III. METODOLOGI PENELITIAN

Transkripsi

1 32 III. METODOLOGI PENELITIAN 3.1 Waktu dan Tempat Penelitian dilakukan selama 10 bulan dari bulan Maret Desember 2008, di Balai Besar Riset Pengolahan Produk dan Bioteknologi Kelautan dan Perikanan Jakarta. 3.2 Bahan Bahan-bahan yang digunakan dalam penelitian ini adalah natrium alginat dari Sargassum sp., natrium alginat dari Turbinaria sp. dan natrium alginat komersial. Bahan natrium alginat diperoleh dari hasil ekstraksi rumput laut Sargassum sp. dan Turbinaria sp. yang diperoleh dari perairan Binuangeun, Provinsi Jawa Barat. Sebelum ekstraksi, rumput laut diperlakukan dengan perendaman dalam alkali (KOH 0.1% selama 1 jam), dicuci dengan air tawar dan dikeringkan (Yunizal et al. 2000). Ekstraksi alginat dilakukan dengan metode yang dikembangkan di Balai Besar Riset Pengolahan Produk dan Bioteknologi kelautan dan Perikanan Jakarta, yang meliputi proses demineralisasi, pencucian, ekstraksi, penarikan asam alginat dengan larutan HCl, pencucian asam alginat, konversi ke natrium alginat dengan larutan NaOH, penarikan natrium alginat alginat dengan alkohol, pengeringan dan penggilingan (Anonim, 2000). Prosedur ekstraksi natrium alginat dapat dilihat pada Lampiran 1. Alginat komersial yang digunakan dalam penelitian adalah alginat komersial viskositas sedang dari Sigma Co. dan alginat komersial yang tidak diketahui asalnya diperoleh dari toko kimia. Alginat komersial yang diproduksi oleh Sigma Co. berasal dari rumput laut Macrocystis pyrifera (Alvares & Carmona, 2007; Mancini et al.1999). Bahan kimia yang dipergunakan terdiri dari: kalium hidroksida, natrium hidroksida, asam sulfat, asam nitrat, asam perklorat, isopropil alkohol, glukono-δlaktone (GDL), locust bean gum (LBG), natrium sulfat, natrium karbonat, kalsium karbonat, standar logam berat/mineral (As, Pb, Ca) dan natrium hipoklorit 3.3 Alat Peralatan yang digunakan dalam penelitian meliputi: stable mycrosystem TA- XT2 texture-analyze, lemaripembeku/coldstorage, mixer, batang pengaduk, grinder, penyaring vibrator, cetakan gel, glassware, bak plastik, timbangan analitik, rapid viscoanalyzer (RVA), Fourier Transmittance Infra Red (FTIR), dan Atomic Absorbtion Spectroscopy (AAS).

2 Metode Penelitian Penelitian terdiri dari 3 tahapan yang meliputi (1) karakterisasi sifat fisiko kimia natrium alginat, (2) penentuan konsentrasi CaCO 3 untuk pembentukan gel dan karakteristik gel alginat yang dihasilkan serta (3) pengaruh interaksi alginat dengan locust bean gum (LBG) terhadap karakteristik gel dan viskositas yang dihasilkan. Secara umum garis besar penelitian disajikan pada Gambar 3. Tahap 1. Karakterisasi sifat fisiko kimia natrium alginat Penelitian ini dilakukan untuk mengevaluasi karakteristik bahan baku natrium alginat hasil ekstraksi dari kedua jenis rumput laut serta alginat komersial yang dapat mempengaruhi pembentukan dan karakteristik gelnya. Terhadap natrium alginat yang diperoleh dilakukan pengamatan yang meliputi kadar air (gravimetri), bahan tidak larut air (gravimetri), kadar abu (gravimetri), logam/mineral Pb, As, Ca (spektrofotometri), viskositas apparent, rendemen untuk natrium alginat dari rumput laut lokal (gravimetri) serta estimasi M/G rasio (spektrofotometri). Tahap 2. Penentuan konsentrasi CaCO 3 untuk pembentukan gel dan karakteristik gel alginat yang dihasilkan Penenelitian ini bertujuan untuk menentukan konsentrasi kalsium karbonat (CaCO 3 ) untuk pembentukan gel alginat dari rumput laut lokal Sargassum sp. dan Turbinaria sp., karakteristik gel yang dihasilkan serta mendapatkan konsentrasi CaCO 3 yang dibutuhkan untuk meningkatkan viskositas alginat lokal tersebut apabila aplikasinya akan diarahkan sebagai bahan pengental. Dari tahap penelitian ini diharapkan diperoleh informasi mengenai berapa jumlah CaCO 3 yang diperlukan untuk membentuk gel dari alginat, karakteristik gel yang dihasilkan serta informasi mengenai kemungkinan pemanfaatan ion tersebut untuk meningkatkan viskositas alginat.

3 34 Karakterisasi natrium alginat dari Sargassum, Turbinaria, Komersial (Penelitian tahap 1) Pengaruh CaCO 3 pada pembentukan dan karakteristik gel alginat (Penelitian tahap 2) Konsentrasi CaCO 3 : 0, 2.5, 5, 7.5, 10, 12.5, 15, 20, 25, 30 mm. Konsentrasi alginat 1 %, GDL 30 mm. terbentuk gel Pengamatan: - kadar air - Bahan tak larut air - kadar abu - Kadar Pb, As, Ca - viskositas apparent - rendemen - perkiraan rasio M/G Pengamatan karakteristik gel: 1. visual 2. keteguhan gel 3. karakteristik tekstur - karakteristik pecah - kekuatan gel - modulus rigidity - elastisitas 4. sineresis tidak terbentuk gel Pengaruh interaksi natrium alginat Dengan locust bean gum (LBG) (Penelitian tahap 3) Konsentrasi LBG: 0, 10, 20, 30, 40, 50 g / 100 g alginat. Konsentrasi alginat yang digunakan 1 %, GDL 30 mm. Konsentrasi CaCO 3 20 mm untuk gel dan 3.5 mm untuk larutan viskous. Karakteristik gel dan viskositas LBG tanpa alginat diamati pada konsentrasi CaCO 3 20 mm Pengamatan: 1. viskositas apparent 2. stabilitas viskositas thd panas 3. recovery viskositas Gambar 3. Skema penelitian Senyawa CaCO 3 yang bersifat kurang larut dalam air dipakai sebagai sumber ion Ca 2+ dan untuk meningkatkan kelarutannya digunakan glucono-δ-lakton sebagai pengatur keasaman sistem. Konsentrasi CaCO 3 yang ditambahkan divariasi dari 0, 2.5, 5, 7.5, 10, 12.5, 15, 20, 25, 30 mm. Pembentukan gel dilakukan dengan melarutkan alginat pada konsentrasi 1% dalam akuades bebas ion dengan stirer selama 30 menit, menambahkan CaCO 3 sambil tetap distirer, dan penambahan GDL sampai semua larut. Larutan kemudian dimasukan dalam cetakan berukuran diameter 3.5 cm tinggi 5 cm dan

4 35 dibiarkan selama 1 jam pada suhu ruang. Selanjutnya gel dilepaskan dari cetakan. Pengamatan yang dilakukan meliputi visual (bagaimana bentuk gel yang dihasilkan), karakteristik gel yang meliputi keteguhan gel, karakteristik tekstur diukur dengan alat Stable Micro System TA-XT2 Texture-Analyzer dan sineresis. Pada konsentrasi penambahan CaCO 3 yang tidak membentuk gel, terhadap larutan alginat dilakukan pengukuran viskositas dengan RVA. Pada konsentrasi penambahan CaCO 3 yang tidak membentuk gel, dilakukan pengamatan viskositas. Penelitian tahap 2 menunjukkan bahwa hanya konsentrasi CaCO mm yang tidak menghasilkan gel, sedangkan konsentrasi 5 mm menghasilkan gel yang sangat lemah (cairan viskoelastis). Oleh karena itu untuk mengetahui berapa besar peningkatan viskositas alginat yang dapat dihasilkan dari penambahan CaCO 3 perlakuan dipecah langi menjadi konsentrasi 2.5; 3.5 dan 4.5 mm. Larutan ditambahkan CaCO 3 sesuai perlakuan sambil diaduk, kemudian ditambahkan GDL sambil diaduk sampai larut dan dibiarkan selama 1 jam pada suhu ruang. Viskositas diamati dengan RVA pada suhu 20 0 C dan kecepatan putaran 130 rpm. Terhadap alginat dengan viskositas tertinggi yang tidak menghasilkan pembentukan gel diamati ketahanan viskositas terhadap panas dengan RVA (rapid viscoanalyzer). Tahap 3. Pengaruh interaksi alginat dengan locust bean gum (LBG) terhadap karakteristik gel dan viskositas yang dihasilkan Penelitian bertujuan untuk mengevaluasi pengaruh interaksi natrium alginat dengan locust bean gum (LBG) baik terhadap karakteristik gel maupun karakteristik viskositas yang dihasilkan. Perlakuan yang dicobakan adalah penambahan LBG sebanyak 0, 10, 20, 30, 40, 50 g/100g alginat. Pembentukan gel dilakukan pada konsentrasi larutan alginat 1% dengan konsentrasi CaCO 3 terpilih dari penelitian tahap 2 (20 mm) dan glukono-δ-lactone yang tetap. Untuk melihat pengaruh penambahan LBG terhadap karakteristik viskositas alginat penambahan LBG dilakukan pada konsentrasi CaCO 3 terpilih (3.5 mm) dan konsentrasi GDL tetap. Pengamatan terhadap gel yang dihasilkan meliputi visual (bagaimana bentuk gel yang dihasilkan), karakteristik gel yang meliputi keteguhan gel, karakteristik tekstur diukur dengan alat Stable Micro System TA-XT2 Texture-Analyzer dan sineresis. Pada produk yang tidak membentuk gel pengamatan yang dilakukan meliputi viskositas apparent dan stabilitas viskositas terhadap panas serta recovey viskositas.

5 36 Untuk melihat ada tidaknya sinergisme dilakukan pengamatan karakteristik viskositas dan gel LBG tanpa alginat dengan penambahan Ca terpilih dan GDL yang tetap. 3.5 Pengamatan Pengamatan yang dilakukan dalam penelitian ini meliputi: Kadar air (metode gravimetri) (FAO, 2006) Ditimbang sampel 1-2 g dalam cawan porselen atau botol yang diketahui beratnya (sebelumnya cawan / botol dikeringkan pada oven selama 30 menit), dan dimasukkan dalam oven pada suhu C selama 4 jam. Cawan berisi sampel didinginkan dalam desikator dan ditimbang beratnya segera setelah mencapai suhu ruang. Perlakuan diulang sampai diperoleh berat konstan. Kadar air dihitung sebagai: kadar air (%) = (berat awal-berat akhir) / berat sampel x 100% Bahan tidak larut air (metode gravimetri) (FAO, 2008) Sebanyak 2 g sampel dilarutkan dengan 800 ml air dalam labu 2000 ml. Larutan dinetralkan sampai ph 7 dengan larutan NaOH 6.5% (w/v) dan dilebihkan dengan menambahkan 3 ml. Ditambahkan 40 ml larutan hidrogen peroksida yang mengandung 30% berat H 2 O 2, ditutup dan dipanaskan sampai mendidih selama 1 jam sambil sering diaduk. Selagi panas larutan disaring dalam cawan gooch yang telah diketahui beratnya (A) yang dilengkapi penyaring fibre glass no 934 AH Reeve angel & co, atau yang setara. Apabila sulit disaring karena terlalu kental, larutan dipanaskan sampai viskositas turun dan mudah disaring. Cawan dicuci dengan air panas, dan dikeringkan pada oven C 1 jam, didinginkan dan ditimbang (B). Bahan tidak larut air dihitung dalam berat kering dan dinyatakan dalam persen. Bahan tidak larut air = (B A)/berat sampel x 100 % Kadar abu total (FAO, 2006) Ditimbang sejumlah sampel (tergantung jenisnya dan diperkirakan diperoleh abu sekitar 20 mg) dalam cawan porselen berpenutup yang diketahui beratnya. Cawan berisi sampel kemudian diabukan dalam furnace pada suhu C sampai diperoleh abu bebas karbon. Apabila tidak diperoleh abu yang bebas karbon, basahkan abu dengan air panas, ratakan dengan pengaduk gelas keringkan pada oven dan diabukan kembali. Jika abu bebas karbon belum diperoleh, dinginkan cawan, tambahkan 15 ml ethanol, pecahkan abu dengan pengaduk gelas dan bakar ethanol, dan lanjutkan dengan pengabuan. Cawan didinginkan dalam desikator dan ditimbang segera setelah mencapai suhu ruang. Kadar abu diukur sebagai:

6 37 Kadar abu (%) = berat abu / berat sampel x 100% Logam/mineral Pb, As, Ca (AOAC, 2000, FAO, 2006, SNI dimodifikasi) Sampel ditimbang dengan tepat 2.5 g dan dimasukkan dalam labu kjeldahl 150 ml, ditambahkan 5 ml larutan asam nitrat dan segera dipanaskan sampai reaksi berlanjut. Didinginkan dan ditambahkan secara bertahap 4 ml larutan asam sulfat dan dipanaskan sampai larutan secara signifikan menjadi gelap. Ditambahkan lagi sedikit asam nitrat pekat perlahan dan dipanaskan lagi sampai menghitam. Larutan tidak boleh dipanaskan terlalu kuat untuk menghindari pengarangan berlebihan atau kehilangan arsen. Pemanasan dilanjutkan sampai larutan berwarna kekuningan dan tidak kehitaman lagi. Jika larutan masih berwarna, ditambahkan 0.5 ml asam perklorat dan sedikit asam nitrat pekat dan dipanaskan selama 15 menit, ditambahkan lagi 0.5 ml asam perklorat dan dipanaskan lagi beberapa menit. Setelah dingin dilarutkan dengan 10 ml akuadesh, dan larutan harus tidak berwarna. Kemudian larutan didihkan sampai terbentuk uap putih dan didinginkan. Setelah dingin ditambahkan 10 ml 5 N HCl dan dipanaskan lagi beberapa menit (10 menit). Setelah dingin larutan dipindahkan ke labu ukur 50 ml sampai tidak ada bagian yang tertinggal dalam labu kjeldahl, dan volume ditepatkan 50 ml dengan menambahkan akuadesh. Pembacaan dilakukan dengan AAS merk Aanalyst 800 dilengkapi dengan autosampler. Atomisasi dilakukan dengan otomizer tipe graphite furnace (elektro thermal atomizer). Larutan standar yang digunakan larutan Pb dengan konsentrasi 0, 10, 20, 30, 40, 50, 60, 70, 80, 90, 100 μg/l. Dari pembacaan standar dibuat grafik hubungan antara absorbansi dan konsentrasi Pb dalam larutan. Hasil pembancaan absorbansi sampel setelah dikurangi pembacaan blangko dimasukkan dalam persamaan hubungan antara absorbansi dan konsentrasi Pb dalam larutan dan diperoleh nilai konsentrasi Pb dalam larutan sampel (A μg/l). Kadar Pb dalam sampel dihitung sbb: Kadar Pb (mg/kg) = A x (50/1000) / berat sampel x 1000 Untuk analisa Ca, konsentrasi standar yang digunakan yaitu dengan konsentrasi 0; 0.5; 1; 1.5; 2; 3 dan 4 mg/l. Pembacaan dilakukan dengan AAS merk Solaar AA Series, dengan atomisasi tipe nyala dengan bantuan gas NO 2. Sebelum pembacaan larutan sampel diencerkan 100 kali. Hubungan antara absorbansi standar dengan

7 38 konsentrasi Ca standar dibuat. Nilai pembacaan absorbansi sampel setelah dikurangi blangko dimasukkan dalam persamaan hubungan antara absorbansi standar dan konsentrasi Ca standar dan diperoleh nilai konsentrasi Ca dalam larutan sampel ( A mg/l). Kadar Ca dalam sampel dihitung sbb: Kadar Ca (%) = A x 50/1000 x fp x (1/1000) /bberat sampel x 100 % Analisa Arsen menggunakan standar dengan variasi konsentrasi 1, 3, 5, 7, dan 10 μg/l. Hubungan antara absorbansi standar dan konsentrasi As standar dibuat. Nilai pembacaan absorbansi sampel setelah dikurangi blangko dimasukkan dalam persamaan hubungan antara absorbansi standar dan konsentrasi As standar dan diperoleh nilai konsentrasi As dalam larutan sampel ( A μg/l). Kadar As dalam sampel dihitung sbb: Kadar As (mg/kg) = A x (50/ 1000) / berat sampel Rendemen (Rasyid, 2003 a,b ) Rendemen alginat yang dihasilkan dihitung sebagai berat alginat yang diperoleh dari hasil ekstraksi dibandingkan dengan berat bahan rumput laut dikalikan 100 % Perkiraan rasio M/G (Sakugawa et al. 2004) Pengamatan dilakukan untuk mengetahui perkiraan rasio mannuronat/ guluronat dalam alginat. Sebelum pembentukan pelet KBr, sampel alginat disiapkan terlebih dahulu untuk mengkonversi garam alginat dalam bentuk kalsium alginat. Sebanyak 50 mg sampel alginat dilarutkan dalam air bebas ion untuk medapatkan 2.5% larutan sampel. Sampel alginat kemudian diteteskan dalam larutan 0.5 M CaCl 2 dan dibiarkan semalam. Garam alginat yang mengendap dipisahkan dengan centrifugasi dan dikeringkan dengan freeze drier. Preparasi pelet dilakukan dengan menimbang 2 mg sampel dan menambahkan 200 mg KBr dan dicampur sampai homogen dengan mortar. Pelet dibentuk dalam pencetak pelet pada kondisi vakum dan bertekanan. Spektra sampel alginat diamati dengan FTIR pada panjang gelombang nm. Rasio M/G dilakukan dengan membandingkan rasio absorbansi pada panjang gelombang 1030/1080 nm. Data dimasukkan dalam persamaan hubungan rasio absorbansi dengan kandungan mannuronat yang dibuat Sakugawa et al Rasio M/G dihitung sebagai M/(100-M) Viskositas apparent Pengamatan dilakukan pada konsentrasi solid 1 5 % untuk mengetahui hubungan antara konsentrasi dengan viskositas larutan. Sampel ditimbang 1 5 g berat

8 39 kering, dan ditambahkan air bebas ion sampai terbentuk larutan 100 ml. Viskositas dibaca dengan RVA pada suhu 20 0 C dengan putaran 130 rpm. Pembacaan dilakukan selama 2 menit dan nilai yang diamati merupakan rata-rata viskositas tertinggi dari pengamatan pada selang menit, menit dan menit. Viskositas dinyatakan dalam centipois (mpa.s) Visual Bentuk dan penampakan gel yang terbentuk diamati secara visual seperti bentuk permukaan, kekompakan, keseragaman gel dan karakteristik gel lainnya dan difoto Keteguhan gel Tinggi gel awal diukur (y mm) dan setelah dilepaskan dari cetakan dan dibiarkan selama 5 menit diukur (y mm). Keteguhan gel dinyatakan sebagai y /y x 100% Karakteristik Tekstur Pengamatan karakteristik gel dilakukan dengan tes penetrasi menggunakan Stable Micro System TAXT2 teksture analyzer dengan probe silinder berdiameter 10 mm pada kecepatan 0.5 mm/s sampai kedalaman penetrasi 25 mm (Marrs & Titoria, 2004). Persiapan sampel dilakukan dengan melarutkan alginat pada konsentrasi 1% dalam akuades bebas ion dengan stirer selama 30 menit, menambahkan CaCO 3 sambil tetap distirer, dan penambahan GDL sampai semua larut. Larutan kemudian dimasukan dalam cetakan berukuran diameter 3.5 cm tinggi 5 cm dan dibiarkan selama 1 jam pada suhu ruang sampai terbentuk gel. Selanjutnya gel dilepaskan dari cetakan dan dianalisa. Parameter yang diamati meliputi karakteristik pecah, kekuatan gel, modulus rigidity, dan elastisitas. Karakteristik pecah diamati dari kurva yang terbentuk pada saat gel pecah apakah bentuknya halus atau bergelombang/ bertahap. Kekuatan gel diamati sebagai puncak gaya (g) pada saat gel pecah dibagi luas kontak area. Modulus rigidity didekati dari kemiringan kurva yang diperoleh dengan bantuan software Texture Exponent 32. Semakin besar kemiringan kurva artinya modulus rigidity semakin besar. Elastisitas didekati dari pengukuran jarak yang dicapai probe (mm) pada saat gel tersebut pecah Sineresis Dilakukan preparasi pembuatan gel pada wadah yang telah diketahui beratnya. Gel disimpan dalam refrigerator suhu 4 0 C selama 24 jam dan air yang terlepas dari gel

9 40 dihilangkan dengan kertas penyerap air. Gel kemudian ditimbang dan sineresis dinyatakan sebagai selisih berat / berat awal x 100% (Draget et al. 2001) Stabilitas viskositas terhadap panas dan recovery viskositas Sampel g ditambahkan air bebas ion sampai 25 g (konsentrasi 1-4%), dimasukkan kaleng sampel RVA, dikocok bersama pengaduknya selama 15 menit sampai larut. Pengukuran viskositas dengan RVA dilakukan dengan profile yang dimodifikasi dengan pengaturan suhu sebagai berikut: 0-7 menit suhu dinaikkan dari 20 0 C ke 90 0 C, ditahan selama 1 menit. Suhu diturunkan bertahap menjadi 20 0 C selama 7 menit. Untuk mendapatkan hasil yang akurat maka perhitungan berat sampel dinyatakan dalam berat kering, dan berat air yang ditambahkan ditimbang sampai berat akhir 25 g. Profile viskositas yang diperoleh dipakai sebagai dasar penentuan stabilitas viskositas terhadap panas dan recovery viskositas. Stabilitas viskositas terhada panas dinyatakan dalam persen dan dihitung sebagai: (viskositas awal viskositas terendah) x 100 %. Stabilitas viskositas (%) = viskositas awal Recovery viskositas dinyatakan dalam persen dan dihitung sebagai : Recovery viskositas (%) = Viskositas akhir x 100 % viskositas awal 3.6 Rancangan Penelitian Penelitian dilakukan dengan rancangan acak lengkap faktorial dengan 3 kali ulangan. Model linear aditif dari rancangan penelitian menurut Mattjik & Sumertajaya (2006) adalah sbb: Y ijk = μ + αi + β j + (αβ) ij + ε ijk dimana, Y ijk = nilai pengamatan pada faktor A taraf ke-i faktor B taraf ke-j dan ulangan ke k (μ, αi, β j ) = komponen aditif dari rataan pengaruh utama faktor A dan pengaruh utama faktor B (αβ) ij = komponen interaksi dari faktor A dan faktor B ε ijk = pengaruh acak yang menyebar normal (0, σ 2 ) Pengamatan visual disajikan dalam bentuk foto dari gel yang dihasilkan. Karakteristik gel yang tebentuk disajikan secara diskriptif berupa grafik hubungan

10 41 antara gaya yang diberikan dan perubahan pada sampel (force-distance) yang dihasilkan dari pembacaan dengan alat Stable Micro System TA-XT2 Texture-Analyzer. Parameter lain seperti kekuatan gel, elastisitas, modulus rigidity, viskositas, stabilitas viskositas oleh panas, recovery viskositas serta sineresis dianalisa dengan anova (analysis of variance). Apabila terdapat beda nyata antar perlakuan, analisa dilanjutkan dengan uji LSD (least significantly different) untuk penelitian tahap 1 dan DMRT (Duncan Multiple Range Test) untuk tahap 2 dan 3 (Steel & Torrie, 1995).