Extractionof Sodium Alginate fromSargassum sp. using Microwave Assisted Extraction (MAE) Amran Amir1,*, Agrippina Wiraningtyas2, and Ruslan2
1Department of Biology Education, STKIP Bima
2Department of Chemistry Education, STKIP Bima Jl. Tendean, Mande, Bima City, NTB,84160 Indonesia
* Corresponding author, tel/fax: (0374)42801, email: ran_bima @ yahoo.com
ABSTRACT
INTRODUCTION
The wealth of diversity contained in the waters of Indonesia is quite high. One of marine biological resources that is potential to be developed as it has a high economic value is seaweed Sargassum sp.
which is a type of brown algae (Phaeophyta). The British Chemist Stanford [1] The first describes the alginate extract alginic acid from brown seaweed patented on January 12, 1881. Alginate is an ingredient that is contained by seaweeds class Phaeophyceae (brown algae). World demand will be the availability of sodium alginate industry every year is always an increase in both food and non-food industries. To meet these needs, Indonesia still relies on imported sodium alginate.
The method used in the extraction of alginate, have been using conventional extraction methods.
Several studies have been conducted on compounds of alginates with conventional methods [2-4]. The use of this method is very simple, but the drawback of this method is the extraction takes longer.
Development of extraction methods to accelerate the extraction time is needed to reduce the cost of production.
Lately, the extraction method Microwave Assisted Extraction (MAE) has been widely used to extract the active compounds in natural materials [5-6]. Extraction with MAE method utilizing microwave radiation to accelerate the selective extraction by heating the solvent quickly and efficiently.
The advantages of using the method of extraction MAE is a reduction in extraction time and use fewer chemical solution [7]. This research will be conducted as sodium alginate extracted from seaweed Sargassum sp. using Microwave Assisted Extraction (MAE).
Extraction of sodium alginate from Sargassum sp. has been carried out. This study aims to compare the methods of microwave assisted extraction (MAE) with conventional methods in extracting sodium alginate from Sargassum sp. and analyzing the physicochemical properties of sodium alginate.
Sargassum sp. used in this study were taken from the bay of Bima. To obtain the optimum condition to do optimization of power level that is at level 70, 80, 90 and 100, while the optimization of extraction time at the optimum level for 15, 16, 17 and 18 minutes. The yield of sodium alginate was characterized physical and chemical properties. Analysis of physical properties include yield, brightness and viscosity, while the analysis of chemicalproperties include water content, ash content, content of Pb and Hg metal, and structural analysis by infrared spectrocopy.
The results showed that the use of MAE method can accelerate the extraction process compared to conventional methods. Besides that the yield of sodium alginate at MAE method is higher than the conventional method. Extraction methods MAE for 16 minutes obtained 37.13%, while the extraction by conventional methods for 1 hour obtained 25%. The yield of sodium alginate obtained at level 70, 80, 90 and 100 respectively 0.5%, 37.13%, 23.36% and 1.2%.The time optimization obtained optimum conditions yield,water content, ash content and brightness respectively37.13%,14.43%, 14.63%, 78.62 in treatment for 16 minutes while the viscosity of 95.00 cps in treatment for 18 minutes. Sodium alginate extraction product does not contain Pb and Hg metal. The infrared spectra obtained functional group of hydroxyl (O-H), carboxylate (COOH), carbonyl (C=O), carbon ketone (C-O-C) and the bonding of sodium (Na) thus proving that the sample extraction is sodium alginate.
Keywords: sodium alginate, physicochemical properties, MAEmethod
EXPERIMENTAL SECTION Materials
The materials used in this study are: seaweed Sargassum sp. taken from the waters of the Gulf of Bima, formalin P.A., P.A. HCl, technical NaOCl, Na2CO3 P.A., technical ethanol and distilled water.
Instrumentation
Equipment glasses, pH meter, thermometer, stir bar, filter cloth / gauze, microwave (R-278 (S)), oven, mixer, blender, porcelain dish, pH meter, Viscotester (Brookfield ), color reader (Chromameter Konica Minolta CR-400), Atomic Absorption Spectroscopy (AAS) (Perkin Elmer) and Infrared Spectroscopy (FTIR Shimadzu 8201 PC).
Procedure
Extraction Sodium Alginate
A total of 30 g of seaweed Sargassum sp. washed and dried. The dried seaweed soaked in a solution of 0.4% formalin for 6 hours and 1% HCl solution for 1 hour and then washed with distilled water to pH neutral. Furthermore, seaweed cut Na2CO3 added a solution of 2% with a ratio of 1:30 (w / v).
Subsequently extracted by Microwave at power level 70 for 16 minutes and then filtered. The filtrate obtained, was added 10% HCl (until pH 2-3). Then do the bleaching with NaOCl technical diluted with water 1: 1 to white. Then converted to sodium alginate by adding 20 g of powdered Na2CO3 and stirred in a mixer. The resulting solution is then etched with ethanol to form sodium alginate fibers. Then filtering and pasta produced technical soaked in ethanol and dried in the sun for 12 hours until the moisture content of 12%. Furthermore, ground to a flour obtained sodium alginate.
Optimization of Power Levels and Time Extraction
Optimization of power level and the time taken to determine the effect on the level and timing of microwave extraction method MAE. Level power optimization done on level 70, 80, 90 and 100. As time optimization of extraction is done at 15, 16, 17 and 18 minutes.
Characterization of Alginate
Characterization of sodium alginate was conducted to determine the physical and chemical properties of sodium alginate extraction results.
Analysis of Water Content
Analysis of water content is done by gravimetric methods AOAC (1990), by drying the sample at 105 oC alginate. The water content is determined based on the dry weight alginate that is a percentage of the dry weight of the initial weight.
Ash Content
Ash content analysis performed by gravimetric methods AOAC (1990), by burning the sample at 600 oC.
Alginate ash content expressed as a percentage by weight of ash to the dry sample weight.
Analysis of Pb and Hg levels
Determination of Pb and Hg performed according to the method James (1995), using the tool Atomic Absorption Spectrometry (AAS).
The yield
The yield of sodium alginate calculated following the AOAC methods (1990). The yield is the percentage by weight of alginate with initial weight seaweed.
Viscosity
Analysis of viscosity following the method of James (1995), which uses Viscotester. The samples used were 250 mL, which is obtained by making a 1% solution of alginate is heated at a temperature of 50 ° C.
Brightness
Analysis of the brightness following the method of James (1995), which uses color reader. The brightness level samples, indicated by the value L. Value of L range between 0-100.
Structural analysis
Analysis of the structure following the method Silverstein (1991). Structural analysis performed on the tool Infrared Spectrophotometer (FTIR). The sample is weighed as much as 1 mg mixed with KBr. Then the pellets are made of thin and inserted into the cell holder.
RESULTS AND DISCUSSION Extraction Sodium Alginate
In this research, extraction of sodium alginate from seaweed Sargaassum sp. by MAE method and conventional methods through alginic acid. Data comparison MAE extraction methods and conventional methods can be seen in Table 1.
Table 1. Comparison Results Extraction of MAE and Conventional Method
Method Time
(minute )
Yield (%)
Water Content (%)
Ash Content (%)
Viscosity (cps)
Brightnes s
MAE 16 37,13 14,43 14,63 95,0 78,60
Conventional 60 19,25 15,32 31,48 5,0 78,75
The results showed that the use of MAE method can speed up the extraction process. MAE method extraction process takes about 16 minutes while the conventional method takes about 1 hour. Besides yield sodium alginate produced at MAE method is higher than the conventional method. This is because the energy in the extraction process with MAE method directly toward the target sample specific and specific way, so that no heat is lost to the environment, because the heating process takes place in a closed system. Unique heating mechanism can significantly reduce the time required for the extraction process [4]. In the conventional heating process most of the heat lost to the environment and the heating occurs only on the surface of the sample so that the extraction process takes a long time and the yield is less than the maximum.
The Yield
Optimization ofLevel Power
Optimization of microwave power level is done to determine the optimum level with the highest yield.
Data were obtained as listed in Table 1. Based on data in Table 2 shows that the highest yield of sodium alginate obtained at 80 by 37.13%, and decreased the yield on the 90 level that is equal to 23.36%. This is because the process of extracting the MAE method can increase the breakdown of cell walls in Sargassum sp. due to the microwave radiation beam.
Table 2. Yield of Sodium Alginate Optimizationof Level Power
Level Power Yield (%)
70 0,5
80 37,13
90 23,36
100 1,2
MAE method involves heating using three times the energy conversion, namely the electrical energy into electromagnetic energy, then the kinetic energy and then into heat energy. The process of using microwave heating from the outside surface by conduction further into the sample so that the sample would be co-heated. However, the higher the level resulting yield is lower because of alginate decomposed due to the structure of the higher thermal energy in the system.
Time Optimization
Further optimization is a variation of time to determine the most effective time to get the highest yield at 80 as an optimum level. The result of the time variation can be seen in Table 3. By the time variation showed that the highest yield (37.13%) was obtained in the extraction for 16 minutes, while the lowest yield (25.76%) in the 18th minute extraction method with Microwave Assisted Extraction (MAE) is an effective method in comparison with maceration because it produces a higher yield of compounds, lebh low temperature and a short time and improve the quality of the product [7].
Table 3. Yield of Sodium Alginate Time Optimization Time (minute) Yield (%)
15 27,4
16 37,13
17 26,1
18 25,76
Menurut standar Food Chemical Codex (FCC), rendemen natrium alginat yang dihasilkan adalah >18%, sehingga natrium alginat hasilekstraksi sudah memenuhi standar FCC.
Water Content
The water content of sodium alginate extraction results can be seen in Table 4. Based on observations indicate that the water content of sodium alginate extraction for 16 minutes resulted in low water content (14.43%) and the highest water content (18.74%) in the extraction for 18 minutes. The water content of the sodium alginate FCC is <15% [3], while the sodium alginate from the extraction have an average water content of> 15%. This is due to the use of ethanol as sodium alginate extract washers absorb less water. Polarity ethanol has approached the polar nature of the water so it is more difficult to draw the water.
Table 4. Results of Water Content Time (minute) Water Content (%)
15 17,64
16 14,43
17 18,52
18 18,74
Ash Content
The ash content of sodium alginate extraction results are shown in Table 5. From the results obtained that the ash content of sodium alginate extraction results in the range of 14-21%. The ash content of sodium alginate extraction results meet quality standards alginate to finance exports with ash content of ≤ 24%
[2].
Table5. Results of Ash Content Time (minute) Ash Content (%)
15 16,37
16 14,63
17 16,13
18 21,08
Viscosity
Test the viscosity of sodium alginate extraction results can be seen in Table 6. based on the data in the table shows that the highest viscosity (95.00 cps) obtained in the extraction for 18 minutes while the lowest viscosity (15.00 cps) obtained in the extraction for 16 minutes. Sodium alginate has a low viscosity and this is because sodium alginate is easily ionized salt when reacted with water. Whereas in the old extraction has a high viscosity, this is due to hydroxyl and carboxyl high. Increased viscosity depends on the existence of guluronic acid and mannuronic acid high [2].
Table 6. Results of Viscosity
4000 3500 3000 2500 2000 1750 1500 1250 1000 7500 500 cm-1
% T
3448,72
2931,80
1620,21
1419,61
2337,72
1095,57
1033,85
617,22 948,98
Time(minute) Viscosity (cps)
15 28,50
16 15,00
17 25,00
18 95,00
Brightness
Brightness of sodium alginate extraction results were measured using a tool Chromameter Konica Minolta CR-400. Sodium alginate produced generally beige or light yellow with Lightnes value (L) the lowest (59.96) in the treatment period of 18 minutes and the highest value of L (78.60) in the treatment time of 16 minutes. Standard brightness or color of sodium alginate according Farmakop Extras Indonesia is between white to yellow-brown [3], so the color of the sodium alginate extraction results in this study are in the standard range.
Identification of Pb and Hg
the results of the analysis of metal content Pb and Hg on sodium alginate performed by AAS method.
The detection limit of the AAS instrument used is 0.01 ppm for Pb and 0.025 ppm Hg. Levels Pb set by the FCC is less than 10 ppm, while Hg levels as set by the FCC is less than 40 ppm [3]. From the test results showed that sodium alginate is generated in this study are not detected metal containing Pb and Hg.
Identification by Infrared Spectroscopy
Sodium alginate structural analysis done by testing the functional groups using infrared spectroscopy..
Test the functional groups is carried out to determine the functional groups of sodium alginate extraction results. Infrared spectra of sodium alginate extraction results as shown in figure 1.
Figure 1. Infrared spectra of sodium alginate extraction results
The results of analysis that the spectra of sodium alginate extraction results showed absorption at 3448.72 cm-1 region is stretching vibration absorption band of hydroxyl groups (O-H), it is confirmed from the absorption band at 1620.21 cm-1 region which is vibration buckling hydroxyl group (O-H).
weak absorptions in the area of 2931.80 and 617.22 cm-1 is an absorption band stretching vibration of C- H bond, the tape on the area 1419.61 cm-1 indicates the elements sodium (Na) isomer alginate, a weak
4000 3500 3000 2500 2000 1750 1500 1250 1000 7500 500 cm-1
% T
band at 1095.57 cm-1 shows the group stretching vibration of C-O and C-C in pyranose ring and an absorption band at 1033.85 cm-1 region is stretching vibration carboxylic group (-COOH) and the ketone group (C-O-C). Band spectrum in the area of 948.98 cm-1 is the group stretching vibration of C-O uronik acid [8]. From the pattern of infrared spectra in the presence of hydroxyl, carboxyl, carbonyl, carbon ketone and sodium bonding proves that the sample extraction is sodium alginate.
Infrared Spectra of Sodium Alginate: Comparison of MAE andConventional Methods
Infrared spectra of sodium alginate extraction results on MAE and conventional methods as shown in Figure 2.
Gambar 2. Infrared Spectra of Sodium Alginate : (a) MAE, (b) Conventional methods.
Based on these spectra showed that the effect of different extraction methods lead to a shift in the structure of the absorption band of sodium alginate. Absorption bands in the area of 1635.64 cm-1 in the conventional method shifted to 1620.21 cm-1 on the MAE method. This is due to the weakness of the O- H bond hydroxyl groups due to electromagnetic wave radiation. In addition, a shift in the absorption band in the area of 1465.90 cm-1 shifted to 1419.61 cm-1. This is due to the reduced number of the elements sodium (Na) and other minerals in the isomer alginate due to electromagnetic wave radiation.
These data support the results of the analysis of the ash content of sodium alginate extraction method MAE smaller than the conventional method. The ash content is determined by the mineral content of the sample, the more minerals in the sample then the greater the ash content of the sample.
Infrared Spectra of Sodium Alginate : Time Optimization
Spektra FTIR natrium alginat dari hasil ekstraksi pada variasi waktu yaitu ekstraksi selama 15, 16, 17 dan 18 menit seperti ditunjukkan pada gambar 3. From these spectra showed that the effect of the extraction time does not alter the pattern of absorption band of sodium alginate, but differ in the
a
b
1419,61
1635,64 1620,21
1465,90
4000 3500 3000 2500 2000 1750 1500 1250 1000 7500 500 cm-1
% T
magnitude of the intensity of the absorption band. In the treatment of extraction for 16 minutes showed a strong absorption band intensity or sharp at each functional group, but the longer the extraction time is for 17 and 18 minutes, the intensity of the absorption band is getting weaker. These data support the data of physical properties and chemical properties of sodium alginate extraction results. This proves that the optimum extraction conditions, namely in the treatment of sodium alginate extraction for 16 minutes.
Figure 3. IR spectra of Sodium Alginateon time optimization:(a) 15, (b) 16 (c) 17 and (d) 18 minutes CONCLUSION
Based on the results of this study concluded that sodium alginate extracted from seaweed Sargassum sp.
by MAE method can speed up the time of extraction and yield larger than the extraction by conventional methods. The optimum condition MAE extraction method performed at 80 with a yield of 37.13%, 14.43% moisture content, ash content of 14.63%, 78.62 brightness in treatment for 16 minutes while the viscosity of 95.00 cps at treatment for 18 minutes. Sodium alginate extraction product does not contain Pb and Hg. In the structural analysis obtained spectral absorption band indicating a hydroxyl group (O- H), karbaksil (COOH), carbonyl (C = O), carbon ketone (C-O-C) and the bonding of sodium (Na) thus proving that the sample extraction is sodium alginate.
ACKNOWLEDGEMENTS a
b
c
d
The authors thank the Directorate of Research and Community Service Directorate General for Strengthening Research and Development of the Ministry of Research, Technology and Higher Education of the Republic of Indonesia, which has funded this research through Competitive Research Grant scheme in 2016.
REFERENCES
1. Stanford ECC.1881. British patent 142.
2. Amir, H., Subaryono, Pranoto, Y., Tazwir dam Ustadi. 2012. Pengembangan Metode Ekstraksi Alginat dari Rumput Laut Sargassum sp. sebagai Bahan Pengental.Agritech. Vol. 32(1). hal 1-8.
3. Mushollaeni, W. 2011. The physicochemical characteristics of sodium alginate from Indonesian brown seaweeds. African Journal of Food Science. Vol. 5(6). pp. 349–352.
4. Silva, M., Gomes, F., Oliveira, F., Morais, S., Matos, C.D. 2015.Microwave-Assisted Alginate Extraction from Portuguese Saccorhiza polyschides - Influence of Acid Pretreatmen.
International Journal of Chemical, Nuclear, Materials and Metallurgical Engineering, Vol.
9(1), pp. 30-33.
5. Jain, T., Jain, V., Pandey, R., Vyas, A., & Shukla, S., 2009, Microwave Assisted Extraction for Phytoconstituents – An Overvie,Asian J. Research Chem, 2 (1), pp. 19-25.
6. Kartikasari, D., Wardhani, D.H., Prasetyaningrum, A., 2013, Kajian Isolasi Senyawa Fenolik Rumput Laut Euceuma Cottonii berbantu Gelombang Micro dengan Variasi Suhu dan Waktu, Jurnal Teknik Kimia. Vol. 19(3). hal. 38-43.
7. Rafiee, Z. S. M., Jafari, M., Alami, Khomeiri. 2011. Microwave Assisted Extraction of Phenolic Compounds from Olive Leaves; A Comparison with Maceration. The Journal of Animal &
Plant Sciences. 21(4): 738-745.
8. Fertah, M., Belfkira, A., Dahmane, E.M., Taourirte, M. 2014. Extraction and characterization of sodium alginate from Moroccan Laminaria digitata brown seaweed. Arabian Journal of Chemistry. 1878-5352.
Ekstraksi Natrium Alginatdari Sargassum sp. menggunakan Metode Microwave Assisted Extraction (MAE) Amran Amir1,*, Agrippina Wiraningtyas2, and Ruslan2
1Prodi Pendidikan Biologi, STKIP Bima
2Prodi Pendidikan Kimia, STKIP Bima
Jl. Tendean, Mande, Kota Bima, NTB,84180 Indonesia
* Corresponding author, tel/fax: (0374)42801, email: ran_bima @ yahoo.com
ABSTRAK
PENDAHULUAN
Keanekaragaman kekayaan yang terkandung dalam perairan Indonesia cukup tinggi. Salah satu sumberdaya hayati laut yang sangat potensial untuk dikembangkan karena memiliki nilai ekonomis tinggi adalah rumput lautSargassum sp. yang merupakan golongan ganggang coklat (Phaeophyta). The British Chemist Stanford[1] pertama kali menjelaskan tentang alginat dengan melakukan ekstraksi asam alginat dari rumput laut coklat yang dipatenkan pada tanggal 12 Januari 1881. Alginat merupakan suatu bahan yang dikandung oleh rumput laut kelas phaeophyceae (alga coklat). Permintaan dunia industri akan tersedianya natrium alginat setiap tahun selalu mengalami peningkatan baik di industri pangan maupun non pangan. Untuk memenuhi kebutuhan tersebut, Indonesia masih mengandalkan natrium alginat yang diimpor.
Metode yang digunakan dalam ekstraksi alginat, selama ini menggunakan metode ekstraksi konvensional. Beberapa penelitian telah dilakukan tentang senyawa alginat dengan metode konvensional [2-4]. Penggunaan metode ini sangat sederhana, namun kelemahan dari metode ini adalah memerlukan waktu ekstraksi yang lebih lama.Pengembangan metode ekstraksi untuk mempercepat waktu ekstraksi sangat diperlukan untuk mengurangi biaya produksi.
Penelitian ini bertujuan untuk membandingkan metode microwave assisted extraction (MAE) dengan metode konvensional dalam ekstraksi natrium alginat dari rumput laut Sargassum sp. dan melakukan analisis sifat fisik dan sifat kimia natrium alginat hasil ekstraksi. Rumput laut Sargassum sp.
yang digunakan pada penelitian ini diambil dari perairan Teluk Bima. Untuk mendapatkan kondisi optimum dilakukan variasi power level pada microwave yaitu pada level 70, 80, 90 dan 100, sedangkan variasi waktu ekstraksi dilakukan pada level optimum selama 15, 16, 17 dan 18 menit. Produk natrium alginat yang dihasilkan selanjutnya dikarakterisasi sifat fisik dan sifat kimia. Analisis sifat fisik meliputi rendemen, kecerahan dan viskositas, sedangkan analisis sifat kimia meliputi kadar air, kadar abu, analisis logam Pb dan Hg, dan analisis struktur.
Hasil pengamatan menunjukkan bahwa penggunaan metode MAE dapat mempercepat proses ekstraksi dibandingkan metode konvensional. Selain itu rendemen natrium alginat yang dihasilkan pada metode MAE lebih tinggi dari metode konvensional. Ekstraksi dengan metode MAE selama 16 menit diperoleh rendemen sebesar 37,13% sedangkan ekstraksi dengan metode konvensional selama 1 jam diperoleh rendemen sebesar 25%. Rendemen natrium alginat diperoleh pada level 70, 80, 90 dan 100 secara berturut-berturut adalah 0,5%, 37,13%, 23,36% dan 1,2%. Sedangkan pada variasi waktu diperoleh kondisi optimum rendemen sebesar 37,13%, kadar air 14,43%, kadar abu 14,63%, kecerahan 78,62 pada perlakuan selama 16 menit sedangkan viskositas sebesar 95,00 cps pada perlakuan selama 18 menit. Produk natrium alginat hasil ekstraksi tidak mengandung logam Pb dan logam Hg. Pada analisis struktur diperoleh spektra pita serapan yang menunjukkan adanya gugus hidroksil (O-H), karboksil (COOH), karbonil (C=O), karbon keton (C-O-C) dan ikatan natrium (Na) sehingga membuktikan bahwa sampel hasil ekstraksi merupakan natrium alginat.
Kata kunci : natrium alginat, sifat fisik dan sifat kimia, metode MAE
Akhir-akhir ini, metode ekstraksi Microwave Assisted Extraction (MAE) sudah banyak digunakan untuk mengekstraksi senyawa aktif dalam bahan alam [5-6].Ekstraksi dengan metode MAE memanfaatkan radiasi gelombang mikro untuk mempercepat ekstraksi selektif melalui pemanasan pelarut secara cepat dan efisien. Kelebihan dari ekstraksi menggunakan metode MAE adalah berkurangnya waktu ekstraksi dan penggunaan larutan kimia yang lebih sedikit [7]. Pada penelitian ini akan dilakukan ekstraksi natrium alginat dari rumput laut Sargassum sp. menggunakan metode Microwave Assisted Extraction (MAE).
METODE PENELITIAN Bahan
Bahan yang digunakan dalam penelitian ini adalah :Rumput laut jenis Sargassum sp. yang diambil dari perairan Teluk Bima, formalin p.a., HCl p.a., NaOCl teknis, Na2CO3 p.a., etanol teknis dan aquades.
Alat
Gunting, baskom, timbangan analitik, perlatan gelas, panci, pH meter, termometer, batang pengaduk, kain saring/kasa, microwave(R-278(S)), oven, mixer, blender, cawan porselin, pH meter,viscotester(Brookfield), color reader(Chromameter Konica Minolta CR-400), Atomic Absorption Spectroscopy (AAS) (Perkin Elmer) dan Infrared Spectroscopy (Shimadzu FTIR 8201 PC).
Prosedur
Ekstraksi Natrium Alginat
Sebanyak 30 g rumput laut Sargassum sp. dicuci dan dikeringkan. Rumput laut yang sudah kering direndam dalam larutan formalin 0,4% selama 6 jam dan larutan HCl 1% selama 1 jam kemudian dicuci dengan aquades sampai pH netral. Selanjutnya, rumput laut dipotong ditambahkan larutan Na2CO3 2%
dengan perbandingan 1:30 (w/v). Selanjutnya diekstraksi dengan Microwave pada power level 70 selama 16 menit kemudian disaring. Filtrat yang diperoleh, ditambahkan HCl 10% (sampai pH 2-3). Kemudian dilakukan pemucatan dengan NaOCl teknis yang diencerkan dengan air 1:1 sampai putih. Kemudian dikonversi ke natrium alginat dengan menambahkan 20 g bubuk Na2CO3 dan diaduk dalam mixer.
Larutan yang dihasilkan kemudian ditetesi etanol sehingga terbentuk serat natrium alginat. Kemudian dilakukan penyaringan dan pasta yang dihasilkan direndam dalam etanol teknis dan dikeringkandibawah sinar matahari selama 12 jam sampai kadar air 12%. Selanjutnya digiling sampai diperoleh tepung natrium alginat.
Optimasi Power Level dan Waktu Ekstraksi
Optimasi power level dan waktu dilakukan untuk mengetahui pengaruh level pada microwave dan waktu ekstraksi dengan metode MAE. Optimasi power level dilakukan pada level 70, 80, 90 dan 100.
Sedangkan optimasi waktu ekstraksidilakukan pada 15, 16, 17 dan 18 menit.
Karakterisasi Alginat
Karakterisasi natrium alginat dilakukan untuk mengetahui sifat fisik dan sifat kimia natrium alginat hasil ekstraksi.
Analisis Kadar Air
Analisis kadar air dilakukan menurut metode gravimetri AOAC (1990), dengan mengeringkan sampel alginat pada suhu 105 oC. Kadar air alginat ditentukan berdasarkan berat keringnya yang merupakan persentase dari berat kering dengan berat awal.
Analisis Kadar Abu
Analisis kadar abu dilakukan menurut metode gravimetri AOAC (1990), dengan melakukan pembakaran sampel pada suhu 600 oC. Kadar abu alginat dinyatakan sebagai persentase berat abu terhadap berat sampel kering.
Analisis Kadar Pb dan Hg
Penentuan kadar Pb dan Hg dilakukan menurut metode James (1995), menggunakan alat Atomic Absorption Spectrometry (AAS).
Rendemen
Rendemen natrium alginat dihitung mengikuti metode AOAC (1990). Rendemen merupakan persentase dari berat alginat dengan berat awal rumput laut.
Analisis Viskositas
Analisis viskositas mengikuti metode James (1995), yaitu menggunakan Viscotester. Sampel yang digunakan sebanyak 250 mL, yang didapatkan dengan cara membuat 1% larutan alginat yang dipanaskan pada suhu 50 oC.
Analisis Kecerahan
Analisis kecerahan mengikuti metode James (1995), yaitu menggunakan color reader. Tingkat kecerahan sampel, ditunjukkan dengan nilai L. Nilai L berkisar antara 0 – 100.
Analisis Struktur
Analisis struktur mengikuti metode Silverstein (1991). Analisis struktur dilakukan pada alat Spektrofotometer Infra Merah (FTIR). Sampel ditimbang sebanyak 1 mg dicampur dengan KBr.
Kemudian dibuat pelet tipis dan dimasukkan kedalam cell holder.
HASIL DAN PEMBAHASAN Ekstraksi Natrium Alginat
Pada penelitian ini dilakukan ekstrasi natrium alginat dari rumput laut jenis Sargaassum sp. dengan metode MAE dan metode konvensional melalui jalur asam alginat.Data perbandingan hasil ekstraksi dengan metode MAE dan metode konvensional dapat dilihat pada tabel 1.
Tabel 1. Perbandingan Hasil Metode Ekstraksi
Metode Waktu
(menit)
Rendemen (%)
Kadar Air (%)
Kadar Abu (%)
Viskosita s (cps)
Keceraha n
MAE 16 37,13 14,43 14,63 95,0 78,60
Konvensional 60 19,25 15,32 31,48 5,0 78,75
Hasil penelitian menunjukkan bahwa penggunaan metode MAE dapat mempercepat proses ekstraksi.
Proses ekstraksi dengan metode MAE membutuhkan waktu sekitar 16 menit sedangkan pada metode konvensional membutuhkan waktu sekitar 1 jam. Selain itu rendemen natrium alginat yang dihasilkan pada metode MAE lebih tinggi dari metode konvensional.Hal ini disebabkan karena energi pada proses ekstraksi dengan metode MAE langsung menuju sampel target yang spesifik dan cara yang spesifik, sehingga tidak ada panas yang hilang ke lingkungan, karena proses pemanasan berlangsung pada sistem tertutup. Mekanisme pemanasan yang unik dapat dengan signifikan mengurangi waktu yang dibutuhkan untuk proses ekstraksi [4]. Pada proses pemanasan konvensional sebagian besar panas hilang ke lingkungan dan pemanasan hanya terjadi pada permukaan sampel sehingga proses ekstraksi membutuhkan waktu yang lama dan rendemennya kurang maksimal.
Rendemen
Optimasi Power Level
Optimasi power level microwave dilakukan untuk menentukan level optimum dengan rendemen tertinggi. Data hasil yang diperoleh seperti yang terdapat pada tabel 1. Berdasarkan data pada tabel 2 menunjukkan bahwa rendemen natrium alginat tertinggi diperoleh pada level 80sebesar 37,13%, dan menurun rendemennya pada level 90 yaitu sebesar 23,36%.Hal ini disebabkan karena proses ekstraksi dengan metode MAE dapat meningkatkan pemecahan dinding sel pada Sargassum sp. akibat adanya sinar radiasi microwave.
Tabel 2. Rendemen Natrium Alginat Variasi Power Level
Power Level Rendemen (%)
70 0,5
80 37,13
90 23,36
100 1,2
Pemanasan menggunakan metode MAE melibatkan tiga kali konversi energi, yaitu energi listrik menjadi energi elektromagnetik, kemudian energi kinetik dan selanjutnya menjadi energi panas. Proses pemanasan menggunakan microwave mulai dari luar permukaan selanjutnya secara konduksi ke dalam sampel sehingga bagian dalam sampel pun akan turut terpanaskan. Namun, semakin tinggi levelnya mengakibatkan rendemennya semakin rendah karena alginat mengalami dekomposisi struktur akibat dari semakin tingginya energi panas dalam sistem tersebut.
Optimasi Waktu
Optimasi selanjutnya adalah variasi waktu untuk mengetahui waktu paling efektif untuk mendapatkan rendemen tertinggi pada level 80 sebagai level optimum. Hasil variasi waktu dapat dilihat pada tabel 3.
Berdasarkan variasi waktu didapatkan hasil bahwa rendemen tertinggi (37,13%) diperoleh pada ekstraksi selama 16 menit, sedangkan rendemen terendah (25,76%) pada menit ke 18. Metode ekstraksi dengan Microwave Assisted Extraction (MAE) merupakan metode yang efektif dibandingkan dengan maserasi karena menghasilkan rendemen senyawa yang lebih tinggi, suhu yang lebh rendah dan waktu yang singkat serta meningkatkan kualitas produk [7].
Tabel 3. Rendemen Natrium Alginat Variasi Waktu Waktu (menit) Rendemen (%)
15 27,4
16 37,13
17 26,1
18 25,76
Menurut standar Food Chemical Codex (FCC), rendemen natrium alginat yang dihasilkan adalah >18%, sehingga natrium alginat hasilekstraksi sudah memenuhi standar FCC.
Analisis Kadar Air
Kadar air natrium alginat hasil ekstraksi dapat dilihat pada tabel 4. Berdasarkan hasil pengamatan menunjukkan bahwa kadar air natrium alginat hasil ekstraksi selama 16 menit menghasilkan kadar air yang rendah (14,43 %) dan kadar air tertinggi (18,74 %) pada ekstraksi selama 18 menit. Kadar air dari natrium alginat standar FCC yaitu < 15% [3], sedangkan natrium alginat dari hasil ekstraksi rata-rata memiliki kadar air > 15%. Hal ini disebabkan pada penggunaan etanol sebagai pencuci ekstrak natrium alginat kurang menyerap air. Kepolaran etanol yang mempunyai sifat polar mendekati air sehingga lebih sukar menarik air.
Tabel 4. Hasil analisis Kadar Air
Waktu (menit) Kadar Air (%)
15 17,64
16 14,43
17 18,52
18 18,74
Analisis Kadar Abu
Kadar abu natrium alginat hasil ekstraksi dapat dilihat pada tabel 5. Dari hasil tersebut diperoleh bahwa kadar abu natrium alginat hasil ekstraksi berada pada kisaran 14 – 21%. Kadar abu natrium alginat hasil ekstraksi memenuhi standar mutu alginat untuk kebutuhan eksport dengan kadar abu ≤ 24% [2].
Tabel 5. Hasil analisis Kadar Abu
Waktu (menit) Kadar Abu (%)
15 16,37
4000 3500 3000 2500 2000 1750 1500 1250 1000 7500 500 cm-1
% T
3448,72
2931,80
1620,21
1419,61
2337,72
1095,57
1033,85
617,22 948,98
16 14,63
17 16,13
18 21,08
Viskositas
Uji viskositas natrium alginat hasil ekstraksi dapat dilihat pada tabel6 . berdasarkan data pada tabel tersebut terlihat bahwa viskositas tertinggi (95,00 cps) diperoleh pada ekstraksi selama 18 menit sedangkan viskositas terendah (15,00 cps) diperoleh pada ekstraksi selama 16 menit. Pada natrium alginat memiliki viskositas rendah hal ini disebabkan karena natrium alginat merupakan garam yang mudah terionisasi apabila bereaksi dengan air. Sedangkan pada ekstraksi yang lama memiliki viskositas yang tinggi, hal ini disebabkan gugus hidroksil dan karboksil yang tinggi. Peningkatan viskositas tergantung pada adanya asam guluronat dan asam manuronat yang tinggi [2].
Tabel 6. Hasil analisis Viskositas Variasi Daya/Waktu Viskositas (cps)
80/15 28,50
80/16 15,00
80/17 25,00
80/18 95,00
Analisis Warna
Warna natrium alginat hasil ekstraksi diukur menggunakan alat Chromameter Konica Minolta CR-400.
Natrium alginat yang dihasilkan pada umumnya berwarna krem atau kuning muda dengan nilai Lightnes (L) terendah (59,96) pada perlakuan waktu 18 menit dan nilai L tertinggi (78,60) pada perlakuan waktu 16 menit. Standar kecerahan atau warna dari natrium alginat menurut Ekstra Farmakop Indonesia yaitu antara putih sampai kuning kecoklatan [3], sehingga warna natrium alginat dari hasil ekstraksi pada penelitian ini berada pada rentang standar tersebut.
Analisis Struktur
Analisis struktur natrium alginat dilakukan dengan uji gugus fungsi menggunakan alat FTIR (Fourier Transmission Infra Red). Uji gugus fungsi ini dilakukan untuk menentukan gugus fungsi natrium alginat hasil ekstraksi. Spektra FTIR natrium alginat hasil ekstraksi seperti ditunjukkan pada gambar 1.
4000 3500 3000 2500 2000 1750 1500 1250 1000 7500 500 cm-1
% T
Gambar 1. Spektra FTIR natrium alginat hasil ekstraksi
Dari hasil analisis diperoleh bahwa spektrum natrium alginat hasil ekstraksi menunjukkan serapan pada daerah 3448,72 cm-1 merupakan pita serapan vibrasi ulur gugus hidroksil (O–H), hal ini diperkuat dari pita serapan pada daerah 1620,21 cm-1 yang merupakan vibrasi tekuk gugus hidroksil (O–H). serapan lemah pada daerah 2931,80 dan 617,22 cm-1 merupakan pita serapan vibrasi ulur ikatan C–H, pita pada daerah 1419,61 cm-1 menunjukkan adanya unsur natrium (Na) dalam isomer alginat, pita lemah pada 1095,57 cm-1 menunjukkan vibrasi ulur gugus C–O dan C–C pada cincin piranosa dan pita serapan pada daerah 1033,85 cm-1 merupakan vibrasi ulur gugus karboksilat (–COOH) dan gugus keton (C–O–C).
Spektrum pita pada daerah 948,98 cm-1 merupakan vibrasi ulur gugus C–O dari asam uronik [8]. Dari pola spektra infra merah dengan adanya gugus hidroksil, karboksil, karbonil, karbon keton dan ikatan natrium membuktikan bahwa sampel hasil ekstraksi merupakan natrium alginat.
Analisis Struktur Perbandingan Metode MAE dan Metode Konvensional
Spektra FTIR natrium alginat dari hasil ekstraksi pada metode MAE dan metode konvensional seperti ditunjukkan pada gambar 2.
Gambar 2. Spektra FTIR natrium alginat hasil ekstraksi : (a) metode MAE, (b) metode konvensional.
berdasarkan spektra tersebut diperoleh bahwa pengaruh perbedaan metode ekstraksi menyebabkan pergeseran pita serapan pada struktur natrium alginat. Pita serapan pada daerah 1635,64 cm-1 pada metode konvensional bergeser ke 1620,21 cm-1 pada metode MAE. Hal ini disebabkan karena lemahnya ikatan O–H gugus hidroksil akibat radiasi gelombang elektromagnetik.Selain itu, terjadi pergeseran pita
a
b
1419,61
1635,64 1620,21
1465,90
4000 3500 3000 2500 2000 1750 1500 1250 1000 7500 500 cm-1
% T
serapan pada daerah 1465,90 cm-1 bergeser ke 1419,61 cm-1. Hal ini disebabkan karena berkurangnya jumlah unsur natrium (Na) dan mineral lainnya dalam isomer alginat akibat radiasi gelombang elektromagnetik.Data ini mendukung hasil analisis kadar abu natrium alginat pada ekstraksi menggunakan metode MAE lebih kecil dibandingkan pada metode konvensional. Kadar abu ditentukan oleh kandungan mineral dalam sampel, semakin banyak mineral dalam sampel maka kadar abu sampel semakin besar.
Analisis Struktur pada Optimasi Waktu
Spektra FTIR natrium alginat dari hasil ekstraksi pada variasi waktu yaitu ekstraksi selama 15, 16, 17 dan 18 menit seperti ditunjukkan pada gambar 3.
Gambar 3. Spektra FTIR Natrium Alginat pada variasi waktu ekstraksi : (a) 15, (b) 16, (c) 17 dan (d) 18 menit
Dari spektra tersebut diperoleh bahwa pengaruh waktu ekstraksi tidak merubah pola pita serapan natrium alginat, namun berbeda dalam besarnya intensitas pita serapan. Pada perlakuan ekstraksi selama 16 menit menunjukkan intensitas pita serapan yang kuat atau tajam pada tiap gugus fungsi, namun semakin lama waktu ekstraksi yaitu selama 17 dan 18 menit, intensitas pita serapannya semakin lemah. Data ini mendukung data sifat fisik maupun sifat kimia natrium alginat hasil ekstraksi. Hal ini membuktikan bahwa kondisi optimum pada ekstraksi natrium alginat yaitu pada perlakuan ekstraksi selama 16 menit.
a
b
c
d
Analisis Kandungan Logam Pb dan Hg
hasil analisis kandungan logam Pb dan Hg pada natrium alginat dilakukan dengan metode AAS. Batas deteksi alat AAS yang digunakan yaitu 0,01 ppm untuk logam Pb dan 0,025 ppm untuk logam Hg. Kadar logam Pb yang ditetapkan menurut FCC adalah kurang dari 10 ppm sedangkan kadar logam Hg yang ditetapkan menurut FCC adalah kurang dari 40 ppm [3]. Dari hasil pengujian diperoleh bahwa natrium alginat yang dihasilkan pada penelitian ini tidak terdeteksi mengandung logam Pb maupun logam Hg.
KESIMPULAN
Berdasarkan hasil penelitian dapat disimpulkan bahwa ekstraksi natrium alginat dari rumput laut Sargassum sp. dengan metode MAE dapat mempercepat waktu ekstraksi dan rendemen yang lebih besar dibandingkan dengan ekstraksi dengan metode konvensional. Kondisi optimum ekstraksi dengan metode MAE dilakukan pada level 80 dengan rendemen sebesar 37,13%, kadar air 14,43%, kadar abu 14,63%, kecerahan 78,62 pada perlakuan selama 16 menit sedangkan viskositas sebesar 95,00 cps pada perlakuan selama 18 menit. Produk natrium alginat hasil ekstraksi tidak mengandung logam Pb dan logam Hg.
Pada analisis struktur diperoleh spektra pita serapan yang menunjukkan adanya gugus hidroksil (O-H), karbaksil (COOH), karbonil (C=O), karbon keton (C-O-C) dan ikatan natrium (Na) sehingga membuktikan bahwa sampel hasil ekstraksi merupakan natrium alginat.
UCAPAN TERIMAKASIH
Penulis mengucapkan terimakasih kepada Direktorat Riset dan Pengabdian kepada Masyarakat Direktorat Jenderal Penguatan Riset dan Pengembangan Kementerian Riset, Teknologi dan Pendidikan Tinggi Republik Indonesia yang telah mendanai penelitian ini melalui skim Penelitian Hibah Bersaing tahun 2016.
DAFTAR PUSTAKA
1. Stanford ECC.1881. British patent 142.
2. Amir, H., Subaryono, Pranoto, Y., Tazwir dam Ustadi. 2012. Pengembangan Metode Ekstraksi Alginat dari Rumput Laut Sargassum sp. sebagai Bahan Pengental.Agritech. Vol. 32(1). hal 1-8.
3. Mushollaeni, W. 2011. The physicochemical characteristics of sodium alginate from Indonesian brown seaweeds. African Journal of Food Science. Vol. 5(6). pp. 349–352.
4. Silva, M., Gomes, F., Oliveira, F., Morais, S., Matos, C.D. 2015.Microwave-Assisted Alginate Extraction from Portuguese Saccorhiza polyschides - Influence of Acid Pretreatmen.
International Journal of Chemical, Nuclear, Materials and Metallurgical Engineering, Vol. 9(1), pp. 30-33.
5. Jain, T., Jain, V., Pandey, R., Vyas, A., & Shukla, S., 2009, Microwave Assisted Extraction for Phytoconstituents – An Overvie,Asian J. Research Chem, 2 (1), pp. 19-25.
6. Kartikasari, D., Wardhani, D.H., Prasetyaningrum, A., 2013, Kajian Isolasi Senyawa Fenolik Rumput Laut Euceuma Cottonii berbantu Gelombang Micro dengan Variasi Suhu dan Waktu, Jurnal Teknik Kimia. Vol. 19(3). hal. 38-43.
7. Rafiee, Z. S. M., Jafari, M., Alami, Khomeiri. 2011. Microwave Assisted Extraction of Phenolic Compounds from Olive Leaves; A Comparison with Maceration. The Journal of Animal & Plant Sciences. 21(4): 738-745.
8. Fertah, M., Belfkira, A., Dahmane, E.M., Taourirte, M. 2014. Extraction and characterization of sodium alginate from Moroccan Laminaria digitata brown seaweed. Arabian Journal of Chemistry. 1878-5352.
