BAB 2
TINJAUAN PUSTAKA
2.1 Tumbuhan Kesumba Keling(B. orellana L.)
B. orellanaL. sejak tahun 1828 telah menjadi tanaman wajib yang ditanam di pulau Jawa dan pada tahun 1889 kesumba keling telah diekspor ke negara-negara Eropa. Kesumba keling digunakan sebagai zat warna alami. Pemakaian zat warna alami dibeberapa negara lebih aman dari pada zat warna sintetis karena sifatnya non karsinogenik. B. orellana L. tergolong dalam famili bixaceae. Di Philipina, penduduk aslinya menggunakan kesumba kelingsebagai obat-obatan untuk menyembuhkan infeksi, pengobatan penyakit kulit dan untuk mengobati luka bakar (Sutara, 2009; Aseervatham, et al, 2012; Selvi, et al, 2011).
Kesumba keling merupakan jenis tumbuhan perdu tegak atau pohon kecil, tinggi 2-8 m. Ciri umum dari tumbuhan kesumba keling adalah daun tunggal bertangkai panjang, bentuknya bulat telur, ujung runcing, pangkal rata kadang berbentuk jantung, tepi rata, pertulangan menyirip, panjang 8-20 cm, lebar 5-12 cm, dan berwarna hijau berbintik merah. Berbunga majemuk berwarna merah muda atau putih dengan diameter 4-6 cm. Buah seperti rambutan, tertutup rambut sikat, berwarna hijau saat masih muda dan merah tua setelah masak, pipih, panjang 2-4 cm, berisi banyak biji kecil berwarna merah tua (Dalimartha, 2009).
Sistematika Tumbuhan Kesumba Keling
Kingdom : Plantae
Divisi : Spermatophyta Class : Dicotyledonae
Ordo : Cistales
Famili : Bixaceae
Genus : Bixa
Spesies : Bixa orellana L.
2.2 Senyawa Organik Bahan Alam
Pada hakekatnya kimia bahan alam merupakan pengetahuan yang telah dikenal sejak peradaban manusia tumbuh. Contohnya adalah pembuatan bahan makanan, pewarnaan benda, obat-obatan atau stimulan, dan sebagainya.
Para kimiawan pada akhir abad ke delapan belas mulai mengakhiri kepercayaan dunia mitos ke ilmu pengetahuan modern, dan diantara para ilmuan sangat antusias untuk menguak sifat-sifat yang sebenarnya dari bahan ekstrak yang diperoleh dari alam. Mereka mulai memisahkan, memurnikan, dan akhirnya menganalisis senyawa-senyawa yang dihasilkan dari sel-sel hidup. Seiring dengan kemajuan ilmu pengetahuan maka perkembangan kimia bahan alam tidak lagi diragukan hingga sekarang (Sastrohamidjojo, 1996).
Biogenesis dari produk alami, meskipun pada mulanya berkaitan dengan kimia organik dan biokimia, menjadi berlainan karena mempunyai tujuan yang berlainan. Kimia organik terutama mempelajari struktur, sifat-sifat kimia dan fisika, serta cara sintesisnya, baik secara alami ataupun in vitro dari zat-zat kimia tetapi cenderung untuk mengabaikan sifat-sifat khusus dari bahan alam, misalnya tentang cara pembentukan dan peran biologisnya. Biokimia, berusaha menjawab pertanyaan-pertanyaan yang paling banyak diajukan terutama tentang metabolisme primer, dan mengabaikan proses-proses sekunder misalnya tentang pembentukan alkaloid, terpena dan lain-lain (Manitto, 1981).
Dengan meningkatnya jenis dan tipe senyawa yang ditemukan di dalam berbagai bahan alam, berkembang juga sistem klasifikasi senyawa yang berasal dari bahan alam. Ada 4 jenis klasifikasi yang digunakan (Nakanishi,et al, 1974).
1. Klasifikasi Berdasarkan Struktur Kimia
a. Senyawa lemak rantai terbuka atau alifatik, seperti asam-asam lemak, gula-gula, dan hampir semua asam amino
b. Senyawa sikloalifatik atau alisiklik, seperti terpenoid, steroid, dan beberapa alkaloid
c. Senyawa benzenoid atau aromatik, seperti fenol dan kuinon.
d. Senyawa heterosiklik, seperti alkaloid, flavonoid, dan basa-basa nukleat.
2. Klasifikasi Berdasarkan Aktivitas Fisiologi
Pengembangan bahan alam didahului dengan pengamatan dan pengalaman empirik khasiat bahan alam tersebut untuk menyembuhkan penyakit tertentu. Oleh karena itu, salah satu cara penyelidikan bahan obat dari tumbuhan atau bahan alam lainnya adalah melalui ekstraksi dan penetapan khasiat farmakologi ekstrak, diikuti dengan isolasi komponen murni.
Sebagai contoh, berbagai steroid dengan struktur yang berbeda, aktivitas kardiotoniknya (kardenolida dan bufadienolida) ditunjukkan secara spesifik oleh (a) ikatan cis cincin A/B, (b) adanya gugus gula pada C3, dan (c) gugus lakton (dengan 5 atau 6 atom karbon) terkonjugasi pada C17.
R= gugus gula
3. Klasifikasi Berdasarkan Taksonomi
Klasifikasi ini didasarkan pada pengkajian morfologi komparatif atau taksonomi tumbuhan. Di dalam hewan dan sebagian mikroorganisme metabolit akhir biasanya diekskresikan ke luar tubuh, sedangkan di dalam tumbuhan, metabolit tersebut disimpan di dalam tubuh tumbuhan.
O O
H RO
OH H
Kardenolida
O
Walaupun beberapa metabolit selama ini diketahui spesifik pada tumbuhan tertentu, tetapi sekarang telah diketahui tersebar di dalam berbagai tumbuhan, misalnya alkaloid dan isoprenoid telah dapat diisolasi dari berbagai genus, spesies, suku, atau ordo. Bahkan di dalam satu spesies terdapat sejumlah komponen yang memiliki struktur dasar yang berkaitan. Sebagai contoh, opium dari Papaver somniferum mengandung lebih dari 20 alkaloid seperti morfin, kodein, tebain dan narkotin yang semuanya merupakan hasil biosintesis dari prekursor 11-benzilisokuinolin dengan kopling oksidatif.
Pengetahuan tentang kandungan komponen tumbuhan berkembang dengan sangat pesat karena berkembangnya metode ekstraksi, isolasi dan karakterisasinya. Hal ini mendorong berkembangnya suatu bidang baru yang disebut kemotaksonomi (chemotaxonomy) atau sistematik kimia (chemosystematic) yang mengarah ke pembagian kandungan tumbuhan berdasarkan taksa tumbuhan. Dengan kata lain, isi kandungan tumbuhan dianggap sebagai tanda bagi evolusi dan klasifikasi tumbuhan.
O
Bufadienolida
O O
H RO
OH H
R= gugus gula Kardenolida
a. b.
4. Klasifikasi Berdasarkan Biogenesis
Sebagian besar bahkan hampir semua, senyawa kandungan kimia bahan alam adalah senyawa organik, dan sumber utama senyawa karbon atau senyawa organik ini adalah glukosa yang dibentuk melalui fotosintesis di dalam tumbuhan autotropik atau diperoleh dari organisme heterotrof.
Berbagai teori tentang pembentukan senyawa metabolit primer dan metabolit sekunder telah dikemukakan di dalam berbagai publikasi. Diawali dengan teori aturan isoprena pada tahun 1930, yang menyatakan bahwa semua terpenoid dibentuk dari unit isoprena 5-C, dilanjutkan dengan teori poliketometilena untuk senyawa fenolik, yang merupakan saran pertama bagi biosintesis asetogenin (poliketida). Komponen pembangun utama untuk atom-atom karbon dan nitrogen di dalam semua senyawa bahan alam berasal dari 5 kelompok prekursor, yaitu:
Asetil ko-A
Malonil ko-A unit 2C(Me-C
O
) poliketida (asetogenin)
a.
b. asam sikimat unit 6C-3C (6C-1C atau 6C-2C) senyawa fenolik c. asam mevalonat unit prenil isoprenoid
CH2=C-CH2-CH2 Me
d. unit asam amino seperti fenilanalina, tirosina, ornitina, lisina, dan triptofan alkaloid
e.
5-5'-deoksiadenilmetionina unit 1C2.3 Metabolit Sekunder
Senyawa kimia bermolekul besar merupakan bagian utama dalam organ tanaman kering. Senyawa bermolekul besar ini berfungsi sebagai pembentuk struktur tanaman (selulosa, kitin, lignin), sebagai cadangan makanan (amilum, protein, lipoprotein) atau untuk memenuhi fungsi metabolisme penting lainnya (protein dan enzim). Senyawa kimia dari tanaman yang bebeda-beda dapat disaring dengan pelarut umum (air, etanol, eter, benzen), berupa senyawa kimia tanaman dengan molekul kecil, senyawa kimia bermolekul kecil ini memiliki penyebaran yang terbatas, senyawa inilah yang disebut dengan metabolit sekunder.
Penggolongan Metabolit Sekuder
Pengelompokkan senyawa kimia tananam berdasarkan sifat khas yang dimiliknya (antara lain warna, rasa, bau, pH, kelarutan), merupakan hal penting sehingga sampai sekarang masih banyak dipakai.
Berikut contoh pengelompokkan senyawa kimia seperti tersebut diatas.
1. Minyak Atsiri. Baunya khas dan dapat dipisahkan dari senyawa kimia tanaman lainnya, karena sukar larut dalam air dan dapat menguap bersama uap air. 2. Alkaloid. Senyawa yang bersifat basa dapat dipisahkan dari yang netral dan
asam. Penyebab sifat basa sangat erat kaitannya dengan kerja farmakologi pada tubuh binatang dan manusia.
3. Zat Pahit. Berpedoman pada rasa pahit adalah suatu metode yang mudah untuk memisahkan senyawa kimia tanaman, perlu waktu yang cukup sehingga seluruh zat pahit dalam sari menjadi zat yang dapat dikristalkan.
2.4 Senyawa Flavonoida
Flavonoidaterdapat dalam tumbuhan sebagai campuram, jarang dijumpai hanya flavonoida tunggal dalam jaringan tumbuhan. Banyak terdapat campuran yang terdiri dari flavonoida yang berbeda kelas. Flavonoid terdapat dalam semua tumbuhan berpembuluh, tetapi beberapa kelas lebih tersebar daripada yang lainnya. Flavon dan flavonol tersebar luas pada alam semesta, sedangkan isoflavon dan biflavonol hanya terdapat pada beberapa suku tumbuhan (Harborne, 1996).
Senyawa flavonoida diturunkan dari unit C6-C3 (fenil propana) yang bersumber dari asam sikimat (via fenilalanin) dan unit C6 yang diturunkan dari jalur poliketida. Fragmen poliketida ini disusun dari tiga molekul malonil-KoA yang bergabung dengan unit C6-C3 (sebagai KoA tioester) untuk membentuk unit awal triketida. Oleh karena itu, flavonoid yang berasal dari biosintesis gabungan terdiri atas unit-unit yang diturunkan dari asam sikimat dan jalur poliketida.
Unit awal triketida mengalami siklisasi oleh enzim kalkon sintase untuk membentuk gugus kalkon pada flavonoid. Kemudian terjadi siklus untuk menghasilkan cincin piranon yang mengandung inti flavanon, yang dapat memiliki ikatan C2-C3 teroksidasi (tidak jenuh) untuk menghasilkan gugus flavon, atau dihidroksilasi pada posisi C3 cincin piranon untuk menghasilkan gugus flavanol pada flavonoid.
Sistem penomoran untuk turunan senyawa flavonoid diberikan di bawah :
(Robinson, 1995) O
A 1
2
3 5
8
6
7 1'
2' 3'
4'
5' 6'
Flavanol ini selanjutnya dioksidasi untuk menghasilkan antosianin, yang memberikan warna biru terang pada bunga dan warna anggur merah gelap. Senyawa flavonoid juga berperan dalam memberikan banyak warna lain di alam, terutama daun mahkota kuning dan jingga, bahkan flavonoid yang tidak berwarna menyerap cahaya pada spektrum UV (karena banyak gugus kromofor) dan dapat dilihat oleh banyak serangga. Senyawa ini diduga memiliki manfaat ekologi yang besar di alam berkat warnanya sebagai penarik serangga dan burung untuk membantu penyerbukan tanaman. Flavonoid tertentu juga mempengaruhi rasa makanan secara signifikan, misalnya beberapa tanaman memiliki rasa pahit dan kesat seperti glikosida flavanon naringin.
O
OH
OH O Glc
O Rha
Naringin
2.4.1 Biosintesis Flavonoida
Gambar 2.1Biosintesa hubungan antara jenis monomer flavonoida dari alur asetat-malonat dan alur sikimat (Markham, 1998).
2.4.2 Klasifikasi Senyawa Flavonoida
Dalam tumbuhan, flavonoid terdapat dalam berbagai bentuk struktur. Keragaman struktur flavonoid ini disebabkan karena perbedaan tahap modifikasi lanjutan dari struktur dasar flavonoid, antara lain:
1. Flavonoid O-glikosida.
Flavonoid biasanya terdapat sebagai flavonoid O-glikosida, pada senyawa tersebut satu gugus hidroksi flavonoid (atau lebih) terikat pada satu gula (atau lebih) dengan ikatan hemiasetal yang tak tahan asam. Pengaruh glikosilasi meyebabkan flavonoid menjadi kurang reaktif dan lebih mudah larut dalam air (cairan). Glukosa merupakan gula yang paling umum terlibat, walaupun galaktosa, ramnosa, xilosa, dan arabinosa sering juga terdapat. Gula lain yang ditemukan adalah alosa, manosa, fruktosa, apiosa dan asam glukuronat serta galakturonat.
O
O O
OH
OH O
OH HO
HO ROH2C
(2) (R=H) Apigenin 7-O-β-D-glukopiranosida
(3) (R=OCOCH3) Apigenin 7-O-β-D-(6”-O-asetil)glukopiranosida
2. Flavonoid C-glikosida.
O
Apigenin 8-C-β-D-glukopiranosida (viteksin)
3. Flavonoid Sulfat
Gabungan flavonoid lain yang mudah larut dalam air yang mungkin ditemukan hanya flavonoid sulfat. Senyawa ini mengandung satu ion sulfat atau lebih, yang terikat pada hidroksil fenol atau gula.
4. Biflavonoid
Biflavonod adalah flavonoid dimer, walau pun prosianidin dimer (satuan dasarnya katekin) biasanya tidak dimasukkan ke dalam golongan ini. Flavonoid yang biasanya terlibat adalah flavon dan flavanon yang secara biosintesis mempunyai pola oksigenasi yang sederhana 5,7,4‟ (atau kadang-kadang 5,7,3‟,4‟) dan ikatan antar-flavonoid berupa ikatan karbon-karbon atau kadang-kadang ikatan eter. Biflavonoid jarang ditemukan sebagai glikosida, dan penyebarannya terbatas, terdapat terutama pada gimnospermae. 5. Aglikon flavonoid yang aktif-optik
Flavonoid dapat dikelompokkan berdasarkan tahanan oksidasi dan keragaman lain pada rantai C3 :
1. Flavon
Flavon berbeda dengan flavonol karena pada flavon tidak terdapat gugus 3-hidroksi. Flavon juga terdapat sebagai glikosida, tetapi jenis glikosidanya lebih sedikit daripada jenis glikosida pada flavonol. Jenis yang paling umum ialah7-glukosida, contohnya luteolin7-hidroksida. Tidak seperti pada flavonol, flavon sungguh ajaib, terdapat juga yang terikat pada gula melalui ikatan karbon- karbon. Flavon merupakan senyawa yang berwarna kuning pucat.
O
O
A C
B
2. Flavonol
Flavonol sangat tersebar luas dalam tumbuhan, baik sebagai kopigmen antosianin dalam daun, bunga maupun dalam daun tumbuhan tinggi. Seperti antosianin, mereka paling sering terdapat sebagai glikosida. Walaupun telah dikenal dua atau tiga ratus aglikon flavonol, yang umum hanya tiga saja: kemferol (pola hidroksilasi serupa dengan antosianidin dan pelargonidin), kuersetin (bandingkan dengan sianidin), dan mirisetin (bandingkan dengan delfinidin).
O
O OH
A C
3. Flavanon
Flavanon terbentuk dari biosintesa dari kalkon melalui mediasi enzim isomerasi kalkon. Flavonon merupakan senyawa yang tersebar luas dialam. Senyawa ini banyak terdapat pada buah citrus dan pada bagian tumbuhan famili rutaceae. Senyawa ini banyak terjadi dialam. Flavonon terutama digunakan sebagai aktivitas antimikroba dan senyawa sakuranetin (narigenin 7-metil eter) yang digunakan sebagai antifungal pada daun ribes.
4. Auron
Auron dan khalkon merupakan „antoklor‟ , yaitu pigmen kuning yang dapat dideteksi berdasarkan kenyataan bahwa bila daun bunga yang berwarna kuning diasapi dengan asap basa dari sebatang cerutu, atau diuapi dengan uap amonia warnanya berubah menjadi jingga atau merah (Harborne, 1996).
5. Flavanonol
Flavanonol (atau dihidroflavonol) barangkali merupakan flavonoid yang paling kurang dikenal, dan tidak dapat diketahui apakah senyawa ini terdapat sebagai glikosida. Senyawa ini stabil dalam asam klorida panas tetapi terurai oleh udara.
O
O
A C
B
O
O CH
A B
O
O OH
A C
6. Katekin
Katekin dan proantosianidin adalah dua golongan senyawa yang mempunyai banyak kesamaan. Semuanya senyawa tanpa warna, terdapat pada seluruh tumbuhan tetapi terutama dalam tumbuhan berkayu.
7. Kalkon
Pada kenyataan, pengubahan kalkon menjadi flavanon terjadi dengan mudah dalam larutan asam dan reaksi kebalikannya dalam basa. Reaksi ini mudah diamati karena kalkon warnanya jauh lebih kuat daripada warna flavanon, terutama dalam larutan basa warnya merah jingga. Oleh karena itu, hidrolisis glikosida kalkon dalam suasana asam menghasilkan aglikon flavanon sebagai senyawa jadi, bukan kalkon (Robinson, 1995).
8. Antosianin
Senyawa flavonoid alam yang paling menyolok adalah antosianin, yang merupakan pembentuk dasar pigmen warna merah, ungu dan biru pada tanaman, terutama sebagai bahan pewarna bunga dan buah- buahan. Antosianin adalah glikosida antosianidi, yaitu merupakan garam polihidroksiflavilium (2-arilbenzopirilium) (Sastrohamidjojo, 1996).
O
OH HO
OH
OH OH
A C
B
A
O
B
O
OH
A C
9. Leukoantosianidin
Adalah flavan 3,4-diol, tidak berwarna, dalam larutan asam berwarna merah.
10.Isoflavon
Isoflavon adalah 3-fenil kromon. Pada saat ini diketahui terdapat sekitar 35 isoflavon. Isoflavon dapat dipecah oleh alkali. Isoflavon menunjukkan aktivitas sebagai estrogenik, insektisida, dan antifungi. Beberapa diantaranya berguna untuk racun ikan (Sirait, 2007).
O
O
A C
B
2.5Skrining Fitokimia
Banyak reagen yang dapat digunakan untuk mengetahui keberadaan dari flavonoid, meskipun beberapa juga akan bereaksi positif dengan senyawa polifenol. Reagen yang digunakan adalah :
1. Shinoda Test, yaitu dengan menambahkan serbuk magnesium pada ekstrak sampel dan beberapa tetes HCl pekat, warna orange, pink, merah sampai ungu akan terjadi pada senyawa flavon, flavonol, turunan 2,3-dihidro dan xanton. Penggunaan zinc sebagai pengganti magnesium dapat dilakukan, dimana hanya flavanonol yang memberikan perubahan warna merah pekat sampai magenta, flavanon dan flavonol akan memberi warna merah muda yang lemah sampai magenta.
O
OH
HO OH
OH OH
A C
2. H2SO4(p), flavon dan flavonol akan memberikan perubahan larutan kuning pekat. Kalkon dan auron menghasilkan larutan berwarna merah atau merah kebiru-biruan. Flavanon memberikan warna orange sampai merah.
3. NaOH 10% , menghasilkan larutan biru violet
4. FeCl3 5% digunakan untuk mengidentifikasi senyawa fenolik. Pereaksi ini akan memberikan perubahan warna menjadi biru, kehitaman, biru-orange (Sarker,et al, 2006).
2.6 Teknik Pemisahan
Teknik pemisahan memiliki tujuan untuk memisahkan komponen yang akan ditentukan berada dalam keadaan murni, tidak tercampur dengan komponen-komponen lainnya.
Ada 2 jenis teknik pemisahan:
1. Pemisahan kimia adalah suatu teknik pemisahan yang berdasarkan adanya perbedaan yang besar dari sifat-sifat fisika komponen dalam campuran yang akan dipisahkan.
2. Pemisahan fisika adalah suatu teknik pemisahan yang didasarkan pada perbedaan-perbedaan kecil dari sifat-sifat fisik antara senyawa-senyawa yang termasuk dalam satu golongan (Muldja, 1995).
Biomassa (tanaman, mikroba, laut)
Ekstraksi
Skrining
Isolasi zat aktif berdasarkan uji hayati
