TINJAUAN PUSTAKA. di Indonesia dengan angka sebesar ton pada tahun Durian (Durio

Transkripsi

1 TINJAUAN PUSTAKA Tinjauan Umum Buah Durian Sumatera Utara adalah salah satu provinsi penghasil buah durian terbesar di Indonesia dengan angka sebesar ton pada tahun Durian (Durio zibethinus) adalah salah satu komoditas buah yang terkenal dari Sumatera Utara dan di beberapa negara lain seperti Malaysia, Thailand. Selama musim panen durian, kulit durian banyak yang terbuang dan dapat menyebabkan masalah pada lingkungan. Tabel 1 berikut ini menunjukkan data tentang provinsi penghasil buah durian terbesar di Indonesia. Tabel 1. Provinsi penghasil durian terbesar di Indonesia Provinsi Durian (ton) Jawa Barat Jawa Timur Sumatera Utara Lampung (Sumber: BPS, 2013) Polisakarida larut air yang diekstrak dari kulit durian mengandung banyak pektin yang nantinya dapat dimanfaatkan untuk keperluan industri (Hokputsa, dkk., 2004). Pada ph 3 dan kadar gula 65% pektin kulit durian dapat membentuk gel kuat sehingga dapat dimanfaatkan sebagai agen pembentuk gel (Easa, 2005 dalam Wong, dkk., 2008). Pektin juga mengandung komponen non gula, khususnya methanol, asam asetat, asam fenolat dan terkadang gugus amida. Reaksi esterifikasi asam galakturonat dengan methanol atau asam asetat merupakan reaksi yang akan menentukan karakteristik struktur pektin yang dihasilkan (Kurniasari, dkk., 2012). 4

2 5 Komposisi Kimia Kulit Durian Kulit durian merupakan penyusun terbesar dari buah durian dengan angka 57% dari bobot buah tersebut. Dengan angka itu artinya bobot kulit itu setara dengan ton kulit durian yang dihasilkan, hanya dari Sumatera Utara saja (Medan Bisnis, 2013). Kulit durian terdiri atas beberapa senyawa seperti pati, ethanol, lemak, dan lain-lain. Data penjelasan tentang komposisi kimia kulit durian pada Tabel 2 berikut ini. Tabel 2. Komposisi kimia kulit durian Komposisi Persentase (%) Pati 18,50 Gula Total 1,85 Ethanol 0,16 Lemak 0,22 Protein 0,35 Serat Kasar 19,40 Air 57,60 (Sumber: Dewati, dkk., 2011). Kandungan kimia kulit durian yang dapat dimanfaatkan adalah pektin. Kulit durian secara proporsional mengandung unsur selulosa yang tinggi (50-60%) dan kandungan lignin (5%) serta kandungan pati yang rendah (5%) sehingga dapat diindikasikan bahan tersebut bisa digunakan sebagai campuran bahan baku papan olahan serta produk lainnya yang dimampatkan. Hasil penelitian menunjukkan bahwa nilai kalor kulit durian yang diperoleh menunjukkan angka sebesar 3786,95 kal/gram dengan kadar abu rendah yaitu 4% (Novita, 2013).

3 6 Pektin Pengertian dan sumber pektin Pektin berasal dari bahasa Latin pectos yang berarti pengental atau yang membuat sesuatu menjadi keras/padat. Pektin adalah substansi alami yang terdapat pada sebagian besar tanaman pangan. Selain sebagai elemen struktural pada pertumbuhan jaringan dan komponen utama dari lamella tengah pada tanaman, pektin juga berperan sebagai perekat dan menjaga stabilitas jaringan dan sel. Pektin ditemukan oleh Vauquelin dalam jus buah sekitar 200 tahun yang lalu. Pada tahun 1790, pektin belum diberi nama. Nama pektin pertama kali digunakan tahun 1824, yaitu ketika Braconnot melanjutkan penelitian yang dirintis oleh Vauquelin. Braconnot menyebut substansi pembentuk gel tersebut sebagai asam pektat (Herbstreith dan Fox, 2005). Pektin merupakan senyawa polisakarida dengan bobot molekul tinggi yang banyak terdapat pada tumbuhan. Pektin digunakan sebagai pembentuk gel dan pengental dalam pembuatan jelly, marmalade, makanan rendah kalori dan dalam bidang farmasi digunakan untuk obat diare (National Research Development Corporation, 2004). Pektin adalah konstituen dari jaringan tanaman dan merupakan molekul yang kompleks dan besar. Pektin paling sering ditemukan di dinding sel primer, namun ada juga yang terdapat di antara dinding sel. Pektin adalah polimer linier dari D-galakturonat yang berikatan dengan α-1,4-glikosida (Vaclavik dan Christian, 2008). Pektin merupakan polimer ramnosa dan asam galakturonat dengan cabang-cabang yang terdiri atas rantai galaktosa dan arabinosa. Senyawa pektin berfungsi sebagai bahan perekat antara dinding sel (Almatsier, 2003). Pektin

4 7 termasuk ke dalam golongan serat. Ada dua golongan serat, yaitu yang tidak dapat larut dan yang dapat larut dalam air. Serat yang tidak dapat larut dalam air adalah selulosa, hemiselulosa, dan lignin. Serat yang larut dalam air adalah pektin, gum, mukilase, glukan, dan algae. Pektin, gum, mukilase terdapat di sekeliling dan di dalam sel tumbuh-tumbuhan. Ikatan-ikatan ini mengembang atau larut dalam air, sehingga membentuk gel. Oleh karena itu, di dalam industri pangan digunakan sebagai bahan pengental, emulsifier, dan stabilizer. Adapun syarat mutu pektin yang tergolong memenuhi standar mutu Standard Internasional (SI) ada pada Tabel 3 dan menjadi acuan dalam menentukan apakah pektin kulit durian ini layak untuk menjadi pektin komersial berskala internasional. Sedangkan kualitas pektin untuk pangan menurut Food Chemical Codex menunjukkan pada Tabel 4. Tabel 3. Faktor mutu pektin menurut standar mutu SI Faktor Mutu Standar Mutu (SI) Kekuatan Gel Kandungan Metoksil Pektin metoksil tinggi Pektin metoksil rendah Kadar Asam Galakturonat Kadar Air Kadar Abu Derajat Esterifikasi, untuk : Pektin ester tinggi Pektin ester rendah Kandungan logam berat : Arsen (AS) Timbal (Pb) NaCH 3 SO 4 (Sumber: ). Minimum 150 grade 7-12% 7% Minimum 35% 4-12% Maksimum 10% Minimum 50% Maksimum 50% Maksimum 40 mg/kg Maksimum 3 mg/kg Maksimum 10 mg/kg Maksimum 0,1%

5 8 Tabel 4. Spesifikasi mutu pektin pangan komersial Karakteristik Nilai Kadar air (maksimum) 12 % Kadar abu (maksimum) 1 % Pektin bermetoksil tinggi (minimum) 7 % Pektin bermetoksil rendah (maksimum) 7 % Asam galakturonat (minimum) 65 % (bk) Logam berat (maksimum) % (Sumber: Food Chemical Codex, 1996 dalam Hariyati, 2006). Sifat-sifat pektin Sifat penting pektin adalah kemampuannya membentuk gel. Pektin metoksil tinggi membentuk gel dengan gula dan asam, yaitu dengan konsentrasi gula 58-75% dan ph 2,8-3,5. Pembentukan gel terjadi melalui ikatan hidrogen di antara gugus karboksil bebas dan di antara gugus hidroksil. Pektin bermetoksil rendah tidak mampu membentuk gel dengan asam dan gula tetapi membentuk gel dengan adanya ion-ion kalsium (Sari, dkk., 2012). Pektin dapat digolongkan menjadi dua kelompok, yaitu : a. Pektin berester tinggi yaitu mempunyai lebih besar dari 50% gugus karboksil yang teresterkan. b. Pektin berester rendah yaitu mempunyai lebih kecil dari 50% gugus karboksil yang teresterkan. Berdasarkan banyaknya gugus karboksil yang mengalami esterifikasi, maka pektin dapat dibedakan menjadi dua golongan, yaitu : a. High Methoxy Pectin (HMP), yaitu pektin yang mengandung gugus metoksil sekurang-kurangnya 7-8%. HMP mengandung 50-58% gugus karboksil yang teresterifikasi. HMP hanya dapat membentuk gel dengan gula dan asam pada

6 9 kadar gula 60 65%, oleh karena itu HMP dapat dimanfaatkan dalam pembuatan jelly. b. Low Methoxy Pectin (LMP), yaitu pektin yang mengandung gugus metoksil kurang dari 7% (biasanya 3 5%). Pada LMP, hanya 20-40% gugus karboksil yang teresterifikasi. LMP dapat membentuk gel pada kadar gula 10 20% dan dengan ion bivalen yaitu kalsium (Vaclavik dan Christian, 2008). Pektin yang umum terdapat pada limbah pertanian adalah pektin jenis HMP. Pektin jenis ini akan membentuk gel pada ph rendah dan dengan adanya padatan terlarut dalam jumlah besar. Gel yang terbentuk akan mudah larut dalam air sehingga praktis pektin jenis HMP tidak bisa digunakan sebagai adsorben logam berat. Semakin rendah kadar metoksil pektin maka sifat pembentukan jellinya akan semakin berkurang, sehingga jenis pektin yang dapat digunakan sebagai adsorben adalah LMP. LMP dapat dihasilkan dari HMP dengan proses demetilasi. (Kurniasari, dkk., 2012). Kadar abu dalam pektin semakin meningkat dengan meningkatnya konsentrasi asam, suhu, dan waktu ekstraksi. Hal ini disebabkan oleh kemampuan asam untuk melarutkan mineral alami dari bahan yang diekstrak yang semakin meningkat dengan meningkatnya konsentrasi asam, suhu, dan waktu reaksi. Mineral yang terlarut akan ikut mengendap bercampur dengan pektin pada saat pengendapan dengan alkohol (Kalapathy dan Proctor, 2001 dalam Hariyati, 2006). Berat ekivalen merupakan ukuran terhadap kandungan gugus asam galakturonat bebas (tidak teresterifikasi) dalam rantai molekul pektin (Ranganna, 1977). Asam pektat murni merupakan zat pektat yang seluruhnya tersusun dari asam poligalakturonat yang bebas dari gugus metil ester atau tidak mengalami

7 10 esterifikasi. Asam pektat murni memiliki berat ekivalen 176. Tingginya derajat esterifikasi antara asam galakturonat dengan methanol menunjukkan semakin rendahnya jumlah asam bebas yang berarti semakin tingginya berat ekivalen (Rouse, 1977) dalam (Hariyati, 2006). Semakin tinggi berat ekivalen, semakin tinggi kadar metoksil (Perina, dkk., 2007). Semakin besar berat ekivalen, semakin rendah kadar galakturonatnya (Hariyati, 2006). Struktur dan komposisi kimia pektin Pada tahun 1924, Smolenski adalah yang pertama kali berasumsi bahwa pektin merupakan polimer asam galakturonat. Tahun 1930, Meyer dan Mark menemukan formasi rantai dari molekul pektin, kemudian Schneider dan Bock pada tahun 1937 membentuk formula tersebut (Herbstreith dan Fox, 2005). Pektin tersusun atas molekul asam galakturonat yang berikatan dengan ikatan α- (1-4)- glikosida sehingga membentuk asam poligalakturonat. Gugus karboksil sebagian teresterifikasi dengan methanol dan sebagian gugus alkohol sekunder terasetilasi (Herbstreith dan Fox, 2005). Gambar 1 di bawah ini menunjukkan struktur kimia unit asam α-galakturonat. Gambar 1. Struktur kimia asam α-galakturonat

8 11 Pektin merupakan asam poligalakturonat yang mengandung metil ester. Pektin diekstraksi secara komersial dari kulit buah jeruk dan apel dalam kondisi asam. Masing-masing cincin merupakan suatu molekul dari asam α- galakturonat, dan ada cincin seperti itu dalam suatu tipikal molekul pektin, yang dihubungkan dengan suatu rantai linier (Hoejgaard, 2004). Gambar 2. Struktur kimia asam poligalakturonat Selain asam D-galakturonat sebagai komponen utama, pektin juga memiliki D-galaktosa, L-arabinosa, dan L-ramnosa dalam jumlah yang bervariasi. Komposisi kimia pektin sangat bervariasi tergantung pada sumber dan kondisi yang dipakai dalam isolasinya (Willats, dkk., 2006). Pada Gambar 3 berikut adalah gambar struktur fungsional pektin. Gambar 3. Struktur fungsional pektin (Herbstreith dan Fox, 2005).

9 12 Proses produksi pektin Bagian dalam kulit buah durian ditimbang 460 g dan ditambahkan akuades sebanyak 4,14 L dan dihaluskan menggunakan blender, kemudian ditambahkan dengan larutan HCl 1N hingga ph 2, kemudian dipanaskan pada suhu 90 C selama 4 jam. Selanjutnya disaring menggunakan kain saring. Filtratnya diambil dan didinginkan pada suhu ruang dan ditambahkan 13,36 L etanol asam dan biarkan selama 1 jam. Kemudian disaring menggunakan kain saring sehingga diperoleh bagian gelnya yang kemudian ditambahkan 1,28 L akuades, lalu ditambahkan lagi 3 L etanol 95% dan disaring kembali menggunakan kain saring, sehingga diperoleh pektin basah. Pektin basah kemudian dikeringkan pada suhu 25 C. Kemudian pektin kering digerus hingga halus dan diayak menggunakan saringan 60 mesh (Wong, dkk., 2008). Kualitas pektin komersial ditentukan oleh sifat-sifat fisik pektin. Sifat fisik tersebut diantaranya warna dan cita rasa yang cocok, kelarutan (untuk pektin padat), derajat gel, kecepatan membeku, serta tidak mengandung bahan atau zat berbahaya bagi kesehatan. Sifat fisik tersebut dipengaruhi oleh sifat kimia pektin (Hariyati, 2006). Peranan pektin Pektin seperti juga pembentukan gel lainnya, tidak larut dalam suatu media yang biasanya terjadi penjedalan. Pektin akan semakin sulit larut jika telah terdapat banyak bahan padatan pada suatu medium. Untuk memudahkan pelarutan, pektin dapat dicampur dengan padatan yang mudah larut seperti natrium bikarbonat, gula, atau dispersi dalam alkohol, atau melarutkan terlebih dahulu dalam air pada suhu C sampai kepekatan 10% dengan pengadukan

10 13 cepat. Karena pektin mempunyai sifat koloid yang menyebabkan rasa sentuhan di mulut yang dikehendaki dalam air buah. Pektin dapat juga ditambahkan pada rekonstitusi air buah untuk memperoleh konsistensi seperti keadaan aslinya (Cahyadi, 2006). Pektin memiliki banyak kegunaan yang dapat kita manfaatkan dalam kehidupan sehari-hari. Di bidang farmasi pektin dikenal sebagai bahan yang bersifat potensiator dan memperpanjang pengaruh antibiotik, hormon-hormon dan obat-obatan sulfat dan analgesik-analgesik. Pektin juga digunakan sebagai emulsifier bagi preparat cair dan sirup, obat diare pada anak-anak, obat penawar racun logam, bahan penurun daya racun dan meningkatkan daya larut obat sulfa, memperpanjang kerja hormon dan antibiotika, bahan pelembar perban (pembalut luka) guna menyerap kotoran dan jaringan yang rusak serta bahan kosmetik, oral atau injeksi untuk mencegah pendarahan (Chahyaditha, 2011). Pektin juga berfungsi sebagai biosorben logam berat dimana pektin merupakan salah satu komponen pada tumbuhan yang banyak mengandung gugus aktif, yaitu komponen yang berperan penting dalam proses biosorpsi. Pektin yang dapat diaplikasikan sebagai biosorben logam berat adalah pektin bermetoksil rendah (LMP) yang gapat langsung diambil dari tanaman yang mengandung LMP atau dari HMP yang mengalami proses demetilasi. Beberapa penelitian penggunaan pektin sebagai biosorben logam berat diantaranya adalah penggunaan pektin dari pulpa gula beet dan pektin dari kulit durian (Kurniasari, dkk., 2012).

11 14 Proses Ekstraksi Pektin Kulit Durian Ekstraksi Pektin dapat diekstraksi dengan pemanasan selama 4 jam pada suhu 90 C dengan penambahan asam klorida hingga ph 2. Filtrat yang diperoleh diendapkan dengan menggunakan etanol asam (HCl 4% dalam etanol 95%) dan kemudian dicuci beberapa kali menggunakan etanol 95% (Wong, et al., 2008). Lamanya waktu ekstraksi yang dilakukan mempengaruhi berat pektin yang didapat, semakin lama waktu ekstraksi yang dilakukan maka semakin besar pula berat pektin yang diperoleh dan kenaikan berat pektin sejalan dengan peningkatan suhu pada proses ekstraksi (Akhmalludin dan Kurniawan, 2009). Penggunaan asam dalam ekstraksi pektin adalah untuk menghidrolisis protopektin menjadi pektin yang larut dalam air ataupun membebaskan pektin dari ikatan dengan senyawa lain, misalnya selulosa. Protopektin menjadi pektin merupakan makromolekul yang merupakan berat molekul tinggi, terbentuk antara rantai molekul pektin satu sama lain atau dengan polimer lain. Protopektin tidak larut karena dalam bentuk garam kalsium-magnesium pektinat. Proses pelarutan protopektin menjadi pektin terjadi karena adanya penggantian ion kalsium dan magnesium oleh ion hidrogen ataupun karena putusnya ikatan antara pektin dan selulosa. Semakin tinggi konsentrasi ion hidrogen (ph) makin rendah kemampuan menggantikan ion kalsium dan magnesium ataupun memutus ikatan dengan selulosa akan semakin tinggi pula dan pektin yang larut akan bertambah (Hanum, dkk., 2012).

12 15 Berikut adalah karakteristik dari Asam Klorida (HCl): Berat molekul Densitas : 36,5 kg/kmol : kg/m³ Titik didih : 110 C Spesifik gravity : 1,2 Kapasitas panas : 0,191 kkal/kg o C (pada 25 o C) Viskositas : 1,9 mpa.s (pada 25 o C) (Tanjung, 2011). Pektin bersifat hidrofilik (suka akan air) dikarenakan gugus hidroksil polar yang besar dan bergabung dengan gugus karboksil yang terdapat pada molekulnya. Ketika pektin terpisah dalam air, gugus asam akan terionisasi dan air akan mengikat kedua gugus tersebut pada molekulnya. Gugus negatif akan mengisi molekul pektin5bersama dengan terikatnya air membuat mereka bergabung sehingga mereka dapat membentuk sol yang stabil (Vaclavik dan Christian, 2008). Berikut adalah karakteristik kimia dari air (H 2 O): Berat molekul Densitas : 18 kg/kmol : 997,0479 kg/m³ Titik didih : 100 C Spesifik gravity : 1 Kapasitas panas : 75,28 J/mol.K (pada 25 o C) Viskositas : 0,8937 mpa.s (pada 25 o C) (Tanjung, 2011).

13 16 Pengendapan Pengendapan merupakan proses pemisahan pektin dari larutan dengan cara pengendapan senyawa pektinnya. Biasanya dilakukan dengan spray drying, salting out dan dengan penambahan bahan pelarut organik seperti alkohol dan aseton. Spray drying jarang dilakukan karena mahal. Pengendapan dengan salting out juga tidak banyak dilakukan karena kesulitan untuk memisahkan pektin yang dihasilkan dan garam yang digunakan. Pengendapan dengan alkohol merupakan cara yang pertama kali digunakan, menghasilkan pektin yang kurang murni karena alkohol tidak hanya mengendapkan pektin, tetapi juga senyawa lain seperti dekstrin dan hemiselulosa. Pengendapan dengan aseton lebih disukai karena dapat membentuk endapan yang tegar sehingga mudah dipisahkan dari asetonnya (Akhmalludin dan Kurniawan, 2009). Pada proses ekstraksi pektin kulit durian ini menggunakan etanol baik sebagai cairan pengendap maupun pencuci. Etanol merupakan nama IUPAC dari alkohol. Beberapa sifat-sifat kimia yang dimiliki etanol tercantum dalam Tabel 5 berikut. Tabel 5. Sifat kimia etanol Rumus Struktur CH 3 CH 2 OH Nama IUPAC Etanol Nama Umum Etil alkohol Titik Leleh ( o C) -114,7 Titik Didih ( o C) 78,5 Kelarutan dalam H 2 O pada 23 o C Tak terbatas (Sumber: Ilmu Kimia, 2013). Alkohol umumnya berwujud cair dan memiliki sifat mudah menguap (volatil) tergantung pada panjang rantai karbon utamanya (semakin pendek rantai C, semakin volatil). Pembentukan ester dari alkohol dapat dilakukan dengan mereaksikan alkohol dengan asam karboksilat. Dalam reaksi ini akan dihasilkan

14 17 air dan ester. Molekul air dibentuk dari gugus -OH yang berasal dari karboksilat dan hidrogen yang berasal dari gugus alkohol. Mekanisme reaksi esterifikasi secara umum ditunjukkan pada Gambar 4. Gambar 4. Mekanisme reaksi esterifikasi (Chemistry, 2010). Pencucian Proses ini dimaksudkan agar pektin dapat bebas dari senyawa-senyawa lain. Pencucian pektin dengan alkohol menghasilkan jumlah pektin yang tidak terlalu jauh dengan pencucian tanpa menggunakan alkohol, namun pektin yang dihasilkan memberikan warna yang jauh lebih baik yaitu putih kekuningan. Warna putih kekuningan ini didapat dari pektin kulit cokelat (Akhmalludin dan Kurniawan, 2009). Pektin masam ditambah dengan alkohol 95 % kemudian diaduk. Setiap 1 liter pektin masam ditambah dengan 1,5 liter alkohol 95 %. Setelah itu dilakukan penyaringan dengan kain saring. Hal ini bertujuan agar pektin yang disaring nantinya tidak akan masam lagi. Semakin banyak lembaran dari kain saring tersebut akan semakin baik. Namun, lembaran kain saring yang optimal adalah kain saring empat lembar. Setelah disaring, hasil yang diperoleh disebut pektin basah. Adapun pektin yang tidak bereaksi asam ialah pektin yang tidak berwarna merah bila ditambah dengan indikator phenolftalein (Ristek, 2007). 1 7

15 18 Pengeringan Pektin basah dijemur sampai kering atau dikeringkan dengan pengeringan pada suhu o C selama 6-10 jam sampai kadar air di bawah 9 %. Hasil yang diperoleh disebut pektin kering (Ristek, 2007). Parameter-parameter yang digunakan untuk menentukan kualitas pektin antara lain seperti kadar air, kadar impurities, kadar asam galakturonat dan kadar esterifikasi pektin. Total produksi pektin di seluruh dunia setiap tahunnya diperkirakan sebanyak ton dengan nilai ekonomi lebih dari 300 juta dollar Amerika Serikat. Dimana konsumsi negara-negara Eropa Barat sebanyak 36%, Amerika Serikat 32%, Asia 25% dan sisanya negara-negara lain (Association Ukrainian Innovation Companies, 2010).