I. PENDAHULUAN. Di industri pangan, penerapan teknologi nanoenkapsulasi akan memberikan

Transkripsi

1 1 I. PENDAHULUAN 1.1. Latar Belakang Nanoenkapsulasi telah banyak diterapkan di bidang farmasi dan kesehatan. Di industri pangan, penerapan teknologi nanoenkapsulasi akan memberikan beberapa keunggulan diantaranya dalam hal peningkatan rasa, warna, tekstur, flavor, konsistensi produk, absorpsifitas dan ketersediaan komponen bioaktif dari senyawa inti yang dienkapsulasi. Nanoenkapsulasi pada sistem emulsi berbasis minyak dalam air telah banyak dilakukan terhadap komponen bioaktif yang bersifat lipofilik seperti minyak jeruk (Akhtar dan Dickinson, 2007), minyak jahe (Toure et al., 2007), minyak alpukat (Bae dan Lee, 2008), asam linoleat terkonjugasi (Choy et al., 2010) dan kurkumin (Gomez-Estaca et al., 2010). Namun, nanoenkapsulasi pada sistem dispersi untuk komponen bioaktif yang bersifat hidrofilik yang larut dalam air masih jarang dilakukan. Asap cair (AC) merupakan suatu dispersi uap asap dalam air yang mempunyai diameter pertikel sekitar 0,1µm yang diperoleh dari distilasi kering atau pirolisis kayu yang telah mengalami distilasi. Asap cair mengandung senyawa bioaktif fenol, karbonil dan asam yang berfungsi sebagai pembentuk flavor yang spesifik, memberikan warna produk, menekan pertumbuhan bakteri pembusuk dan patogen, serta sebagai antioksidan. Dalam perkembangannya, penggunaan asap cair kurang praktis dan mengalami berbagai kesulitan terutama dalam handling dan asap cair mudah mengalami perubahan fisikokimia selama penyimpanan. Untuk melindungi dan

2 2 meningkatkan efektifitas komponen bioaktif dari asap cair tersebut diperlukan teknik enkapsulasi dan merubah wujud dari bentuk cair ke bentuk padat dalam bentuk bubuk asap (smoke powder) sehingga bubuk asap diharapkan mempunyai beberapa keunggulan antar lain penggunaannya lebih fleksibel, sifat-sifat fisikokimia bisa dipertahankan selama penyimpanan, dan transportasinya lebih mudah. Peningkatan sifat-sifat fungsional smoke powder perlu dikembangkan melalui teknologi yang dapat melindungi senyawa bioaktif sebagai senyawa inti (core) dengan cara mengenkapsulasi dalam suatu enkapsulan membentuk kapsul berukuran sangat kecil berskala nano yaitu antara nm. Keunggulan teknologi nanoenkapsulasi dibandingkan dengan mikroenkapsulasi antara lain yaitu memberikan sifat perlindungan dan efisiensi komponen bioaktif yang lebih stabil dan tinggi. Produk nanokapsul dapat dihasilkan melalui beberapa teknik, salah satunya adalah spray drying. Pada teknik spray drying, pemilihan enkapsulan untuk mendapatkan ukuran nano sangat mempengaruhi dan menentukan keberhasilan proses nanoenkapsulasi. Selain itu enkapsulan yang digunakan harus bersifat food grade dan memenuhi kategori GRAS. Diantara enkapsulan yang memenuhi kriteria tersebut adalah kitosan (KS) dan maltodekstrin (MD). Kitosan merupakan polimer alami yang diperoleh dari deasetilasi kitin, bersifat tidak toksik, tidak mengiritasi, mukoadhesif, biokompatibel, biodegradabel, antibakteri dan bersifat sebagai antioksidan. Kitosan juga mempunyai kemampuan sebagai penstabil, pengental, penyerap dan pengkelat dalam proses koagulasi dan flokulasi. Kitosan mudah larut dalam larutan asam

3 3 organik encer dan bersifat polikationik yang berinteraksi dengan ion pembawa membentuk crosslinking sehingga menghasilkan kestabilan dispersi yang lebih baik. Kitosan telah digunakan sebagai enkapsulan untuk melindungi core yang sensitif antara lain senyawa obat yang larut lemak (Ribeiro et al., 1999), vitamin D2 (Shi dan Tan, 2002), astasantin (Higuera-Ciapara et al., 2004), vitamin C (Desai dan Park, 2005), ampisilin (Anal et al., 2006), dan ekstrak minyak zaitun (Kosaraju et al., 2006). Maltodekstrin sering juga digunakan sebagai enkapsulan untuk melindungi komponen bioaktif dari oksidasi. Maltodekstrin mempunyai kelarutan tinggi, tidak mempunyai rasa dan aroma. Beberapa penelitian tentang maltodektrin yang digunakan untuk melindungi core antara lain pada vitamin C pada jus buah dan meningkatkan stabilitas produk bubuk aserola (Desobry et al., 1997; Tax et al., 2003; Righetto dan Netto, 2005). Bahkan maltodekstrin dapat meningkatkan kandungan fenol dan antosianin tepung ubi jalar ungu jika dibandingkan dengan yang tidak dienkapsulasi dengan maltodektrin (Ahmed et al., 2010). Proses nanoenkapsulasi asap cair dilakukan melalui suatu sistem dispersi nanopartikel berbasis KS-MD, menggunakan metode gelasi ionik yaitu dengan menambahkan tripolifosfat (TPP) sebagai agen pengikat silang. Kitosan bersifat polikationik dalam media asam, sehingga dalam asap cair yang bersifat asam dapat bereaksi dengan muatan negatif dari senyawa-senyawa bioaktif AC, MD dan TPP menghasilkan nanopartikel berikatan silang. Senyawa-senyawa bioaktif asap cair tersebut bertindak sebagai core yang akan menghasilkan kompleks ikatan silang antara AC-KS-MD-TPP yang stabil. Sehingga diharapkan dengan

4 4 teknik nanoenkapsulasi sifat-sifat fungsional nanokapsul asap cair sebagai antimikrobia dan antioksidan dapat terlindungi. Bertitik tolak dari uraian di atas, maka penelitian tentang nanoenkapsulasi dispersi asap cair dengan menggunakan kombinasi kitosan dan maltodekstrin sebagai enkapsulan serta aplikasinya sebagai pengawet pangan perlu dilakukan. Diharapkan, nanokapsul asap cair yang dihasilkan akan mempunyai daya pengawet yang tinggi dan sinergis sehingga memudahkan pilihan dalam pengawetan pangan yang alami Rumusan Permasalahan Teknologi nanoenkapsulasi menggunakan kitosan sebagai enkapsulan mampu menghasilkan ukuran partikel berskala nano, dan telah banyak diaplikasikan untuk melindungi senyawa-senyawa bioaktif yang sensitif, karena kitosan merupakan biopolimer alami yang mempunyai sifat biodegradasi, biokompatibilitas dan antimikrobia. Sedangkan maltodekstrin mempunyai sifat larut dalam air dan juga mampu melindungi senyawa inti. Penggunaan kitosan dan maltodekstrin untuk mengenkapsulasi senyawa bioaktif dispersi asap cair khususnya fenol diyakini mampu memberikan perlindungan senyawa tersebut pada ukuran berskala nano, menghasilkan efisiensi enkapsulasi yang tinggi, mempunyai kemampuan sebagai antioksidan dan menghambat aktivitas bakteri. Asap cair merupakan suatu dispersi asap dalam air yang bersifat asam. Penambahan kitosan yang bersifat polikationik dalam dispersi asap cair akan menghasikan reaksi dengan muatan negatif dari senyawa bioaktif asap cair, maltodekstrin dan tripolifosfat sebagai crosslinker. Proses dispersi nanopartikel

5 5 asap cair diawali dengan proses homogenisasi antara senyawa inti dengan kitosan dan maltodektrin sebagai enkapsulan dan tripolifosfat sebagai crosslinker. Proses homogenisasi yang meliputi suhu homogenisasi, kecepatan humogeniser dan lama homogenisasi berperan penting selama proses karena berpengaruh terhadap ukuran partikel dan indeks dispersitas (homogenitas) yang dihasilkan. Oleh karena itu, untuk mendapatkan dispersi nanopartikel asap cair dengan dispersitas yang homogen dan stabilitas dispersi yang baik maka diperlukan suatu kajian terhadap pengaruh perlakuan suhu pemanasan, kecepatan dan lama homogenisasi yang sesuai. Setelah didapatkan kondisi preparasi dispersi nanopartikel yang optimal, selanjutnya dilakukan proses pengeringan menggunakan teknik spray drying. Dalam proses spray drying, penggunaan suhu inlet akan mempengaruhi kecepatan penguapan bahan, sedangkan laju alir bahan akan mempengaruhi kualitas dan ukuran partikel. Penggunaan suhu inlet dan laju alir bahan bervariasi tergantung dari komponen bahan yang akan dikeringkan, untuk suhu inlet berkisar antara o C, sedangkan laju alir bahan berkisar anatara 2 7 ml/menit. Penggunaan parameter suhu inlet dan laju alir bahan pada proses nanoenkapsulasi asap cair yang sesuai diharapkan menghasilkan kapsul asap cair berukuran nano, mempunyai distribusi partikel yang homogen, yield yang tinggi dan kandungan senyawa volatil lebih spesifik. Selanjutnya nanokapsul asap cair yang dihasilkan dalam bentuk bubuk asap diharapkan mempunyai kemampuannya sebagai pengawet pangan alami seperti asap cair. Untuk itu, bubuk asap diuji kemampunan pada ikan segar giling

6 6 sebagai sistem model pengawetan pangan terhadap aktivitas antibakteri dengan berbagai konsentrasi dan lama penyimpanan. Berdasarkan uraian tersebut dapat dirumuskan permasalahan yang akan dipecahkan melalui penelitian ini adalah : a. Bagaimana mendapatkan formulasi dispersi nanopartikel asap cair melalui penggunaan kombinasi enkapsulan kitosan dan maltodekstrin yang tepat melalui kondisi proses homogenisasi yang optimal? b. Bagaimana mendapatkan karakteristik nanokapsul asap cair melalui proses pengeringan menggunakan teknik spray drying yang sesuai? c. Bagaimana efektifitas penggunaan nanokapsul asap cair terhadap masa simpan ikan segar sebagai sistem model pengawetan pangan sehingga menghasilkan pengawetan yang lebih baik? 1.3. Tujuan Penelitian Tujuan umum penelitian ini untuk menghadirkan teknologi nanoenkapsulasi dispersi asap cair yang mempunyai daya pengawet pangan alami dalam bentuk bubuk dengan menggunakan kitosan dan maltodekstrin sebagai enkapsulan. Adapun tujuan khusus dari penelitian ini adalah : 1. Mengetahui dan mengevaluasi karakteritik dispersi nanopartikel asap cair pada berbagai kombinasi kitosan dan maltodekstrin sebagai enkapsulan melalui berbagai perlakuan suhu pemanasan, kecepatan homogeniser dan waktu homogenisasi sehingga didapatkan dispersi nanopartikel yang stabil.

7 7 2. Mengetahui dan mengevaluasi karakteristik fisikokimia nanokapsul asap cair yang dihasilkan melalui proses pengeringan menggunakan teknik spray drying yang optimal dengan perlakuan suhu inlet dan laju alir bahan. 3. Mengetahui dan mengevaluasi efektifitas penggunaan nanokapsul asap cair pada ikan tuna segar giling sebagai sistem model pengawetan pangan Kebaruan Penelitian Teknologi nanoenkapsulasi terbukti memberikan sifat-sifat perlindungan yang lebih baik terhadap senyawa-senyawa bioaktif. Namun selama ini, teknologi nanoenkasulasi dilakukan dengan sistem emulsi dan masih terbatas informasi mengenai teknologi nanoenkapsulasi melalui sistem dispersi. Penggunaan kitosan dan maltodekstrin sebagai enkapsulan pada proses nanoenkapsulasi dispersi asap cair sejauh ini belum pernah diteliti. Proses nanoenkapsulasi melalui sistem dispersi asap cair dilakukan dengan mempertimbangkan teknik proses melalui suhu pemanasan dispersi, kecepatan homogeniser dan waktu homogenisasi. Kemudian, proses perubahan wujud nanopartikel dispersi asap cair dari cairan menjadi bentuk bubuk (powder) menggunakan teknologi spray drying dengan mempertimbangkan suhu inlet dan laju alir bahan untuk menghasilkan nanokapsul asap cair, dan bagaimana efisiensi nanokapsul asap cair terhadap kemampuan mengawetkan pangan merupakan kebaruan dari penelitian ini.

8 Manfaat Penelitian Penelitian ini diharapkan dapat memberikan manfaat bagi : 1. Perkembangan ilmu pengetahuan di bidang teknologi nanoenkapsulasi melalui sistem dispersi asap cair dengan menggunakan kitosan dan maltodekstrin sebagai enkapsulan. 2. Bagi masyarakat dapat dijadikan acuan dan sumber informasi untuk digunakan sebagai pengawet pangan yang alami, serta mengembangkannya sebagai produk berbasis nanoenkapsulasi.