OPTIMASI PROSES MIKROENKAPSULASI SEDIAAN BAHAN EKSTRAK KOPI HIJAU DENGAN METODE SPRAY
DRYING SEBAGAI SEDIAAN SUPLEMEN DIET
SKRIPSI
Oleh:
TIARA AYU PRIHARDHINI NIM 155100300111045
JURUSAN TEKNOLOGI INDUSTRI PERTANIAN FAKULTAS TEKNOLOGI PERTANIAN
UNIVERSITAS BRAWIJAYA MALANG
2019
OPTIMASI PROSES MIKROENKAPSULASI SEDIAAN BAHAN EKSTRAK KOPI HIJAU DENGAN METODE SPRAY
DRYING SEBAGAI SEDIAAN SUPLEMEN DIET
Oleh:
TIARA AYU PRIHARDHINI NIM 155100300111045
Sebagai salah satu syarat untuk memperoleh gelar Sarjana Teknik
JURUSAN TEKNOLOGI INDUSTRI PERTANIAN FAKULTAS TEKNOLOGI PERTANIAN
UNIVERSITAS BRAWIJAYA MALANG
2019
LAMPIRAN
i
LEMBAR PERSETUJUAN
Judul Tugas Akhir : Optimasi Proses Mikroenkapsulasi Sediaan Bahan Ekstrak Kopi Hijau dengan Metode Spray Drying sebagai Sediaan Suplemen Diet
Nama Mahasiswa : Tiara Ayu Prihardhini
NIM : 155100300111045
Jurusan : Teknologi Industri Pertanian Fakultas : Teknologi Pertanian
Pembimbing Pertama,
Dr. Dodyk Pranowo, STP., M.Si NIP. 19790405 200312 1 005 Tanggal Persetujuan:
………..
Pembimbing Kedua,
Claudia Gadizza Perdani, STP., M.Si NIK. 201309 871018 2 001
Tanggal Persetujuan:
………
ii
LEMBAR PENGESAHAN
Judul Tugas Akhir : Optimasi Proses Mikroenkapsulasi Sediaan Bahan Ekstrak Kopi Hijau dengan Metode Spray Drying sebagai Sediaan Suplemen Diet
Nama Mahasiswa : Tiara Ayu Prihardhini
NIM : 155100300111045
Jurusan : Teknologi Industri Pertanian Fakultas : Teknologi Pertanian
Dosen Penguji I,
Suprayogi., STP. MP., PhD NIP. 19760825 200212 1 002 Dosen Penguji II,
Claudia Gadizza Perdani, STP., M.Si NIK. 201309 871018 2 001
Dosen Penguji III,
Dr. Dodyk Pranowo, STP., M.Si NIP. 19790405 200312 1 005 Ketua Jurusan,
Dr. Sucipto, STP., MP NIP. 19730602 199903 1 001
iii
RIWAYAT HIDUP
Penulis dilahirkan di Jombang, 29 Januari 1997 dari pasangan Bapak H. Karyono A.
Choir dan Ibu Hj. Siti Rohmatul Ummah.
Penulis menyelesaikan pendidikan di TK Aisyiyah Bustanul Athfal pada tahun 2003, kemudian melanjutkan ke MI Muhammadiyah 3 Jogoroto Jombang dengan tahun kelulusan 2009, kemudian melanjutkan ke SMP Negeri 2 Jombang dengan tahun kelulusan 2012, dan menyelesaikan studi di SMA Negeri 2 Jombang pada tahun 2015.
Pada tahun 2019 penulis telah berhasil menyelesaikan pendidikannya di Universitas Brawijaya Malang di Jurusan Teknologi Industri Pertanian Fakultas Teknologi Pertanian. Pada masa pendidikannya, penulis aktif sebagai Asisten Praktikum Dasar Pemrograman, Mikrobiologi Industri, Satuan Operasi dan Proses, serta Perancangan Kerja dan Ergonomi. Penulis juga aktif sebagai anggota sekretaris di Himpunan Mahasiswa Teknologi Industri Pertanian pada periode 2016-2017.
iv
“Dan janganlah kamu berjalan di muka bumi ini dengan sombong, karena sesungguhnya kamu sekali-kali tidak dapat menembus bumi dan sekali-kali kamu tidak akan sampai setinggi gunung” (Al-Isra’: 37)
Alhamdulillahirobbil’alamin..
Karya kecil ini aku persembahkan untuk Mama dan Papa, orang-orang tersayang, serta para pembaca
v
PERNYATAAN KEASLIAN TUGAS AKHIR
Yang bertanda tangan di bawah ini:
Nama Mahasiswa : Tiara Ayu Prihardhini
NIM : 155100300111045
Jurusan : Teknologi Industri Pertanian Fakultas : Teknologi Pertanian
Judul TA : Optimasi Proses Mikroenkapsulasi Sediaan Bahan Ekstrak Kopi Hijau dengan Metode Spray Drying sebagai Sediaan Suplemen Diet
Menyatakan bahwa,
TA dengan judul di atas merupakan karya asli penulis tersebut di atas. Apabila di kemudian hari terbukti pernyataan ini tidak benar saya bersedia dituntut sesuai hukum yang berlaku.
Malang, 24 Mei 2019 Pembuat Pernyataan,
Tiara Ayu Prihardhini NIM. 155100300111045
vi
TIARA AYU PRIHARDHINI. 155100300111045. Optimasi Proses Mikroenkapsulasi Sediaan Bahan Ekstrak Kopi Hijau dengan Metode Spray Drying sebagai Sediaan Suplemen Diet. Tugas Akhir. Dosen Pembimbing: Dr. Dodyk Pranowo, STP., M.Si dan Claudia Gadizza Perdani, STP., M.Si
RINGKASAN
Kopi merupakan tanaman perkebunan yang banyak dikonsumsi setelah air dan teh sebagai minuman yang menyegarkan. Pada tahun 2017, kopi robusta mendominasi produksi kopi Indonesia sebesar 72,59%. Dalam kopi terdapat senyawa yang bermanfaat bagi tubuh diantaranya kafein, senyawa fenolik, asam klorogenat, dan antioksidan yang mampu menetralisir radikal bebas yang masuk ke dalam tubuh.
Pemanfaatan kopi untuk menurunkan berat badan dapat dibuat dalam bentuk suplemen diet. Bahan tambahan yang digunakan untuk pembuatan suplemen diet dari ekstrak kopi hijau adalah maltodekstrin sebagai bahan penyalut dan susu skim sebagai bahan protein. Proses pengeringan ekstrak menggunakan metode spray drying. Oleh karena itu, penelitian ini bertujuan untuk mengetahui persentase dari maltodekstrin dan susu skim yang optimal untuk mendapatkan bahan sediaan ekstrak kopi hijau sebagai sediaan suplemen diet dan mengetahui kualitas dari bahan sediaan suplemen diet yang diperoleh.
Metode optimasi yang digunakan adalah Response Surface Method (RSM) Central Composite Design (CCD) dengan menggunakan dua faktor yaitu persentase maltodekstrin dan susu skim. Level yang digunakan untuk persentase maltodekstrin adalah 8,50 sebagai batas bawah dan 9,50 sebagai batas atas, sedangkan untuk susu skim adalah 2,20 sebagai batas bawah dan 6,60 sebagai batas atas sehingga diperoleh 13 kombinasi rancangan percobaan. Respon yang digunakan dalam penelitian ini adalah Total Phenolic Content (TPC) dan aktivitas antioksidan. Hasil optimasi pada software Design Expert 7.1.5 Portable dilakukan validasi dengan cara melakukan ekstraksi sesuai dengan perlakuan optimal hasil dari
vii
prediksi permukaan respon dan dilakukan pengujian total phenolic content dan aktivitas antioksidan.
Berdasarkan hasil penelitian, kedua faktor signifikan terhadap model yang dipilih oleh program yakni model Quadratic yang artinya faktor tersebut berpengaruh terhadap respon dan model dapat mempresentasikan data dengan baik.
Hasil solusi optimal yang diperoleh adalah persentase maltodekstrin 8,61% dan persentase susu skim 3,22%. Dari persentase solusi optimal tersebut diperoleh total fenol sebesar 58,75 mg GAE/g dengan akurasi 93,10% dan nilai IC50 sebesar 65,10 ppm dengan akurasi 95,76% yang diprediksikan oleh program RSM. Penambahan maltodekstrin dan susu skim berpengaruh pada respon total fenol dimana semakin tinggi persentase maltodekstrin dan susu skim maka semakin rendah kadar total fenolnya. Pada respon aktivitas antioksidan, maltodekstrin mempengaruhi respon namun susu skim tidak mempengaruhi. Semakin tinggi persentase maltodekstrin maka semakin besar nilai IC50 yang menyatakan semakin kecil aktivitas antioksidan dalam produk. Persentase maltodekstrin dan persentase susu skim umumnya berpengaruh terhadap respon total fenol dan aktivitas antioksidan karena semakin banyak total padatan yang terdapat dalam bahan. Hal itu menyebabkan total fenol dan aktivitas antioksidan yang terukur semakin sedikit.
Kata Kunci: Biji Kopi Hijau, Maltodekstrin, Spray Drying, Suplemen Diet, Susu Skim
viii
TIARA AYU PRIHARDHINI. 155100300111045. The Optimization of Microencapsulation Process in Green Coffee Extract through Spray Drying Method as Diet Suplement. Undergraduate Thesis. Supervisors: Dr. Dodyk Pranowo, STP., M.Si and Claudia Gadizza Perdani, STP., M.Si
SUMMARY
Coffee as plantation corps which consumed in a large numbers after mineral water and tea as refreshing drink. In 2017, Robusta Coffee dominated Indonesian coffee production in the amount of 72,59%. There are wholesome compounds within coffee for instance caffeine, phenolic compounds, chlorogenic acid, and antioxidants which could neutralize the free radical that enters the body. The utilization of coffee for losing weight formed as diet supplement. The additional ingredients in making diet supplement from green coffee extract is maltodextrin as coating, and skim milk as protein. Dehydration extract process uses spray drying method. Therefore, the objective of the study are to know the optimal percentage from maltodextrin and milk skim in obtaining green coffee extract as diet supplement and understand the quality from the substance of diet supplement.
The optimization method is Response Surface Method (RSM) Central Composite Design (CCD) which used two factors. Those are maltodextrin and skim milk. The range of levels for maltodextrin percentage are 8,50 as bottom limit and 9,50 as top limit while skim milk has 2,20 as the bottom limit and 6,60 as top limit, thus it forms 13 trial design combinations The respond on this study is Total Phenolic Content (TPC) and antioxidant The optimization result on software Design Expert 7.1.5 Portable validated by extracting as optimal result from the prediction of surface respond and examine the total phenolic content and antioxidant activity.
Based on the study, two significant factors through the chosen model from program is Quadratic. It means factor influences the respond and model which could represent the
ix
data well. The optimal results are 8,61% maltodextrin percentage and 3,22% skim milk percentage. According to the optimal result percentage, it obtained a total phenol as 58,75 mg GAE/g with 95,76% accuracy and the value of IC50 as 65,10 ppm with 95,76% accuracy which are predicted by RSM program.
Additional maltodextrin and skim milk effect the respond of total phenol where maltodextrin percentage and skim milk are higher as the result the total phenol would be in lower percentage.
Within antioxidant activity respond, maltodextrin impacts the respond but the skim milk does not impact it. The more percentage of maltodextrin is high thus the more value of IC50
indicates a lower antioxidant activity inside the product. The percentage of maltodextrin and skim milk generally effect through the respond of total phenol and antioxidant activity because the total of solids compounds are many. Finally, it creates total phenol and antioxidant activity will be a few examined.
Key Words: Green Coffee Beans, Maltodextrin, Spray Drying, Diet Supplement, Skim Milk
x
KATA PENGANTAR
Alhamdulillahirobbil’alamin, segala puji bagi ALLAH SWT yang Maha Pengasih dan Maha Penyayang atas segala rahmat dan hidayah-Nya sehingga penulis dapat menyelesaikan skripsi yang berjudul “Optimasi Proses Mikroenkapsulasi Sediaan Bahan Ekstrak Kopi Hijau dengan Metode Spray Drying Sebagai Sediaan Suplemen Diet”. Skripsi ini merupakan laporan penelitian yang dilakukan oleh penulis sebagai syarat akademik dalam menempuh jenjang pendidikan di Fakultas Teknologi Pertanian, Universitas Brawijaya Malang. Pada kesempatan ini, penulis mengucapkan terima kasih kepada:
1. Kedua orang tua dan keluarga atas segala doa dan dukungannya baik secara moral maupun finansial.
2. Bapak Dr. Dodyk Pranowo, STP., M.Si selaku dosen pembimbing 1 yang telah memberikan bimbingan, arahan, saran, dan kesabarannya dalam penulisan skripsi ini.
3. Ibu Claudia Gadizza Perdani, STP., M.Si selaku dosen pembimbing 2 yang juga telah memberikan arahan, kritik, dan saran dalam penulisan skripsi ini.
4. Bapak Suprayogi, STP., MP., PhD selaku dosen penguji yang telah memberi banyak saran dalam penulisan skripsi ini.
5. Teman-teman seperjuangan yang telah memberikan motivasi dan membantu penyelesaian skripsi ini diantaranya keluarga besar TIP 2015, keluarga besar PD IPM Jombang, dan lainnya yang tidak dapat saya sebutkan satu per satu.
Semoga Allah selalu memberikan rahmat dan karunia-Nya serta membalas kebaikan dari pihak-pihak yang telah membantu penulis dalam menyelesaikan skripsi ini. Penulis menyadari skripsi ini masih banyak kekurangan. Oleh karena itu, kritik dan saran sangat penulis butuhkan untuk kesempurnaan skripsi ini. Demikian, semoga dapat bermanfaat bagi semua pihak.
Malang, 24 Mei 2019
Penulis
xi DAFTAR ISI
LEMBAR PERSETUJUAN ... i
LEMBAR PENGESAHAN ... ii
RIWAYAT HIDUP ... iii
HALAMAN PERUNTUKAN ... iv
PERNYATAAN KEASLIAN TUGAS AKHIR ... v
RINGKASAN ... vi
SUMMARY ... viii
KATA PENGANTAR ... x
DAFTAR ISI ... xi
DAFTAR TABEL ... xiv
DAFTAR GAMBAR ... xv
DAFTAR LAMPIRAN ... xvi
BAB I PENDAHULUAN ... 1
1.1 Latar Belakang ... 1
1.2 Rumusan Masalah ... 3
1.3 Tujuan... 3
1.4 Manfaat ... 3
BAB II TINJAUAN PUSTAKA ... 5
2.1 Kopi ... 5
2.1.1 Kopi Robusta ... 6
2.2 Biji Kopi Hijau... 7
2.3 Fitokimia Kopi ... 8
2.3.1 Antioksidan ... 8
2.3.2 Fenol ... 9
2.3.3 Asam Klorogenat ... 10
2.4 Bahan Pengkapsul ... 11
2.4.1 Maltodekstrin ... 12
2.4.2 Susu Skim ... 13
2.5 Spray Drying ... 14
2.6 Suplemen Diet ... 16
2.7 Response Surface Method (RSM) ... 16
xii
2.7.1 Central Composite Design (CCD) ... 17
2.8 Penelitian Terdahulu ... 18
2.9 Hipotesis ... 19
BAB III METODE PENELITIAN ... 20
3.1 Waktu dan Tempat Penelitian ... 20
3.2 Alat dan Bahan ... 20
3.2.1 Alat ... 20
3.2.2 Bahan ... 20
3.3 Batasan Masalah ... 20
3.4 Tahapan Penelitian ... 21
3.4.1 Alur Penelitian ... 21
3.4.2 Rancangan Percobaan ... 22
3.5 Pelaksanaan Penelitian ... 24
3.5.1 Pembuatan Bubuk Kopi Hijau ... 24
3.5.2 Ekstraksi Bubuk Kopi Hijau ... 25
3.5.3 Penentuan Komposisi Bahan Pengkapsul ... 26
3.6 Analisis Hasil ... 27
3.6.1 Analisis Kandungan Total Phenolic Content dengan Spektrofotometer UV-Vis ... 27
3.6.2 Uji Aktivitas Antioksidan ... 29
3.7 Penentuan Solusi Hasil Optimal ... 30
BAB IV HASIL DAN PEMBAHASAN ... 32
4.1 Hasil Analisa Desain Komposit Terpusat ... 32
4.2 Analisa Respon Total Phenolic Content ... 33
4.2.1 Pemilihan Model ... 35
4.2.2 Hasil Analisa Ragam (ANOVA) ... 38
4.2.3 Analisis Grafik Permukaan Respon ... 39
4.3 Analisis Respon Aktivitas Antioksidan (Nilai IC50)... 43
4.3.1. Pemilihan Model ... 44
4.3.2 Hasil Analisa Ragam (ANOVA) ... 47
4.3.3 Analisis Grafik Permukaan Respon ... 48
4.4 Hasil Solusi Optimum Respon Total Phenolic Content dan Aktivitas Antioksidan ... 52
xiii
4.5 Verifikasi Kondisi Optimum Hasil Prediksi Model ... 53
4.6 Perbandingan dengan Produk di Pasar... 55
BAB V PENUTUP ... 57
5.1 Kesimpulan ... 57
5.2 Saran ... 57
DAFTAR PUSTAKA ... 58
LAMPIRAN ... 69
xiv
DAFTAR TABEL
Tabel 2.1 Sistem Taksonomi Kopi ... 5 Tabel 3.1 Rancangan Percobaan ... 23 Tabel 3.2 Titik Komposit Terpusat yang Dicobakan ... 24 Tabel 4.1 Data Hasil Respon Total Phenolic Content dan
Aktivitas Antioksidan ... 32 Tabel 4.2 Hasil Analisis Sequential Model Sum of
Squares Total Phenolic Content ... 35 Tabel 4.3 Hasil Analisis Lack of Fit Test Respon Total
Phenolic Content ... 36 Tabel 4.4 Hasil Analisis Model Summary Statistics
Respon Total Phenolic Content ... 37 Tabel 4.5 Hasil Analisa Ragam (ANOVA) Respon Total
Phenolic Content ... 38 Tabel 4.6 Hasil Analisis Sequential Model Sum of
Squares Aktivitas Antioksidan (Nilai IC50) ... 45 Tabel 4.7 Hasil Analisis Lack of Fit Test Respon
Aktivitas Antioksidan (Nilai IC50) ... 46 Tabel 4.8 Hasil Analisis Model Summary Statistics
Respon Aktivitas Antioksidan (Nilai IC50) ... 46 Tabel 4.9 Hasil Analisa Ragam (ANOVA) Respon
Aktivitas Antioksidan (Nilai IC50) ... 47 Tabel 4.10 Batas Optimasi untuk Respon dan Faktor ... 52 Tabel 4.11 Hasil Solusi Optimal dari Aplikasi Design
Expert 7.1.5 ... 53 Tabel 4.12 Prediksi Hasil Solusi Terendah hingga
Tertinggi ... 53 Tabel 4.13 Perbandingan Hasil Verifikasi Aktual dengan
Prediksi pada Program ... 54
xv
DAFTAR GAMBAR
Gambar 2.1 Tanaman Kopi ... 6
Gambar 2.2 Biji Kopi Hijau ... 8
Gambar 2.3 Struktur Kimia Fenol ... 9
Gambar 2.4 Struktur Kimia Asam Klorogenat ... 11
Gambar 3.1 Diagram Alir Proses Pembuatan Bubuk Kopi Hijau ... 25
Gambar 3.2 Diagram Alir Proses Ekstraksi Bubuk Kopi Hijau ... 26
Gambar 3.3 Tahapan Proses Mikroenkapsulasi Ekstrak Kopi Hijau dengan Metode Spray Drying ... 27
Gambar 4.1 Normal Plot of Residuals Respon Total Phenolic Content ... 40
Gambar 4.2 Kontur Plot Respon Persentase Maltodekstrin dan Persentase Susu Skim terhadap Respon Total Phenolic Content Mikroenkapsulasi Ekstrak Kopi Hijau ... 41
Gambar 4.3 Kurva Permukaan Respon Persentase Maltodekstrin dan Persentase Susu Skim terhadap Respon Total Phenolic Content Mikroenkapsulasi Ekstak Kopi Hijau ... 42
Gambar 4.4 Normal Plot of Residuals Respon Aktivitas Antioksidan (Nilai IC50) ... 49
Gambar 4.5 Kontur Plot Respon Persentase Maltodekstrin dan Persentase Susu Skim terhadap Respon Aktivitas Antioksidan (Nilai IC50) Mikroenkapsulasi Ekstrak Kopi Hijau ... 50
Gambar 4.6 Kurva Permukaan Respon Persentase Maltodekstrin dan Persentase Susu Skim terhadap Respon Aktivitas Antioksidan (Nilai IC50) Mikroenkapsulasi Ekstak Kopi Hijau ... 51
xvi
DAFTAR LAMPIRAN
Lampiran 1 Kandungan Kopi Hijau ... 69 Lampiran 2 Kurva Standar Asam Galat dan Hasil
Perhitungan Total Phenolic Content ... 70 Lampiran 3 Hasil Perhitungan Aktivitas Antioksidan ... 72 Lampiran 4 Hasil Optimasi Respon Total Phenolic
Content dan Aktivitas Antioksidan ... 74 Lampiran 5 Dokumentasi Penelitian ... 75
1
BAB I PENDAHULUAN
1.1 Latar Belakang
Kopi merupakan tanaman perkebunan yang banyak dikonsumsi setelah air dan teh sebagai minuman yang menyegarkan. Masyarakat pedesaan maupun perkotaan sudah banyak yang mengkonsumsi kopi karena faktor ketenangan yang ditimbulkan tanpa efek samping seperti minuman beralkohol (Tarigan dkk, 2015). Pada tahun 2016, luas areal perkebunan kopi mencapai 1.226.760 hektar yang terdiri dari 26,78 ribu hektar Perkebunan Besar Negara (PBN), 18,90 ribu hektar Perkebunan Besar Swasta (PBS), dan 1,181 juta hektar Perkebunan Rakyat (PR). Jumlah produksi kopi dari perkebunan PBN dan PBS terus meningkat dari tahun ke tahun hingga pada tahun 2015 produksi kopi mencapai 36.984 ton (BPS, 2016).
Jenis kopi yang banyak beredar di pasar Indonesia adalah jenis robusta dan arabika. Menurut data Kementerian Pertanian pada tahun 2017, kopi robusta mendominasi produksi kopi di Indonesia dimana pada tahun 2016 dari 639.411 ton produksi kopi Indonesia, 72,59% adalah kopi robusta dengan jumlah produksi 466.492 ton sementara 27,41% adalah kopi arabika dengan jumlah produksi 172.919 ton. Pada produksi kopi robusta, Jawa Timur berkontribusi sebesar 7,38% dengan rata- rata produksi 35.814 ton per tahun. Jawa Timur memproduksi kopi robusta dengan wujud kopi berasan sebagian besar berasal dari Malang dengan persentase 30,60% atau 8.393 ton produksi kopi.
Kopi hijau (Green Coffee) adalah biji kopi yang sudah dikupas tetapi belum melalui proses pemanggangan sehingga kopi hijau lebih pahit dan lebih beraroma (Natania dan Sofyan, 2017). Pada kopi terdapat banyak senyawa yang bermanfaat bagi tubuh. Kopi hijau mengandung beberapa zat penting seperti kafein, senyawa fenolik, asam klorogenat, dan senyawa antioksidan yang mampu menetralisir radikal bebas yang masuk ke dalam tubuh serta dapat mencegah terjadinya kerusakan tubuh dari timbulnya penyakit. Polifenol merupakan senyawa kimia sebagai antioksidan yang terdapat didalam kopi (Isnindar dkk, 2017). Pada kopi hijau, senyawa polifenol yang utama adalah asam klorogenat. Menurut Sukohar dkk. (2011), kafein
2
dan asam klorogenat pada biji kopi robusta dari Lampung memiliki aktivitas antioksidan 21,41 ppm dan 5,86 ppm dengan metode DPPH. Kadar asam klorogenat pada biji kopi arabika adalah 6-7%, sedangkan pada biji robusta adalah 7-11%
(Widyotomo dan Yusianto, 2012). Menurut Baxter et al. (1997) dalam Hii et al. (2009), senyawa polifenol digunakan untuk menurunkan berat badan sehingga saat ini kopi hijau banyak di konsumsi untuk diet dan penderita obesitas. Senyawa polifenol akan menurunkan akumulasi lemak viseral yang dapat menurunkan kadar kolesterol dalam tubuh (Nagao et al, 2009).
Asam klorogenat mampu meningkatkan metabolisme tubuh, meningkatkan oksidasi asam lemak, menurunkan kadar trigliserida, dan menginhibisi kerja enzim amilase (Setyono dkk, 2014).
Berat badan merupakan pengukuran dimensi tubuh manusia yang sangat labil. Dalam keadaan normal, berat badan akan bertambah sesuai dengan bertambahnya umur. Namun dalam keadaan abnormal, berat badan akan meningkat di atas rata-rata atau berat badan menurun hingga terjadinya gizi buruk, dan lain sebagainya. Penambahan berat badan yang tidak dikehendaki dan melebihi batas normal disebut dengan obesitas. Menurut data Riset Kesehatan Dasar 2007, prevalensi obesitas yang ada di Indonesia mencapai 19,1% dihitung dari penduduk usia 15 tahun ke atas (Departemen Kesehatan RI, 2009). Prevalensi obesitas diperkirakan akan meningkat sesuai dengan pertambahan usia, peningkatan populasi, diet, dan gaya hidup. Obesitas akan menimbulkan beberapa penyakit seperti tekanan darah tinggi, jantung koroner, diabetes, stroke, dan kanker (Husnah, 2012).
Suplemen diet dibuat dengan cara ekstraksi dari kopi hijau kemudian dilakukan penambahan maltodekstrin sebagai bahan penyalut dan susu skim sebagai bahan protein. Ekstrak kopi hijau dikeringkan dengan menggunakan metode spray drying.
Spray drying merupakan metode yang digunakan untuk mengubah cairan umpan menjadi serbuk kering (Dewi dan Loekman, 2015). Menurut Heldman et al. (1981), kelebihan dari proses spray drying adalah siklus pengeringan yang relatif cepat, retensi produk dalam ruang pengering singkat, serta produk akhir yang telah selesai dikeringkan siap untuk dikemas.
3
Penelitian dan pengembangan kopi terdahulu hanya berfokus pada kandungan kafein kopi. Selain itu, konsumsi kopi hanya sebagai minuman penyegar. Konsumen hanya menikmati kopi sebagai asupan minuman untuk ketenangan, sehingga pemanfaatan senyawa-senyawa lain yang terkandung dalam kopi kurang diteliti. Senyawa fenolik seperti asam klorogenat yang bermanfaat sebagai antioksidan dan menurunkan berat badan belum banyak diteliti dan diketahui oleh masyarakat luas.
Keterbatasan dari pemanfaatan potensi yang terkandung dalam kopi hijau tersebut melatar belakangi untuk dilakukannya optimasi proses sediaan bahan ekstrak kopi hijau dengan metode spray drying sebagai sediaan suplemen diet.
1.2 Rumusan Masalah
Dari latar belakang yang telah dikemukakan di atas, maka rumusan masalah dalam penelitian ini adalah sebagai berikut:
1. Berapa persentase maltodekstrin dan persentase susu skim yang optimal untuk mendapatkan bahan sediaan ekstrak kopi hijau sebagai sediaan suplemen diet?
2. Bagaimana kualitas sediaan suplemen diet ekstrak kopi hijau yang dihasilkan dari metode spray drying?
1.3 Tujuan
Dari rumusan masalah yang telah dikemukakan, maka tujuan dari penelitian ini adalah sebagai berikut:
1. Mendapatkan persentase maltodekstrin dan persentase susu skim yang optimal untuk mendapatkan bahan sediaan ekstrak kopi hijau sebagai sediaan suplemen diet
2. Mengetahui kualitas sediaan suplemen diet ekstrak kopi hijau yang dihasilkan dari metode spray drying
1.4 Manfaat
Manfaat yang diharapkan dari penelitian ini adalah sebagai berikut:
1. Meningkatkan nilai ekonomi dari kopi hijau sebagai bahan sediaan suplemen diet
2. Memberikan informasi kepada pembaca mengenai persentase maltodekstrin dan persentase susu skim
4
yang optimal untuk bahan sediaan esktrak kopi hijau sebagai sediaan suplemen diet
3. Memberikan informasi kepada pembaca mengenai kandungan dan manfaat senyawa polifenol yang terdapat dalam kopi hijau
4. Menjadi informasi dasar sebagai data untuk melakukan penelitian yang lebih lanjut
5. Mengembangkan Universitas Brawijaya sebagai entrepreneur university
5
BAB II TINJAUAN PUSTAKA
2.1 Kopi
Kopi merupakan salah satu jenis tanaman dari sektor perkebunan yang banyak dibudidayakan dan memiliki nilai ekonomi yang tinggi. Menurut Rahardjo (2012), tanaman kopi termasuk ke dalam genus Coffea dengan famili Rubiaceae yang memiliki banyak genus yaitu Gardenia, Ixora, Cinchona, dan Rubia. Genus Coffea mempunyai hampir 70 spesies namun hanya ada dua yang banyak di tanam yaitu kopi arabika dan kopi robusta. Sistem taksonomi kopi adalah sebagai berikut:
Tabel 2.1 Sistem Taksonomi Kopi
Kingdom Plantae
Subkingdom Tracheobionta
Super Divisi Spermatophyta
Divisi Magnoliophyta
Kelas Magnoliopsida
Sub Kelas Asteridae
Ordo Rubiales
Famili Rubiaceae
Genus Coffea
Spesies Coffea sp
Secara umum, dikenal 4 jenis kopi, yaitu kopi arabika (coffea arabica), kopi liberika (coffea liberica), kopi robusta (coffea canephora), dan kopi excelsa (coffea dewevrei) (Artho dkk, 2015). Menurut Siahaan (2008), jenis kopi yang banyak dibudidayakan dan dipasarkan di Indonesia adalah kopi arabika dan kopi robusta. Kopi arabika memiliki cita rasa tinggi dan kadar kafein yang lebih rendah daripada kopi robusta, namun kopi robusta tahan terhadap penyakit karat daun. Oleh karena itu, luas perkebunan kopi robusta di Indonesia lebih luas daripada kopi arabika. Kopi liberika dan kopi excelsa ditanam dalam skala terbatas, terutama di Afrika Barat dan Asia.
Tanaman kopi tumbuh di dataran dengan ketinggian 400- 700 m di atas permukaan laut dengan curah hujan 2.000-3.000 mm/tahun (Anggara dan Sri, 2011). Menurut data Kementerian Pertanian pada tahun 2016, luas areal kopi Indonesia adalah
6
1.233.293 ha yang terdiri dari 912.135 ha merupakan areal kopi robusta dan 321.158 ha merupakan areal kopi arabika.
Kabupaten Malang memiliki lahan kopi robusta seluas 13.568 ha dan lahan kopi untuk kopi arabika seluas 1.020 ha (Soemarno, 2016). Buah kopi terdiri dari biji kopi, kulit buah kering, kulit cangkang, dan sisanya adalah lendir dimana bagian terbesar adalah biji kopi sebanyak 55,4% (Braham dan Bressani, 1979). Menurut Mulato (2001), kopi mengandung berbagai senyawa yang bermanfaat bagi tubuh diantaranya adalah kafein, asam klorogenat, trigonelin, karbohidrat, lemak, asam amino, asam organik, aroma volatile, dan mineral. Biji kopi yang tidak disangrai disebut dengan biji kopi hijau, dimana biji kopi hijau adalah sumber antioksidan fenolik berupa asam klorogenat (Bagchi et al., 2017).
Gambar 2.1 Tanaman Kopi (Sumber: Prastowo dkk., 2010) 2.1.1 Kopi Robusta
Kopi robusta adalah jenis kopi yang tahan terhadap kekeringan dan penyakit yang umumnya menyerang kopi arabika. Kopi robusta menyumbang sekitar 35% dari produksi kopi dunia (Santos et al., 2015). Ciri-ciri dari kopi robusta adalah memiliki rasa yang menyerupai coklat, memiliki aroma yang khas dan manis, warna biji yang bervariasi, dan teksturnya lebih kasar jika dibandingkan dengan kopi arabika. Kopi robusta lebih resisten terhadap serangan hama dan penyakit serta mampu tumbuh dengan baik pada ketinggian 400-700 mdpl dengan suhu 21-24° C (Afriliana, 2018). Menurut Yuwono dan Elok
7
(2017), budidaya kopi robusta membutuhkan waktu sekitar 11 bulan dimulai dari berbunga hingga berbuah. Biji kopi robusta memiliki ukuran besar, bulat, dan garis tengah kopi memanjang ke bawah serta berwarna gelap. Kandungan kafein pada kopi robusta mencapai 2,8% yaitu lebih tinggi dari kopi arabika sehingga umumnya digunakan sebagai kopi cepat saji.
Jenis kopi robusta memiliki kualitas cita rasa dan kadar kafein yang lebih tinggi daripada kopi arabika sehingga memiliki harga jual yang relatif rendah (Rahardjo, 2012). Kadar kafein biji mentah kopi robusta lebih tinggi daripada biji kopi mentah arabika, kandungan kafein kopi robusta sekitar 2,2% (Spillane, 1990). Menurut Najiyati dan Danarti (1997), jenis-jenis kopi robusta adalah Quilou, Uganda dan Canephora.
2.2 Biji Kopi Hijau
Green Coffee (kopi hijau) adalah kopi yang sudah dikupas dan belum disangrai. Biji kopi hijau mengandung banyak senyawa asam klorogenat yang bermanfaat untuk menurunkan berat badan tubuh (Samadi et al., 2015). Proses roasting pada biji kopi menyebabkan perubahan fisik dan kimia. Proses roasting pada suhu 180-200°C menyebabkan pembentukan lakton dan derivative fenol lain yang bertanggung jawab terhadap rasa yang timbul. Selain itu, setelah proses roasting, asam klorogenat pada kopi akan terurai menjadi derivat fenol sehingga nilai kandungan dari asam klorogenat akan berkurang (Farhaty dan Muchtaridi, 2014). Proses roasting dapat menguraikan asam klorogenat yang terkandung dalam kopi hijau menjadi asam quinat dan asam kafeat, serta meningkatkan kadar kafeinnya (Onakpoya et al., 2010).
Biji kopi hijau mempunyai kandungan utama yaitu asam klorogenat yang dikenal sebagai antioksidan potensial. Asam klorogenat adalah asam yang berasal dari hasil kondensasi asam kafeat dan asam quinat. Asam klorogenat mudah teroksidasi oleh polifenoloksidase menghasilkan produk berwarna coklat (Makfoeld, 2002). Menurut Shimoda et al.
(2006), penggunaan ekstrak biji kopi hijau dapat menurunkan berat badan pada hewan coba tikus dan mencegah akumulasi lemak dengan menghambat absorbsi lemak dan mengaktivasi metabolisme lemak di liver. Pemanfaatan kopi hijau saat ini
8
hanya terbatas pada produk minuman penyegar. Kopi yang hanya diseduh memiliki rasa yang kurang khas karena tidak adanya proses roasting. Roasting bertujuan untuk membentuk rasa dan aroma pada biji kopi hijau. Hal tersebut menjadi salah satu permasalahan dalam pengembangan produk kopi hijau (Edvan dkk., 2016).
Gambar 2.2 Biji Kopi Hijau (Sumber: Prastowo dkk., 2010) 2.3 Fitokimia Kopi
Kandungan kimia pada kopi berbeda-beda sesuai dengan jenis kopi itu sendiri. Kopi robusta mengandung karbohidrat, senyawa nitrogen (protein, asam amino bebas, kafein, dan trigonelline), lemak (minyak kopi, diterpen), mineral, asam, dan ester (asam klorogenat, asam kuinat) (Farah, 2012). Menurut Clifford (1999), senyawa antioksidan dalam kopi sangat bermanfaat bagi tubuh yang diperkirakan mensuplai 70% dari asupan harian antioksidan.
2.3.1 Antioksidan
Secara umum antioksidan didefinisikan sebagai zat yang secara signifikan mengurangi efek buruk dari oksigen reaktif, nitrogen reaktif, atau keduanya dalam fungsi fisiologis normal pada manusia (Cao and Sarvadaman, 2018). Menurut Pristiana dkk. (2017), antioksidan merupakan senyawa yang memiliki kemampuan untuk memberikan hidrogen radikal kepada oksigen radikal sehingga tercapai keseimbangan oksidan- antioksidan. Antioksidan alami berasal dari hasil ekstraksi bahan alam pada tumbuhan. Antioksidan mampu menangkal dampak
9
negatif oksidan dalam tubuh dengan mendonorkan satu elektronnya kepada senyawa yang bersifat oksidan sehingga aktivitas oksidannya terhambat (Winarsi, 2007).
Suatu senyawa yang mengalami oksidasi adalah akibat dari aktivitas radikal bebas. Radikal bebas adalah suatu senyawa yang mengandung satu atau lebih elektron bebas yang reaktif mencari pasangan dengan cara mengikat elektron yang ada disekitarnya. Antioksidan yang berasal dari tubuh tidak cukup untuk melawan radikal bebas yang ada dalam tubuh.
Oleh karena itu, dibutuhkan tambahan asupan antioksidan dari luar tubuh (Soltani dan Baharara, 2014).
2.3.2 Fenol
Fenol merupakan senyawa yang mempunyai cincin aromatik dengan satu atau lebih gugus hidroksi. Sebagian besar senyawa fenol memiliki lebih dari satu gugus hidroksi sehingga sering disebut sebagai senyawa polifenol. Fenol banyak ditemukan pada tumbuhan (Sastrahidayat, 2014). Komponen bioaktif seperti flavonoid, tannin, dan fenol akan rusak pada suhu diatas 500C karena dapat mengalami perubahan struktur serta menghasilkan ekstrak yang rendah. Senyawa polifenol disebut juga soluble tannin yang dapat dengan mudah ditemukan pada daun, biji, dan buah pada tanaman tingkat tinggi. Keberadannya yang melimpah pada bahan pangan menjadikan senyawa polifenol dimanfaatkan sebagai bagian diet manusia dan penambah cita rasa makanan (Baxter et al., 1997 dalam Hii et al., 2009).
Gambar 2.3 Struktur Kimia Fenol (Sumber: Vermerris and Nicholson, 2006).
10
Senyawa polifenol masuk kedalam golongan metabolit sekunder yang terdapat pada semua bagian tanaman termasuk daun, akar, nektar, bunga, buah, kulit, tepung sari, dan biji (Zuraida dkk., 2017). Senyawa fenol sederhana sering memiliki gugus alkohol, aldehid dan asam karboksilat, termasuk diantaranya eugenol (fenilpropan fenol), vanillin (aldehid fenol) dan berbagai asam fenolat seperti asam salisilat, asam ferulat, dan asam kafeat (Evans dan Trease, 2002). Kadar polifenol pada biji kopi arabika bervariasi antara 6-7%, sedangkan pada biji kopi robusta sekitar 10% (Putri dan Andi, 2013). Kandungan fenol dalam kopi dapat di uji dengan mengacu pada metode yang dilakukan oleh Jayasri dan Mathew (2009) dengan metode Folin-ciocalteu. Prinsip dari metode tersebut adalah oksidasi senyawa fenol dalam suasana basa oleh reagen Folin-Ciocalteu yang menghasilkan larutan berwarna biru.
2.3.3 Asam Klorogenat
Secara umum asam klorogenat dibentuk dari asam kafeat, memiliki aktivitas antioksidan yang kuat secara in vitro. Asam klorogenat merupakan kelompok polifenol yang terdapat dalam makanan. Asam klorogenat dapat diperoleh dengan mengkonsumsi buah, sayuran, tanaman obat, dan kopi.
Kandungan asam klorogenat dalam biji kopi hijau adalah yang tertinggi dibandingkan dengan sumber asam klorogenat yang lain. Tingginya kandungan asam klorogenat dalam kopi bergantung pada sumber biji kopi serta tingkat pemanggangan (Anggraeni and Lee, 2017). Proses penyangraian dan suhu penyangraian sangat mempengaruhi kadar asam klorogenat dalam kopi. Asam klorogenat pada jenis kopi robusta memiliki jumlah yang lebih banyak yakni mencapai 7,9 mg per 100 gram kopi dibandingkan dengan jenis kopi arabika yang hanya sekitar 2,5 mg per 100 gram kopi (Farhaty dan Muchtaridi, 2014).
Menurut penelitian Mangiwa dkk. (2015), kadar asam klorogenat dalam biji kopi Arabika asal Wamena berkisar antara 6,93- 9,33% dengan menggunakan suhu 75°C menghasilkan asam klorogenat terendah dan suhu 150°C menghasilkan asam klorogenat tertinggi.
Menurut Clifford (1999), biji kopi hijau mengandung asam klorogenat sebesar 6-12% dan akan mengalami penurunan jika
11
dilakukan proses penyangraian. Proses penyangraian ringan menyebabkan penurunan kadar asam klorogenat sebesar 19%
dan pada proses penyangraian sedang menyebabkan penurunan kadar asam klorogenat sebesar 45%. Senyawa asam klorogenat terbukti sebagai antikanker, analgesik, antipiretik, antiradang, dan antijamur (Lee et al., 2008). Asam klorogenat memiliki aktivitas antioksidan yang paling kuat dibandingkan dengan metabolitnya ketika ditambahkan pada minyak hati ikan cod (Leonardis et al., 2008). Struktur kimia asam klorogenat dapat dilihat pada gambar 2.4.
Gambar 2.4 Struktur Kimia Asam Klorogenat (Sumber: Susan et al., 2015)
2.4 Bahan Pengkapsul
Bahan pengkapsul adalah bahan yang digunakan sebagai penyalut bahan inti (bahan aktif) dalam proses enkapsulasi (Masters, 1979). Bahan penyalut dapat berasal dari gum, kabohidrat, dan protein. Protein yang digunakan misalnya susu skim, laktosa, gum arab, pati, agar, gelatin, karagenan, albumin, kasein, sukrosa, maltodekstrin, dan alginat. Bahan penyalut digunakan untuk menutupi rasa dan bau yang tidak enak, perlindungan terhadap pengaruh lingkungan, meningkatkan stabilitas, dan mencegah penguapan. Setiap bahan mempunyai karakteristik masing-masing sehingga dalam memilih bahan penyalut harus melalui beberapa pertimbangan (Sumanti dkk., 2016).
Pada proses pengeringan dengan metode spray drying, bahan pengkapsul harus mempunyai kemampuan kelarutan dan mengemulsi yang tinggi, dapat membentuk lapisan film, dan menghasilkan larutan yang berkonsentrasi tinggi dengan
12
viskositas rendah. Selain itu, bahan pengkapsul harus mampu antara lain (1) melindungi bahan aktif dari oksidasi, panas, cahaya, kelembaban, dan lain-lain; (2) mencegah penguapan komponen volatil; (3) membuat bahan aktif menjadi a free flowing powder untuk mengurangi masalah penanganan dan pencampuran makanan kering. Beberapa hasil penelitian menunjukkan bahwa bahan pengkapsul dari jenis protein maupun kombinasi protein dengan polisakarida lebih efektif sebagai bahan pengkapsul (Young et al., 1993).
2.4.1 Maltodekstrin
Maltodekstrin merupakan turunan dari oligosakarida.
Komponen dari maltodekstrin tergolong karbohidrat kompleks sehingga digunakan sebagai bahan energi untuk pertumbuhan bakteri yang baik. Beberapa kelebihan dari maltodekstrin adalah mudah ditemukan, mudah dalam penanganan proses, mampu mengalami disperse yang cepat, memiliki kelarutan yang tinggi, mampu membentuk matriks, kemungkinan terjadi pencoklatan rendah, menghambat kristalisasi, memiliki daya ikat kuat, viskositas rendah, dan stabil pada emulsi minyak dan air (Supriyadi dan Rujita, 2013). Menurut Gharsallaoui et al. (2007), maltodekstrin dapat memperpanjang umur simpan mikrokapsul daripada gum arab karena maltodekstrin dapat menghambat reaksi oksidasi dengan baik.
Maltodekstrin terdiri dari granula-granula yang hidrofilik, mempunyai banyak gugus hidroksil sehingga dapat mengikat air dalam jumlah besar yang menyebabkan molekul air berada dalam granula dan tidak bebas lagi. Semakin tinggi kadar maltodekstrin, maka semakin kental suspensi yang dihasilkan sehingga semakin sulit terjadinya penguapan air (Hui, 1993).
Menurut Kenyon dan Anderson (1988), maltodekstrin adalah senyawa nonhigroskopis yaitu senyawa yang dapat larut dalam air dingin dengan sempurna sehingga dapat melepaskan flavor dengan cepat dalam penggunaannya pada aplikasi tertentu.
Flavor dan rasa manis pada malodekstrin sangat rendah sehingga mudah hilang saat digunakan.
13 2.4.2 Susu Skim
Susu skim mengandung kadar lemak rendah yang diperoleh dari pemisahan susu. Susu skim biasanya berbentuk bubuk, berwarna putih, bersifat free flowing dan bebas gumpalan. Cita rasa susu skim pada kondisi kering harus tidak berbau. Penggunaan susu skim dalam produk makanan memiliki berbagai keuntungan diantaranya mudah dicerna dan dapat dicampur dengan makanan padat atau semipadat, mengandung nilai gizi tinggi dan asam amino esensial serta dapat disimpan lebih lama daripada whole milk karena kandungan lemaknya yang sangat rendah (Liana, 1987). Susu skim kering dibuat dari susu skim yang telah dipanaskan pada suhu 75-95° C, kemudian dikonsentrasikan sampai mengandung 35-45% padatan, dan dikeringkan menggunakan spray dryer dengan suhu pengeringan 260° C dan waktu yang relatif singkat (Warner, 1975).
Didalam susu skim terdapat laktosa yang mampu memberikan perlindungan yang baik terhadap pengaruh pengeringan beku karena laktosa dapat masuk ke dalam sel bakteri dan memberikan perlindungan dari dua sel membran.
Menurut Rizqiati (2006), bahan protein sebagai bahan penyalut dalam proses enkapsulasi berfungsi untuk mempertahanakn bakteri probiotik. Konsentrasi susu skim juga mempengaruhi kadar air mikrokapsul yang dihasilkan. Susu skim bubuk memiliki kadar air antara 3-7% (Usmiati et al., 2011). Sebagai bahan penyalut, susu skim menghasilkan mikrokapsul dengan rendemen, kadar minyak atsiri, dan surface oil yang lebih tinggi (Nasrullah, 2011).
Penggunaan bahan protein sebagai bahan tambahan dalam spray drying seperti gelatin, kasein, whey protein concentration (WPC), dan skimmed milk powder telah menunjukkan bahwa dengan penggunaan bahan protein tambahan telah meningkat dari waktu ke waktu sehubungan dengan semakin banyaknya penelitian tentang berbagai produk pangan. Perbedaan antara protein dan tambahan spray drying lainnya adalah kemampuan protein tambahan untuk bergabung dengan berbagai jenis produk pangan melalui keragaman rantai molekul dan sifat fungsionalnya (Yoshii et al., 2001; Rao, 2002;
Shi et al., 2013). Menurut Jayasundera et al. (2001), bahan
14
protein tambahan memiliki sifat pembentuk film yang cepat, berat molekul besar, dan sifat fungsional yang diperluas seperti kelarutan dan viskositas yang tinggi. Sifat-sifat tersebut menghasilkan bahan tambahan protein pada spray drying seperti maltodekstrin dan gums. Selain itu, penggunaan protein telah menunjukkan peningkatan yang signifikan dalam proses spray drying pada bubuk dengan kadar gula tinggi.
2.5 Spray Drying
Spray drying merupakan proses pengubahan cairan umpan menjadi serbuk kering. Ciri khas dari proses spray drying adalah siklus pengeringan yang cepat, retensi produk dalam ruang pengering singkat dan produk yang dihasilkan siap dikemas ketika proses pengeringan selesai (Heldman et al., 1981). Keuntungan lain dari penggunaan metode spray drying adalah teknologi ini sudah banyak dikuasai sehingga mudah diaplikasikan, mampu memproduksi mikrokapsul dalam jumlah banyak, bahan pengkapsul yang cocok untuk spray drying juga layak sebagai bahan makanan dan larut dalam air (Thies, 1996).
Menurut Dziezak (1988), proses yang terdapat dalam spray drying ada tiga tahap yaitu (1) persiapan bahan emulsi, (2) homogenisasi, dan (3) penyemprotan emulsi ke dalam chamber (atomisasi massa pada tempat pengeringan).
Cara kerja spray dryer adalah mengeringkan cairan kental atau pasta dengan cara mengontakkan butiran-butiran cairan dengan arah yang berlawaran atau searah dengan udara panas.
Spray dryer menggunakan panas udara dengan kelembaban udara yang tinggi sehingga membutuhkan energi yang besar.
Serbuk yang dihasilkan dari proses pengeringan spray drying memiliki kualitas yang cukup baik (Khotimah, 2006). Menurut Maulina dkk. (2006), spray drying cocok digunakan untuk pengeringan bahan cair yang dilewatkan pada suatu nozzle sehingga keluar dalam bentuk butiran cairan yang sangat halus.
Butiran ini selanjutnya masuk kedalam ruang pengering yang dilewati oleh aliran udara panas. Bagian-bagian dari alat spray dryer adalah larutan input (feed pump), atomizer, pemanas (air heater), pendispersi udara (air disperse), tangki pengering (drying chamber), recovery powder system, dan siklon (cyclone) (Siddick, 2013). Prinsip pengeringan dengan metode spray
15
drying adalah seluruh cairan dari bahan yang akan dikeringkan diubah ke dalam bentuk butiran-butiran air yang lembut dengan cara dikabutkan menggunakan atomizer. Butiran air tersebut dikontakkan dengan udara panas sehingga butiran air tersebut mongering dan berubah menjadi serbuk. Selanjutnya proses pemisahan uap panas dengan serbuk dilakukan dengan siklon atau penyaring. Setelah proses pemisahan, serbuk hasil akhir tersebut kemudian diturunkan suhunya sesuai dengan kebutuhan produksi (Parastiwi dkk., 2015).
Spray drying adalah teknik yang digunakan dalam industri makanan dan farmasi dimana pelarut menguap dengan cepat dari tetesan dan memungkinkan enkapsulasi bahan bioaktif dalam matriks pelindung. Spray drying dilakukan dengan baik untuk menghasilkan produk bubuk kering dan mikroenkapsulasi polifenol dan senyawa panas labil lainnya. Sasaran teknik ini adalah disperse komponen yang dienkapsulasi dalam bahan kemudian diikuti oleh atomisasi dan penyemprotan campuran ke dalam tabung panas. Fase pertama terdiri dari elaborasi cairan umpan (larutan, dispersi atau emulsi) yang disusun oleh zat pelapis dan komponen bioaktif. Kemudian tetesan tersebut didehidrasi oleh media pengeringan panas seperti udara atau gas nitrogen, dimana pelarut yang digunakan dengan cepat diuapkan pada tabung yang telah dipanaskan. Partikel bubuk yang telah didehidrasi kemudian dipindahkan ke pemisah siklon.
Selama proses pengeringan, akan terbentuk lapisan serbuk dan konsentrasi bahan dalam tetesan pengeringan akan menguat.
Proses pengeringan semprot akan memakan waktu beberapa detik dan cairan umpan diubah menjadi partikel bubuk tanpa loss yang besar (Moral et al., 2013). Produk akhir yang dihasilkan akan bergantung pada parameter proses yaitu suhu inlet dan outlet serta suhu umpan, pada parameter formulasi yaitu bahan inti/ rasio enkapsulasi, padatan terlarut, dan viskositas serta peralatan yang digunakan. Oleh karena itu proses yang dipakai dapat dimodifikasi untuk mengontrol sifat- sifat bubuk spray drying yang dihasilkan. Karakterisasi serbuk umumnya adalah penentuan senyawa total phenolic compounds, superficial polyphenols, dan powder yield (Gharsallaoui et al., 2007).
16 2.6 Suplemen Diet
Obesitas atau kelebihan berat badan merupakan suatu penyakit multifaktorial yang terjadi akibat akumulasi jaringan lemak berlebihan sehingga dapat mengganggu kesehatan.
Tingkat obesitas di seluruh dunia terus meningkat. Bahkan saat ini kematian lebih banyak disebabkan oleh kelebihan berat badan (Natania dan Sofyan, 2017). Menurut Setyono dkk.
(2014), diet adalah serangkaian susunan jumlah dan jenis makanan dan minuman yang dikonsumsi seseorang dari hari ke hari. Diet bisa dilakukan dengan mengontrol makanan dan minuman yang dikonsumsi, mengubah gaya hidup dan olahraga secara teratur. Namun saat ini masyarakat juga menurunkan berat badan dengan cara mengonsumsi suplemen diet. Namun suplemen diet yang beredar di pasar hanya menekan rasa lapar dan nafsu makan saja tanpa mempertimbangkan kerja antioksidan yang mengurangi stres oksidatif.
Suplemen merupakan produk kesehatan yang mengandung satu atau lebih zat yang bersifat nutrisi atau obat.
Nutrisi termasuk di dalamnya adalah vitamin, mineral, dan asam-asam amino. Obat umumnya diambil dari tanaman atau jaringan tubuh hewan (Hidayah dan Sugiarto, 2013). Diet adalah kegiatan untuk membatasi dan mengontrol makanan untuk mengurangi dan mempertahankan berat badan. Ada beberapa cara diet yaitu dengan diet sehat dan diet tidak sehat. Diet sehat dilakukan dengan berolahraga, mengontrol makanan dan minuman yang dikonsumsi, dan memenuhi gizi setiap makan.
Diet tidak sehat dilakukan dengan melakukan segala cara untuk mengurangi berat badan namun memberikan efek samping bagi tubuh. Suplemen diet dapat dibuat dengan berbahan dasar kopi.
Kopi mengandung senyawa aktif sebagai anti-hiperglikemia, antioksidan, peningkatan sensitivitas insulin, dan mencegah terjadinya penyimpanan lipid dan karbohidrat (Downey, 2013).
2.7 Response Surface Method (RSM)
Response surface method (RSM) merupakan metode yang berguna untuk membuat model dan analisis pada variabel respon yang dipengaruhi oleh beberapa faktor atau variabel bebas dengan tujuan untuk mengetahui kondisi optimal dari variabel respon tersebut. RSM digunakan untuk penelitian yang
17
mempunyai proses komplek dan digunakan secara luas dalam penelitian teknologi pangan (Aritonang, 2014). RSM merupakan kumpulan teknik statistik dan matematik yang sangat berguna untuk optimasi proses dengan memanfaatkan desain eksperimen berbantuan statistika untuk mencari nilai optimal dari suatu respon. Metode ini diajukan sejak tahun 1951 dan sampai sekarang banyak digunakan untuk penelitian maupun industri yang memerlukan hasil optimal dengan beberapa variabel bebas dan variabel respon. Peneliti menyusun model matematika dengan menentukan variabel bebas dan variabel respon yang diinginkan kemudian peneliti dapat mengetahui nilai variabel bebas yang menyebabkan variabel respon menjadi optimal (Nuryanti dan Salimy, 2008).
Kelebihan dari metode Response Surface Method (RSM) adalah jumlah perlakuan yang lebih sedikit dengan akurasi yang lebih tinggi sehingga lebih efisien dari segi waktu dan biaya.
Metode RSM mampu mengeksplorasi korelasi antar banyak faktor untuk mendapatkan kondisi produksi yang paling optimal (Chang dkk., 2006). Menurut Bakti (2012), dengan dilakukannya desain eksperimen dengan menggunakan RSM dapat diperoleh keterangan tentang bagaimana respon yang diberikan oleh obyek pada beberapa kondisi tertentu yang diperhatikan serta mencari kondisi optimal dari berbagai faktor. Unsur penting dalam permasalahan optimasi adalah fungsi tujuan yang dipengaruhi oleh sejumlah variabel. Variabel yang diperlukan terdiri dari variabel yang saling bebas atau dapat juga variabel yang saling bergantung.
2.7.1 Central Composite Design (CCD)
Central Composite Design (CCD) merupakan rancangan percobaan yang terdiri dari rancangan 2k faktorial dengan ditambahkan beberapa center runs dan axial runs (star runs).
Untuk membuat kualitas prediksi menjadi lebih baik, maka rancangan percobaan yang dibuat harus memiliki sifat orthogonal dan rotatable. Rotatable artinya ragam dari variabel respon yang diestimasi merupakan fungsi dari x1, x2, …, xk yang hanya bergantung pada jarak dari pusat rancangan dan tidak bergantung dari arahnya (letak titik percobaan) (Ernawati, 2012). Pada RSM, CCD digunakan untuk membangun model
18
polinomial suatu fungsi matematis dari variabel-variabel bebas terhadap respon yang terbentuk. Suatu rancangan percobaan untuk model polinomial setidaknya harus memiliki 3 level atau tingkatan untuk masing-masing faktor yang dicobakan agar parameter model dapat diduga (Montgomery, 2001).
2.8 Penelitian Terdahulu
Ada beberapa sumber penelitian terdahulu yang berkaitan dengan manfaat kopi untuk menurunkan berat badan.
Penelitian yang dilakukan oleh Natania dan Sofyan (2017), obesitas dapat terjadi akibat tidak seimbangnya hormon adiponektin dan leptin atau juga dapat terjadi akibat peningkatan oxidative stress (OS) dalam tubuh. Penggunaan ekstrak kopi hijau yang mengandung asam klorogenik dapat menurunkan berat badan pasien obesitas. Asam klorogenik pada kopi hijau bekerja menurunkan berat badan dengan mempengaruhi regulasi adiponektin dan leptin, menurunkan absorpsi glukosa dan menurunkan OS sebagai antioksidan. Pada penggunaan suplemen ekstrak kopi hijau sebanyak 200 mg dua kali sehari selama 8 minggu terbukti menurunkan OS dalam tubuh, namun tidak menurunkan berat badan secara signifikan. Sedangkan, penggunaan kopi instan dengan 200 mg ekstrak kopi hijau selama 12 minggu dapat menurunkan berat badan.
Penelitian yang dilakukan Yunilawati dkk. (2018) menunjukkan bahwa spray drying banyak dilakukan pada enkapsulasi zat warna alam untuk aplikasi di industri. Optimasi proses spray drying pada enkapsulasi antosianin ubi ungu dilakukan pada kondisi berbagai suhu inlet (150° C sampai dengan 180° C) dan jumlah maltodekstrin sebagai carrier (5%
sampai dengan 15%). Sebagai respon dilakukan pengukuran kadar air, absorbansi, dan kadar antosianin. Response Surface Methodology (RSM) dengan metode Central Composite Design (CCD) digunakan untuk analisis data optimasi. Hasil analisis menunjukkan bahwa suhu inlet dan persentase maltodekstrin berpengaruh secara signifikan terhadap kadar air, absorbansi, dan kadar antosianin total. Kondisi optimal didapatkan pada suhu inlet 166,96° C dan maltodekstrin sebesar 5%. Pada kondisi ini dihasilkan serbuk antosianin ubi ungu dengan kadar
19
air 4,79%; absorbansi 0,8827; dan kadar antosianin total 968,65 mg/kg.
2.9 Hipotesis
Diduga perbedaan persentase maltodekstrin dan persentase susu skim sebagai sumber protein akan berpengaruh terhadap kualitas dan jumlah sediaan bahan ekstrak kopi hijau dengan metode spray drying.
20
BAB III METODE PENELITIAN
3.1 Waktu dan Tempat Penelitian
Waktu penelitian dilakukan pada bulan Januari 2019 – Mei 2019. Penelitian dilakukan di Laboratorium Kewirausahaan FTP UB, Laboratorium Bioindustri Jurusan Teknologi Industri Pertanian, dan Laboratorium Biologi Farmasi Jurusan Farmasi FMIPA Universitas Islam Indonesia. Proses pengecilan ukuran biji kopi dan maserasi dilakukan di Laboratorium Kewirausahaan FTP UB. Analisis aktivitas antioksidan dan total fenol dilakukan di Laboratorium Bioindustri TIP UB. Pengeringan dengan metode spray drying dilakukan di Laboratorium Biologi Farmasi Jurusan Farmasi FMIPA Universitas Islam Indonesia.
3.2 Alat dan Bahan 3.2.1 Alat
Alat utama yang digunakan pada penelitian ini adalah Spray dryer. Peralatan lain yang digunakan adalah grinder, disk mill, timbangan analitik, spektrofotometer UV-Vis, ayakan 40 mesh, gelas ukur 10 ml dan 250 ml, gelas beker 50 ml, 100 ml, 200 ml dan 500 ml, labu ukur 10 ml, mikropipet, bluetip, kuvet, vortex, spatula, tabung reaksi, erlenmeyer, serta alat-alat gelas lainnya.
3.2.2 Bahan
Bahan baku utama yang digunakan adalah biji kopi hijau jenis Robusta Jember. Bahan pengkapsul yang digunakan adalah maltodekstrin dan susu skim sebagai sumber protein.
Bahan-bahan tambahan untuk analisa adalah aquades, methanol, Asam galat (C7H6O5), Reagen Folin-Ciocalteu 10%, Natrium Karbonat (Na2CO3), serta 1,1 Difenil-2-Pikrihidrazil (DPPH) 0,2 mM.
3.3 Batasan Masalah
Batasan masalah pada penelitian ini diantaranya adalah:
1. Bahan baku yang digunakan adalah biji kopi hijau jenis Robusta Argopuro Jember, Jawa Timur.
21
2. Bahan baku diperoleh dari Jember yang dipanen pada bulan Juli 2018 dengan proses kering dan setelahnya tidak dilakukan pre-treatment apapun.
3. Homogenisasi yang dilakukan menggunakan mixer.
4. Penelitian yang dilakukan hanya sampai proses pengeringan dengan metode spray drying.
5. Analisa hasil yang dilakukan hanya kandungan Total Phenolic Content dan aktivitas antioksidan.
6. Penelitian yang dilakukan merupakan penelitian eksperimental awal pada skala laboratorium.
3.4 Tahapan Penelitian 3.4.1 Alur Penelitian
Alur penelitian adalah kegiatan yang dilakukan peneliti mulai dari perumusan masalah hingga penarikan kesimpulan.
Perumusan masalah menjadi acuan bagi peneliti untuk mencapai tujuan yaitu memperoleh persentase maltodekstrin dan susu skim yang optimal untuk mendapatkan bahan sediaan suplemen diet dan konsentrasi bahan pengkapsul yang optimal serta mengetahui kualitas yang dihasilkan. Penelitian pendahuluan dilakukan dengan mengacu beberapa penelitian terdahulu melalui studi literatur. Hasil yang diperoleh melalui studi literatur diaplikasikan ke dalam penelitian. Pengaplikasian dilakukan dengan mengkombinasikan penelitian satu dengan penelitian yang lain dan dengan pertimbangan hasil penelitian pendahuluan. Langkah selanjutnya yaitu menyusun rancangan percobaan sehingga penelitian dapat berjalan sesuai dengan apa yang akan direncanakan.
Rancangan percobaan dibuat dengan menggunakan metode Response Surface Method (RSM). Pada penelitian ini digunakan dua faktor yaitu persentase maltodekstrin dan susu skim. Dua faktor tersebut di inputkan kedalam aplikasi RSM dengan dua respon yaitu Total Phenolic Content dan aktivitas antioksidan. Melalui aplikasi RSM, akan diperoleh 13 kombinasi yang akan dianalisis jumlah Total Phenolic Content dan aktivitas antioksidan. Setelah diperoleh hasil Total Phenolic Content dan aktivitas antioksidan kemudian diinputkan kembali ke aplikasi RSM serta dilakukan optimasi. Hasil dari optimasi yang
22
diperoleh merupakan perlakuan dari 13 kombinasi perlakuan yang telah dilakukan.
3.4.2 Rancangan Percobaan
Penelitian dirancangan dengan menggunakan Response Surface Method (RSM) Central Composite Design (CCD) menggunakan 2 faktor yaitu persentase maltodekstrin dan persentase susu skim. Penelitian ini di rancangan dengan langkah-langkah sebagai berikut
1. Menetapkan level faktor yang akan diteliti. Penelitian yang dilakukan terdiri dari dua faktor yaitu persentase maltodekstri (X1) dan persentase susu skim (X2). Masing- masing faktor terdiri dari dua taraf yang diberi kode +1, -1, dan 0 sebagai titik pusat.
1. Persentase maltodekstrin (A), terdapat tiga taraf:
X1: (X1 = -1) = 8,50 X1: (X1 = 0)* = 9,00 X1: (X1 = 1) = 9,50 Jarak antar faktor = 9,00-8,50 = 0,5
2. Persentase susu skim (B), terdapat tiga taraf:
X2: (X2 = -1) = 2,20 X2: (X2 = 0)* = 4,40 X2: (X2 = 1) = 6,60 Jarak antar faktor = 4,4-2,2 = 2,2
Pengulangan pengamatan dilakukan pada titik pusat sebanyak lima kali sesuai rancangan komposit terpusat 2 faktor.
2. Menetapkan level faktor yang sesuai dengan titik pusat X1=0 dan X2=0. Pada faktor persentase maltodekstrin hubungan variabel X1 dengan variabel asli dapat dinyatakan sebagai berikut
X1 =
, A = 0,5X1 + 9,00 ……… (1)
Pada faktor persentase susu skim hubungan variabel X2 dengan variabel asli dapat dinyatakan sebagai berikut X2 =
, A = 2,2X2 + 4,40 ……… (2)
3. Menentukan nilai α = 2(k/4), karena penelitian menggunakan 2 faktor maka nilai k=2, sehingga α = 22/4 = 1,414. Selanjutnya adalah menentukan nilai taraf faktor
23
yang sesuai dengan nilai –α = 1,414 dan nilai α = 1,414 dengan melakukan perhitungan hubungan variabel X1 dan X2 dengan variabel asli pada persamaan (1) dan (2).
Melalui persamaan (1) dapat diketahui bahwa:
a. Untuk X1 = -1,414
Maka A = 0,5 (-1,414) + 9,00 = 8,29%
b. Untuk X1 = 1,414
Maka A = 0,5 (1,414) + 9,00 = 9,71%
Melalui persamaan (2) dapat diketahui bahwa:
a. Untuk X2 = -1,414
Maka B = 2,2 (-1,414) + 4,40 = 1,29%
b. Untuk X2 = 1,414
Maka B = 2,2 (1,414) + 4,40 = 7,51%
Rancangan percobaan dapat dilihat pada Tabel 3.1.
Tabel 3.1 Rancangan Percobaan
No
Faktor Faktor Respon
X1 X2
Persenta se Maltodek
strin (%
dari total ekstrak)
Persent ase Susu Skim (% dari
total ekstrak)
Total Phenolic
Content (mg GAE/gr)
Nilai IC50
(ppm)
1 -1 -1 8,50 2,20 Y1 Y2
2 +1 -1 9,50 2,20 Y1 Y2
3 -1 +1 8,50 6,60 Y1 Y2
4 +1 +1 9,50 6,60 Y1 Y2
5 -1,414 0 8,29 4,40 Y1 Y2
6 +1,414 0 9,71 4,40 Y1 Y2
7 0 -1,414 9,00 1,29 Y1 Y2
8 0 +1,414 9,00 7,51 Y1 Y2
9 0 0 9,00 4,40 Y1 Y2
10 0 0 9,00 4,40 Y1 Y2
11 0 0 9,00 4,40 Y1 Y2
12 0 0 9,00 4,40 Y1 Y2
13 0 0 9,00 4,40 Y1 Y2
Berdasarkan Tabel 3.1 dapat diperoleh titik komposit terpusat yang dicobakan, dapat dilihat pada Tabel 3.2.
24
Tabel 3.2 Titik komposit terpusat yang dicobakan
Faktor -α -1 0 +1 +α
Persentase maltodekstrin (% dari total ekstrak)
8,29 8,50 9,0 9,50 9,71
Persentase susu skim (%
dari total ekstrak)
1,29 2,20 4,40 6,60 7,51
3.5 Pelaksanaan Penelitian 3.5.1 Pembuatan Bubuk Kopi Hijau
1. Biji Kopi disiapkan
2. Biji Kopi diangin-anginkan pada suhu ruang selama 2 jam 3. Biji kopi digrinder menggunakan disk mill
4. Serbuk kopi yang dihasilkan diayak dengan ayakan 40 mesh
5. Hasil ayakan yang diperoleh disimpan dalam wadah plastik dan disimpan pada suhu ruang
6. Biji kopi yang tidak lolos ayakan kemudian digrinder menggunakan blender
Diagram alir proses pembuatan bubuk kopi hijau dapat dilihat pada Gambar 3.1.
25
Biji Kopi Hijau
Diangin-anginkan dalam suhu ruang
selama 2 jam
Di grinder menggunakan disk mill
Di ayak dengan menggunakan ayakan
40 mesh
Bubuk Kopi Hijau
Biji kopi yang tidak lolos
ayakan
Di grinder menggunakan blender
Di ayak dengan menggunakan ayakan
40 mesh
Bubuk Kopi Hijau
Gambar 3.1 Diagram alir proses pembuatan bubuk kopi hijau
3.5.2 Ekstraksi Bubuk Kopi Hijau
1. Bubuk kopi diambil sebanyak 10 gram 2. Ditambahkan 100 ml aquades
3. Dimaserasi selama 24 jam di suhu ruangan (±25°C) tanpa pengadukan
4. Disaring dengan kain saring
5. Hasil ekstraksi disimpan dalam botol kaca
