan sebaliknya.
4. Temperatur kolom, semakin rendah temperatur maka senyawa semakin lama tertahan dan sebaliknya.
5. Aliran gas pembawa, semakin kecil aliran gas maka senyawa semakin lama tertahan dan sebaliknya.
6. Panjang kolom, semakin panjang kolom akan menahan senyawa lebih lama dan sebaliknya.
Bagian utama dari kromatografi gas adalah gas pembawa, sistem injeksi, kolom, fase diam, suhu dan detektor.
2.7.1.1 Gas Pembawa
Gas pembawa harus memenuhi persyaratan antara lain harus inert, murni, dan mudah diperoleh. Pemilihan gas pembawa tergantung pada detektor yang dipakai. Keuntungannya adalah karena semua gas ini harus tidak reaktif, dapat dibeli dalam keadaan murni dan kering yang dapat dikemas dalam tangki bertekanan tinggi. Gas pembawa yang sering dipakai adalah helium (He), argon (Ar),
2.7.1.2 Sistem Injeksi
Cuplikan dimasukkan kedalam ruang suntik melalui gerbang suntik, biasanya berupa lubang yang ditutupi dengan septum atau pemisah karet. Ruang suntik harus dipanaskan tersendiri, terpisah dari kolom, dan biasanya pada suhu 10-15oC lebih tinggi dari suhu maksimum. Jadi seluruh cuplikan diuapkan segera setelah disuntikkan dan dibawa ke kolom (Gritter, dkk., 1991).
2.7.1.3 Kolom
Ada dua macam kolom, yaitu kolom kemas dan kolom kapiler (Rohman, 2007; McNair and Bonelli, 1988).
Kolom kemas adalah pipa yang terbuat dari logam, kaca atau plastic yang berisi penyangga padat yang inert. Fase diam, baik berwujud padat maupun cair diserap atau terikat secara kimia pada permukaan penyangga padat tersebut.
Kolom kapiler banyak digunakan untuk menganalisis komponen minyak atsiri. Hal ini disebabkan oleh kelebihan kolom tersebut yang memberikan hasil analisis dengan daya pisah tinggi dan sekaligus memiliki sensitivitas yang tinggi. Bahan kolom biasanya dari gelas baja tahan karat atau silica. Fase cair berupa lapisan film dilapiskan pada dinding kolom bagian dalam. Secara umum keuntungan penggunaan kolom kapiler adalah jumlah sampel yang dibutuhkan sedikit dan pemisahan lebih sempurna (Rohman, 2007 )
2.7.1.4 Fase diam
Fase diam dibedakan berdasarkan kepolarannya, yaitu non polar, sedikit polar, polar, semi polar dan sangat polar. Berdasarkan sifat minyak atsiri yang nonpolar sampai sedikit polar maka untuk keperluan analisis sebaiknya digunakan kolom
dengan fase diam yang bersifat sedikit polar, misalnya SE-52 dan SE-54 (Rohman, 2007 ).
2.7.1.5 Suhu
Tekanan uap sangat bergantung pada suhu, maka suhu merupakan factor utama dalam GC. Pada GC-MS terdapat tiga pengendali suhu yang berbeda, yaitu: suhu injektor, suhu kolom, suhu detektor.
Suhu injector
Suhu injector harus cukup panas untuk menguapkan cuplikan dengan cepat sehingga tidak menghilangkan keefisienan cara penyuntikan. Tetapi sebaliknya, suhu harus cukup rendah untuk mencegah peruraian atau penataan ulang akibat panas (McNair and Bonelli, 1988).
Suhu kolom
Suhu kolom harus cukup tinggi sehingga analisis dapat diselesaikan dalam waktu yang sesuai, dan harus cukup rendah sehingga terjadi pemisahan. Umumnya semakin rendah suhu kolom, semakin tinggi koefisien partisi dalam fase diam sehingga hasil pemisahan semakin baik. Pada beberapa hal tidak dapat digunakan suhu kolom yang rendah, terutama bila cuplikan terdiri atas senyawa dengan rentangan titik didih yang lebar, untuk itu suhu perlu diprogram.
Detektor harus cukup panas sehingga cuplikan dan air atau hasil samping yang terbentuk pada proses pengionan tidak mengembun (McNair and Bonelli,1988).
2.7.1.6 Detektor
Menurut McNair dan Bonelli (1988) ada dua detektor yang popular yaitu detektor hantar-thermal (DHB) dan detektor pengion nyala (DPN).
2.7.2 Spektrometri massa
Spektrometri massa adalah suatu teknik analisis yang didasarkan pada pemisahan berkas-berkas ion yang sesuai dengan perbandingan massa dengan muatan dan pengukuran intensitas dari berkas-berkas ion tersebut. Molekul senyawa organik pada spectrometer massa ditembak dengan berkas elektron dan menghasilkan ion bermuatan positif yang mempunyai energi yang tinggi karena lepasnya elektron dari molekul yang dapat pecah menjadi ion yang lebih kecil. Spectrum massa merupakan gambar antara limpahan relatif lawan perbandingan massa/muatan (Sastrohamidjojo, 1985).
Spektrometer massa terdiri dari sistem pemasukan cuplikan, ruang pengion dan percepatan, tabung analisis, pengumpul ion dan penguat, dan pencatat.Keuntungan utama spektrometri massa sebagai metode analisis yaitu metode ini lebih sensitif dan spesifik untuk identifikasi senyawa yang tidak diketahui atau untuk menetapkan keberadaan senyawa tertentu. Hal ini disebabkan adanya pola fragmentasi yang khas sehingga dapat memberikan informasi
dikenali karena memberikan bobot molekul senyawa yang diperiksa. Puncak paling kuat pada spektrum, disebut puncak dasar (base peak), dinyatakan dengan nilai 100% dan kekuatan puncak lain, termasuk puncak ion molekulnya dinyatakan sebagai persentase puncak dasar tersebut (Silverstein, 1985).
