BAB II TINJAUAN PUSTAKA 2.1 Minyak dan Lemak Minyak dan lemak secara kimiawi adalah trigliserida yang merupakan bagian terbesar dari kelompok lipida. Dalam pembentukannya, trigliserida merupakan hasil proses kondensasi dan esterifikasi satu molekul gliserol dengan tiga molekul asam lemak yang sama atau berbeda (umumnya ketiga asam lemak berbeda) yang membentuk satu molekul triasil gliserol dan tiga molekul air. O H 2 C-OH HOOCR 1 H 2 C-O-C-R 1 O H C-OH + HOOCR 2 H 2 C-O-C-R 2 + 3 H 2 O O H 2 C-OH HOOCR 3 H 2 C-O-C-R 3 Gliserol Asam Lemak Trigliserida Air Jika Rl = R2 = R3 maka trigliserida yang terbentuk adalah trigliserida sederhana (simple triglyceride) dan jika berbeda disebut trigliserida campuran (mixed triglyceride). Apabila satu molekul gliserol hanya mengikat satu molekul asam lemak, maka hasilnya disebut monogliserida dan bila dua asam lemak disebut digliserida. Trigliserida sederhana adalah senyawa yang terdiri dari ester organik dimana terdapat satu jenis asam Iemak yang teresrerifikasi dengan gliserol. Masing-masing atom karbon pada molekul gliserol ini diberi penomoran yakni 1-, 2-, 3- atau α, β, dan α'. Apabila struktur gliserol hanya mengandung dua gugus hidroksil, maka dua asam lemak yang berbeda dapat diesterifikasi pada
posisi ini. Gugus hidroksil yang terletak di tengah atau pada posisi kedua, disebut juga sn-2 sedangkan alkohol primer umumnya adalah sn-1 dan sn-3 (Perkins, 1991). O H 2 C-O-C-R (α) (1) H 2 C-OH O H C-OH (β) (2) H-C-O-C-R H 2 C-OH (α') (3) H 2 C-OH 1-Monogliserida 2-Monogliserida Lemak yang terdapat secara alami mengandung berbagai asam lemak yang meliputi asam lemak dengan jumlah atom karbon 2-40 tetapi yang paling dominan adalah C 18 dan C 20 (Winarno, 1992). Lemak yang berasal dari suatu sumber lemak mempunyai komposisi asam lemak serta posisinya pada molekul trigliserol yang spesifik dan unik sehingga walaupun komposisi asam lemak sama tetapi jika posisinya berbeda maka sifatnya akan berbeda pula (Silalahi, 1999). 2.1.1 Sifat Minyak Lemak Sifat asam lemak dapat dibedakan berdasarkan komposisi dan posisi atau distribusi gugus asil (residu asam lemak dalam molekul lemak). Modifikasi minyak lemak alami dapat ditempuh dengan mengubah komposisi dan posisi atau distribusi gugus asil (residu asam lemak dalam molekul lemak) untuk membentuk suatu lemak baru seperti lemak yang titik lelehnya meningkat, lemak yang lebih stabil dan akhir-akhir ini suatu lemak yang khas yang dapat digunakan secara khusus dapat diproduksi seperti lemak terstruktur (structure lipids=sl), lemak
berantai sedang (medium chain triglycerides = MCT), lemak berantai pendek dan panjang (short and long acyl triglyceride molecules = Salatrim) dan lemak terstruktur yang ditargetkan ( targeted SL) (Haumann, 1997; Akoh,1998). Reaksi pertukaran gugus asil diantara ester merupakan interesterifikasi. Interesterifikasi dapat dilakukan baik secara kimia ataupun secara enzimatik. Interesterifikasi kimia akan menghasilkan randomisasi keberadaan asam lemak pada setiap posisi dalam molekul gliserol. Interesterifikasi enzimatik dapat dimanipulasi, terutama dengan memilih enzim tertentu untuk memperoleh atau menempatkan asam lemak pada posisi tertentu dalam molekul triasilgliserol (TAG) (Ibrahim, et al, 2008; Robinson, et al, 2009). Akibat dari perobahan posisi asam lemak dalam molekul TAG maka sifat kimia, fisika dan biokimia dari lemak akan berubah yang meliputi titik leleh, stabilitas dan penyerapannya dalam pencernaan. Distribusi asam lemak dalam molekul lemak dapat diklassifikasikan berdasarkan stereoisomer atau atom karbon dalam molekul gliserol yakni sn-1, sn-2 dan sn-3. Penyerapan yang lebih effisien jika asam lemak berada pada posisi sn-2 (Decker, 1996; Silalahi, 1999). Untuk penempatan suatu asam lemak pada posisi sn-2 harus melibatkan/menggunakan enzim yang bekerja secara spesifik pada posisi sn-2 dalam reaksi interesterifikasi yang disebut interesterifikasi enzimatik (Silalahi, 1999; Willis, et al, 1998;Willis, and Marangoni, 1999; Ibrahim, et al, 2008). 2.1.2 Asam Lemak Asam lemak adalah asam monokarboksilat rantai lurus tanpa cabang yang mengandung atom karbon genap mulai dari C-4, tetapi yang paling banyak adalah C-16 dan C-18. Asam lemak dapat dikelompokkan berdasarkan panjang rantai,
ada tidaknya ikatan rangkap dan isomer trans-cis. Asam lemak berdasarkan panjang rantai meliputi asam lemak rantai pendek (short chain fatty acids, SCFA) yang mengandung jumlah atom karbon C-4 sampai dengan C-8; asam lemak rantai sedang (medium chain fatty acids, MCFA) mengandung atom karbon C-10 dan C-12, dan asam lemak rantai panjang (long chain fatty acids, LCFA) mengandung jumlah atom karbon C-14 atau lebih (White, 2009). Berdasarkan jumlah ikatan rangkap, asam lemak terdiri dari asam lemak jenuh dapat dibagi atas tiga golongan; asam lemak jenuh (saturated fatty acid; SFA) karena tidak mempunyai ikatan rangkap, asam lemak tak jenuh tunggal (mono unsaturated fatty acids; MUFA) hanya memiliki satu ikatan rangkap dan asam lemak tak jenuh jamak (polyunsaturated fatty acid; PUFA) memiliki lebih dari satu ikatan rangkap. Juga dikenal asam lemak tak jenuh bentuk cis dan transisomer. Secara alamiah biasanya asam lemak tak jenuh berada sebagai bentuk cisisomer, hanya sedikit dalam bentuk trans (trans fatty acid; TFA) (Silalahi, 2006; White, 2009). Pada minyak dan lemak nabati, asam lemak jenuh kebanyakan terdapat pada posisi luar sn-1 dan sn-3 dan asam lemak tak jenuh pada bagian dalam sn-2. Sebaliknya pada lemak hewani asam lemak jenuh berada pada posisi sn-2 dengan proporsi yang besar. Perbedaan posisi asam lemak di dalam molekul lemak turut menentukan sifat kimia, fisika dan biokimia lemak. Oleh karena itu walaupun minyak A memiliki komposisi asam lemak yang sama dengan lemak B, tidak berarti bahwa keduanya memiliki nilai gizi dan sifat aterogenik yang sama (Kris- Etherton, et. al., 2005; Silalahi, 2000; Berry, 2006). Komposisi Asam Lemak (%) dari beberapa Minyak dapat dilihat pada Tabel 2.1.
Tabel 2.1 Komposisi Asam Lemak (%) dari beberapa Minyak Asam Lemak Minyak Kelapa Minyak Kelapa Sawit Minyak Jagung 6:00 - - - 8:00 7,6 - - 10:00 7,3 - - 12:00 48,2 0,1-14:00 16,6 1,2-16:00 8,0 46,8 11,5 16:01 1,0 - - 18:00 3,3 3,8 2,2 18:01 5,0 37,8 26,6 18:02 2,5 10,0 58,7 18:03 - - 0,8 20:00 0,2 0,2 0,2 (Sumber : Weiss, 1983; Ong, et. al., 1995). 2.1.3 Metabolisme Minyak dan Lemak Metabolisme dan daya cerna lemak dipengaruhi oleh panjang rantai dan posisi asam lemak didalam molekul TAG. Enzim lipase bertanggung jawab pada metabolisme lemak dalam pencernaan manusia. Enzim lipase pada manusia bekerja secara spesifik pada posisi sn-1 dan sn-3, dan tidak menghidrolisis asil pada posisi sn-2. Ada tiga sumber lipase yang aktif menghidrolisis lemak sebelum diabsorpsi. Hidrolisis lemak dimulai oleh lingual lipase dalam mulut terutama pada bayi tetapi aktivitasnya rendah pada orang dewasa dan cendrung menghidrolisis asam lemak rantai pendek. Enzim ini aktif dalam pencernaan bagian atas, menghidrolisis lemak (TAG) menjadi monoasilgliserol (MAG), diasilgliserol (DAG), dan asam lemak bebas rantai pendek. (Willis, et al, 1998; Gupta, et al, 2003; Berry, 2009). Asam lemak rantai pendek dan sedang akan lebih mudah berinteraksi dengan medium air sehingga dapat langsung diserap melalui lambung ke sirkulasi via vena porta ke hati dan segera dioksidasi untuk menghasilkan energi (Willis,
et al, 1998; Willis and Marangoni, 1999). Hal ini terutama penting pada pasien yang penyerapan lemak yang tidak baik (fat malabsorption) dan juga untuk menghasilkan energi yang cepat untuk bayi yang prematur. Asam lemak rantai pendek dan sedang juga dapat dimanfaatkan untuk mensuplai energi yang cepat dalam otot karena transportasi ke mitokondria tidak memerlukan carnitine. Di dalam lambung lemak dihidrolisis oleh lipase lambung (gastric lipase) yang juga aktif terhadap asam lemak rantai pendek dan sedang, kemudian memasuki sirkulasi via vena porta juga langsung ke hati (Silalahi, 2006; Willis and Marangoni, 1999). Bagan metabolisme lemak oleh lipase pencernaan dapat dilihat pada Gambar 2.1. TAG Mulut Lipase air liur Hati MCFA ( C12) LCFA, MAG, DAG, FFA Lambung Lipase lambung Jaringan MCFA ( C12) Usus halus LCFA, MAG, DAG, FFA Lipase pankreatik FFA, 2-MAG Jantung Lapisan mukosa usus Sistem limpatik Gambar 2.1 Metabolisme dan transportasi triasilgliserol pada manusia (sumber: Willis et al, 1998) Keterangan: TAG: Triasilgliserol, DAG: Diasilgliserol, MAG: Monoasilgliserol, MCFA: Medium chain fatty acid (asam lemak rantai sedang), LCFA: Long chain fatty acid (asam lemak rantai panjang), FFA: Free Fatty Acid (asam lemak bebas).
Lipase pankreas (pancreatic lipase) yang berada di dalam usus halus menghidrolisis tahap akhir dari lemak yang sedikit lebih aktif terhadap asam lemak pada posisi sn-1, tetapi dapat juga menghidrolisis asam lemak panjang yang berada pada posisi sn-1,3. Setelah hidrolisis asam lemak dan 2-MAG dalam bentuk misel bersama dengan cairan empedu diabsorpsi melalui mukosa intestinal. Asam lemak dalam bentuk 2-MAG yang diserap, bercampur dengan kilomikron, dan diangkut melalui saluran limpha. Asam lemak rantai panjang jenuh dalam bentuk bebas tidak diserap dengan baik, karena titik leleh yang tinggi akan berupa zat padat dan bereaksi dengan kalsium atau magnesium membentuk garam yang tak larut dalam air. Oleh karena itu, diupayakan untuk menempatkan asam lemak yang bermanfaat bagi kesehatan pada posisi sn-2 agar diserap lebih baik, tetapi asam lemak yang merugikan pada sn-1,3 agar tidak terserap (Willis, et al, 1998; Willis and Marangoni, 1999). 2.1.4 Pengujian Minyak dan Lemak Pengujian minyak atau lemak secara kimiawi didasarkan pada penelitian atau penetapan bagian tertentu dari komponen kimia minyak atau lemak. 1. Bilangan Peroksida Bilangan peroksida menyatakan oksigen yang diikat oleh asam lemak tidak jenuh pada minyak atau lemak. Bilangan peroksida merupakan nilai terpenting untuk menentukan derajat kerusakan minyak dan lemak, dimana asam lemak tidak jenuh dapat menikat oksigen pada ikatan rangkap sehingga membentuk peroksida. Semakin tinggi bilangan peroksida maka mutu minyak semakin rendah (Belitz & Grosch, 1987). 2. Bilangan Asam
Bilangan asam adalah ukuran dari jumlah asam lemak bebas, dihitung berdasarkan berat molekul dari asam lemak atau campuran asam lemak. Bilangan asam dinyatakan sebagai jumlah miligram KOH 0,1 N yang digunakan untuk menetralkan asam lemak bebas yang terdapat dalam 1 gram minyak atau lemak. Asam lemak bebas sangat menentukan mutu minyak yang digunakan sebagai minyak goreng, dimana semakin tinggi jumlah asam lemak bebas dalam minyak dan lemak maka mutu minyak dan lemak semakin rendah (Belitz & Grosch, 1987). 3. Bilangan Iodium Bilangan iodium menyatakan derajat ketidakjenuhan asam lemak penyusun minyak dan lemak. Asam lemak tidak jenuh mampu mengikat iodium dan membentuk persenyawaan yang jenuh. Bilangan iodium dapat dinyatakan sebagai banyaknya ikatan rangkap, dimana asam lemak tidak jenuh mampu mengikat iodium dan membentuk persenyawaan yang jenuh. Bilangan iodium dapat dinyatakan sebagai banyaknya gram iodium yang diikat oleh 100 gram minyak atau lemak (Belitz & Grosch, 1987). 4. Bilangan Penyabunan Bilangan penyabunan adalah jumlah alkali yang dibutuhkan untuk menyabunkan sejumlah contoh minyak atau lemak. Bilangan penyabunan dinyatakan dengan jumlah miligram KOH yang dibutuhkan untuk menyabunkan 1 gram minyak atau lemak. Bilangan penyabunan merupakan parameter untuk identitas yang berkaitan dengan berat molekul (BM) minyak atau lemak. Makin tinggi BM minyak atau lemak maka bilangan penyabunan makin rendah (Belitz & Grosch, 1987).
2.2 Enzim Enzim adalah golongan protein yang disintesis oleh sel hidup dan mempunyai fungsi penting sebagai katalisator dalam setiap reaksi metabolisme yang terjadi pada organisasi hidup. Enzim juga merupakan biokatalisator yang menunjang berbagai proses industri. Hal ini disebabkan enzim mempunyai efisiensi dan efektifitas yang tinggi, reaksinya tidak menimbulkan produk samping, serta dapat digunakan berulangkali dengan teknik amobilisasi (Lehninger, 1995). Tempat katalik (catalytic site) dari suatu enzim adalah bagian dari tempat pengikatan dimana gugus asam amino pada tempat pengikatan hanya cocok untuk beberapa senyawa saja, dengan perkataan lain enzim menunjukkan kekhususan (spesifitas) yang tinggi terhadap substratnya (Mc Gilvery & Goldstein, 1996). 2.2.1 Enzim Lipase Lipase didefinisikan sebagai enzim hidrolase untuk ester karboksilat yang mampu menghidrolisis tri-, di- dan monogliserida dengan adanya interfase antara substrat yang tidak larut air (lipid) dan fase aqueous dimana enzim berada. Secara skematik reaksi hidrolisis yang mengkatalis oleh lipase tersebut dapat diterangkan sebagai berikut : TAG + H 2 O DAG + ALB DAG + H 2 O MAG + ALB MAG + H 2 O Gliserol + ALB Keterangan: TAG: Triasilgliserol, DAG: Diasilgliserol, MAG: Monoasilgliserol serta ALB adalah asam lemak bebas (Elisabeth, 1997).
Reaksi tersebut bersifat reversibel dan lipase dapat juga mengkatalisis pembentukan gliserida dari gliserol dan asam lemak bebas. Beberapa jenis lipase juga diketahui dapat mengkatalisis reaksi reversibel hidrolisis/sintesis ester selain ester gliserol - asam karboksilat pada kondisi tertentu (Elisabeth, 1997). Klasifiakasi enzim lipase berdasarkan spesifikasinya dapat dilihat pada Tabel 2.1. Tabel 2.2 Klasifiakasi enzim lipase berdasarkan spesifikasinya Klasifikasi Enzim Lipase Spesifikasi Sumber Jaringan lemak pada Monoasilgliserol tikus Spesifik pada Penicillium Substart Mono- dan Diasilgliserol camembertii Triasilgliserol Penicillium sp. Pankreas babi Mucor miehei Posisi sn-1,3 Aspergillus niger Regiospesifik Thermomyces lanuginose Rhizomucor meihei Posisi sn-2 Candida antartica A Nonspesifik - Penicillium expansum Aspergillus sp. Pseudomonas cepacia Asilspesifik pada Asam lemak rantai pendek Penicillium roquefortii Lambung bayi Getah Caricca papaya lemak Asam lemak jenuh cis-9 Geotrichum candidum Asam lemak jenuh rantai panjang Botrystis cinerea Stereospesifik Posisi sn-1 Humicola lanugunose Pseudomonas aeruginose Fusarium solani Posisi sn-3 cutinase Lambung Kelinci (Sumber : Aechle, 2004; Villeneuve and Foglia, 1997). 2.2.2 Aktifitas Lipase dari Getah Pepaya
Enzim yang berasal dari getah buah pepaya telah lama digunakan untuk tujuan komersial dalam industri. Enzim yang biasa digunakan adalah enzim papain yang mempunyai aktifitas proteolitik. Namun juga diketahui bahwa getah buah pepaya juga mengandung enzim lipase yang mempunyai aktifitas lipolitik yang dapat digunakan untuk memodifikasi minyak atau lemak (Villeneuve & Foglia, 1997). Alternatif lain yang dapat digunakan untuk memperoleh asam lemak adalah dengan memanfaatkan aktifitas enzim. Cara enzimatik ini lebih menguntungkan karna dapat dilakukan pada temperatur kamar, tidak menghasilkan produk sampingan. Enzim yang dapat dipakai adalah lipase yang banyak tersebar di alam pada hewan, mikroba, dan tumbuhan. Banyak peneliti tertarik untuk mengetahui aktifitas lipase yang berasal dan tanaman karena dapat diambil cepat, mudah diisolasi dan dimurnikan (Villeneuve, et. al., 1997). Juga telah diketahui bahwa lipase dari getah papaya ini selektif terhadap asam lemak rantai pendek dan hanya aktif terhadap asam lemak yang terletak pada posisi sn-1,3 (Giordani, et. al, 1991). Berdasarkan aktifitas tersebut maka getah buah pepaya telah digunakan sebagai biokatalis dari sintesis trigliserida terstruktur untuk memperoleh sifat fisika dan kimia yang diharapkan. Pemanfaatan lipase dari getah buah pepaya pada minyak kelapa (Coconut oil) akan menghidrolisis trigliserida rantai pendek yang kemudian dapat dipisahkan dari trigliserida rantai sedang dan trigliserida rantai panjang. Disamping itu dapat digunakan untuk memperoleh asam lemak rantai pendek. Kecepatan hidrolisis enzim terhadap minyak kelapa mula-mula adalah relatif besar kemudian menurun dan sangat lambat (perubahan tidak terlihat secara nyata). Bilangan penyabunan
dari minyak yang tidak mengalami hidrolisis (sisa) berubah relatif cepat pada awal pendiaman kemudian menjadi lambat sampai hampir stabil. Ini menunjukkan bahwa lipase dari getah pepaya hanya selektif terhadap asam lemak rantai pendek (Silalahi, dkk, 1999).