JOM FMIPA Volume 1 No.2 Oktober 2014 335 PERBANDINGAN ISOLASI MINYAK ATSIRI BIJI PALA
(Myristica fragrans Houtt) CARA HIDRODISTILASI
MICROWAVE DAN KONVENSIONAL SERTA UJI AKTIVITAS ANTIBAKTERI DAN ANTIOKSIDAN
Widya Rachmi, Adel Zamri, Yuharmen Mahasiswa Program S1 Kimia Bidang Kimia Organik Jurusan Kimia Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam Kampus Bina Widya Pekanbaru, 28293, Indonesia
ABSTRACT
Essential oil of nutmeg (Myristica fragrans Houtt) has been successfully obtained by distillation using conventional and microwave hydrodistillation methods. The essential oil produced by microwave method is more advantageous in yield of oil and components of resulted compounds. The yield of extracted essential oil using microwave method is about 7,07% for 60 minutes higher than that of conventional method which is about 4,30% for 4 hours. Based on the result of GC-MS analysis, microwave hydrodistillation components obtained 55 compounds more than conventional hydrodistillation as many as 43 compounds in essential oil. The results of antibacterial and antioxidant activity showed that essential oil could inhibit Bacillus
subtilis of bacteria and had weak antioxidant activity than of ascorbic acid againts
DPPH radical that is >1000 ug/mL.
Keywords : antibacterial, antioxidant, essential oils of nutmeg, and microwave ABSTRAK
Minyak atsiri dari biji pala (Myristica fragrans Houtt) telah berhasil diperoleh melalui penyulingan menggunakan metode hidrodistilasi konvensional dan microwave. Minyak atsiri yang dihasilkan melalui metode microwave lebih menguntungkan dilihat dari segi kadar minyak dan komponen senyawa yang dihasilkan. Metode microwave menghasilkan kadar minyak sebanyak 7,07% dalam waktu 60 menit, lebih tinggi dibandingkan metode konvensional menghasilkan kadar sebanyak 4,30% selama 4 jam. Hasil analisis GC-MS, hidrodistilasi microwave menghasilkan 55 komponen senyawa lebih banyak dibandingkan hidrodistilasi konvensional yaitu sebanyak 43 komponen senyawa. Hasil pengujian aktivitas antibakteri dan antioksidan, minyak atsiri biji pala dalam penelitian ini mampu menghambat pertumbuhan bakteri Gram positif Bacillus
subtilis dan memiliki aktivitas antioksidan sangat kecil yaitu >1000 ug/mL.
JOM FMIPA Volume 1 No.2 Oktober 2014 336 PENDAHULUAN
Myristica fragrans Houtt merupakan salah satu penghasil minyak atsiri, sering dimanfaatkan sebagai aromaterapi, obat tradisional dan dalam industri parfum (Nurdjannah, 2007). Buah pala memiliki antioksidan yang tinggi disebabkan adanya senyawa fenolik terutama dalam biji pala (Tan dkk., 2013). Biji pala juga diketahui memiliki aktivitas bakterisida karena adanya kandungan senyawa miristin, hidrokarbon terpen, dan turunan fenilpropan (Kusumaningrum dkk., 2003).
Minyak atsiri secara sederhana dihasilkan melalui penyulingan menggunakan hidrodistilasi (HD). Kekurangan metode ini membutuhkan waktu yang lama, menggunakan energi yang besar, dan senyawa volatile juga berpotensi hilang selama proses ekstraksi (Akhgar dkk., 2012). Pemanasan metode HD dapat dimodifikasi menggunakan pemanasan yang bersumber dari microwave,
menyebabkan minyak terekstraksi lebih banyak dibandingkan metode HD konvensional. Metode ini dikenal dengan
Microwave-Assisted Hydrodistillation
MAHD (Benkaci dkk., 2012). Penelitian ini dilakukan perbandingan dua metode distilasi, yaitu hidrodistilasi konvensional dan hidrodistilasi menggunakan iradiasi microwave.
Penggunaan iradiasi microwave
diharapkan dapat menghasilkan minyak atsiri dengan rendemen lebih banyak dalam waktu yang lebih singkat. Menurut Sipahelut, (2012) metode distilasi yang berbeda akan mempunyai pengaruh yang berbeda sifat kimianya.
Oleh karena itu, dilakukan analisis komponen menggunakan GC-MS dan uji aktivitas antibakteri serta antioksidan minyak atsiri dari biji pala.
METODE PENELITIAN a. Alat dan Bahan
Alat yang digunakan dalam penelitian ini adalah seperangkat alat distilasi air skala laboratorium tipe Clevenger, Microwave MASS II (Sineo
Microwave Chemistry Technology Co.,Ltd 2450 MHz) yang dilengkapi
dengan peralatan distilasi tipe Clevenger modifikasi, kromatografi gas (Agilent
Technologies seri 6890N) dengan panjang kolom 30m, I.D 0,25mm, ketebalan 0,25μm dan menggunakan detektor massa Agilent Technologies 5975C (Inert MSD with Triple-Axis
Detector), Spektrofotometer UV-Vis (Genesys 10S®), microplate reader 96 well (Berthold LB-941).
Buah pala yang diperoleh dari salah satu pasar tradisional di Pekanbaru, Riau. Biji pala dipisahkan dari cangkangnya kemudian ditumbuk kasar menjadi ukuran sedang. Bahan kimia yang digunakan adalah: akuades, natrium sulfat anhidrat (Na2SO4), metanol, etanol absolut, Nutrient Agar ,
Nutrient Broth, alkohol 70%, amoxsan®,
DPPH (2,2-diphenyl-1-picrylhydrazyl) dan aluminium foil.
Mikroorganisme yang digunakan adalah mikroba yang diperoleh dari koleksi Laboratorium Kimia Organik, Universitas Riau, yaitu Escherichia coli,
Bacillus subtilis, Staphylococcus aureus,
JOM FMIPA Volume 1 No.2 Oktober 2014 337 Minyak Atsiri (W/W%) = berat minyak atsiri yang diperoleh (g)
berat sampel (g) x 100%
b. Metode hidrodistilasi konvensional Sebanyak 250 g sampel bubuk biji pala ditempatkan dalam labu distilasi 2 L kemudian sebanyak 1000 mL akuades ditambahkan sehingga sampel terendam. Bejana didistilasi selama kurang lebih 4 jam hingga diperoleh distilat campuran minyak dan air. Minyak pala yang diperoleh dikumpulkan dalam vial kaca. Minyak atsiri dikeringkan dengan menambahkan natrium sulfat anhidrat dan disimpan pada suhu 4 °C hingga dianalisis. Minyak atsiri yang diperoleh dianalisis dengan GC-MS kemudian dilakukan uji antibakteri dan antioksidan. Kadar minyak yang dihasilkan dinyatakan dalam (W/W%).
c. Metode hidrodistilasi microwave Sebanyak 100 g sampel bubuk ditempatkan dalam labu kemudian 100 mL air ditambahkan ke dalam labu dan bahan dibiarkan direndam selama 1 jam. Kemudian labu dimasukkan ke dalam
microwave modifikasi. Alat distilasi
dirangkai, dan diiradiasi dengan daya 500 W, temperatur 100 °C, dan waktu 60 menit. Minyak atsiri dikumpulkan dalam vial kaca dan dikeringkan dengan menambahkan natrium sulfat anhidrat. Kemudian disimpan pada suhu 4 °C hingga dianalisis. Minyak atsiri yang diperoleh dianalisis dengan GC-MS kemudian dilakukan uji antibakteri dan antioksidan. Kadar minyak yang dihasilkan dinyatakan sebagai (W/W%).
HASIL DAN PEMBAHASAN a. Isolasi minyak atsiri biji pala
Minyak atsiri dari biji pala yang dihasilkan melalui proses hidrodistilasi konvensional dan microwave dalam penelitian ini, diperoleh berupa cairan tidak berwarna dan mempunyai bau menyengat khas pala. Minyak atsiri dengan metode microwave menghasilkan kadar minyak lebih banyak dibandingkan dengan metode konvensional. Metode konvensional menghasilkan kadar sebanyak 4,30% selama 4 jam, sedangkan metode
microwave menghasilkan kadar sebanyak 7,07% selama 60 menit.
Hasil ini menunjukkan pemanasan microwave dapat mempersingkat waktu ekstraksi dan menghasilkan kadar minyak atsiri lebih banyak. Semakin meningkat daya dan waktu yang digunakan maka hasil ekstraksi juga lebih banyak. Berdasarkan penelitian oleh Mollasalehi dkk. (2013), semakin meningkat daya microwave yang diberikan, hasil minyak atsiri yang diperoleh juga semakin meningkat. Namun pada daya yang rendah, hasil minyak atsiri yang diperoleh lebih sedikit. Hal ini disebabkan oleh rendahnya daya mengakibatkan proses ekstraksi menjadi lama. Akibatnya, minyak atsiri banyak yang hilang selama proses berlangsung. Sehingga hasil minyak atsiri yang diperoleh lebih sedikit. Sedangkan pemanasan dengan
microwave menyebabkan bahan cepat
JOM FMIPA Volume 1 No.2 Oktober 2014 338 langsung antara material polar (solvent)
dan gelombang mikro. Molekul pada sampel akan bergerak acak dan menimbulkan gesekan antar molekul sehingga menghasilkan panas. Pemanasan yang cepat dan merata ini dapat mencegah penguapan berbagai senyawa aromatik. Efisiensi minyak atsiri menggunakan microwave juga diakibatkan adanya kekuatan yang bersumber dari radiasi gelombang mikro ke dalam jaringan tumbuhan penghasil minyak atsiri, sehingga minyak atsiri terekstraksi lebih banyak (Kurniasari, 2008).
b. Analisis minyak atsiri dengan GC-MS
Biji pala mengandung minyak atsiri sebanyak 5-15% mengandung
komponen senyawa seperti pinen, sabinen, kamphen, miristisin, elemisin, isoeugenol, metoksi eugenol, safrol, dimerik penil propanoid, lignan dan neolignan (Sonavane dkk., 2001).
Hasil GC-MS ditampilkan dalam bentuk puncak (peak) pada spektrum GC-MS. Teridentifikasi metode
microwave menghasilkan 55 puncak dan
metode konvensional menghasilkan 43 puncak (Gambar 1 dan 2). Hal ini menunjukkan bahwa pemanasan menggunakan microwave lebih baik karena senyawa-senyawa dalam bahan terisolasi lebih banyak atau senyawa tidak banyak hilang selama proses isolasi. Masing-masing kadar komponen senyawa yang diperoleh juga mempengaruhi fungsi minyak atsiri sebagai antibakteri dan antioksidan.
JOM FMIPA Volume 1 No.2 Oktober 2014 339 Gambar 2. Spektrum GC-MS minyak atsiri biji pala metode microwave Tabel 1. Perbandingan hasil minyak atsiri biji pala antara metode hidrodistilasi
konvensional dan microwave
No Senyawa Waktu Retensi Persentase (%)
K M K M 1 1R-α-pinen 8.618 6.350 1,54 16,98 2 sabinen 7.581 8.000 28,62 29,44 3 limonen 9.475 9.575 9,01 8,52 4 4-terpineol 15.385 15.347 10,03 6,02 5 safrol 19.592 19.566 4,70 2,83 6 miristisin 28.550 28.514 11,74 7,45
Minyak atsiri yang dihasilkan antara metode hidrodistilasi konvensional dan microwave
mengandung komponen senyawa utama yang sama seperti sabinen, limonen, safrol, 4-terpineol, miristisin, dan 1R-α-pinen.
Tabel 1. menunjukkan intensitas tertinggi pada metode microwave
teridentifikasi sebagai senyawa sabinen (29,44%), 1R-α-pinen (16,98%), limonen (8,52%), miristisin (7,45%), dan 4-terpineol (6,02%), sedangkan intensitas tertinggi pada metode konvensional teridentifikasi sebagai senyawa sabinen (28,62%), miristisin (11,74%), 4-terpineol (10,03%), limonen (9,01%), dan safrol (4,70%).
JOM FMIPA Volume 1 No.2 Oktober 2014 340 Gambar 3. Perbandingan komponen kimia utama minyak atsiri biji pala
Perbandingan komponen senyawa utama dalam minyak atsiri biji pala antara metode microwave dan konvensional yang dihasilkan, dihitung berdasarkan jumlah area puncak ditampilkan dalam bentuk diagram pada Gambar 3.
Perbedaan kadar senyawa yang diperoleh antara hidrodistilasi
microwave dan konvensional, kemungkinan berhubungan dengan terjadinya degradasi produk seperti hidrolisis, oksidasi, dan transesterifikasi. Hal ini disebabkan oleh lamanya waktu ekstraksi dan banyaknya jumlah air yang digunakan saat ekstraksi. Perbedaan ini juga mungkin disebabkan oleh faktor lingkungan, tanah, lokasi, dan nutrisi tanaman sebagai pengaruh perbedaan komposisi minyak atsiri yang dihasilkan (Chalchat dkk., 2010).
c. Uji aktivitas antibakteri
Penentuan efektivitas antibakteri dilakukan menggunakan metode difusi
agar berdasarkan pengukuran diameter
zona hambat yang muncul disekitar kertas cakram yang berisi antibakteri. Semakin luas zona hambat yang terbentuk maka semakin efektif zat tersebut sebagai antibakteri. Hasil pengujian menunjukkan bahwa minyak atsiri yang dihasilkan melalui kedua metode bersifat antibakteri. Karena adanya daerah hambat disekitar kertas cakram pada masing-masing konsentrasi. Perbedaan zona hambat yang dihasilkan ini, diduga karena masing-masing bakteri memiliki perbedaan struktur dinding sel bakteri dan jumlah senyawa aktif yang terdapat dalam sampel minyak atsiri.
0,00 5,00 10,00 15,00 20,00 25,00 30,00 35,00
1R-α-pinen sabinen limonen 4-terpineol safrol miristisin
P e r se n tase ( % )
Perbandingan Komponen Kimia Utama Minyak Atsiri Biji Pala
konvensional microwave
JOM FMIPA Volume 1 No.2 Oktober 2014 341 Kandungan senyawa fenolik dan
terpenoid dalam biji pala diduga dapat menghambat pertumbuhan berbagai jenis bakteri. Piaru dkk, (2011) melaporkan komponen senyawa minyak atsiri seperti p-cymene, pinen, β-pinen, limonen, α-terpinen, kamphen, α-terpinolen, dan karyopillen oksida memiliki aktivitas sebagai antimikroba.
Hasil pengujian aktivitas antibakteri minyak atsiri biji pala dapat dilihat pada konsentrasi 20% terhadap
amoxsan® 20% sebagai pembanding.
Minyak atsiri biji pala dari kedua metode memiliki aktivitas yang hampir sama dengan antibiotik amoxsan® terhadap pertumbuhan bakteri Gram positif
Bacillus subtilis. Sedangkan aktivitas
minyak atsiri biji pala terhadap bakteri lain memiliki aktivitas yang kecil.
d. Uji aktivitas antioksidan
Pengujian aktivitas antioksidan dilakukan dengan metode DPPH, diukur berdasarkan aktivitas antioksidan dalam menghambat radikal bebas melalui
hydrogen atom transfer, yaitu menetralkan radikal bebas dengan cara mendonorkan atom H (Apak dkk., 2007). Hal ini menyebabkan berubahnya warna ungu pada DPPH menjadi warna kuning membentuk DPPHH yang diukur absorbansinya pada panjang gelombang 520 nm untuk mengetahui nilai % aktivitas antioksidan total (Gulcin, 2006).
Besarnya aktivitas antioksidan disimbolkan dengan nilai IC50, yaitu konsentrasi larutan sampel yang dibutuhkan untuk menghambat 50% radikal bebas dibanding kontrol melalui suatu persamaan garis regresi linier. Semakin kecil nilai IC50 berarti semakin
kuat kemampuan sebagai
antioksidannya.
Aktivitas antioksidan minyak atsiri biji pala dalam penelitian ini memiliki aktivitas antioksidan yang sangat kecil dibanding aktivitas antioksidan asam askorbat terhadap DPPH sebagai pembanding. Hasil uji aktivitas minyak atsiri biji pala metode konvensional dan microwave diperoleh nilai IC50 masing-masing sebesar 1840,88 μg/mL dan 5281,68 μg/mL. Metode microwave memiliki aktivitas antioksidan lebih rendah dibandingkan metode konvensional. Kemungkinan adanya senyawa-senyawa yang aktif sebagai antioksidan lebih sedikit.
Komponen aktif yang bersifat sebagai antioksidan diketahui sebagai eugenol (Gupta dkk., 2013). Dalam penelitian ini dari hasil analisis GC-MS senyawa yang teridentifikasi adalah metoksi eugenol dan eugenol methyl ester. Metode konvensional masing-masing teridentifikasi sebanyak 0,22% dan 0,61%, sedangkan metode
microwave mengandung sebanyak 0,17% dan 0,34%. Komponen eugenol memiliki atom-atom hidrogen dalam posisi benzil atau alilik sehingga dengan mudah atom hidrogen dari gugus fungsional tersebut memberikan efek sinergis saat bereaksi dengan radikal bebas saat uji dilakukan (Gupta dkk., 2013).
KESIMPULAN
Minyak atsiri biji pala melalui metode microwave menghasilkan kadar sebanyak 7,07% selama 60 menit sedangkan metode hidrodistilasi konvensional menghasilkan kadar lebih sedikit yaitu 4,30% selama 4 jam. Hasil analisis GC-MS, hidrodistilasi dengan metode konvensional menghasilkan 43 komponen senyawa, sedangkan metode
JOM FMIPA Volume 1 No.2 Oktober 2014 342 senyawa lebih banyak yaitu 55 senyawa.
Komponen senyawa utama yang teridentifikasi adalah sabinen, limonen, 4-terpineol, miristisin, 1R-α-pinen dan safrol. Uji aktivitas antibakteri minyak atsiri biji pala menunjukkan minyak atsiri yang dihasilkan mampu menghambat pertumbuhan bakteri Gram positif Bacillus subtilis. Minyak atsiri biji pala kedua metode memiliki aktivitas antioksidan yang sangat kecil yaitu nilai IC50 1840,88 μg/mL dan 5281,68 μg/mL.
UCAPAN TERIMA KASIH
Penulis mengucapkan
terimakasih kepada Bapak Prof.Dr.Adel Zamri, MS, DEA dan Bapak Dr. Yuharmen, M.Si sebagai pembimbing yang telah banyak memberikan arahan dan motivasi serta masukan demi kesempurnaan penulisan karya ilmiah ini.
DAFTAR PUSTAKA
Akhgar, M.R., Faghihi-Zarandi, A., dan Paserech, S. 2012. Microwave-assisted and Conventional Hydrodistillation Mrthods in the Extraction of Essential Oils from
Salvia macilenta Boiss. Trends In Modern Chemistry. 3(1): 29-33.
Apak, R., Guclu, K., Demirata, B., Ozyurek, M., Celik, S.E., Bectasoglu, B., Berker, K. I., dan Ozyurt, D. 2007. Comparative Evaluation of Various Total Antioxidant Capacity Assays Applied to Phenolic Compounds with the CUPRAC Assay.
Molecules. 12: 1496-1547.
Benkaci-Ali, F., Mekaoui, R., Eppe, G., De Pau, E., dan Faucont, J. 2012. Accelerated Microwave Extraction of Natural Product Using the Cryogrinding. World
Academy of Science, Engineering and Technology. 68: 1569-1572.
Chalchat, J.C., Figueredo, G., Ozcan, M.M., dan Unver, A. 2010. Effect Hydrodistillation and Microwave Distillation Extraction Methods on Chemical Composition of Essential Oil of Pickling Herb and Myrtle Plants.
South Western Journal of Horticulture, Biology, and Environment. 1(2): 133-141.
Gulcin, I. 2006. Antioxidant and Antiradical Activities of L-Carnitine. Life Sciences. 78: 803-811.
Gupta, A.D., Bansal. V.K., dan Maithil, N. 2013. Chemistry, antioxidant and antimicrobial potential of nutmeg (Myristica fragrans
Houtt). Journal of Genetic Engineering and Biotechnology.
11: 25-31.
Kurniasari, L. 2008. Kajian Ekstraksi Jahe Menggunakan Microwave
Assiated Extraction (MAE).
Momentum. 4 (2): 47-52.
Kusumaningrum, dkk. 2003. Aktivitas Penghambatan Minyak Atsiri dan Ekstrak Kasar Biji Pala (Myristica fragrans Houtt dan
Myristica fattua Houtt) terhadap
Pertumbuhan Bakteri
Xanthomonas campestris
JOM FMIPA Volume 1 No.2 Oktober 2014 343 (Brassica oleracea var. italica).
Biofarmasi. 1(1): 20-24.
Mollasalehi, S., Kashefi, B., dan Hashemi-moghaddam, H. 2013. Comparison of Microwave-Assisted and Hydrodistillation Methods for Extraction of Essential Oil from Achillea millefolium. Journal of Chemical Health Risks. 3(2): 39-46.
Nurdjannah, N. 2007. Teknologi Pengolahan Pala. Balai Penelitian dan Pengembangan Pertanian. Jakarta.
Piaru, S.P., Mahmud, A.M.S., Abdul-Majid, S., Ismail, C.N., Man. 2011. Chemical Composition Antioxidant and Cytotocity Activities of the Essential Oils of
Myristica fragrans Houtt and Morinda citrifolia. Journal
Science Food Agriculture. 92:
593-597.
Sipahelut, S.G. 2012. Karakteristik Kimia Minyak Daging Buah Pala
(Myristica fragrans Houtt)
Melalui Beberapa Cara Pengeringan dan Distilasi.
Agroforestri Journal. VII (I):
59-64.
Sonavane, G., Sarveiya, V., Karture, V., dan Kature S.B. 2001. Behaviural Actions of Myristica fragrans Seeds. Indian Journal of Pharmacology. 33: 417-424.
Tan, K.P., Khoo, H.E., dan Azrina, A. 2013. Comparison of Antioxidant Components and Antioxidant Capacity in Different Parts of Nutmeg (Myristica fragrans).
International Food Research Journal. 20(3): 1049-1052.
