BAB II TINJAUAN PUSTAKA

BAB II TINJAUAN PUSTAKA 2.1 Kolagen Kolagen berasal dari bahasa Yunani yang berarti lem (perekat). Kolagen merupakan komponen struktural utama dari jaringan ikat putih (white connetive tissue) yang meliputi hampir 30 persen dari total protein pada jaringan dan organ tubuh vertebrata dan invertebrata. Pada mamalia, kolagen terdapat di kulit, tendon, tulang rawan dan jaringan ikat. Demikian juga pada burung dan ikan, sedangkan pada avertebrata kolagen terdapat pada dinding sel (Sumbono,2011) Kolagen termasuk dalam golongan protein fibril. Molekul protein ini terdiri atas beberapa rantai polipeptida yang memanjang dan dihubungkan satu dengan yang lain oleh beberapa ikatan silang hingga merupakan bentuk serat yang stabil (Fatimah, 2008). Unit struktural pembentuk kolagen adalah tropokolagen yang mempunyai struktur batang dengan BM 300.000 dengan didalamnya terdapat tiga rantai polipeptida yang sama panjang, bersama-sama membentuk struktur triple heliks (Junianto 2006). Kolagen merupakan protein yang mengandung 35% glisin dan sekitar 11% alanin serta kandungan prolin yang cukup tinggi (Amiruldin, 2007) Tropokolagen akan terdegradasi dengan pemanasan atau perlakuan dengan zat seperti asam, basa, urea, dan potassium permanganate. Selain itu, serabut kolagen dapat mengalami penyusutan jika dipanaskan di atas suhu penyusutannya (Ts). Suhu penyusutan (Ts) kolagen ikan adalah 45 o C. Jika kolagen dipanaskan pada T>Ts (misalnya 65 70 0 C), serabut triple heliks yang dipecah menjadi lebih panjang. Pemecahan struktur tersebut menjadi lilitan acak yang larut dalam air inilah yang disebut gelatin (Azwar dkk,2008). Kolagen murni sangat sensitif terhadap reaksi enzim dan kimia. Perlakuan alkali dan asam dapat menyebabkan kolagen mengembang yang sering dikonversikan menjadi gelatin. 7

8 2.2 Gelatin 2.2.1. Pengertian Gelatin Gelatin merupakan salah satu produk turunan protein yang diperoleh dari hasil hidrolisis kolagen hewan yang terkandung dalam tulang dan kulit. Susunan asam aminonya hampir mirip dengan kolagen, dimana glisin merupakan 2/3 dari seluruh asam amino yang menyusunnya, 1/3 asam amino yang tersisa diisi oleh prolin dan hidroksiprolin (Tazwir dkk, 2007). Asam-asam amino saling terikat melalui ikatan peptida membentuk gelatin. Susunan asam amino gelatin berupa Glisin-X-Y dimana X umumnya asam amino prolin dan Y umumnya asam amino hidroksiprolin. Tidak terdapatnya triptofan pada gelatin menyebabkan gelatin tidak dapat digolongkan sebagai protein lengkap (Junianto 2006). Struktur kimia gelatin dapat dilihat pada Gambar 2.1 Gambar 2.1 Struktur Kimia gelatin Sumber. Tazwir dkk 2007 Gelatin merupakan sistem koloidal padat (protein) dalam cairan (air) sehingga pada suhu dan kadar air yang tinggi gelatin mempunyai kemampuan cairan, yaitu disebut fase sol atau hidrosol, sebaliknya pada suhu dan kadar air yang rendah gelatin mempunyai kemampuan yang lebih kasar atau lebih pekat strukturnya, yaitu disebut fase gel. Pemanasan dan penambahan air akan mengubah gelatin menjadi fase sol, sebaliknya pendinginan dan pengurangan air akan mengubah gelatin menjadi fase gel (Fatimah, 2008).`

9 2.2.2. Fungsi dan Kegunaan Gelatin Kegunaan gelatin antara lain sebagai bahan pengisi, pengemulsi (emulsifier), pengikat, pengendap, pemerkaya gizi, sifatnya juga luwes yaitu dapat membentuk lapisan tipis yang elastis, membentuk film yang transparan dan kuat, kemudian sifat penting lainnya yaitu daya cernanya yang tinggi (Saepul dan Pujilestari,2011). Tabel 2.1 berikut ini menunjukkan fungsi dan contoh penggunaan gelatin pada berbagai produk (Anonymous, 2003) Aplikasi Tabel 2.1 Contoh-Contoh Produk yang Menggunakan Gelatin. Produk pangan secara umum Daging olahan Susu Olahan Minuman Farmasi Kosmetika (khususnya produk-produk emulsi) Film Kegunaan Sebagai zat pengental, penggumpal, membuat produk menjadi elastis, pengemulsi, penstabil, pembentuk busa, menghindari sineresis, pengikat air, memperbaiki konsistensi, pelapis tipis, pemerkaya gizi. Untuk meningkatkan daya ikat air, konsistensi dan stabilitas produk, sosi, kornet, ham, dll. Untuk memperbaiki tekstur, konsistensi, dan stabilitas produk serta menghindari sineresis pada yoghurt, es krim, susu asam, keju cottage, dll. Sebagai penjernih sari buah (juice), bir, dan wine. Pembungkus kapsul atau tablet obat. Digunakan untuk menstabilkan emulsi pada sampo, penyegar dan pelindung kulit (lotion/cream), sabun (terutama lipstik, cat kuku, busa cukur, krim pelindung sinar matahari, dll. Membuat film menjadi lebih sensitive Sumber: Fatimah (2008) yang cair), Penggunaan gelatin dalam pengolahan pangan lebih disebabkan oleh sifat fisik dan kimia yang khas daripada nilai gizinya sebagai sumber protein (Amiruldin, 2007). Berikut spesifikasi gelatin ikan untuk pangan dapat dilihat pada Tabel 2.2

10 Tabel 2.2 Spesifikasi Gelatin Ikan untuk Pangan Parameter Garde A Bentuk Granular Bau Tidak berbau ph 4,6 6,5 Viskositas gelatin 10% pada 30 0 C 7 10 (cp) Kadar abu (%) Maks 2 Kadar air (%) 15 Logam berat (ppm) Maks 10 Arsenik (ppm) Maks 0,8 Salmonella Negatif E colli Negatif Sumber: www.norlandprod.com (2012) 2.2.3. Bahan Baku Gelatin Gelatin dapat dibuat dari bahan yang kaya akan kolagen seperti kulit dan tulang hewan. Selama ini sumber utama gelatin yang banyak dimanfaatkan sapi dan babi. Penggunaan tulang dan kulit ikan dapat dijadikan sebagai suatu altematif non konvensional untuk mencari sumber gelatin selain dari kulit dan tulang sapi maupun babi yang dapat menimbulkan masalah sosial pada golongan masyarakat tertentu. Tulang dan kulit ikan mengandung cukup besar protein kolagen. Kandungan kolagen pada kulit ikan keras (teleostei) berkisar 15-17%, sedangkan pada tulang ikan rawan (elasmobranch) berkisar 22-24%. Kandungan kolagen dari berbagai jenis ikan disajikan pada Tabel 2.3.

11 Tabel 2.3 Kandungan Kolagen dari Beberapa Jenis Tulang Ikan Jenis Ikan Kandungan Kolagen (%) Ikan Nila 16,4 Ikan bawal 19 Ikan kakap 20 Ikan kembung 16,3 Ikan tuna 19,86 Ikan mas 16 Ikan hiu 23,8 Sumber: Saepul dan Pujilestari, (2011) 2.2.4. Klasifikasi Gelatin Jaswir (2007) menuturkan bahwa gelatin dapat diklasifikasikan berdasarkan tahapan pretreatment pada proses perendamannya yaitu gelatin tipe A dan tipe B. Gelatin tipe A yaitu gelatin yang dalam proses perendamannya menggunakan larutan asam. Biasanya gelatin tipe ini terbuat dari kulit hewan muda, terutama babi. Karena kulit binatang semacam ini tidak memiliki ikatan yang kuat, sehingga proses pelunakannya berlangsung cepat. Gelatin tipe B merupakan gelatin yang berbahan baku lebih keras. Tak heran jika proses perendaman memakan waktu lebih lama, menggunakan larutan basa (base). Ikatan kolagen dalam proses ini dipisah sebagian, sementara itu protein selain kolagen serta zat-zat kimia lainnya dinetralisir dengan menambahkan larutan asam kemudian dibasuh lagi dengan air untuk mengangkat sisa-sisa garam yang masih melekat (Jaswir, 2007). Menurut Ward dan Court dalam Junianto dkk (2006) menyatakan bahwa asam mampu mengubah serat kolagen triple heliks menjadi rantai tunggal sedangkan larutan perendam basa hanya mampu menghasilkan rantai ganda. Hal ini menyebabkan pada waktu yang sama jumlah kolagen yang dihidrolisis oleh larutan asam lebih banyak daripada larutan basa. Karena itu

12 perendaman dalam larutan basa membutuhkan waktu yang lebih lama untuk menghidrolisis kolagen. 2.2.5. Sifat Fisiko-Kimia Gelatin Fatimah (2008) menyatakan bahwa sifat fisik gelatin berbentuk padat,kering, tidak berasa, tidak berbau, transparan dan berwarna kuning redup sampaikuning sawo. Umumnya gelatin mempunyai BM 80.000 gr/mol. Gelatin dapat mengembang dalam air dingin, dapat membentuk film, mempengaruhi viskositas suatu bahan, dan dapat melindungi sistem koloid. Massa jenis gelatin adalah 1,35 gr/cm. Pada suhu 71 C gelatin mudah larut dalam air dan membentuk gel pada suhu 49 C. Gelatin terdenaturasi pada suhu diatas 80 o C. Gelatin memiliki sifat larut air (Wahyuni, 2003) Sifat fungsional gelatin sangat penting dalam aplikasi suatu produk. Sifat fungsional gelatin merupakan sifat fisikokimia yang mempengaruhi perilaku gelatin dalam makanan selama proses, penyimpanan, penyiapan dan pengkonsumsian. Adapun sifat fungsional dapat berupa berikut : organoleptik mliputi warna, bau, viskositas, kekuatan gel, titik gel, titik leleh,dan ph (Azwar, dkk, 2008). Berdasarkan proses pembuatannya terdapat dua jenis gelatin yaitu Tipe A dan Tipe B. Gelatin Tipe A diproduksi melalui proses asam sedangkan Tipe B diproduksi melalui proses basa. Hal ini berpengaruh terhadap sifat gelatin yang dihasilkan. Berikut tabel 2.4 sifat gelatin tipe A dan tipe B menurut Tourtellote (1980).

13 Tabel 2.4 Sifat Gelatin Tipe A dan Tipe B Sifat Nilai Tipe A Tipe B Kadar Protein (%) 87,26 87,26 Kekuatan gel (bloom) 75 300 75 275 Viskositas (cp) 2,0 7,5 2,0 7,5 ph 3,8 6,0 5,0 7,1 Titik isoelektrik 9,0 9,2 4,8 5,0 Sumber : Tourtellote (1980) dalam Nurimala (2004) Salah satu sifat fisik gelatin yang menentukan mutu gelatin adalah kemampuannya untuk membentuk gel yang disebut kekuatan gel. Kekuatan gel dipengaruhi oleh ph, adanya komponen elektrolit dan non elektrolit serta bahan tambahan lainnya. Gelatin dapat membentuk gel dan bersifat termal reversibel. Termal reversibel yaitu setelah gel dipanaskan dan selanjutnya didinginkan dapat membentuk gel kembali. Mekanisme pembentukan gel melibatkan ikatan ionik dari gugus karbonil dari rantai asam amino dan sedikit ikatan hydrogen (Fatimah, 2008) Sifat fisik penting lainnya adalah viskositas. Viskositas terutama dipengaruhi oleh interaksi hidrodinamik antar molekul gelatin, selain dipengaruhi suhu, ph dan konsentrasi. Standar mutu gelatin untuk industri dapat dilihat pada Tabel 2.5

14 Tabel 2.5. Standar Mutu Gelatin Berdasarkan SNI dan British Standard Karakteristik Mutu SNI 01-3735-1995 (1995) British Standar 757 Warna Tidak berwarna sampai kekuningan Kuning pucat Bau, rasa Normal Kadar air Maksimum 16% Kadar abu Maksimum 3,25% ph * - 4,5-6,5 Viskositas * - 1,5-7,5 cp Kekuatan gel * - 50 300 bloom Logam berat Maksimum 50 mg/kg - Arsen Maksimum 2 mg/kg - Tembaga Maksimum 30 mg/kg - Seng Maksimum 100 mg/kg - Sulfit Maksimum 1000 mg/kg - Sumber : SNI 01-3735-1995 (1995) dan *British Standar 757 dalam Joharman (2006) 2.3 Proses Pembuatan gelatin dapat dibagi menjadi dua macam, yaitu proses asam dan proses basa. Perbedaan kedua proses ini terletak pada proses perendamannya (demineralisasi). Berdasarkan kekuatan ikatan kovalen silang dan jenis bahan yang dihidrolisis maka penerapan jenis asam maupun basa organik dan metode hidrolisis lainnya seperti lama hidrolisis, ph dan suhu akan berbeda-beda. Proses utama pembuatan gelatin dibagi menjadi tiga tahap, yaitu pertama adalah tahap pretreatment, kedua adalah konversi kolagen menjadi gelatin (hidrolisis) dan ketiga adalah pemurnian dan pengeringan (Fatimah, 2008). Persiapan dilakukan dengan pencucian pada tulang ikan. Tulang dibersihkan dari sisa-sisa daging dan kotoran lain yang mengandung deposit-deposit lemak yang tinggi. Proses penghilangan lemak dari jaringan tulang disebut dengan degreasing. Penghilangan lemak pada tulang efektif dilakukan pada suhu antara titik cair lemak

15 dan suhu koagulasi albumin tulang yakni antara 32-80 0 C, sehingga dihasilkan larutan lemak yang optimum (Nurimala, 2004). Demineralisasi yaitu proses perendaman dalam larutan asam yang bertujuan untuk menghilangkan garam kalsium dan garam-garam lainnya sehingga diperoleh ossein (tulang lumer). Proses ini biasanya berlangsung dalam larutan asam klorida dengan konsentrasi antara 4-7 %. Jannah (2007) menyebutkan bahwa apabila konsentrasi asam yang digunakan terlalu tinggi maka protein yang terdapat didalam kolagen tidak dapat berubah menjadi gelatin. Lama waktu perendaman juga akan berpengaruh terhadap kualitas gelatin yang dihasilkan yakni apabila perendamannya terlalu lama maka kadar protein dalam gelatin semakin rendah (Fatimah, 2008) Selanjutnya tahap penggembungan (swelling) adalah tahap yang bertujuan untuk menghilangkan kotoran-kotoran dan mengkonversi kolagen menjadi gelatin. Pada tahap ini perendaman dapat dilakukan dengan larutan asam organik seperti asam asetat, sitrat, fumarat, askorbat, malat, suksinat, tartarat, dan asam lainnya yang aman dan tidak menusuk hidung. Sedangkan asam anorganik yang biasa digunakan adalah asam hidroklorat,fosfat, klorida, dan sulfat (Saepul dan Pujilestari, 2011). Menurut Martianingsih dkk (2010) pada proses perendaman (demineralisasi) juga mengakibatkan terjadinya penggembungan (swelling) yang dapat membuang material-material yang tidak diinginkan, seperti lemak dan protein non-kolagen dengan kehilangan kolagen yang minimum. Menurut Utama dalam Junianto dkk (2006) pada saat tahapan perendaman harus dilakukan dengan tepat (waktu dan konsentrasinya), agar tidak terjadi kelarutan kolagen dalam larutan dan menyebabkan penurunan rendemen yang dihasilkan. Nilai rendemen dapat menjadi indikator untuk mengetahui efektif tidaknya metode yang diterapkan pada suatu penelitian, khususnya tentang optimalitasnya dalam menghasilkan suatu produk. Semakin tinggi nilai rendemen berarti perlakuan yang diterapkan pada penelitian tersebut semakin efektif.

16 Tahapan selanjutnya adalah hidrolisis dengan pemanasan. Hidrolisis bertujuan untuk mengkonversi kolagen transisi menjadi gelatin. Suhu minimum dalam proses hidrolisis adalah 40 50 0 C bahkan hingga suhu 100 0 C. hidrolisis kolagen tulang dilakukan dalam suasana asam pada ph 6 7 karena umumnya ph tersebut merupakan titik isoelektrik dari komponen - komponen protein non kolagen, sehingga mudah terkoagulasi dan dihilangkan. Apabila ph lebih rendah perlu penanganan cepat untuk mencegah denaturasi lanjutan (Saepul dan Pujilestari, 2011). Larutan gelatin hasil hidrolisis dilakukan pemekatan yang bertujuan untuk meningkatkan total solid larutan sehingga mempercepat proses pengeringan. Pemekatan biasanya dilakukan pada suhu 55 0 C selama 2 jam (Joharman, 2006). Kemudian dilakukan selanjutnya dikeringkan dalam oven pada suhu 40 60 0 C (Junianto dkk,2006) 2.3.1. Konversi Kolagen Menjadi Gelatin Konversi kolagen menjadi gelatin terjadi dalam tiga tahap, yaitu hidrolisis lateral, hidrolisis ikatan polipeptida terutama glisin, dan penghancuran struktur kolagen (Nurimala,2004). Menurut Martianingsih dkk (2010) pada proses perendaman terjadi pengkonversian kolagen menjadi bentuk yang sesuai untuk hidrolisis, yaitu dengan adanya interaksi ion H + dari larutan asam dengan kolagen. Sebagian ikatan hidrogen dalam tropokolagen serta ikatan-ikatan silang yang menghubungkan tropokolagen satu dengan tropokolagen lainnya dihidrolisis menghasilkan rantai-rantai tropokolagen yang mulai kehilangan struktur tripel heliknya. Gambar 2.2 Reaksi Pemutusan Ikatan Hidrogen Tropkolagen Sumber Martianingsih, dkk (2010)

17 Menurut Ward and Court dalam Amiruldin (2007) asam mampu mengubah serat kolagen triple helix menjadi rantai tunggal sedangkan larutan perendaman basa hanya mampu menghasilkan rantai ganda. Hal ini menyebabkan pada waktu yang sama jumlah kolagen yang dihidrolisis oleh larutan asam lebih banyak daripada larutan basa. Karena itu perendaman dalam larutan basa membutuhkan waktu yang lebih lama untuk menghidrolisis kolagen. Gambar 2.3 Perubahan Triple Helix Menjadi Rantai Tunggal Sumber Nurimala (2004) Hidrolisis dengan pemanasan (T 40 0 C) akan melanjutkan perusakan ikatan-ikatan silang, serta untuk merusak ikatan hidrogen. Ikatan-ikatan hidrogen yang telah dirusak dan ikatan-ikatan kovalen yang dipecah akan menghasilkan konversi yang larut air. Tropkolagen pada saat proses hidrolisis akan mengalami reaksi dengan reaksi hidrolisis tropokolagen pada saat proses perendaman dalam larutan asam. Ikatan hidrogen dan ikatan silang kovalen rantai rantai tropkolagen diputus sehingga struktur triple helix akan terpecah dan membentuk gelatin yang larut dalam air (Martianingsih dkk, 2010). Gambar 2.4 Reaksi Hidrolisis Ikatan Silang Kovalen Tropkolagen Sumber: Martianingsih dkk, (2010)