Ekstraksi Likopen dari Buah Tomat (Lycopersicum Esculentum) Menggunakan Pelarut Tunggal dengan Metode Kristalisasi Antisolvent

BAB II

TINJAUAN PUSTAKA

2.1 TOMAT (Lycopersicum esculentum)

Tomat (Lycopersicum esculentum) merupakan salah satu sayuran yang paling banyak dikonsumsi, dan telah menjadi tanaman sayuran yang paling penting kedua di seluruh dunia. Tomat merupakan sumber utama antioksidan. Pada kenyataannya, studi epidemiologi telah menunjukkan bahwa konsumsi tomat mentah dan produk berbasis tomat dikaitkan dengan penurunan risiko kanker dan penyakit kardiovaskular [19]. Antioksidan tomat termasuk karotenoid seperti β -karoten, prekursor vitamin A, dan terutama likopen, yang sebagian besar bertanggung jawab untuk warna merah dari buah, vitamin seperti asam askorbat dan tokoferol, dan senyawa fenolik seperti flavonoid dan turunan asam hydroxycinnamik [20,21]. Tomat dan produk tomat kaya sumber vitamin C dan A, likopen, β - karoten, lutein, lektin, dan berbagai senyawa fenolik seperti flavonoid dan asam fenolat. Mereka kaya folat, kalium, serat, dan protein, tetapi rendah lemak dan kalori, serta bebas kolesterol [2].

Secara taksonomi tomat termasuk dalam klasifikasi sebagai berikut : [22]  Kingdom : Plantae

 Divisi : Spermatophyta  Subdivisi : Angiospermae  Kelas : Dicotylodenae  Ordo : Tubiflorae  Sub ordo : Myrtales  Famili : Solanaceae  Genus : Lycopersium

 Spesies : Lycopersicon esculentum Mill. sinonim Lycopersium licopersium.

amino, pigmen dan lebih dari 400 senyawa aroma berkontribusi terhadap rasa, aroma dan aroma profil volatil tomat [23]. Pematangan tomat ditandai oleh pelunakan buah, degradasi klorofil dan peningkatan laju respirasi, produksi etilen, serta sintesis asam, gula dan likopen [24,25].

Tabel 2.1 Kandungan Nutrisi Buah Tomat dalam 100 gram Buah Tomat [26]

Nutrisi Satuan Kadar per 100 gram tomat

Vitamin C mg 22,8

Vitamin B-6 mg 0,079

Folat μg 13

Vitamin A IU 489

Likopen μg 3.041

β-karoten μg 293

Lutein μg 94

Vitamin E mg 0,56

Vitamin K μg 2,8

2.2 LIKOPEN

Karotenoid merupakan komponen penting dalam fotosintesis organisme [27] Karotenoid juga menyediakan warna pada bunga dan buah-buahan. Misalnya, likopen memberikan warna merah pada tomat dan buah-buahan lainnya. Karotenoid terbagi menjadi karoten (misalnya likopen) dan xanthophylls (misalnya lutein) tergantung pada apakah terdapat oksigen dalam struktur molekul mereka [28].

Likopen adalah karotenoid dengan rumus C40H56 dan memiliki berat molekul 536,85 g / mol. Rumus strukturnya adalah:

Gambar 2.1 Rumus Struktur Likopen [8]

Likopen terdapat dalam makanan terutama dalam bentuk all-trans [29,30] memiliki berbagai isomer cis (umumnya dalam darah manusia dan jaringan).

Likopen adalah hidrokarbon tak jenuh yang mengandung 11 ikatan rangkap terkonjugasi dan dua ikatan rangkap tak terkonjugasi seperti yang diilustrasikan pada Gambar 2.2 [31,32]. Degradasi yang tidak diinginkan dari likopen tidak hanya mempengaruhi kualitas sensorik dari produk akhir, tetapi juga manfaat kesehatan dari makanan berbasis tomat bagi tubuh manusia. Likopen dalam buah tomat segar terjadi pada dasarnya dalam konfigurasi all-trans. Penyebab utama degradasi likopen tomat selama pemrosesan adalah isomerisasi dan oksidasi. Isomerisasi mengkonversi isomer all-trans ke cis-isomer karena masukan energi tambahan dan hasilnya tidak stabil. Pengolahan termal (bleaching, retort, dan proses pembekuan) umumnya menyebabkan hilangnya likopen dalam makanan berbasis tomat. Panas menginduksi isomerisasi all- trans ke bentuk cis. Cis-isomer meningkat dengan suhu dan waktu proses. Secara umum, tomat yang didehidrasi atau menjadi bubuk memiliki stabilitas likopen

yang buruk kecuali dengan hati-hati segera diproses, serta disimpan dalam lingkungan tertutup rapat dan inert untuk penyimpanan. Peningkatan yang signifikan pada cis-isomer terjadi dengan penurunan simultan all-trans [8].

Sintesis pigmen pada tomat berhubungan dengan proses pematangan, dan warna merah pada buah merupakan hasil dari akumulasi likopen. Tingkat likopen buah tomat ditentukan dari potensi genetik jenisnya dan kondisi lingkungan, terutama suhu dan cahaya. Selama periode pematangan, komposisi likopen pada buah meningkat tajam [11].

Warna merah dari berbagai jenis buah-buahan adalah karena adanya likopen dan karotenoid lainnya. Likopen merupakan pigmen alami yang disintesis secara eksklusif oleh tanaman dan mikroorganisme. Salah satu fungsi dari likopen dan spesies karotenoid yang terkait adalah menyerap cahaya selama fotosintesis, sehingga melindungi tanaman terhadap photosensitasi. Likopen adalah salah satu pigmen alami yang penting. Kadang-kadang warna cemerlang likopen tertutupi oleh pigmen hijau klorofil (contohnya dalam sayuran hijau dan daun). Dalam sejumlah kasus, kandungan klorofil berkurang dengan semakin tumbuhnya suatu tumbuhan, meninggalkan likopen dan karotenoid lain untuk bertanggung jawab

Struktur terkonjugasi membuat likopen antioksidan yang sangat efektif dan mungkin juga bertanggung jawab untuk perannya dalam pencegahan kanker jenis tertentu [34]. Namun, struktur terkonjugasi ini juga membuat likopen rentan terhadap degradasi oksidatif, dan seperti karotenoid lain, sensitif terhadap faktor-faktor seperti oksigen, paparan cahaya, dan pH ekstrim [35].

Aktivitas antioksidan likopen yang dianggap mekanisme utama aksi in

vivo. Likopen memiliki aktivitas antioksidan tinggi dibandingkan dengan karotenoid lain. Likopen dapat menyerap energi dari oksigen tunggal, mengkonversi likopen ke keadaan triplet nya. Energi ini kemudian tersebar ke media sekitarnya melalui gerakan rotasi dan vibrasi [36].

2.3 EKSTRAKSI

Untuk memisahkan satu atau lebih komponen pada campuran, campuran

dikontakkan dengan fasa lain. Dua pasangan fasa dapat berupa gas-cair, uap-cair, cair-cair, atau cair-padat.

Pada distilasi, cairan secara parsial diuapkan untuk membuat fasa lain, yaitu uap. Pemisahan dari komponen-komponennya tergantung dari tekanan uap parsial substansi tersebut. Fasa uap dan cair sama secara kimia. Pada ekstraksi cair-cair, kedua fasa secara kimia cukup berbeda, yang menuntun kepada pemisahan komponen-komponennya berdasarkan sifat fisik dan kimia.

Ekstraksi pelarut dapat digunakan sebagai alternatif dari pemisahan secara distilasi maupun evaporasi [37].

2.3.1 Ekstraksi Padat Cair (Leaching)

Ekstraksi padat cair atau leaching adalah proses pengambilan komponen dalam suatu padatan dengan menggunakan pelarut yang sesuai. Interaksi antara solute dengan padatan, solute dengan pelarut dan pelarut dengan padatan sangat berpengaruh pada proses ekstraksi. Pada proses ekstraksi ini, dengan adanya pemanasan solute yang terperangkap di dalam padatan mulai meleleh, bergerak melalui pori-pori padatan. Adanya penambahan pelarut menyebabkan pori-pori

dilanjutkan dengan berdifusi keluar permukaan partikel padatan dan bergerak ke lapisan film sekitar padatan, untuk selanjutnya ke badan cairan [38].

Misalnya ada campuran fasa padat A dan C yang akan diambil C-nya, maka ditambahkan solven B cair yang bisa melarutkan C tetapi tidak melarutkan A. Diperoleh ekstrak berupa larutan C dalam B. Selanjutnya B dipisahkan dari C, biasanya dengan penguapan, dan dipakai lagi untuk leaching. Proses ini juga bisa dipakai untuk pengambilan minyak atsiri dari hasil-hasil tanaman Indonesia. Industri rakyat umumnya masih belum bisa memanfaatkan teknologi ini karena kelayakan proses ini sangat ditentukan oleh keberhasilan pengambilan kembali (recovery) solven, yang membutuhkan peralatan yang relatif baik.

Harga solven ini biasanya relatif mahal, sehingga kehilangan solven akan sangat merugikan. Kelemahan lain proses ini adalah adanya sedikit solven yang tertinggal dalam produk. Untuk produk-produk tertentu, terutama bahan makanan,

adanya sedikit solven tersisa tersebut perlu dihindari.

Proses leaching umumnya memerlukan suhu agak tinggi karena daya larut akan naik dengan naiknya suhu. Suhu agak tinggi ini sering menimbulkan kerusakan bahan, sehingga kualitas produk turun. Masalah lain yang timbul adalah bahwa solven pada umumnya tidak sempurna selektivitasnya sehingga ada zat-zat lain yang ikut terambil dalam ekstrak. Setelah solven diuapkan, masih diperoleh campuran sejumlah zat yang perlu dimurnikan lebih lanjut. Misalnya pada ekstraksi minyak atsiri dari bunga-bungaan, diperoleh produk yang disebut concrete, yang masih perlu dimurnikan [39].

Efisiensi ekstraksi umumnya fungsi dari proses kondisi. Ekstraksi kuantitatif konstituen aktif merupakan langkah penting sebelum analisis. Kuantitas

analit yang diekstrak dari matriks yang berbeda tergantung pada jenis matriks, teknik dan kondisi ekstraksi [40]. Banyak faktor, seperti konsentrasi pelarut, waktu ekstraksi, suhu, pH, rasio cairan/padatan dan ukuran partikel, dapat mempengaruhi secara signifikan ekstraksi padat-cair [41,42]. Peran positif atau negatif dari masing-masing faktor dalam transfer massa pada proses ini tidak

produk alami memastikan bahwa setiap materi atau sistem pelarut menunjukkan perilaku yang berbeda, yang tidak dapat diprediksi [43].

2.3.2 Ekstraksi Cair-Cair

Ekstraksi cair-cair atau sering disebut ekstraksi saja, sudah lama dikenal dan dipakai dalam industri. Pada proses ini, campuran cair A dan C diambil C-nya dengan penambahan cairan B yang tidak/sedikit saling melarutkan dengan A tetapi bisa melarutkan C. Terbentuk dua fasa cair immiscible, yang pertama kaya A, yang lain kaya B, sedangkan C terdistribusi pada kedua fasa tersebut. Diperoleh ekstrak berupa larutan C dalam B dan rafinat berupa larutan C dalam A. Studi yang banyak dilakukan adalah mencari persamaan-persamaan fundamental proses ekstraksi untuk mendukung perancangan alat ekstraksi yang lebih efisien/optimal. Konsep dasar yang terlibat adalah kesetimbangan fasa

cair-cair dan perpindahan massa cair-cair-cair-cair. Ada kecenderungan baru untuk mencoba menggunakan ekstraksi reaktif. Solven yang dipakai mengandung zat yang bisa berikatan kimia atau membentuk senyawa kompleks dengan zat yang diserap sehingga kemampuan solven mengekstraksi meningkat [39].

Ekstraksi cair-cair adalah aplikasi dari kelarutan parsial untuk pemisahan campuran cair dari dua atau lebih komponen. Proses ekstraksi cair-cair diterapkan, secara umum untuk pemisahan campuran yang tidak dapat dilakukan oleh distilasi untuk satu atau lebih alasan:

a) Suhu distilasi yang terlalu tinggi

b) Volatilitas relatif terlalu kecil atau adanya azeotrop c) Pemisahan berdasarkan volatilitas tidak memuaskan

Setiap campuran apapun dapat dipisahkan dengan ekstraksi jika komponennya memiliki perbedaan berat molekul satu sama lain atau tipe molekul yang berbeda. Hal ini hanya diperlukan untuk menemukan pelarut dengan campuran yang larut sebagian dan di salah satu komponen atau satu jenis yang lebih larut dari yang lain [44].

Proses pemisahan zat yang ada dalam larutan asal ke dalam pelarut

ke dalam larutan asal yang didispersikan kedalam pelarut. Dengan demikian dalam proses ekstraksi cair-cair dikenal dua fasa saling kontak yaitu fasa dispersi yang merupakan cairan yang didispersikan dan fasa yang merupakan cairan yang bertindak sebagai medium dispersi [45].

2.4 PELARUT YANG DIGUNAKAN UNTUK MENGEKSTRAKSI

LIKOPEN

Ada banyak variasi campuran ekstraksi yang digunakan untuk mengekstrak likopen. Tujuan dari ekstraksi adalah memisahkan likopen dari komponen larut air dari likopen yang berisi bahan makanan [46].

Karena karotenoid tomat larut dalam lemak, mereka biasanya diekstrak dengan pelarut organik seperti kloroform, heksana, aseton, petroleum eter, dan lain-lain [47, 48, 49,50]. Karena sampel dapat berisi sejumlah besar air, pelarut

organik yang larut dalam air seperti etanol, aseton, dan lain-lain juga digunakan. Campuran berbagai pelarut biasanya digunakan dalam ekstraksi karotenoid. Etanol mendidih telah diusulkan untuk ekstraksi likopen dari tomat.

Laju ekstraksi likopen adalah fungsi dari bahan pelarut termasuk dalam campuran ekstraksi. Likopen larut dalam lemak, sehingga lebih sering diekstraksi dengan pelarut organik seperti etanol, aseton, petroleum eter, heksana, benzena, kloroform, dan lain-lain sebelum analisis kimia untuk penentuan kuantitatif.

Campuran heksana dengan aseton dan etanol atau metanol sering digunakan [33, 50, 51] karena komponen lain seperti dietil eter dan tetrahidrofuran mungkin mengandung peroksida yang bereaksi dengan karotenoid [51], tingkat pemulihan dengan campuran yang mengandung etil asetat sangat rendah [50], dan stabilitas ekstrak likopen yang diperoleh dengan heksana/aseton atau heksana/etanol lebih tinggi daripada ekstrak yang diperoleh dengan pelarut organik lainnya seperti kloroform, metanol, atau diklorometana [52]. Likopen dapat selanjutnya diukur secara spektrofotometri atau dengan High Performance

2.4.1 Sifat Fisika dan Kimia N-Hekasna

2.4.1.1 Sifat Fisika N-Heksana

 Berat Molekul : 86,18 g/mol  Warna : Tidak berwarna  Bentuk fisik : Cairan

 Titik leleh : -95 oC  Titik didih : 69 oC

 Densitas : 0,6603 g/cm3

2.4.1.2 Sifat Kimia N-Heksana

Larut dalam alkohol, kloroform, dan eter [53].

2.4.2 Sifat Fisika dan Kimia Etil Asetat

2.4.2.1 Sifat Fisika Etil Asetat

 Nama lain : Ethyl ethanoate, Ethyl ester, Acetic ester, Ester of

ethanol

 Rumus molekul : C4H8O2  Berat molekul : 88,105 g/mol

 Wujud : Cairan tidak berwarna  Densitas : 0,897 g/cm³

 Titik beku : -83,6 °C; 190 K; -118 °F  Titik didih : 77,1 °C; 350 K; 171 °F  Kelarutan dalam air : 8,3 g/100 mL (20 °C)  Viskositas : 0,426 cp (25 °C)  Momen dipole : 1,78 D

2.4.2.2 Sifat Kimia Etil Asetat

Etil asetat dapat terhidrolisa oleh NaOH membentuk natrium asetat dan etanol, berdasarkan reaksi [54].

2.5 METODE KRISTALISASI

Kristalisasi adalah teknik pemisahan dan pemurnian digunakan untuk menghasilkan berbagai macam bahan. Kristalisasi dapat didefinisikan sebagai perubahan fasa di mana produk kristal diperoleh dari larutan. Sebuah larutan adalah campuran dari dua atau lebih spesies yang membentuk satu fasa homogen. Larutan biasanya diasumsikan dalam cairan, meskipun larutan dapat termasuk padatan tersuspensi. Sebuah larutan untuk dapat dikristalisasi harus berada pada kondisi sangat jenuh. Sebuah larutan di mana konsentrasi zat terlarut melebihi keseimbangan (jenuh), konsentrasi zat terlarut pada temperatur tertentu dikenal sebagai larutan jenuh. Ada empat metode utama untuk menghasilkan larutan sangat jenuh adalah sebagai berikut :

 Perubahan suhu (terutama pendinginan)  Penguapan pelarut

 Reaksi kimia, dan

 Mengubah komposisi pelarut (misalnya dengan penggaraman)

Kristalisasi dari larutan dapat dianggap sebagai proses dua langkah. Langkah pertama adalah pemisahan fasa (pembentukan) dari kristal baru. Yang kedua adalah pertumbuhan kristal ini menjadi ukuran yang lebih besar. Kedua proses dikenal sebagai nukleasi dan pertumbuhan kristal. Analisis proses kristalisasi industri membutuhkan pengetahuan baik nukleasi maupun pertumbuhan kristal.

Pembentukan kristal baru, yang disebut nukleasi, mengacu pada awal proses pemisahan fasa. Molekul-molekul zat terlarut telah membentuk partikel berukuran sekecil mungkin pada kondisi saat ini. Tahap selanjutnya dari proses kristalisasi ialah inti tumbuh lebih besar dengan penambahan molekul zat terlarut dari larutan yang sangat jenuh. Bagian dari proses kristalisasi ini dikenal sebagai pertumbuhan kristal. Pertumbuhan kristal, bersama dengan nukleasi, mengontrol distribusi ukuran partikel akhir yang diperoleh pada sistem. Selain itu, kondisi dan

2.5.1 Kristalisasi Antisolvent

Kristalisasi merupakan proses pemisahan terpenting kedua pada industri kimia setelah distilasi. Konsentrasi larutan harus lebih tinggi dari pada konsentrasi kesetimbangan pada suhu kelarutannya agar terjadi nukleasi dan pertumbuhan kristal terjadi. Perbedaan antara konsentrasi sebenarnya dan konsentrasi kesetimbangan disebut lewat jenuh (supersaturated) yang merupakan gaya pendorong (driving force) kristalisasi. Lewat jenuh dapat ditimbulkan pada sistem dengan pendinginan, evaporasi pelarut, atau perubahan media – penambahan antisolvent yang mengurangi kelarutan zat terlarut pada sistem resultan, atau pengubahan zat terlarut melalui reaksi kimia menghasilkan senyawa lain dengan kelarutan yang jauh lebih rendah. Lewat jenuh dapat terbentuk dengan mengubah kelarutan dari sistem tersebut dengan penambahan antisolvent. Keuntungan dari kristalisasi antisolvent adalah prosesnya dapat berlangsung pada temperatur yang

mendekati temperatur lingkungan. Metode ini lebih sesuai untuk senyawa yang sensitif terhadap panas. Juga, proses membutuhkan energi yang lebih kecil dari proses evaporasi pelarut. Bagaimanapun, campuran pelarut-antisolvent harus dipisahkan untuk memulihkan dan mendaur ulang (recycle) satu atau kedua pelarut. Keuntungan lain dari kristalisasi antisolvent adalah bahwa perubahan dalam komposisi pelarut dapat mendukung satu struktur kristal dalam kasus-kasus di mana zat terlarut dapat mengkristal dalam dua atau lebih fase kristal (yang disebut polimorfisme), dan hanya satu dari mereka yang diinginkan untuk aplikasi produk. Karena karakteristik ini, kristalisasi antisolvent telah banyak digunakan untuk mengkristalkan produk farmasi, yang secara umum sensitif oleh degradasi akibat pemanasan [56].

2.6 ALAT ANALISA LIKOPEN

Banyak teknik yang berbeda seperti ekstraksi dengan pelarut yang konvensional [13] dan ekstraksi fluida superkritik (SFE) yang telah digunakan untuk ekstraksi likopen dari Lycopersicum esculentum [14]. Untuk isolasi dan pemurnian lebih lanjut, teknik kromatografi kolom [15] dan kromatografi cair

membutuhkan manipulasi yang sensitif dan kompleks dan menghabiskan banyak waktu [17].

2.6.1 Fourier Transform Infrared Spectroscopy (FTIR)

Spektroskopi inframerah telah menjadi teknik terpenting untuk analisis bahan di laboratorium selama lebih dari tujuh puluh tahun. Spektrum inframerah menampilkan identitas dari sampel dengan puncak serapan yang sesuai dengan frekuensi getaran antara ikatan atom yang membentuk materi. Karena setiap bahan yang berbeda adalah kombinasi unik dari atom-atom, tidak ada dua senyawa menghasilkan spektrum inframerah yang tetap sama. Oleh karena itu, spektroskopi inframerah dapat menghasilkan identifikasi positif (analisis kualitatif) dari setiap jenis materi yang berbeda. Selain itu, ukuran puncak dalam spektrum merupakan indikasi langsung dari jumlah yang hadir dalam suatu material. Dengan algoritma perangkat lunak modern, inframerah adalah alat yang

sangat baik untuk analisis kuantitatif [57].

2.7 ANALISA BIAYA

Analisa biaya dilakukan untuk mengetahui apakah produk yang dihasilkan melalui penelitian ini bersifat ekonomis. Bahan-bahan yang digunakan dibagi menjadi dua bagian, yaitu bahan untuk ekstraksi dan bahan baku untuk kristalisasi.

Berikut ini adalah tabel jumlah bahan baku yang digunakan untuk mengekstraksi likopen dari buah tomat :

Tabel 2.2 Keterangan Jumlah Bahan Baku untuk Mengekstraksi Likopen dari Buah Tomat Menggunakan Pelarut Etil Asetat Teknis

Bahan Kuantitas Harga/satuan (Rp) Harga (Rp)

Etil Asetat Teknis 675 ml 20.000,00/L 13.500,00 Tomat 110 kg 2.000,00/kg 220.000,00

Total Rp 233.500,00

Bahan baku untuk proses kristalisasi adalah antisolvent berupa metanol teknis atau etanol teknis sebanyak 100 ml. Rendemen kristal likopen yang

diperoleh lebih besar jika digunakan penggunaan antisolvent metanol teknis, maka untuk perhitungan analisa biaya ini dilakukan perhitungan dengan menggunakan antisolvent metanol teknis.

Berikut ini adalah tabel jumlah bahan baku yang digunakan untuk proses kristalisasi likopen dari ekstrak buah tomat :

Tabel 2.3 Keterangan Jumlah Bahan Baku untuk Proses Kristalisasi Likopen dari Ekstrak Buah Tomat Menggunakan Antisolvent Metanol Teknis

Bahan Kuantitas Harga/satuan (Rp) Harga (Rp)

Metanol Teknis 100 ml 15.000,00/liter 1.500,00

Total Rp 1.500,00

Dari Tabel 2.2 dan 2.3 diperoleh total biaya bahan baku untuk ekstraksi dan kristalisasi likopen dari buah tomat adalah Rp 233.500,00 + Rp 1.500,00 = Rp 235.000,00. Diasumsikan bahwa dari 110 kg tomat menghasilkan 3,2 gram likopen maka harga 1 gram likopen = Rp 235.000,00/3,2gram = Rp 73.500/gram = Rp 73.500.000,00/kg.