PENGARUH TEMPERATUR DAN RASIO UMPAN TERHADAP PELARUT DALAM EKSTRAKSI ZAT WARNA DARI BAYAM MERAH

Transkripsi

1 PENGARUH TEMPERATUR DAN RASIO UMPAN TERHADAP PELARUT DALAM EKSTRAKSI ZAT WARNA DARI BAYAM MERAH Yakobus Kristianto, Ariestya Arlene.A, ST., M.T., Anastasia Prima. K, S.Si., M.T. Jurnal Teknik Kimia, Fakultas Teknologi Industri, Universitas Katolik Parahyangan, Bandung ABSTRAK Zat warna yang terdapat di dalam bayam merah belum tereksplorasi secara mendalam. Tujuan dari penelitian ini adalah mengetahui ada tidaknya pengaruh temperatur dan rasio F:S terhadap rendemen, yield, dan intensitas warna merah dalam ekstraksi zat warna dari bayam merah; mengetahui pengaruh lama pemanasan, perubahan ph, penambahan oksidator, penambahan kadar gula terhadap stabilitas zat warna merah hasil ekstraksi bayam merah, dan menggunakan zat warna merah yang terdapat dalam bayam merah untuk pewarna pada agar agar putih. Secara garis besar penelitian ini dibagi menjadi empat tahap yang dilakukan, yaitu tahap perlakuan awal bahan, penelitian pendahuluan, penelitian utama, dan analisis hasil penelitian. Perlakuan awal bahan dilakukan yang dilakukan adalah pengecilan ukuran, penghilangan kadar air, dan penyeragaman ukuran dari bayam merah. Penelitian pendahuluan yang dilakukan yaitu pemilihan pelarut, ekstraksi soxhlet, penentuan panjang gelombang maksimum, dan pembuatan kurva standar. Penelitian utama dilakukan untuk mengetahui pengaruh rasio F:S, temperatur, dan interaksi antara F:S dengan temperatur. Variasi temperatur yang digunakan adalah 30 o C, 40 o C, dan 50 o C. Variasi rasio F:S yang digunakan adalah 1:12,5; 1:15; 1:17,5; 1:20; dan 1:50. Analisis hasil penelitian yang dilakukan adalah analisis kadar air umpan dan ekstrak, rendemen, yield, pengaruh lama pemanasan, perubahan ph, penambahan oksidator, penambahan kadar gula, dan pewarnaan dengan ekstrak zat warna pada produk agar - agar putih terhadap intensitas warna merah, dan stabilitas zat warna yang dihasilkan dari bayam merah. Hasil penelitian menunjukkan bahwa rendemen dan yield maksimum diperoleh pada temperatur ekstraksi 30 C dan rasio F:S (1:17,5). Lama pemanasan, oksidator, dan ph mempengaruhi stabilitas zat warna bayam merah dengan menunjukkan perubahan nilai absorbansi zat warna dan juga perubahan warna secara visual. Penambahan kadar gula pada ekstrak zat warna tidak mempengaruhi stabilitas zat warna bayam merah. Zat warna yang terdapat dalam bayam merah dapat digunakan sebagai pewarna pada produk agar- agar putih. Berdasarkan hasil rancangan percobaan, temperatur dan rasio F:S berpengaruh secara signifikan terhadap rendemen, yield, dan kadar air ekstrak. Interaksi antara keduanya berpengaruh secara signifikan terhadap rendemen, yield, dan kadar air ekstrak. Keyword: zat, warna, bayam, merah, ekstraksi Pendahuluan Penggunaan zat pewarna alami khususnya untuk makanan, perlu digalakkan karena tidak memiliki efek samping bagi tubuh dibandingkan dengan penggunaan zat pewarna buatan (Nur dan Jumari, 2005). Contoh efek samping bagi tubuh yang dihasilkan akibat penggunaan zat warna buatan adalah penyakit kanker dan diabetes. Zat warna buatan berkembang pesat penggunaanya karena dianggap memiliki warna yang lebih stabil dan tahan terhadap perubahan suhu, temperatur, ph, dan kondisi lingkungan. Hal ini menyebabkan zat warna buatan menghasilkan warna yang lebih menarik dibandingkan penggunaan zat warna alami karena warna yang dihasilkan dapat diatur sesuai warna yang dikehendaki dan tidak mudah berubah (Nollet LML, 1996).

2 Salah satu tanaman sayuran yang dapat digunakan sebagai zat warna alami adalah bayam merah. Bayam merah mengandung vitamin A, vitamin C serta banyak mengandung garam-garam mineral yang penting (kalsium, fosfor, besi) untuk mendorong pertumbuhan dan menjaga kesehatan. Landasan Teori Tanaman bayam atau yang dikenal sebagai Amaranthus sp ini dapat tumbuh di daerah tropis maupun subtropis. Namun bayam akan tumbuh lebih subur pada dataran rendah pada lahan terbuka dengan udara yang panas (Kirani, 2011). Seperti yang kita ketahui bahwa bayam merupakan sumber vitamin K yang berperan sangat besar dalam pengaktifan berbagai jenis protein yang terlibat dalam proses pembekuan darah. Beberapa penelitian menunjukkan bahwa vitamin K berperan dalam menangani kanker karena terbukti dapat bertindak sebagai racun dalam sel-sel kanker, tetapi tidak membahayakan sel-sel yang sehat. Proses ekstraksi padat cair atau leaching adalah proses untuk memisahkan fraksi terlarut (dalam bentuk larutan) dari suatu yang tidak dapat dilarutkan (fasa padat yang biasanya permeable) melalui kontak dengan cairan pelarut. Proses leaching sering disebut juga dengan extraction, solid-liquid extraction, lixiviation, percolation, infusion, washing, dan decantation-settling (Treybal, R. E., 1981). Ekstraksi padat cair biasanya digunakan untuk mengekstrak atau mengambil komponen alami yang berasal dari sumber alami, misalnya tanaman. Pelarut yang digunakan harus bersifat selektif hanya melarutkan komponen yang diinginkan (tidak dapat melarutkan komponen lainnya, atau yang disebut komponen pengotor) (Perry and Green don, 2008). Metode Penelitian Perlakuan Awal Bayam Merah Bayam merah yang digunakan dalam penelitian ini didapatkan dari pasar tradisional Andir, Bandung. Hanya Daun dari bayam merah digunakan untuk proses ekstraksi. Daun direndam dalam Natrium metabisulfit 2% w/w selama 10 menit. Kemudian bayam dikeringkan dengan oven pada temperatur 40 o C selama 24 jam. Bayam kering diblender dan dilakukan pengayakan untuk mendapatkan bayam kering dengan ukuran mesh. Proses Ekstraksi dengan Soxhlet Sebanyak 1 gr bayam merah kering dengan ukuran mesh disiapkan lalu dibungkus menggunakan kertas saring dan disimpan di dalam tudung. 500 ml air dituangkan ke dalam labu bundar leher tiga. Pasangkan tudung ke leher labu bundar dan kondensor dipasang di atas tudung. Nyalakan air untuk sirkulasi air pendingin kondensor. Setiap kali terjadi sirkulasi pelarut, sampel diambil dan diukur %T nya hingga konstan. Panjang Gelombang Maksimum Ekstrak zat warna yang digunakan dibuat dengan melarutkan 1 gram umpan bayam merah dalam air demineralisasi. Kemudian pelarut dan ekstrak dipisahkan menggunakan evaporator vakum. Dihasilkan 0,7 gr ekstrak. Larutan zat warna dengan konsentrasi 1000 ppm dibuat dengan mencampurkan ekstrak zat warna

3 sebanyak 0,7 gram dengan air demineralisasi sebanyak 0,7 liter. Larutan zat warna 1000 ppm tersebut diukur %T nya pada rentang panjang gelombang nm. Kurva Standar Ekstrak zat warna yang digunakan dibuat dengan melarutkan 1 gram umpan bayam merah dalam air demineralisasi. Kemudian pelarut dan ekstrak dipisahkan menggunakan evaporator vakum. Dihasilkan 0,7 gr ekstrak. Larutan zat warna dengan konsentrasi 1000 ppm dibuat dengan mencampurkan ekstrak zat warna sebanyak 0,7 gram dengan air demineralisasi sebanyak 0,7 liter. Larutan zat warna 1000 ppm diencerkan dengan variasi ppm. Masing- masing larutan diukur %T nya pada panjang gelombang maksimum. Penelitian Utama Peralatan ekstraksi disiapkan dengan suhu sesuai variasi. Bayam merah dengan mesh dan pelarut dimasukkan dengan rasio F:S sesuai variasi. Sampel ekstraksi diambil dan absorbansinya diukur. Proses ekstraksi dilakukan hingga absorbansi konstan tiga kali. Ekstrak yang diperoleh dikeringkan dengan evaporator vakum dan oven vakum. Dilakukan uji stabilitas pada ekstrak yang diperoleh. Evaporator Vakum Peralatan evaporator vakum Buchi Rotavapor R-205 disiapkan. Ekstrak yang diperoleh dari proses ekstraksi batch dimasukkan ke dalam labu evaporator. Temperatur waterbatch diatur 45 o C. Pasangkan labu evaporator ke alat evaporator vakum. Kecepatan rotasi labu evaporator diatur 80 rpm dan tekanan evaporator vakum diatur 72 mbar. Tahap ini dilakukan hingga tidak ada pelarut yang menetes lagi Oven Vakum Hasil pasta dari proses evaporator dituangkan ke dalam cawan penguapan. Cawan penguapan dimasukkan ke dalam oven vakum. Temperatur oven diset 45 o C. Proses penguapan pelarut menggunakan oven vakum dilakukan selama 24 jam. Hasil dan Pembahasan Proses Ekstraksi dengan Soxhlet Ekstraksi soxhlet dilakukan untuk mengetahui rendemen maksimum (jumlah ekstrak yangg dapat larut pada umpan bayam merah kering). Pelarut yang digunakan adalah air demineralisasi. Alat yang digunakan adalah alat ekstraksi soxhlet yang menggunakan prinsip kondensasi dan evaporasi pelarut. Rendemen maksimum dari ekstraksi soxhlet yang diperoleh adalah 74,5%. Hasil ekstrak yang didapatkan dengan ekstraksi soxhlet berwarna coklat kehitaman dan terdapat padatan. Perubahan warna ekstrak bayam merah yang semula berwarna merah menjadi kecoklatan setelah ekstraksi soxhlet, disebabkan oleh rusaknya zat warna merah dalam bayam merah akibat adanya pemanasan dengan temperatur tinggi (Utami, 2000). Waktu Kesetimbangan Ekstraksi Variasi pada ekstraksi batch ini adalah variasi temperatur (30 C, 40 C,dan

4 Yield (%) Rendemen (%) 50 C) dan variasi rasio F:S (1:12,5, 1:15, 1:17,5, 1:20, dan 1:50). Dari percobaan didapatkan bahwa waktu kesetimbangan proses ekstraksi yang paling cepat adalah ekstraksi untuk variasi temperatur yang paling tinggi 50 o C dan F:S yang paling kecil 1:12,5; yaitu 30 menit. Menurut Utami, 2000; temperatur yang semakin tinggi akan mempercepat waktu kesetimbangan ekstraksi karena kenaikan temperatur menyebabkan daya larut bahan yang diekstraksi semakin meningkat. Jumlah pelarut yang semakin kecil akan mempercepat waktu kesetimbangan ekstraksi karena terjadi perbedaan gradien konsentrasi yang semakin besar sehingga zat warna dalam umpan cenderung bergerak lebih cepat untuk larut dalam pelarut. Rendemen dan Yield Rendemen dan Yield pada berbagai variasi suhu dan rasio umpan terhadap pelarut dari proses ekstraksi disajikan dalam diagram batang berikut ini F:S= 1:12,5 F:S = 1:15 F: S = 1:17,5 F: S = 1:20 F:S = 1: Temperatur (oc) Grafik 1. Rendemen Zat Warna Temperatur (oc) F:S= 1:12,5 F:S = 1:15 F: S = 1:17,5 F: S = 1:20 F:S = 1: 50 Grafik 2. Yield Zat Warna

5 Berdasarkan perubahan temperatur ekstraksi, diketahui bahwa kenaikan temperatur menyebabkan rendemen dan yield berkurang. Menurut Winarti, 2008; temperatur yang semakin tinggi menyebabkan perubahan struktur dari zat warna sehingga menyebabkan perubahan massa jenis antosianin yang berefek terhadap penurunan hasil rendemen dan yield. Perubahan struktur yang terjadi pada antosianin adalah berubahnya kation flavilium yang mengalami hidrolisis dimana terjadi pada ikatan glikosidik menjadi basa karbinol tidak berwarna dan cincin aglikon terbuka membentuk gugus kalkon yang tidak berwarna dan berakhir dengan degradasi ekstrak menjadi berwarna coklat (Novandi, 2012). Berdasarkan reaksi perubahan flavilium menjadi kalkon diketahui bahwa massa molekul relatif dari kalkon lebih kecil dari pada massa molekul relatif dari flavilium yang berdampak pada penurunan massa jenis dari ekstrak. Berdasarkan perubahan rasio F:S, diketahui bahwa semakin banyak pelarut digunakan menyebabkan kenaikan rendemen dan yield. Menurut Juwita, 2004; hal ini karena semakin banyak jumlah pelarut yang digunakan maka semakin banyak pula massa pelarut yang kontak dengan zat warna merah yang terdapat dalam bayam merah, sehingga zat warna yang terlarut/ terekstrak dalam pelarut semakin banyak. Pada F:S = 1: 50 terjadi penurunan rendemen dan yield, hal ini mungkin diakibatkan perubahan jumlah pelarut pada rasio F:S = 1: 50 berbeda jauh dengan perubahan pelarut pada rasio F:S yang lain. Rancangan percobaan yang digunakan dalam analisis rendemen dan yield ekstrak adalah rancangan faktorial dengan 2 faktor dimana digunakan faktor temperatur dan rasio F:S. Dari perhitungan diketahui bahwa temperatur dan rasio F:S mempengaruhi hasil rendemen dan yield yang didapat serta ada interaksi antara temperatur dengan rasio F:S yang mempengaruhi hasil rendemen dan yield. Analisis Lama Pemanasan Dari data yang didapat pada tabel 1, diketahui bahwa zat warna antosianin tidak stabil terhadap waktu pemanasan dimana terjadi penurunan konsentrasi sepanjang waktu. Pada saat t= 0 menit secara visual larutan berwarna merah dan seiring pertambahan waktu, warna larutan zat warna berubah menjadi warna kuning kehijauan. Selain itu, penurunan konsentrasi drastis berubah saat t= 0 menit sampai t= 30 menit. Penurunan konsentrasi zat warna ini disebabkan perubahan warna larutan sehingga pembacaan nilai absorbansi menjadi tidak akurat karena terjadi juga perubahan panjang gelombang maksimum. Menurut Winarti, 2008; penurunan konsentrasi zat warna terhadap lama pemanasan ini disebabkan kerusakan gugus kromofor (bagian dari pigmen yang paling sensitif terhadap rangsangan panas dan cahaya) yang terdapat pada antosianin yang menyebabkan terjadinya perubahan warna.

6 T ( o C) F:S Tabel 1 Data Perubahan Konsentrasi Terhadap Lama Pemanasan t= 0 menit t= 30 menit t= 60 menit t= 90 menit C (ppm) C (ppm) C (ppm) C (ppm) 1: 12,5 4616, ,75 910,35 857,86 1: , ,44 103,05 953,12 1:17,5 4453, , ,37 1: , ,98 942,04 856,62 1: , , ,41 971,88 1: 12,5 4040, ,80 947,60 904,45 1: , ,89 978,70 974,65 1:17,5 4289, , ,53 982,73 1: , , , ,73 1: , , , ,15 1: 12,5 3970, ,44 913,26 931,38 1: , ,11 915,18 897,02 1:17,5 3406, ,71 164, ,79 1: , ,29 888,69 765,03 1: , ,60 948,65 942,38 Analisis Pengaruh Penambahan Oksidator Hasil yang didapat dari tabel 2, dapat dilihat bahwa terjadi penurunan konsentrasi zat warna merah sepanjang waktu akibat penambahan oksidator. Penurunan konsentrasi ini secara visual dapat dilihat dengan warna merah yang terdapat dalam larutan semakin pudar seiring pertambahan waktu. Hasil ini sesuai dengan penelitian yang dilakukan Kurniati; 2012, yang mengatakan bahwa adanya oksidator akan berpengaruh pada stabilitas warna dan dapat menyebabkan warna menjadi hilang. Tabel 2 Data Perubahan Konsentrasi Zat Warna Terhadap Pengaruh Penambahan Oksidator T ( o C) F:S t= 0 jam t= 6 jam t= 24 jam C (ppm) C (ppm) C (ppm) 1: 12,5 3240, ,83 292,13 1: , ,93 410,03 1:17,5 2996, ,89 341,21 1: , ,02 329,46 1: , ,56 433,78 1: 12,5 2220, ,27 331,82 1: , ,04 428,98 1:17,5 2893, ,00 408,65 1: , ,62 441,07 1: , ,97 431,93 1: 12,5 3149, ,28 322,87 1: , ,99 396,33 1:17,5 2835, ,18 401,68 1: , ,62 354,04 1: , ,45 317,56 Analisis Pengaruh ph Gambar 1 menunjukkan bahwa zat warna merah memiliki warna yang paling baik saat larutan zat warna berada pada keadaan ph 5 dan ph 7. Siregar, 2011; menyatakan bahwa dengan meningkatnya ph menyebabkan kerusakan nyata terhadap antosianin dari ekstrak larutan zat warna merah dari bayam merah tersebut. Gugus reaktif flavilium (struktur dasar penyusun antosianin yang sensitif terhadap ph dan penambahan oksidator) hanya stabil pada kondisi asam yang tinggi. Gugus ini kehilangan proton dalam ph yang tinggi dan berubah bentuk menjadi basa karbinol, yang merupakan pigmen yang tidak stabil, dan dengan cepat terikat dengan air dan

7 mempunyai bentuk senyawa tak berwarna bernama kalkon. Kejadian ini juga terjadi pada Samsudin, 2008; yang melakukan uji stabilitas zat warna dari kulit manggis, Kondisi ph 5 sampai dengan ph 7 merupakan kondisi dimana zat warna merah paling stabil. Menurut Samsudin, 2008; Semakin rendah nilai ph maka warna konsentrat makin merah dan stabil atau jika ph semakin mendekati kondisi asam maka warna semakin stabil. Hal ini disebabkan oleh gugus reaktif flavium yang terdapat pada antosianin akan rusak pada kondisi basa. Gambar 1. Hasil Analisis Stabilitas Zat Warna Akibat Pengaruh ph Gambar 2 Hasil Analisis Kestabilan Zat Warna Terhadap Kadar Gula Analisis Zat Warna Pada Produk Agar Agar Putih Analisis ini dilakukan dengan 3 variasi yaitu, ekstrak zat warna dicampurkan saat agar- agar putih sudah matang dan ditunggu sampai temperatur dari agar- agar putih 45 o C yang dapat dilihat pada gambar 3(a), ekstrak zat warna langsung dimasukkan saat agar- agar putih sudah matang yang dapat dilihat pada gambar 3(b), dab ekstrak zat warna dimasukkan saat agar- agar putih dimasak yang dapat dilihat pada gambar 3(c). Analisis Pengaruh Kadar Gula Gambar 2 menunjukkan bahwa kadar gula tidak dapat mempengaruhi stabilitas warna pigmen antosianin, dimana meningkatnya kadar gula yang dicampurkan ke dalam larutan zat warna hanya mengalami sedikit perubahan. Menurut Winarti, 2008; kadar gula yang tinggi akan menyebabkan degradasi warna merah sehingga warna merah terlihat makin pudar. Konsentrasi gula yang lebih tinggi dan adanya oksigen akan mengakibatkan kerusakan pigmen antosianin yang lebih besar. Namun hal ini tidak terjadi untuk nilai konsentrasi gula 10-50%. Gambar 3 (a). Hasil Agar Dimana Ekstrak Dicampur Saat Agar Sudah Matang dan Bertemperatur 45 o C; (b).hasil Agar Dimana Ekstrak Langsung Dicampurkan Saat Agar sudah Matang; (c). Hasil Agar Dimana Ekstrak Dimasak Bersamaan Dengan Agar Dari hasil yang didapat, gambar 3(a) menujukkan hasil agar yang paling merah (stabil). Hal ini disebabkan karena zat warna yang terkandung didalam ekstrak bayam merah tidak stabil pada suhu tinggi sehingga jika zat warna dicampurkan saat agar bersuhu tinggi akan menyebabkan

8 perubahan zat warna (Utami, 2000). Perubahan warna yang terjadi akibat pemanasan adalah perubahan warna yang awalnya merah menjadi kuning kecoklatan. Kesimpulan 1. Rendemen maksimum zat pewarna bayam merah yang diperoleh dari ekstraksi soxhlet sebesar 74,5%. 2. Semakin tinggi temperatur dalam proses ekstraksi zat warna dari bayam merah, maka rendemen dan yield yang dihasilkan semakin rendah. 3. Semakin banyak pelarut yang digunakan dalam proses ekstraksi zat warna dari bayam merah, maka rendemen dan yang dihasilkan juga semakin tinggi. 4. Kondisi operasi maksimum dalam ekstraksi zat warna dari bayam merah adalah pada perbandingan umpan terhadap pelarut (F:S) 1:17,5 dan temperatur 30 o C. 5. Lama pemanasan, oksidator, dan ph mempengaruhi stabilitas zat warna hasil ekstraksi bayam merah. 6. Kadar gula tidak mempengaruhi stabilitas zat warna hasil ekstraksi bayam merah. 7. Zat warna yang terdapat di dalam bayam merah dapat digunakan sebagai pewarna alami untuk produk agaragar putih. Saran Perlu dilakukan penelitian lebih lanjut untuk mendapatkan rendemen, dan yield yang lebih tinggi dengan variasi pelarut, temperatur, dan rasio F:S lain. Daftar Pustaka Green Don W. & Robert H. Perry. 8 th ed. (2008). Perry s Chemical Engineers Handbook. The McGraw-Hill Companies, Inc, hlm Juwita, (2004). Pengambilan Minyak Biji Nyamplung Melalui Proses Ekstraksi Sebagai Bahan Bakar Alternatif. Skripsi, Jurusan Teknik Kimia, Fakultas Teknik, Universitas Diponegoro. Kirani,V, (2011). Pertumbuhan dan Hasil Tiga Varietas Bayam (Amaranthus sp.) pada Berbagai Macam Media Tanam Secara Hidroponik. Skripsi, Universitas Pembangunan Nasional Kurniati, (2012). Ekstraksi dan Uji Stabilitas Warna Brazilein Dari Kayu Secang (Caesalpinia sappan L). Indonesian Journal of Chemical Science 1 (1), Jurusan Kimia FMIPA, Universitas Negeri Semarang. Nur dan Jumari, (2005). Ekstraksi Limbah Hati Nanas Sebagai Bahan Pewarna Makanan Alami Dalam Tangki Berpengaduk, Ekuilibirium Vol. 4. No. 2. Desember 2005 : Nollet LML. Handbook of Food Analysis Volume 2. New York, USA: Marcel Dekker, Inc. 1996: Novandi, (2012). Pemanfaatan Ekstrak Bunga Kecombrang (Nicolaia speciosa, horan) Sebagai Pewarna Alami Pada Makanan Cenil. Skripsi, Fakultas Teknobiologi, Universitas Adma Jaya Yogyakarta.

9 Samsudin, (2008). Ekstraksin, Filtrasi Membran dan Uji Stabilitas Zat Warna Dari Kulit Manggis (Gracinia mangosta). Skripsi, Jurusan Teknik Kimia, Fakultas Teknik, Universitas Diponegoro Semarang. Siregar, Y, (2011). Ekstraksi dan Uji Stabilitas Zat Warna Alami dari Bunga Kembang Sepatu Valensi Vol. 2 No. 3, November 2011 ( ) Treybal, R. E., (1981), Mass-Transfer Operations, Third Ed., McGraw-Hill, Singapore. Utami, R., (2000), Pengaruh Jumlah Pelarut, Suhu dan Waktu Ekstraksi Terhadap Rendemen dan Mutu Cairan Kulit Biji Mete (Cashew Nut Shell Liquid), Institut Pertanian Bogor; hal Winarti, S, (2008). Ekstraksi dan Stabilitas Warna Ubi Jalar Ungu (Ipomoea batatas L.,) Sebagai Pewarna Alami. Jurnal Teknik Kimia, Vol.3, No.1, September 2008