BAB II TINJAUAN PUSTAKA. Berikut merupakan taksonomi dari udang vannamei:

Transkripsi

1 BAB II TINJAUAN PUSTAKA 2.1. Udang Vanamei (Litopenaeus vannamei) Udang vannamei termasuk genus Penaeus dan subgenus Litopenaeus. Berikut merupakan taksonomi dari udang vannamei: Kingdom : Animalia Subkingdom : Metazoa Filum Subfilum Kelas Subkelas Superordo Ordo Subordo Infraordo : Arthropoda : Crustacea : Malacostraca : Eumalacostraca : Eucarida : Decapoda : Dendrobrachiata : Penaeidea Superfamili : Penaeioidea Famili Genus Spesies : Panaeidae : Litopenaeus : Litopenaeus vannamei Boone. (Haliman dan Adijaya, 2005). Udang vannamei memiliki tubuh berbuku-buku dan aktivitas berganti kulit luar atau eksoskeleton secara periodik (moulting). Bagian tubuh digunakan 6

2 7 untuk makan, bergerak, membenamkan diri ke dalam lumpur, menopang insang, dan organ sensor. Morfologi tubuh udang vannamei dapat ditunjukkan pada gambar 2.1. Gambar 2.1. Morfologi Udang Vannamei (Haliman dan Adijaya, 2005) Kepala udang vannamei terdiri dari antenula, antena, mandibula, dan dua pasang maxillae. Kepala udang vannamei juga dilengkapi dengan tiga pasang maxillipied untuk makan dan lima pasang kaki berjalan (periopoda) atau kaki sepuluh (decapoda). Endopodit kaki berjalan menempel pada chepalothorax yang dihubugkan oleh coxa. Di antara coxa dan dactylus, terdapat ruang berturut-turut disebut basis, 6 ischium, merus, carpus, dan cropus. Genus penaeus ditandai dengan adanya gigi pada bagian atas dan bawah rostrum serta hilangnya bulu cambuk (setae) pada tubuhnya. Secara khusus udang ini memiliki 2 gigi pada tepi rostrum bagian ventral dan 8-9 gigi pada tepi rostrum bagian dorsal (Haliman dan Adijaya, 2005). Udang vannamei (Litopenaeus vannamei) berasal dari daerah subtropis pantai barat Amerika, mulai dari Teluk California di Mexico bagian utara sampai pantai barat Guatemala, El Salvador, Nicaragua, Kosta Rika di Amerika Tengah hingga ke Peru di Amerika Selatan yang kemudian resmi diizinkan masuk ke

3 8 Indonesia melalui SK Menteri Kelautan dan Perikanan RI. No. 41/2001, dimana produksi udang windu menurun sejak 1996 akibat serangan penyakit dan penurunan kualitas lingkungan (Tim Perikanan WWF, 2014). Udang vannamei mulai banyak di budidayakan di Indonesia dan dijadikan sebagai pengganti dari udang windu. Hal ini disebabkan udang windu sering mengalami kematian massal akibat virus. Udang vannamei banyak dibudidayakan karena udang vannamei banyak mempunyai keunggulan diantaranya yaitu dapat mencapai ukuran besar, dapat tumbuh secepat udang windu (3 g/minggu), dapat dibudidayakan pada kisaran salinitas yang lebar (0,5-45 ppt), kebutuhan protein yang lebih rendah (20-35%) dibanding udang windu dan dapat ditebar dengan kepadatan tinggi hingga lebih dari 150 ekor/m 2.Selain itu udang ini mempunyai toleransi terhadap penurunan salinitas, resisten terhadap penyakit sehingga cocok untuk dibudidayakan di tambak serta harga udang vannamei cukup mahal membuat permintaan udang vannamei meningkat setiap tahunnya (Briggs et al., 2004). Udang vannamei merupakan salah satu komoditas perikanan andalan Indonesia yang jumlah produksinya meningkat setiap tahunnya. Data produksi dan data ekspor udang dari tahun 2010 hingga September 2014 ditunjukkan pada tabel 2.1.

4 9 Tabel 2.1. Data Volume Produksi dan Ekspor Udang 2010 hingga September 2014 (Dirjen Perikanan Budidaya, 2014). Bali merupakan provinsi yang mampu memproduksi ton udang vannamei pada tahun 2013 dan ton hingga September Kementerian Kelautan dan Perikanan (KKP) menyatakan produksi komoditas udang di Indonesia pada tahun 2015 akan naik 32 persen dibandingkan tahun sebelumnya dengan target produksi sebesar ton (Dirjen Perikanan Budidaya, 2014). Meningkatnya angka produksi juga diiringi dengan peningkatan jumlah limbah udang. Udang diekspor 90% berada dalam bentuk beku tanpa kulit dan kepala sehingga dari proses pembekuan tersebut dihasilkan limbah berupa kulit dan kepala udang (Natsir et al., 2007; Arif dkk., 2013). Limbah ini selanjutnya disebut bio-waste dengan perolehan rata rata 45-55% dari bobot udang keseluruhan (Lertsutthiwong et al., 2002). Knorr (1984) dalam Hossain (2013) menyatakan bahwa limbah kulit udang mengandung 30-40% protein, 30-50% kalsium karbonat, dan 20-30% kitin.

5 Kitin (Poli β-(1,4)-2-asetamida-2-deoksi-d-glukosa) Kitin merupakan senyawa organik kedua yang paling melimpah di bumi setelah selulosa. Sejarah penemuan kitin dimulai pada tahun 1811 oleh Henry Broconnot sebagai hasil isolasi dari jamur, sedangkan kitin dari kulit serangga diisolasi pertama kali pada tahun 1820-an (Brine, 1984). Kitin berasal dari bahasa Yunani yaitu Kiton yang berarti baju rantai dan besi. Hal ini sesuai dengan fungsinya sebagai pelindung untuk hewan hewan golongan invertebrata. Secara struktural kitin sama seperti selulosa, perbedaannya adalah kitin merupakan polisakarida amino yang memiliki gugus asetamida (-NHCOCH 3 ) pada karbon no.2 dan terdiri dari β-(1,4)-2-asetamida-2-deoksi- β-d-glukosa atau merupakan senyawa poli β-(1,4)-n-asetil-d-glukosamin dengan struktur seperti pada gambar 2.2. Gambar 2.2. Struktur Kimia Kitin (Dutta, et al., 2004) Kitin berada dalam bentuk terikat secara kovalen dengan protein serta dilapisi mineral kalsium karbonat sehingga menjadi matriks yang keras. Kitin terdapat melimpah pada kulit kepiting, kulit udang, dan dinding sel jamur serta pada serangga. Kandungan kitin pada crustacean berkisar 20-30% (Knorr, 1984). Berdasarkan sumber biosintesisnya kitin ditemukan pada lebih dari 10 6 spesies

6 11 yang dibedakan dalam bentuk 3 polimorfisme yaitu α-kitin, β-kitin, dan γ-kitin (Tolaimate et al., 2003). Kecenderungan polimorfisme digambarkan seperti gambar 2.3. Gambar 2.3. Bentuk Polimorfisme dari Kitin (Kumirska, 2011) Menurut gambar 2.3 dapat dijelskan bahwa β-kitin yang dihasilkan dari cumi-cumi dan γ-kitin dari golongan fungi sangat mudah dikonversi menjadi α- kitin dengan perlakuan basa sehingga α-kitin yang dihasilkan oleh Crustacean lebih banyak digunakan dalam bidang bidang industri (Noishiki et al., 2003). Kitin merupakan molekul yang stabil terhadap asam dan basa dibandingkan komponen kulit crustacean yang lain sehingga untuk memisahkan kitin dari komponen yang lain dapat digunakan dengan asam dan basa. Kitin berwarna putih, keras, tidak elastis, polisakarida yang mengandung nitrogen. Kitin mempunyai sifat utama sangat sulit larut dalam air dan beberapa pelarut organik sehingga reaktifitas kimianya rendah. Menurut Dutta et al. (2004), kitin dapat larut dalam Hexafluoroisopropanol, Hexafluoroaseton, dan Kloroalkohol dengan konjugasi asam mineral dan Dimetilasetamida (DMAc) yang mengandung 5% Litium klorida (LiCl). Kitin dimanfaatkan sebagai prekursor kitosan dengan produk yang lebih applicable (Jayakumar et al., 2010).

7 Kitosan (Poli β-(1,4)-amino-2-deoksi-d-glukosa) Kitosan adalah polisakarida alam yang diperoleh dari deasetilasi kitin dengan penambahan larutan basa kuat berkonsentrasi tinggi sehingga menimbulkan substitusi gugus asetil dengan hidrogen menjadi gugus amino (Bastaman, 1989). Berikut merupakan struktur dari kitosan: Gambar 2.4. Struktur Kimia Kitosan (Dutta et al., 2004) Kitosan memiliki bentuk padatan amorf berwarna putih dengan struktur kristal yang tidak berubah dari bentuk kitin mula-mula (Prasetyaningrum dkk., 2007). Kitosan merupakan produk deasetilasi dari kitin. Penggantian struktur asetil menjadi amina membuat kitosan lebih aktif bereaksi sehingga lebih mudah melarutkan kitosan dalam pelarut yang lebih aman seperti asam asetat. Adanya gugus amino juga memberi sifat polikationik sehingga kitosan dapat digunakan untuk mengikat lemak (antikolesterol), mengkelat logam (penanganan limbah), mengikat zat warna (Dutta et al., 2004). Kitosan merupakan senyawa dengan harga pka 6,5. Kelarutan kitosan bergantung pada ph. Jika ph dibawah 6,5 maka kitosan akan mengalami protonasi gugus amino sehingga akan meningkatkan kelarutannya (Kumirska et al., 2011) Spesifikasi kitosan seperti yang tertera pada tabel 2.2.

8 13 Tabel 2.2. Spesifikasi Kitosan Spesifikasi Warna Bentuk Berat Molekul Derajat Deasetilasi Kadar Air 2-10% Kadar Abu <2% Nitrogen 7-8,4% Viskositas Rendah Medium Tinggi Sangat Tinggi Keterangan Putih Kristal Dalton 60% secara umum; % deasetilasi penuh. <200 Cps Cps Cps >2000 Cps (Jamaludin, 1994; Suhardi, 1993 dalam Mastuti, 2005) Metode Ekstraksi Kitin dan Kitosan Ekstraksi kitin dan sintesis kitosan terdiri dari 3 tahapan utama demineralisasi, deproteinisasi, dan deasetilasi, serta tahapan penunjang yaitu dekolorisasi (Hossain, 2013; Sofia dkk., 2010). Tahapan ekstraksi ini bersifat tidak mutlak karena kualitas produk yang dihasilkan sangat dipengaruhi oleh metode yang digunakan dalam mengekstraksi kitin dan kitosan. Pada penelitian Sofia dkk. (2010) proses dengan urutan demineralisasi, deproteinisasi, deasetilasi, dan dekolorisasi memberikan hasil rendemen kitosan tertinggi yaitu 19,3% dari bobot kulit udang windu yang digunakan. Menurut agen yang digunakan untuk mengektraksi kitin, metode ekstraksi dibedakan menjadi 2 yaitu ekstraksi secara kimia dan biologi (Arbia et al., 2013). Pada tahap preparasi kitin (demineralisasi dan deproteinisasi), secara biologi dapat digunakan fermentasi jamur (contoh: Aspergillus), fermentasi bakteri (contoh: Lactobacillus), atau dengan menggunakan enzim protease

9 14 (contoh: Alkalase). Akan tetapi semua metode tersebut memerlukan kondisi yang spesifik dan mahal. Secara kimia dapat dilakukan dengan menggunakan HCl untuk demineralisasi dan NaOH sebagai deproteinisasi. Metode kimia ini penuh dengan pengembangan metode karena sangat mudah untuk dilakukan (Khan et al., 2001). Selain itu menurut penelitian Beaney et al. (2005) dalam Xu et al. (2013), ditemukan bahwa kualitas kitin yang diekstraksi dengan metode kimia lebih mendekati kitosan standar jika dibandingkan dengan metode biologi dengan proses fermentasi menggunakan bakteri asam laktat terhadap cangkang Neprhrops norvegicus ditinjau dari segi viskositas yang berhubungan linier dengan kemudahan produk untuk diaplikasikan (applicable). a. Demineralisasi Merupakan proses penghilangan mineral dari cangkang udang. Secara kimia dapat dilakukan dengan perendaman menggunakan reagen asam seperti HCl, HNO3, H 2 SO 4, CH 3 COOH, dan HCOOH akan tetapi HCl merupakan reagen yang paling sering digunakan (Percot et al., 2003). Menurut penelitian Mahmoud et al. (2007), asam mineral (HCl) memberikan hasil penghilangan mineral terbaik jika dibandingkan dengan asam laktat dan asam asetat dalam proses demineralisasi ditinjau dari penurunan jumlah mineral setelah proses demineralisasi dari 13,44% menjadi 0,12%. Sedangkan pada penelitian Hendri dkk. (2007), HCl juga merupakan agen demineralisasi terbaik dibandingkan HNO 3 dan H 2 SO 4 ditnjau dari recovery kitin tertinggi mencapai 53,4% dari 62,5% bobot sampel yang digunakan.

10 15 b. Deproteinisasi Merupakan proses untuk memisahkan ikatan kitin dengan protein yang terdapat di dalam kulit udang. Kitin berada dalam bentuk terikat secara kovalen dengan protein serta dilapisi mineral kalsium karbonat sehingga menjadi matriks yang keras (Younes and Rinaudo, 2015). Untuk mengekstraksi protein dilakukan dengan perendaman dengan larutan alkali encer yang akan memutus ikatan kitin dan protein serta melarutkan protein sehingga kitin dapat dipisahkan dengan cara filtrasi (Peniston and Johnson, 1975). Secara kimia deproteinisasi dapat dilakukan dengan perendaman dengan larutan basa seperti NaOH, KOH, dan Ca(OH) 2 (Younes and Rinaudo, 2015). NaOH merupakan basa yang paling sering dan murah untuk digunakan. Sebagian besar penelitian menerapkan proses ini dengan melakukannya pada suhu C dengan menggunakan larutan NaOH 1 M dengan perbandingan serbuk udang dengan NaOH = 1:10 (gram serbuk/ml NaOH) sambil diaduk selama 120 menit. Kemudian campuran dipisahkan dengan disaring untuk diambil endapannya Pencucian endapan dilakukan dengan menggunakan aquadest sampai ph netral. Selanjutnya disaring untuk diambil endapannya dan dikeringkan (Hargono dkk., 2008). c. Deasetilasi Deasetilasi merupakan penghilangan gugus asetil (-NHCOCH 3 ) kitin untuk digantikan dengan gugus amina (-NH 2 ) dengan menggunakan basa kuat berkonsentrasi tinggi. Reagen yang biasa digunakan adalah NaOH (Mastuti, 2005). Transformasi kitin menjadi kitosan mengakibatkan berkurangnya massa

11 16 awal. Pada percobaan Arifin (2012), pengurangan massa berkisar 9-26% pada penaikan konsentrasi 55% hingga 70% NaOH. Faktor yang mempengaruhi deasetilasi pada penelitian yang dilakukan Arifin (2012) adalah konsentrasi NaOH, suhu reaksi dan waktu reaksi. Semakin tinggi konsentrasi NaOH, suhu reaksi ataupun waktu reaksi yang semakin lama akan memperbanyak gugus asetil yang digantikan oleh gugus amina. Pada penelitian Purwanti dan Yusuf (2013), penggunaan NaOH 55% tidak memberikan perbedaan nilai kelarutan kitosan dalam asam asetat yang bermakna dengan penggunaan NaOH 50% dalam proses deasetilasi yaitu dari 95,8 dan 94,53% sehingga NaOH 50% merupakan konsentrasi optimum yang digunakan untuk deasetilasi kitin Asam Salisilat (Asam-O-Hidroksi Benzoat) Asam salisilat (C 7 H 6 O 3 ) mengandung tidak kurang dari 99,5% dengan bobot molekul (BM) 138,12 gram/mol. Pemerian hablur ringan tidak berwarna atau serbuk berwarna putih, hampir tidak berbau, rasa agak manis dan tajam. Kelarutan larut dalam 550 bagian air dan dalam 4 bagian etanol (95%), mudah larut dalam kloroform dan dalam eter, larut dalam larutan ammonium asetat, dinatrium hidrogenfosfat, kalium sitrat dan natrium sitrat. Khasiat dan penggunaan keratolitikum, anti fungi (Depkes RI,1979).

12 17 Struktur asam salisilat ditunjukkan pada gambar 2.5. Gambar 2.5. Struktur Kimia Asam Salisilat (Foye, 1995). Asam salisilat merupakan salah satu asam organik yang pertama kali diisolasi dari pohon dedalu (Salix sp.). Asam organik ini memiliki kemampuan untuk menembus sel epidermis dan menyebabkan pembengkakan sel yang disebut dengan mekanisme keratolitik. Oleh karena itu asam salisilat sering digunakan untuk meningkatkan penetrasi obat topikal untuk memberikan efek yang maksimal (Merrinville et.al., 2009). Kemampuan ini selanjutnya dimanfaatkan Toan (2011) dalam mengisolasi kitin dan dari limbah cangkang udang windu (Black Tiger Shrimp) untuk memperoleh kitosan yang dapat membentuk membran plastis yang kuat dan meningkatkan recovery karena dapat melunakkan cangkang udang sehingga memaksimalkan penetrasi agen demineralisasi dan deproteinisasi dalam mengikat mineral dan protein pada cangkang udang (Toan, 2011) Derajat Deasetilisasi (DD) Derajat deasetilasi (DD) merupakan banyaknya gugus amino bebas dalam polisakarida kitosan yang secara langsung akan mempengaruhi karakteristik kitosan yang dihasilkan. Kitin yang memiliki DD lebih dari 75%

13 18 disebut dengan kitosan. Derajat deasetilisasi yang tinggi akan memberikan viskositas, kelarutan dan biokompatibilitas yang tinggi sehingga produk menjadi lebih apllicable dan stabil (Kumirska et al., 2011). Penentuan DD dapat dilakukan dengan titrasi asam basa (Hossain and Iqbal, 2014; Purwanti, 2014). Titrasi ini memiliki prinsip penetralan larutan asam dan gugus amina dari kitosan dengan menggunakan larutan basa yang telah distandarisasi sehingga indikator yang digunakan adalah metilen jingga (Puvvada et al., 2012). Kitosan dilarutkan dalam HCl akan menghasilkan warna merah ketika ditetesi indikator metilen jingga dan selanjutnya dititrasi dengan NaOH hingga berubah warna menjadi jingga (Hossain and Iqbal, 2014). Menurut Kusumaningsih (2004) dalam Mastuti (2005), kualitas kitosan secara umum memiliki DD 60% sedangkan pada Hossain and Iqbal (2014) minimal dikatakan kitosan jika DD 75%. Untuk kualitas teknis kitosan yang digunakan harus memiliki DD minimal 85%, untuk kualitas makanan, kitosan yang digunakan memiliki DD 90% sedangkan dalam kualitas kitosan yang dimanfaatkan dalam bidang farmasetis harus memiliki DD minimal 95% (Mastuti, 2005) Viskositas Viskositas merupakan parameter yang berhubungan dengan kekentalan suatu bahan yang akan mempengaruhi stabilitas fisiknya. Dalam penelitiannya Ridwan dkk (2008) menyatakan bahwa viskositas adalah suatu sifat yang menentukan besarnya daya tahan terhadap gaya geser atau dapat didefinisikan

14 19 sebagai ketahanan terhadap aliran. Viskositas dari sutau fluida dihubungkan dengan tahanan terhadap gaya yang menggeserkan fluida pada lapisan yang satu dengan yang lain. Alat yang digunakan untuk mengukur viskositas disebut dengan viskometer yang terdiri dari berbagai macam contoh yaitu Viskometer Ostwald untuk mengukur waktu yang diperlukan suatu fluida untuk mengalir melalui pipa kapiler, Viskometer Lehman untuk membandingkan kecepatan aliran fluida dengan cairan pembanding yaitu air, Viskometer Bola Jatuh-Stoke untuk mengukur kecepatan bola jatuh dalam suatu fluida akibat gaya gravitasi (Bird, 1993). Viskometer yang digunakan pada penelitian ini adalah viskometer brookfield tipe DV-E yang dilengkapi dengan spindel yang akan berputar sesuai dengan kecepatan Rad per Minute (rpm) yang telah diatur. Keunggulan menggunakan viskometer ini adalah praktis dan cepat untuk dilakukan jika terdapat pustaka yang mendukung dalam penentuan nomor spindel dan kecepatan putar spindel Spektrofotometri UV-Visibel Spektrofotometri serapan merupakan pengukuran suatu interaksi antara suatu radiasi elektromagnetik dan molekul atau atom dari suatu zat kimia (Depkes RI, 1995). Spektrofotometri visibel menggunakan teknik analisis spektroskopik yang memakai sumber radiasi elektromagnetik sinar tampak (380 nm-780 nm) dengan memakai instrumen spektrofotometer (Gandjar dan Rohman, 2007).

15 20 Prinsip penentuan spektrofotometer UV-Vis adalah aplikasi dari Hukum Lambert-Beer yang perhitungannya sesuai dengan persamaan 2.1. A = - log T = - log It / Io = ε. b. C... (2.1) Dimana : A T Io It ε b C = Absorbansi dari sampel yang akan diukur = Transmitansi = Intensitas sinar masuk = Intensitas sinar yang diteruskan = Koefisien ekstingsi = Tebal kuvet yang digunakan = Konsentrasi dari sampel Panjang gelombang yang digunakan untuk analisis kuantitatif adalah panjang gelombang yang mempunyai absorbansi maksimal. Dalam menghitung konsentrasi larutan uji maka terlebih dahulu dibuat kurva hubungan antara absorbansi dengan panjang gelombang dari suatu larutan baku pada konsentrasi tertentu seperti pada gambar 2.6. Gambar 2.6. Kurva Kalibrasi Spektrofotometri UV-Vis (Gandjar dan Rohman, 2007)

16 21 Menurut hukum Lambert-Beer absorban berbanding lurus dengan konsentrasi. Pada kurva kalibrasi akan diperoleh suatu persamaan regresi yang menyatakan hubungan linier antara absorbansi dan konsentrasi larutan (Gandjar dan Rohman, 2007). Salah satu pemanfaatan spektrofotometri yang dilakukan oleh Henri dkk. (2007) adalah dapat digunakan dalam penetapan kadar protein dalam sampel. Metode penetapan protein ini disebut dengan metode kolorimetri yang dapat dilakukan dengan metode biuret. Prinsip penetapan kadar protein ini adalah dengan mereaksikan sampel yang mengandung protein dengan reagen biuret yang salah satu komponennya yaitu CuSO 4. Adanya ion Cu 2+ akan bereaksi dengan gugus amina pada protein sehingga menghasilkan warna ungu yang kemudian dianalisis absorbansinya pada panjang gelombang 540 nm. Kadar protein pada sampel dapat dihitung berdasarkan kurva kalibrasi yang dihasilkan pada pengukuran absorbansi standar protein (Henri dkk., 2007).