Ekstraksi Vanili Secara Enzimatik dari Buah Vanili (Vanilla Planifolia Andrews) Segar
EKSTRAKSI VANILI SECARA ENZIMATIK DARI
BUAH VANILI (Vanilla planifolia ANDREWS) SEGAR
INDRIANA SATYA MINTARTI
SEKOLAH PASCASARJANA
INSTITUT PERTANIAN BOGOR
BOGOR
2006
PERNYATAAN MENGENAI TESIS DAN
SUMBER INFORMASI
Dengan ini saya menyatakan bahwa tesis yang berjudul: Ekstraksi Vanili
Secara Enzimatik dari Buah Vanili (Vanilla planifolia Andrews) Segar adalah
karya saya sendiri dengan bimbingan Dr. Ir. Nuri Andarwulan, MS. dan Prof. Dr.
Ir. Maggy T. Suhartono serta belum pernah diajukan dalam bentuk apapun kepada
perguruan tinggi manapun. Sumber informasi yang berasal atau dikutip dari karya
yang diterbitkan maupun tidak diterbitkan dari penulis lain, telah disebutkan
dalam teks dan dicantumkan dalam Daftar Pustaka di bagian akhir tesis ini.
Bogor, November 2006
Indriana Satya Mintarti
NIM F251034051
ABSTRAK
INDRIANA SATYA MINTARTI. Ekstraksi Vanili Secara Enzimatik dari Buah
Vanili (Vanilla Planifolia Andrews) Segar. Dibimbing oleh NURI
ANDARWULAN dan MAGGY T. SUHARTONO.
Ekstrak vanili alami biasanya diproduksi menggunakan buah vanili kering
yang telah mengalami kuring karena buah vanili segar tidak memiliki aroma.
Selama proses kuring yang kompleks dan panjang terjadi berbagai aktivitas enzim
alami dalam buah yang meliputi degradasi dinding sel serta pembentukan flavor
vanilin dari glukovanilin oleh aktifitas enzim β-glukosidase.
Berdasarkan hal tersebut maka penelitian ini bertujuan untuk
mengembangan metode ekstraksi vanili secara enzimatik langsung dari buah
vanili (Vanilla Planifolia Andrews) segar untuk mereduksi biaya dan waktu
karena glukovanilin dapat diekstrak dan secara bersamaan ditransformasi menjadi
vanilin oleh kombinasi enzim yang berhubungan dengan degradasi dinding sel
(selulase dan pektinase) dan hidrolisis glukovanilin (β -glukosidase). Selain itu,
kadar vanilin sebagai komponen flavor utama bisa lebih tinggi dibanding ekstrak
vanili kering serta persiapan sampel dengan pengeringan beku dilanjutkan
penggilingan dapat mengoptimalkan kontak antara enzim dengan substrat.
Metode penelitian terdiri dari 5 tahap yaitu: (1) Karakterisasi kimia buah
vanili segar dan kering, (2) Penentuan suhu inkubasi optimum enzim βglukosidase, (3) Ekstraksi enzimatik buah vanili segar; (a) Satu jenis enzim
komersial dengan pelarut air dan atau etanol serta (b) Dua atau tiga jenis enzim
komersial dengan pelarut etanol, (4) Optimasi ekstraksi enzimatik; (a) Konsentrasi
enzim serta (b) Waktu inkubasi enzim dan (5) Pengamatan terhadap kadar air,
serat pangan, vanilin, glukosa dan padatan terlarut.
Hasil penelitian menunjukkan bahwa vanili segar dan kering memiliki kadar
air 83.50% dan 20.48%, vanilin 0.76%bk dan 1.63%bk serta serat pangan
10.17%bk dan 9.84%bk. Ekstrak vanili kering sebagai kontrol mengandung
vanilin dan glukosa sebesar 3.28 dan 11.95%bk ekstrak. Suhu optimum bagi
aktifitas enzim β-glukosidase adalah 500 C yang menghasilkan kadar vanilin dan
glukosa 16.18 dan 75.85%bk ekstrak. Untuk perlakuan dengan 1 jenis enzim
komersial, kadar vanillin tertinggi dicapai dengan penambahan βglukosidase+air+etanol yakni 15.97%bk ekstrak dan glukosa tertinggi dicapai
dengan penambahan pektinase+air+etanol yakni 90.26%bk. Seluruh perlakuan
dengan etanol menghasilkan kadar vanilin lebih tinggi dibanding air. Unt uk
perlakuan dengan 2 atau 3 jenis enzim komersial, kadar vanilin ekstrak tertinggi
dicapai dengan perlakuan pektinase+β-glukosidase yakni 7.56%bk ekstrak dan
glukosa 90.26%bk ekstrak. Konsentrasi optimum aktifitas enzim β-glukosidase
adalah 10 unit yang menghasilkan kadar vanillin dan glukosa 15.62 dan 73.95%bk
ekstrak. Sedangkan waktu inkubasi optimumnya adalah 4 jam dengan kadar
vanilin 15.04%bk dan glukosa 73.86%bk ekstrak.
Oleh sebab itu, ekstraksi terbaik diperoleh melalui penambahan βglukosidase 10 unit terhadap 0.5901 g bk buah vanili segar menggunakan shaker
water bath terkontrol 150 rpm pada suhu 500 C selama 4 jam, yang selanjutnya
ditambahkan etanol 47.5%v/v selama 30 menit. Kondisi ekstraksi ini mampu
menghasilkan kadar vanilin 4.6 kali lebih tinggi dibanding metode ekstraksi
konvensional yang menggunakan buah vanili kering.
EKSTRAKSI VANILI SECARA ENZIMATIK DARI
BUAH VANILI (Vanilla planifolia ANDREWS) SEGAR
INDRIANA SATYA MINTARTI
Tesis
Sebagai salah satu syarat untuk memperoleh gelar
Magister Sains pada
Program Studi Ilmu Pangan
SEKOLAH PASCASARJANA
INSTITUT PERTANIAN BOGOR
BOGOR
2006
Judul Tesis
Nama
NIM
: Ekstraksi Vanili Secara Enzimatik dari Buah
Vanili (Vanilla planifolia Andrews) Segar
: Indriana Satya Mintarti
: F251034051
Disetujui
Komisi Pembimbing
Dr. Ir. Nuri Andarwulan, MS.
Ketua
Prof. Dr. Ir. Maggy T. Suhartono
Anggota
Diketahui
Ketua Program Studi
Ilmu Pangan
Dekan Sekolah Pascasarjana
Prof.Dr.Ir.Betty Sri Laksmi Jenie,MS. Prof.Dr.Ir.Khairil Anwar Notodiputro,MS.
Tanggal Ujian: 22 November 2006
Tanggal Lulus:
PRAKATA
Puji dan syukur penulis panjatkan kepada Allah SWT. karena atas izin-Nya
penulis dapat menyelesaikan tesis yang berjudul: ‘Ekstraksi Vanili Secara
Enzimatik dari Buah Vanili (Vanilla planifolia Andrews) Segar’ dengan lancar.
Penelitian ini berlangsung sejak Oktober 2005 sampai dengan Juli 2006.
Ungkapan terimakasih yang sebesar-besarnya penulis sampaikan bagi Ibu
Dr. Ir. Nuri Andarwulan, MS dan Ibu Prof. Dr. Ir. Maggy T. Suhartono selaku
pembimbing atas arahan dan dukungan yang begitu besar; Bapak Dr. Ir. Feri
Kusnandar, MSc. selaku penguji atas saran dan masukannya. Disamping itu,
penulis menyampaikan rasa terimakasih kepada Proyek Penelitian Ilmu
Pengetahuan Dasar (Fundamental), Direktorat Jenderal Pendidikan Tinggi,
Departemen Pendidikan Nasional Tahun Anggaran 2006/2007 yang telah
mensponsori penelitian, juga kepada Bapak Taufik dan Mbak Ari sebagai laboran
di SEAFAST Center, IPB, Bapak Sobirin, Bapak Rojak beserta seluruh staf
laboran Dept. Ilmu dan Teknologi Pangan, IPB, Bogor yang banyak membantu
selama pengumpulan data serta Bapak Ir. Asep Rahmat MTP., Dr. Dede Zaenal
Arif, MSc. beserta staf pengajar di Jurusan Teknologi Pangan, Fakultas Teknik,
Universitas Pasundan, Bandung yang banyak memberikan saran dalam penelitian.
Penghargaan setinggi-tingginya kepada: Ayahanda dan Ibunda tercinta Drs.
Karsono Minhar (Alm.) dan Yayat Suryati, SPd., yang tidak pernah putus
mendukung penulis baik dari segi moril maupun materil untuk menuntaskan studi
hingga jenjang ini; Adindaku Indriati SW. SPd. dan suami Juniar RS., SPd. atas
doa dan motivasinya; Jerry A. sebagai teman bertukar pikiran dalam menghadapi
masa- masa sulit dalam penyelesaian studi ini; A’ Obing, Q-bo, A’ Agus, Agus H.,
Hadie, Harry, Dani, Feri, Lala., Tri, Bu Yusphi, Hons dan teman-teman sekalian
yang tidak mungkin disebut satu-persatu, atas segala bantuan dan motivasinya.
Akhir kata, atas segala kekurangan dari segi isi maupun cara penulisannya,
penulis mohon maaf. Semoga tesis ini bermanfaat bagi siapa saja yang
membacanya. Amien.
Bogor, November 2006
Penulis
RIWAYAT HIDUP
Penulis dilahirkan di Kuningan pada tanggal 22 Desember 1977 dari ayah
Drs. Karsono Minhar (Alm.) dan ibu Yayat Suryati, SPd. Penulis merupakan putri
pertama dari 2 bersaudara.
Penulis berhasil menyelesaikan pendidikan Program D3 Akademi Gizi,
Departemen Kesehatan RI, Bandung pada tahun 1999. Selanjutnya, pada tahun
yang sama penulis mengikuti pendidikan S1 di Jurusan Teknologi Pangan,
Fakultas Teknik, Universitas Pasundan, Bandung dan lulus pada tahun 2002.
Pengalaman mengajar dimulai sejak tahun 2001 hingga 2003 sebagai assisten
dosen mata kuliah Fisika Dasar I, Fisika Dasar II, Kimia Fisik dan Kimia Analitik
di Jurusan Teknologi Pangan, Universitas Pasundan, Bandung. Selain itu juga
pernah mengajar mata pelajaran Fisika sebagai tenaga honorer di SMUN I Ciniru,
Kuningan pada tahun 2000. Pada tahun 2003, kembali melanjutkan pendidikan
untuk memperdalam ilmu pangan, khususnya bidang kimia pangan di Institut
Pertanian Bogor dengan penelitian akhir atas dukungan Proyek Penelitian Ilmu
Pengetahuan Dasar (Fundamental), Direktorat Jenderal Pendidikan Tinggi,
Departemen Pendidikan Nasional Tahun Anggaran 2006/2007.
DAFTAR ISI
Halaman
DAFTAR TABEL ……………………………………………………..
ix
DAFTAR GAMBAR ………………………………………………......
x
DAFTAR LAMPIRAN ..........................................................................
xii
PENDAHULUAN …………………………………………………......
1
Latar Belakang ......…………………………………………….....
1
Perumusan Masalah ......……………………………………….....
3
Kerangka Pemikiran .......………………………………………...
4
Tujuan Penelitian ...........………………………………………....
8
Hipotesis ......…………....……………………………………......
8
Manfaat Penelitian ..........……...………………………………....
9
TINJAUAN PUSTAKA …………………………………………….....
10
Tinjauan Statistik Komoditas Vanili Di Indonesia ........................
10
Botani, Struktur dan Senyawa Kimiawi Penyusun Buah Vanili ...
14
Prekursor dan Enzim Pembentuk Vanilin .……………………....
17
Reaksi Enzimatik Selama Proses Kuring ……………………….
21
Ekstraksi Buah Vanili ....................................................................
22
BAHAN DAN METODE PENELITIAN ............……………………...
34
Tempat dan Waktu Penelitian …………………………………...
34
Bahan dan Alat …………………………………………………..
34
Prosedur Penelitian ……………………………………………....
36
HASIL DAN PEMBAHASAN ..............................................................
47
Karakterisasi Kimia Buah Vanili Segar dan Kering ......................
47
Penentuan Suhu Inkubasi Optimum Enzim β-Glukosidase ...........
50
Ekstraksi Enzimatik Buah Vanili Segar ........................................
56
Optimasi Ekstraksi Enzimatik .......................................................
69
KESIMPULAN DAN SARAN ………………………………………..
74
Kesimpulan ………………………………………………………
74
Saran ……………………………………………………………..
75
DAFTAR PUSTAKA ………………………………………………….
76
LAMPIRAN ...........................................................................................
83
DAFTAR TABEL
Halaman
1
2
3
Rekapitulasi perlakuan 1 jenis enzim komersial dengan pelarut
air dan atau etanol untuk ekstraksi ................................................
39
Rekapitulasi perlakuan 2 atau 3 jenis enzim komersial dengan
pelarut air dan etanol untuk ekstraksi ...........................................
40
Data dasar buah vanili segar dan kering hasil pengeringan
beku ..............................................................................................
47
DAFTAR GAMBAR
Halaman
1
Reaksi hidrolisis glukovanilin oleh enzim β-glukosidase………...
6
2
Ekspor dan impor komoditas vanili di Indonesia pada tahun
1999-2003 .......................................................................................
10
Bentuk ekspor dan impor komoditas vanili di Indonesia pada
tahun 1999-2003 .............................................................................
11
Luas areal perkebunan vanilli berdasarkan status pengusahaan
di Indonesia pada tahun 1999-2003 ..............................................
12
Produksi vanili kering berdasarkan status pengusahaan di
Indonesia pada tahun 1999-2003 ....................................................
13
6
Harga vanili segar di pasar dalam negeri pada tahun 1997-2001 ..
13
7
Bunga serta buah vanili mentah (a) dan buah vanili matang (b) ....
14
8
Buah vanili kering ……….………………………………............
16
9
Struktur kimia vanilin ……..……………………………………...
17
10
Komposisi bagian dalam buah vanili dengan potongan melintang
pembesaran 20 kali ........................................................................
19
Potongan melintang buah vanili hijau dengan pembesaran
400 kali ...............…………………………………..…………….
20
12
Transformasi glukovanilin dan vanilin …………………………...
22
13
Ekstraksi vanili dengan metode perkolasi ………………………..
24
14
Struktur selulosa ………………………………………………….
26
15
Skema tahapan dalam selulolisis …..……………..........................
26
16
Struktur kimia pektin …..………………………………………...
29
17
Wilayah smooth homopolimer termetilasi pektin ………………...
30
18
Wilayah non-gelling hairy pektin ………..………………………
30
19
Model induced fit Koshland ……………………………………...
32
20
Buah Vanilla planifolia Andrews segar (a) dan kering (b)..............
35
21
Diagram alir tahapan penelitian ………………………………….
36
22
Vanili kering (a) dan segar (b) hasil pengeringan beku ..................
47
23
Penentuan suhu inkubasi optimum enzim β-glukosidase ..............
50
24
Ekstrak vanili segar yang diperoleh dengan perlakuan ekstraksi
pada suhu inkubasi enzim β-glukosidase yang berbeda ................
53
3
4
5
11
25
Kadar vanilin dan glukosa ekstrak buah vanili kering (kontrol)
dan vanili segar dengan penambahan satu jenis enzim komersial
dengan pelarut air dan atau etanol .................................................
57
Ekstrak buah vanili segar dengan penambahan satu jenis enzim
komersial dengan pelarut air dan atau etanol, dari kiri ke
kanan: air, air+etanol, selulase+air selulase+air+etanol,
pektinase+air, pektinase+air+etanol, β-glukosidase+air,
β-glukosidase+air+etanol ...............................................................
64
Kadar vanilin dan glukosa ekstrak buah vanili kering (kontrol)
dan vanili segar dengan penambahan 2 atau 3 jenis enzim
komersial dengan pelarut air+etanol ..............................................
65
Padatan terlarut ekstrak vanili segar, dari kiri ke kanan: selulase+
pektinase, selulase+β-glukosidase, pektinase
+β-glukosidase, selulase+pektinase+β-glukosidase, β-glukosidase.
66
Ekstrak vanili segar dengan penambahan 2 atau 3 jenis enzim
komersial dengan pelarut air+etanol, dari kiri ke kanan:
selulase+pektinase, selulase+β-glukosidase,
pektinase+β-glukosidase, selulase+pektinase+β-glukosidase .......
68
30
Penentuan konsentrasi optimum enzim β-glukosidase .................
69
30
Ekstrak vanili segar dengan konsentrasi enzim β-glukosidase
yang berbeda ..................................................................................
71
32
Penentuan waktu inkubasi optimum enzim β-glukosidase ...........
71
33
Ekstrak vanili segar dengan waktu inkubasi enzim β-glukosidase
yang berbeda ..................................................................................
73
26
27
28
29
DAFTAR LAMPIRAN
Halaman
1
Data dasar buah vanili segar dan kering ........................................
83
2
Kurva standar vanilin dan glukosa ……………………………….
83
3
Kadar vanilin ekstrak buah vanili segar dalam penentuan suhu
inkubasi optimum enzim β-glukosidase …………………………
85
Kadar glukosa ekstrak buah vanili segar dalam penentuan suhu
inkubasi optimum enzim β-glukosidase ………………………….
86
Kadar vanilin ekstrak buah vanili kering dan segar dengan
penambahan 1 jenis enzim komersial …………………………….
88
Kadar glukosa ekstrak vanili kering dan segar dengan
penambahan 1 jenis enzim komersial …………………………….
90
Kadar vanilin ekstrak buah vanili segar dengan
penambahan 2 atau 3 jenis enzim komersial ……………………..
93
Kadar glukosa ekstrak buah vanili segar dengan penambahan 2
atau 3 jenis enzim komersial ……………………………………...
94
Kadar vanilin ekstrak buah vanili segar dalam penentuan
konsentrasi optimum enzim β-glukosidase .………………………
96
10 Kadar glukosa ekstrak buah vanili segar dalam penentuan
konsentrasi optimum enzim β-glukosidase ………………………
98
4
5
6
7
8
9
11
12
Kadar vanilin ekstrak buah vanili segar dalam penentuan waktu
inkubasi optimum enzim β-glukosidase .…………………………
Kadar glukosa ekstrak buah vanili segar dalam penentuan waktu
inkubasi optimum enzim β-glukosidase ………………………….
99
101
1
PENDAHULUAN
LATAR BELAKANG
Vanili adalah tanaman tropis bernilai ekonomi tinggi karena merupakan
rempah termahal kedua yang diperdagangkan di dunia internasional. Harga vanili
segar rata-rata di pasar dalam negeri dari tahun 1999 sampai 2003 naik turun,
dimana pada tahun 2003 harga vanili segar melonjak tajam mencapai
Rp.301.330/kg. Sedangkan harga vanili kering pada tahun 2002 cukup tinggi
berkisar Rp.2.000.000 hingga Rp.3.000.000/kg (Deptan 2004). Informasi harga
terakhir (tahun 2006) yang diperoleh dari para petani di Kuningan dan Sumedang
adalah Rp.65.000/kg untuk vanili segar dan Rp.700.000/kg untuk vanili kering.
Berdasarkan data Biro Pusat Statistik (BPS) yang diolah Deptan (2004),
sejak tahun 2001 sampai 2003, areal terluas yang digunakan untuk tana man vanili
terdapat di provinsi Sulawesi Utara, Sulawesi Selatan dan Nusa Tenggara Timur,
dimana mayoritas berstatus Perkebunan Rakyat (PR). Produksi vanili kering yang
mayoritas merupakan PR tersebut mengalami peningkatan, dari 1.791 ton pada
tahun 1999 menjadi 1.680 ton tahun 2000, 2.196 ton tahun 2001 dan 2.730 ton
tahun 2002.
Sementara itu, ekspor vanili kering dari tahun 1999 sampai tahun 2002 terus
meningkat dan berdasarkan data sementara pada tahun 2003 melonjak tajam
hingga mencapai 6.363 ton dengan nilai 19.275.000 US$. Meski demikian, nilai
ekspor vanili turun naik sesuai dengan harga yang berlaku dipasaran, dipengaruhi
oleh ketersediaan barang, besarnya permintaan serta mutu barang. Pada tahun
2003, tiga negara tujuan ekspor terbesar dalam bentuk kering utuh (whole bean)
adalah Cina, Amerika Serikat dan Jerman. Sedangkan untuk ekspor olahan vanili
kering (other vanilla) adalah Amerika Serikat, Korea dan Singapura.
Berdasarkan data dari Trade Centre of the United Nation Conference in
Trade and Development/World Trade Organization (UNCTAD/WTO) (2002),
diacu dalam Furth dan Cox (2004), Indonesia termasuk negara terbesar disamping
Madagaskar dan Uganda yang memproduksi dan mengekspor vanili sehingga
memenuhi kebutuhan pasar dunia. Walaupun demikian, Indonesia masih
mengimpor vanili dalam bentuk kering utuh dan olahan vanili kering berupa
ekstrak vanili, oleoresin, bubuk dan lain- lain, yang digunakan untuk memenuhi
2
kebutuhan dalam negeri dan sebagian lainnya diekspor kembali. Hingga saat ini,
Indonesia belum mampu memproduksi bentuk olahan vanili kering secara
maksimal sehingga permintaan dalam negeri terhadap produk-produk tersebut
masih tergantung pada negara pengimpor seperti Korea, Amerika Serikat dan
Papua New Giunea. Hal ini kemungkinan besar disebabkan vanili kering di
Indonesia masih memiliki kualitas rendah dibanding potensi sebenarnya akibat
pemanenan buah belum cukup tua serta proses kuring yang kurang sempurna.
Diketahui bahwa vanili kering Indonesia memiliki flavor woody dan burn
sehingga kualitas ekstrak vanili alami pun menjadi rendah (Zahorik, 2006).
Ekstrak vanili merupakan salah satu bentuk vanili olahan yang lebih mudah
dan luas penggunaannya. Ekstrak vanili digunakan di seluruh dunia sebagai
flavouring agent dessert, like baked goods, es krim, minuman dan custard. Selain
itu ekstrak vanili digunakan oleh industri selain pangan seperti parfum, obatobatan dan kosmetik (de Guzman dan Siemonsma 1999).
Permintaan yang tinggi akan ekstrak vanili menyebabkan diproduksinya
vanilin sintetik yang berasal dari eugenol (minyak cengkeh), lignin (limbah bubur
kertas) dan guaiakol (petrokimia). Meskipun ekstrak vanili alami masih digunakan
oleh industri pangan, namun jumlahnya kurang dari 1% produksi vanilin. Sisanya
sebesar 99% diperoleh melalui jalur sintetik. Hal ini disebabkan harga ekstrak
vanili alami lebih mahal (sekitar 2.75 US$/oz single fold), akibat metode
penyerbukan yang digunakan adalah penyerbukan menggunakan tangan, waktu
antara penyerbukan dan pemanenan yang panjang, serta proses kuring dan metode
ekstraksi yang lama juga kompleks (http://www.uyseg.org/greener_industry/
pages/vanilin/1Vanilin_AP.htm 2005). Akan tetapi, akhir-akhir ini terjadi
kecenderungan dimana konsumen lebih menyukai ekstrak vanili alami dengan
alasan flavor yang lebih kaya dan sempurna karena adanya p- hidroksi benzaldehid
dan p- hidroksi benzil metil eter serta 130 komponen lainnya, disamping vanilin
sebagai
komponen
utama
(http://www.ang.kfunigraz.ac.at/~katzer/engl/Vani_pla.html
(98%)
2005).
Senyawa-
senyawa inilah yang mendukung terbentuknya flavor alami lembut, yang tidak
dimiliki vanilin sintetik dengan flavornya yang heavy, grassy odor dan bitter
aftertaste (Reineciuss 1994).
3
Pada level industri, ekstrak vanili alami diproses dengan metode
konvensional (maserasi atau perkolasi) selama sekitar 1 bulan menggunakan buah
yang telah melalui proses kuring karena buah vanili segar tidak memiliki aroma.
Proses kuring dimulai 1 minggu setelah pane n yang terdiri dari killing, sweating
(fermenting), drying dan conditioning. Seluruh proses ini memakan waktu kurang
lebih 5 bulan hingga dihasilkan vanili kering (cured vanilla) (Deptan 2004).
Proses fermentasi yang panjang merubah beberapa glukosida menjadi glukosa,
vanilin dan kompleks flavor lainnya. Glukosida dengan jumlah tertinggi adalah
glukovanilin yang menghasilkan vanilin oleh aktifitas enzim β-glukosidase.
Berdasarkan hal- hal yang disebutkan di atas, penelitian ini dilakukan sebagai
upaya pengembangan metode ekstraksi secara enzimatik langsung dari buah vanili
segar, untuk mereduksi biaya karena harga vanili segar dan biaya produksi lebih
murah serta untuk mereduksi waktu karena glukovanilin dapat langsung diekstrak
dari buah vanili segar dan secara bersamaan ditransformasi menjadi vanilin oleh
kombinasi enzim yang berhubungan dengan degradasi dinding sel (selulase dan
pektinase komersial) dan hidrolisis glukovanilin (β-glukosidase komersial). Selain
itu, kadar vanilin yang dihasilkan pun bisa lebih tinggi dibanding ekstrak vanili
kering akibat digunakannya β-glukosidase komersial serta metode persiapan
sampel buah vanili segar dengan cara pengeringan beku dilanjutkan dengan
penggilingan menyebabkan interaksi enzim dengan substrat lebih optimum.
PERUMUSAN MASALAH
Ekstrak vanili alami yang selama ini diproduksi pada umumnya
menggunakan buah vanili kering yang telah mengalami proses kuring dengan
metode ekstraksi vanili secara maserasi atau perkolasi selama kurang lebih 1
bulan. Proses kuring sendiri membutuhkan waktu sekitar 5 bulan, yang terdiri dari
killing, sweating (fermenting), drying dan conditioning. Selama kuring terjadi
berbagai aktifitas enzim alami dalam buah vanili yang meliputi degradasi dinding
sel serta pembentukan flavor vanilin dari glukovanilin oleh aktifitas enzim βglukosidase. Proses kuring dan ekstraksi vanili yang kompleks dan panjang
menyebabkan harga ekstrak vanili alami begitu mahal. Sebagai alternatif
pemecahan masalah ini, maka dilakukan pengembangan metode ekstraksi secara
4
enzimatik (menggunakan enzim-enzim hidrolitik komersial) terhadap buah vanili
segar yang telah mengalami persiapan sampel dengan cara pengeringan beku
dilanjutkan dengan penggilingan.
Masalah yang diteliti adalah pengaruh penggunaan enzim selulase, pektinase
dan β-glukosidase komersial serta pelarut yakni air dan atau etanol, serta efek
sinergisme ketiga enzim komersial tersebut terhadap kadar vanilin dan glukosa
yang dihasilkan dalam ekstrak vanili dari buah vanili segar. Disamping itu,
penentuan konsentrasi, waktu dan suhu inkubasi enzim yang diperlukan hingga
kadar vanilin bebas dalam ekstrak mencapai batas optimum, merupakan tahapantahapan kritis yang harus diketahui dalam pengembangan metode ekstraksi
enzimatik.
KERANGKA PEMIKIRAN
Pada level industri, ekstrak vanili alami umumnya diproses menggunakan
buah vanili kering yang telah melalui proses kuring karena buah vanili segar tidak
memiliki aroma. Proses kuring dapat dilakukan dengan beberapa cara, tapi pada
prinsipnya metode kuring yang dilakukan di Indonesia tidak jauh berbeda dengan
metode kuring klasik yang dilakukan di negara- negara lainnya seperti Madagaskar
dan Meksiko. Tahap pertama adalah killing dengan mencelupkan vanili segar ke
dalam air panas 650 C selama 2-3 menit. Setelah itu dilakukan pemeraman
(sweating atau fermenting) selama 48 jam agar terjadi reaksi enzimatik dalam
buah untuk pembentukan aroma, dimana pada tahap ini β-glukosidase mengubah
glukovanilin menjadi vanilin dan glukosa. Tempat fermentasi terbuat dari peti
kayu yang dilapisi serbuk gergaji atau styrofoam untuk mempertahankan suhu 38400 C. Tahap selanjutnya adalah pengeringan (drying) dengan sinar matahari
selama 10-20 hari dari jam 8.00-10.00, lalu dibungkus kain hitam dan dijemur
kembali jam 14.00-15.00 dan dibungkus lagi pada malam harinya. Setelah itu
dilakukan pengeringan lambat dengan suhu 28-290 C dan kelembaban 80% selama
30-35 hari. Tahap terakhir adalah pemantapan aroma (conditioning) dengan
menyimpan vanili di dalam kotak kering selama 2-3 bulan (Deptan 2004).
Buah vanili segar tidak memiliki aroma karena vanilin yang merupakan
komponen flavor utama masih terikat sebagai glukosida dan harus dibebaskan
5
melalui reaksi enzimatik. Goris (1947), diacu dalam Purseglove et al. (1981),
menemukan bahwa vanili segar mengandung paling sedikit 4 glukosida yang
menghasilkan vanilin dan komponen flavor lainnya. Glukosida dengan jumlah
tertinggi adalah glukovanilin. Selanjutnya glukovanililalkohol ditemukan dalam
jumlah yang lebih sedikit, diikuti oleh glukosida dari asam protokatekuat (asam
3,4-dihidroksi benzoat).
Adanya enzim hidrolitik yang dapat memecah glukovanilin menjadi vanilin
pertama kali dicatat oleh Lecompt tahun 1913 yang didukung oleh Arana tahun
1943 yang menyatakan itu sebagai β-glukosidase. Beberapa hasil penelitian
menunjukkan bahwa prekursor flavor terutama terakumulasi dalam jaringan
plasenta di sekeliling biji, dimana biji dan dinding buah bagian luar tidak
mengandung glukovanilin (Havkin-Frenkel et al. 2004; Kuras et al. 1999, diacu
dalam Odoux et al. 2003; Odoux et al. 2003). Aktifitas enzim β-glukosidase
sendiri beberapa kali lebih tinggi dalam dinding buah bagian luar dari pada dalam
jaringan plasenta dan glandular sel rambut (Havkin-Frenkel et al. 2004). Bahkan
Arana (1943) diacu dalam Odoux et al. (2003), menyatakan bahwa β-glukosidase
terdapat dalam dinding buah bagian luar, sedangkan jaringan plasenta sama sekali
tidak mengandung aktifitas β-glukosidase. Artinya bahwa enzim dan substrat
terdapat dalam lokasi yang berbeda dalam buah, sehingga proses kuring berfungsi
memicu terjadinya difusi glukovanilin dari bagian pusat ke permukaan buah. Di
sisi lain, menurut Odoux et al. (2003), β-glukosidase terutama berlokasi dalam
lamina plasenta dan dengan jumlah yang lebih sedikit terdapat dalam papila.
Enzim dan substrat terdapat dalam jaringan yang sama, meskipun mungkin
terdapat dalam 2 bagian berbeda di dalam sel (sitoplasma dan atau periplasma
untuk β-glukosidase dan vakuola untuk glukovanilin). Hal inilah yang
menyebabkan mengapa kuring perlu dilakukan. Hidrolisis glukovanilin yang
terjadi pada tahap pematangan lambat ketika buah menjadi hitam dan pada tahap
awal kuring, dapat disebabkan adanya perubahan tonoplas sehingga membran
sitoplasma dan dinding sel bersatu. Pada Gambar 1 ditunjukkan reaksi hidrolisis
yang
terjadi
pada
glukovanilin
oleh
β-glukosidase
(http://www.uyseg.org/greener_industry/ pages/vanilin/1Vanilin_AP.htm 2005).
6
hidrolisis
H
CHO
cincin
glukosa
H
O-CH3
vanilin
Gambar 1 Reaksi hidrolisis glukovanilin oleh enzim β-glukosidase
Metode
ekstraksi
menggunakan
buah
vanili
kering
telah
banyak
dikembangkan. Dua metode yang paling banyak digunakan adalah metode
maserasi dan perkolasi. Cowley (1973), menggunakan metode perkolasi
menggunakan buah vanili kering yang diawali dengan pemotongan buah vanili
dan pencampuran gula untuk meningkatkan viskositas, membantu memperkuat
dan menahan senyawa aromatik, meningkatkan warna serta memperpanjang umur
simpan. Selanjutnya dilakukan perkolasi (sirkulasi) menggunakan campuran
etanol dan air selama 3 sampai 4 minggu. Kemudian dilakukan aging, sentrifugasi
dan filtrasi hingga diperoleh ekstrak vanili. Metode yang lebih modern adalah
maserasi yakni dengan menempatkan buah vanili kering dalam maserator yang
dilengkapi pengaduk selama 1 sampai 3 bulan dengan penambahan etanol 60%
(Purseglove et al. 1981).
Disisi lain, penggunaan buah vanili segar sebagai bahan baku pembuatan
ekstrak sebenarnya telah dilakukan oleh industri- industri besar, meski waktu yang
diperlukan untuk ekstraksi tersebut relatif lebih lama dibanding ekstrak buah
vanili kering. Tahapannya terdiri dari seleksi buah, pencucian, pengepresan,
ekstraksi, pemurnian, pencampuran (alkohol dan air) serta pengemasan ekstrak
(http://www.hyperdictionary.com 2004). Disamping itu terdapat 2 metode
pembuatan ekstrak vanili komersial yang direkomendasikan oleh industri
(http://www.uyseg.org/greener_industry/pages/vanilin/1Vanilin_AP.htm
2005)
yakni maserasi dan perkolasi. Pada ekstraksi maserasi, vanili segar dipotong 1-2
cm dan direndam dalam alkohol 50% selama 1 tahun. Selanjutnya proses aging
dilakukan sampai 6 bulan sebelum ekstrak siap digunakan. Sedangkan pada
7
metode perkolasi, vanili segar yang telah dipotong diletakkan diatas alas
berlubang, kemudian direndam dengan alkohol 60%, dimana larutan alkohol
tersebut disirkulasi dan suhu dipertahankan 38-490 C. Proses ekstraksi ini
berlangsung selama 2 minggu, lalu dilakukan aging selama 3-6 bulan.
Perkembangan selanjutnya dalam ekstraksi vanili segar adalah dengan
menambahkan enzim komersial. Sreenath et al. (1994), menunjukkan bahwa
penambahan enzim selulase, pektinase atau kombinasi keduanya menghasilkan
nilai perolehan kembali (recovery) 81-86%. Nilai perolehan kembali ini lebih
tinggi dibanding sampel yang tidak mengalami perlakuan enzim yakni sebesar
72%. Penemuan mengenai ekstraksi vanili segar menggunakan enzim kemudian
dipatenkan oleh Brunerie (1998) (U.S. patent 5705205). Hasil penelitiannya
menunjukkan bahwa penggunaan enzim pektinase dan hemiselulase dalam
ekstraksi vanili segar diikuti penambahan etanol 50%v/v mampu menghasilkan
kadar vanilin lebih tinggi dibanding ekstraksi tanpa penambahan enzim.
Selanjutnya Ruiz- Teran et al. (2001), melaporkan bahwa ekstraksi vanili segar
dalam 2 tahap reaksi enzimatik menggunakan Viscozyme lalu Celluclast yang
mengandung aktifitas pektinase dan selulase, diikuti penambahan etanol 47,5%v/v
menghasilkan kadar vanilin ekstrak 3.13 kali lebih tinggi dibanding ekstrak vanili
kering metode Soxhlet. Selain itu, Waliszewski et al. (2003), merekomendasikan
penelitiannya yang menggunakan enzim komersial Crystalzyme PML-MX (Valley
Reserarch Inc), Novozym 342 (Novo Nordisk) dan Zymafilt L-300 (Enmex) dengan
aktifitas selulosik tinggi di dalam etanol konsentrasi 5-12%, diikuti dengan
ekstraksi vanilin dengan etanol 60%v/v. Hasilnya menunjukkan bahwa
konsentrasi vanilin ekstrak buah vanili segar dengan Novozym, Crystalzyme dan
Zymafilt adalah lebih tinggi dibanding ekstraksi tanpa penambahan enzim.
Berdasarkan uraian diatas, diketahui bahwa penggunaan metode ekstraksi
vanili secara enzimatik dari buah vanili segar memiliki prospek yang cukup baik
terutama karena perolehan kembali vanilin yang dihasilkan jauh lebih tinggi
dalam waktu relatif singkat. Dengan kata lain, penelitian ini bertujuan untuk
mengembangkan metode ekstraksi vanili dalam rangka mengatasi keterbatasan
metode ekstraksi kovensional yang begitu kompleks dan panjang. Enzim yang
digunakan dalam penelitian ini adalah enzim selulase dan pektinase komersial
8
yang mampu mendegradasi dinding sel serta β-glukosidase komersial yang dapat
menghidrolisis glukovanilin. Disamping itu, dilakukan metode persiapan sampel
buah vanili segar dengan cara pengeringan beku dilanjutkan dengan penggilingan
sehingga luas permukaan bahan lebih besar yang menyebabkan interaksi enzim
dengan substrat lebih optimum. Hal ini berbeda dengan penelitian ekstraksi
enzimatik buah vanili segar lainnya, yang pada umumnya menggunakan buah
vanili segar utuh dengan suhu penyimpanan 40 C sebelum percobaan dilakukan.
TUJUAN PENELITIAN
Tujuan Umum
Tujuan penelitian ini secara umum adalah untuk mendapatkan metode
ekstraksi vanili secara enzimatik dari buah vanili segar.
Tujuan Khusus
Tujuan yang lebih khusus dari penelitian ini antara lain:
1. Mengetahui karakteristik kimia buah vanili segar dan kering.
2. Menentukan suhu inkubasi optimum enzim β-glukosidase.
3. Menentukan pengaruh penggunaan enzim selulase, pektinase dan βglukosidase komersial secara tunggal maupun kombinasi serta penggunaan
pelarut air dan atau etanol terhadap kadar vanilin dan glukosa dalam ekstrak
vanili dari buah vanili segar.
4. Menentukan konsentrasi optimum enzim terpilih yang terbaik.
5. Menentukan waktu inkubasi optimum enzim terpilih yang terbaik.
6. Mengetahui karakteristik kimia ekstrak vanili segar.
HIPOTESIS
Hipotesis dari penelitian ini adalah penambahan enzim selulase, pektinase
dan β-glukosidase komersial secara tunggal maupun kombinasi serta penambahan
pelarut air dan atau etanol akan berpengaruh terhadap kadar vanilin dan glukosa
ekstrak vanili segar. Ekstrak vanili segar yang diperoleh melalui optimasi metode
ekstraksi enzimatik memiliki kadar vanilin dan glukosa yang lebih tinggi
dibanding ekstrak buah vanili segar dan vanili kering sebagai kontrol tanpa
penambahan enzim komersial.
9
MANFAAT PENELITIAN
Penelitian ini diharapkan dapat berguna bagi:
1. Industri flavor agar mendapatkan ekstrak vanili alami dengan kadar vanilin
tinggi dan waktu ekstraksi yang singkat.
2. Pengembangan diversifikasi hasil olahan vanili disamping ekstrak, seperti
vanilla flavouring, vanilla tincture, vanilla oleoresin, vanilla-vanilin extract
and flavoring, solvent-extracted product for perfume, perfumery vanilla
tincture, vanilla absolute dan lain- lain.
10
TINJAUAN PUSTAKA
TINJAUAN STATISTIK KOMODITAS VANILI DI INDONESIA
Salah satu komoditas hasil perkebunan yang mempunyai nilai ekonomi
relatif tinggi adalah buah vanili. Trend ekspor dan impor vanili di Indonesia dari
tahun 1999 sampai dengan 2003 dapat dilihat pada Gambar 2.
7000
volume (ton)
6363
ekspor
impor
6000
5000
3599
4000
3000
2000
1514
1000
0
339
147
350
58
468
1999
2000
2001
230
116
2002
2003
tahun
Gambar
2
Ekspor dan impor komoditas vanili di
pada tahun 1999-2003 ( BPS, diolah Deptan 2004)
Indonesia
Bentuk komoditas vanili yang diekspor dan diimpor dapat dikelompokkan
menjadi 2 yakni whole bean dan other vanilla. Bentuk whole bean merupakan
bentuk vanili utuh kering yang telah menga lami proses kuring. Sedangkan other
vanilla merupakan bentuk olahan vanili lainnya setelah dilakukan proses kuring,
yakni berupa ekstrak vanili, oleoresin, bubuk dan lain- lain. Adapun bentuk
komoditas vanili yang diekspor dan impor dapat dilihat pada Gambar 3.
Berdasarkan data Biro Pusat Statistik (BPS) yang diolah Deptan (2004), 3
negara tujuan ekspor Indonesia terbesar pada tahun 2002 untuk bentuk vanili utuh
kering antara lain Amerika Serikat 241.786 ton, Jerman 51.315 ton dan Hongkong
9.356 ton. Posisi ini berubah pada tahun 2003 dimana peringkat pertama
digantikan oleh Cina sebesar 6.000.000 ton, disusul Amerika Serikat 190.010 ton
dan Jerman 25.028 ton. Untuk ekspor olahan vanili, 3 negara tujuan ekspor
Indonesia terbesar pada tahun 2002 antara lain Cina sebesar 3.000.000 ton,
Malaysia 216.919 ton dan Amerika Serikat 36.539 ton. Posisi ini berubah pada
11
tahun 2003 dimana urutan pertama digantikan oleh Amerika Serikat 63.971 ton,
disusul Korea 26.030 ton dan Singapura 19.815 ton. Sedangkan data dari Cina
sendiri yang tahun sebelumnya menempati peringkat pertama sebagai negara
tujuan ekspor bentuk olahan vanili Indonesia, masih belum tercantum.
7000
5000
volume (ton)
6233
ekspor vanili utuh
impor vanili utuh
ekspor olahan vanili
impor olahan vanili
6000
4000
3278
3000
2000
1477
1000
0
213
126
10
14
1999
280
25
70
34
2000
412 58
50 180
2001
321
38
53
2002
130
64
2003
tahun
Gambar 3 Bentuk ekspor dan impor komoditas vanili di Indonesia
pada tahun 1999-2003 (BPS, diolah Deptan 2004)
Negara pengimpor terbesar pada tahun 2002 berdasarkan data Biro Pusat
Statistik (BPS) yang diolah Deptan (2004), untuk bentuk vanili utuh kering adalah
Papua New Giunea 1.476.789 ton. Pada tahun 2003, 3 negara pengimpor terbesar
adalah Papua New Giunea sebesar 53.418 ton, Amerika Serikat 8.121 ton dan
Singapura 1.050 ton. Sedangkan untuk impor olahan vanili, 3 negara pengimpor
terbesar pada tahun 2002 antara lain Timor Timur 14.804 ton, Australia 10.457
ton dan Malaysia 8.277 ton. Posisi ini berubah pada tahun 2003 dimana posisi
pertama digantikan oleh Korea 33.025 ton, disusul Amerika Serikat 16.814 ton
dan Papua New Giunea 1.148 ton. Sedangkan data dari Timor Timur sendiri yang
tahun sebelumnya menempati urutan pertama sebagai negara pengimpor, masih
belum tercantum.
Negara terbesar yang memproduksi dan mengekspor vanili, dimana
memenuhi kebutuhan pasar dunia adalah Indonesia (682 ton, 40%), Madagaskar
12
(673 ton, 40%), Comoros (211 ton, 12%), dan Tonga (38 ton, 2%). Negara Asia
Tenggara lainnya yang mengekspor sejumlah kecil vanili adalah Malaysia,
Filipina, Thailand dan Singapura (de Guzman dan Siemonsma 1999). Adapun
profil luas area perkebunan vanilli berdasarkan status pengusahaan di Indonesia
dapat dilihat pada Gambar 4.
18000
16000
15796
15502
14571
15796
14624
14000
luas (Ha)
12000
Perkebunan Rakyat
Perkebunan Negara
Perkebunan Swasta
10000
8000
6000
4000
2000
0
128
0
1999
121
0
2000
125
126
126
0
2001
0
2002
0
2003
tahun
Gambar 4 Luas areal perkebunan vanilli berdasarkan status pengusahaan
di Indonesia pada tahun 1999-2003 (BPS, diolah Deptan 2004)
Berdasarkan data Biro Pusat Statistik (BPS) yang diolah Deptan (2004), luas
areal tanaman vanili yang mayoritas Perkebunan Rakyat (PR) tersebut, tersebar di
berbagai provinsi di Indonesia. Sejak tahun 2001 sampai 2003 areal terluas yang
digunakan untuk tanaman vanilli terdapat di Prov. Sulawesi Utara dengan rata-rata
5877 ha, Sulawesi Selatan 2742 ha dan Nusa Tenggara Timur 2175 ha. Di
provinsi lainnya pun terdapat perkebunan vanilli milik rakyat, tapi dengan luas
yang lebih rendah, kecuali untuk Provinsi Nanggroe Aceh Darussalam, Riau,
Bangka Belitung, DKI Jakarta, Kalimantan Barat, Kalimantan Tengah, Sulawesi
Tenggara dan Irian Jaya yang sama sekali tidak memiliki perkebunan vanili
dengan status PR, Perkebunan Negara (PN) maupun Perkebunan Swasta (PS).
Adapun profil produksi vanilli kering berdasarkan status pengusahaan dapat
dilihat pada Gambar 5.
13
3000
2730
2372
2500
jumlah (ton)
2196
2000
1791
1680
Perkebunan Rakyat
Perkebunan Negara
Perkebunan Swasta
1500
1000
500
0
1
0
1999
1
0
2000
2
3
1
0
0
0
2001
2002
2003
tahun
Gambar 5 Produksi vanili kering berdasarkan status pengusahaan di
Indonesia pada tahun 1999-2003 (BPS, diolah Deptan 2004)
Seperti halnya harga vanili kering, harga vanili segar pun naik turun. Profil
harga vanili segar rata-rata di pasar dalam negeri dapat dilihat pada Gambar 6
(BPS, diolah Deptan 2004). Harga tahun 2000 dan 2001 yang terlihat pada
Gambar 6 adalah data daerah Provinsi Jawa Tengah. Pada awal tahun 2005 ini,
menurut informasi yang diperoleh dari para petani di Kabupaten Kuningan, Jawa
Barat, harga vanilli segar berkisar Rp.65.000/kg dan vanili kering Rp.700.000/kg.
350
301.33
harga (000 Rp/kg)
300
250
200
150
100
60.53
54.03
55.12
1997
1998
1999
79.87
50
0
2000
2001
tahun
Gambar 6 Harga vanili segar di pasar dalam negeri pada tahun 1997-2001
(BPS, diolah Deptan 2004)
14
BOTANI, STRUKTUR DAN SENYAWA KIMIAWI
PENYUSUN BUAH VANILI
Secara sistematik, vanili termasuk bunga monokotil famili Orchidaceae
yang merupakan famili tumbuhan bunga terbesar dengan 700 genus dan 20.000
spesies. Untuk tujuan komersial, terdapat 3 spesies yang mempunyai nilai
ekonomi tinggi yakni Vanilla planifolia Andrews, Vanilla pompana Schieda dan
Vanilla tahitensis JW Moore. Jenis vanili yang paling banyak ditemui di
Indonesia adalah Vanilla fragrans (Salibs.) Ames (syn. V. planifolia Andrews)
yang sangat terkenal bermutu tinggi dan menduduki peringkat 1 dunia karena
kadar vanilinnya yang tinggi (Deptan 2004). Buah vanili jenis V. planifolia
Andrews dapat dilihat pada Gambar 7 (http://www.uyseg.org/greener_industry/
pages/vanilin/1Vanilin_AP.htm 2005; http:// www.ipa.gov.pg.com 2005).
(a)
(b)
Gambar 7 Bunga serta buah vanili mentah (a) dan buah vanili matang (b)
Vanili dapat tumbuh dengan baik di iklim tropis dengan curah hujan 10003000 mm/tahun, suhu 200 C serta kelembaban 60-80%. Tanaman vanili merupakan
tanaman hutan dan hidup di bawah naungan pohon-pohon rindang. Tanaman ini
tumbuh melekat pada pohon dengan sulur panjatnya, hingga mencapai tinggi
berpuluh-puluh meter (http://www.kpel.or.id/TTGP/komoditi/PANILI1 2005)
Tanaman vanili mulai masuk ke Pulau Jawa pada tahun 1846 oleh
Teysmann, Direktur Buitenzorg Botanic Garden (Kebun Raya Bogor). Ia
menemukan metode yang memuaskan dengan penyerbukan menggunakan tangan.
Metode ini dilakukan karena penyerbukan bunga V. planifolia Andrews alami
15
hanya dapat terjadi di Meksiko, Guatemala dan bagian lain dari Amerika Tengah,
yakni dengan lebah genus Melapona, disamping burung kolibri yang juga
diperkirakan sebagai agen penyerbukan. Metode penyerbukan menggunakan
tangan ditemukan pertama kali oleh Morren di Liege tahun 1836 dan Edmond
Albius yang menemukan metode praktis penyerbukan buatan pada tahun 1841,
dimana metode ini masih digunakan sampai sekarang (Purseglove et al. 1981).
Tanaman vanili akan berbunga setelah 2 tahun, mulai berbuah setelah 3
tahun dan mencapai hasil maksimum dalam waktu 10-12 tahun. Vanili berbunga
satu kali dalam setahun dan hanya 50 bunga dari setiap tanaman yang dapat
dilakukan penyerbukan menggunakan tangan (Heath dan Reineccius 1986).
Setelah pembuahan berhasil, buah membutuhkan waktu 6 bulan untuk mencapai
ukuran yang maksimal (6-10 inci) dan 8-9 bulan untuk matang. Masa panen vanili
di Indonesia berlangsung sekitar 2-3 bulan antara Mei sampai dengan Juli
(http://www.kpel.or.id/TTGP/komoditi/PANILI1 2005).
Buah vanili berbentuk silinder dengan panjang 10-25 cm dan diameter 5-15
mm (Purseglove et al. 1981). Secara prinsip terdapat 2 bagian dalam buah vanili
yakni dinding buah atau daerah hijau yang meliputi epidermis, ground dan
jaringan vaskular dari dinding buah. Kedua adalah bagian putih yang terdiri dari 3
plasenta parietal (tidak termasuk biji) dan 3 pita dari glandular rambut yang
berperan penting dalam biosintesis vanilin. Daerah hijau terdapat sekitar 60% dan
daerah putih serta biji masing- masing sekitar 20% dari berat buah.
Epidermis mengandung sel-sel epidermal dengan diameter yang sama.
Setiap sel epidermal mengandung suatu kristal romboidal dari kalsium oksalat dan
terikat rapat di dinding sel. Dinding buah me ngandung suatu cincin yang terdiri
dari 15 bundel vaskular yang tidak bercabang, dimana masing- masing
mengandung satu untai silem terdiri dari elemen-elemen anular sampai helikal
serta retikulat dan floem dengan satu sclerotic bundle sheath.
Jaringan di luar cincin bundel vaskular terdiri dari sel-sel parenkim
berdinding tipis. Setiap dasar sel parenkim dalam dinding buah bagian luar
mengandung kloroplas dan kadang-kadang kristal romboidal kalsium oksalat.
Dinding buah bagian luar yang mengandung kantung rafid dapat melepaskan rafid
yang mengandung mucilage jika buah dipotong. Dibandingkan dengan dinding
16
buah bagian luar, jaringan dinding di samping cincin dari bundel vaskular
mengandung sel-sel lebih besar, tapi sedikit mengandung kloroplas sehingga tidak
begitu hijau.
Perkembangan buah menyebabkan rambut inter plasenta membentuk
dinding yang lunak dan suatu sitoplasma yang kompleks. Akibat ukuran, jumlah
dan lunaknya dinding, rambut dengan mudah dapat dilihat dalam potongan
melintang buah vanili sebagai 3 lustrous white band. Beberapa biji dapat tertekan
masuk ke dalam rambut dalam buah matang. Dimana sel-sel rambut tersebut
mengandung sejumlah besar lemak, yang dilepaskan ke dalam lokul dan
menyelimuti biji jika kemudian rambut tersebut matang dalam buah masak
(Havkin-Frenkel et al. 2004). Struktur buah vanili segar sebagaimana telah
dijelaskan di atas, akan berubah jika buah mengalami proses kuring (Gambar 8)
(http://wwwchem.uwimona.edu.jm:1104/lectures/vanilla.html 2005).
Gambar 8 Buah vanili kering
Vanilin merupakan komponen aroma utama yang terdapat dalam buah vanili
yakni sebesar 85% dari total senyawa volatil. Komponen lainnya adalah phidroksi benzaldehid (sampai 9%) dan p-hidroksi benzil metil eter (1%).
Disamping itu, khusus untuk vanili Tahiti memiliki flavor berbeda akibat adanya
komponen tambahan yakni piperonal (heliotropin, 3,4-dioksimetilen benzaldehid)
dan diasetil (butandion) (http://www.portal.remarkablefoods.com 2005).
Selain prekursor dan enzim pembentuk flavor, buah vanili mengandung
komponen zat gizi lengkap yang meliputi protein, lemak, karbohidrat, vitamin dan
mineral. Menurut de Guzman dan Siemonsma (1999), per 100 g berat buah vanili
17
kering Vanilla planifolia Andrews, mengandung 20 g air, 3-5 g protein, 11 g
lemak, 7-9 g gula, 15-20 g serat, 5-10 g abu, 1.5-3 g vanilin, 2 g soft resin dan
asam vanilat yang tidak berflavor.
PREKURSOR DAN ENZIM PEMBENTUK VANILIN
DI DALAM BUAH VANILI
Flavor dan aroma unik vanili berasal dari senyawa fenolik vanilin (98% dari
total komponen flavor vanili) serta dari senyawa lainnya. Vanilin (4-hidroksi-3metoksi benzaldehid) dengan rumus kimia C8 H8 O3 dan berat molekul 152.14
merupakan komponen utama senyawa aromatik volatil dari buah vanili
(http://wwwchem.uwimona.edu.jm:1104/lectures/vanilla.html
kimia
senyawa
vanilin
dapat
dilihat
pada
2005).
Struktur
Gambar
9
(http://www.uyseg.org/greener_industry/ pages/vanilin/1Vanilin_AP.htm 2005).
Gambar 9 Struktur kimia vanilin
Senyawa vanilin dapat diperoleh melalui kerja enzim terhadap suatu
komponen heterosida (glukosida). Prekursor vanilin dalam buah vanili hijau
adalah koniferosida, dimana melalui reaksi oksidasi akan terpecah menjadi
vanilosida (glukovanilin) yang menghasilkan vanilin dan glukosa jika dihidrolisis
oleh enzim. Disamping itu, terdapat mekanisme alternatif dari pembentukan
vanilin dimana glukosida dari vanililalkohol dioksidasi menjadi glukovanilin.
Selanjutnya diketahui bahwa vanili hijau mengandung paling sedikit 4 glukosida
yang menghasilkan vanilin dan komponen flavor lainnya. Jumlah yang terbanyak
adalah glukovanilin, sedangkan glukovanililalkohol ditemukan dalam jumlah
yang lebih sedikit, diikuti oleh glukosida dari asam protokatekuat (asam 3,4dihidroksibenzoat) (Purseglove et al. 1981).
18
Setelah penyerbukan, sejumlah besar serbuk sari mendekati putik. Tabung
serbuk sari terdapat dalam 3 kelompok, dimana masing- masing berlokasi dalam
suatu kantung pada salah satu sisi dari setiap 3 plasenta, diapit oleh rambut.
Biasanya glandular rambut mulai berkembang cepat dalam wilayah antara
plasenta. Masing- masing rambut tidak bercabang dan kemudian mencapai panjang
sekitar 300 mikrometer (Gambar 10). Rambut menjadi terikat bersama-sama
selama masa pengembangan dan kemudian rusak lalu melepaskan kandungannya
ke dalam lokul. Rambut yang berkembang memiliki banyak retikulum
endoplasma, struktur ribosom dan plastida yang mengandung globula lemak dan
komponen lainnya yang menandai adanya sel-sel aktif secara metabolik. Swamy
(1947) diacu dalam Odoux et al. (2003), menunjukkan bahwa vanilin dihasilkan
dalam glandular rambut. Pendapat ini dikonfirmasi oleh Havkin-Frenkel et al.
(2004), yang membuktikan bahwa vanilin dan intermediet yang berhubungan
dalam biosintesis vanilin terakumulasi dalam jaringan putih bagian dalam (pada
buah matang), di sekeliling rambut plasenta. Dengan kata la in selama
pengembangan buah yakni sekitar 8-10 bulan, prekursor flavor terakumulasi
dalam jaringan plasenta disekeliling biji. Ditemukan juga bahwa jaringan plasenta
mengandung intermediet dari biosintesis vanilin yang meliputi asam 4-kumarat, 4hidroksi benzaldehid dan 3,4-dihidroksi benzaldehid.
Penemuan Kuras et al. (1999) diacu dalam Odoux et al. (2003),
menunjukkan bahwa dalam buah matang, prekursor vanilin terutama terdapat
dalam plasenta dan pada jumlah yang lebih sedikit terdapat dalam papila.
Keberadaan glukovanilin dalam bagian tengah buah yang mengelilingi biji
(plasenta dan papila) berhubungan dengan adanya pengaruh komponen fenolik
dalam germinasi biji. Hal ini didukung oleh hipotesis Swamy (1947) diacu dalam
Odoux et al. (2003), mengenai adanya pengaruh papila dalam biosintesis
prekursor aroma glikosilasi yang selanjutnya akan disekresikan ke dalam medium
di sekeliling biji. Sedangkan biji sendiri menurut Odoux et al. (2003), tidak
mengandung glukovanilin sama sekali. Beberapa hasil penelitian di atas,
mematahkan hipotesis Arana (1943) diacu dalam Odoux et al. (2003), yang
menyatakan bahwa glukovanilin terutama terdistribusi dalam dinding buah bagian
luar (60-80% dari total glukovanilin), sementara bagian pusat buah yakni jaringan
19
plasenta serta biji hanya mengandung 20-40% dari total glukovanilin. Pada
Gambar 10 ditunjukkan jaringan plasenta yang mengelilingi biji (berwarna hitam)
dan sel rambut yang merupakan daerah hijau.
korteks
sel rambut
biji
jaringan plasenta
Gambar
BUAH VANILI (Vanilla planifolia ANDREWS) SEGAR
INDRIANA SATYA MINTARTI
SEKOLAH PASCASARJANA
INSTITUT PERTANIAN BOGOR
BOGOR
2006
PERNYATAAN MENGENAI TESIS DAN
SUMBER INFORMASI
Dengan ini saya menyatakan bahwa tesis yang berjudul: Ekstraksi Vanili
Secara Enzimatik dari Buah Vanili (Vanilla planifolia Andrews) Segar adalah
karya saya sendiri dengan bimbingan Dr. Ir. Nuri Andarwulan, MS. dan Prof. Dr.
Ir. Maggy T. Suhartono serta belum pernah diajukan dalam bentuk apapun kepada
perguruan tinggi manapun. Sumber informasi yang berasal atau dikutip dari karya
yang diterbitkan maupun tidak diterbitkan dari penulis lain, telah disebutkan
dalam teks dan dicantumkan dalam Daftar Pustaka di bagian akhir tesis ini.
Bogor, November 2006
Indriana Satya Mintarti
NIM F251034051
ABSTRAK
INDRIANA SATYA MINTARTI. Ekstraksi Vanili Secara Enzimatik dari Buah
Vanili (Vanilla Planifolia Andrews) Segar. Dibimbing oleh NURI
ANDARWULAN dan MAGGY T. SUHARTONO.
Ekstrak vanili alami biasanya diproduksi menggunakan buah vanili kering
yang telah mengalami kuring karena buah vanili segar tidak memiliki aroma.
Selama proses kuring yang kompleks dan panjang terjadi berbagai aktivitas enzim
alami dalam buah yang meliputi degradasi dinding sel serta pembentukan flavor
vanilin dari glukovanilin oleh aktifitas enzim β-glukosidase.
Berdasarkan hal tersebut maka penelitian ini bertujuan untuk
mengembangan metode ekstraksi vanili secara enzimatik langsung dari buah
vanili (Vanilla Planifolia Andrews) segar untuk mereduksi biaya dan waktu
karena glukovanilin dapat diekstrak dan secara bersamaan ditransformasi menjadi
vanilin oleh kombinasi enzim yang berhubungan dengan degradasi dinding sel
(selulase dan pektinase) dan hidrolisis glukovanilin (β -glukosidase). Selain itu,
kadar vanilin sebagai komponen flavor utama bisa lebih tinggi dibanding ekstrak
vanili kering serta persiapan sampel dengan pengeringan beku dilanjutkan
penggilingan dapat mengoptimalkan kontak antara enzim dengan substrat.
Metode penelitian terdiri dari 5 tahap yaitu: (1) Karakterisasi kimia buah
vanili segar dan kering, (2) Penentuan suhu inkubasi optimum enzim βglukosidase, (3) Ekstraksi enzimatik buah vanili segar; (a) Satu jenis enzim
komersial dengan pelarut air dan atau etanol serta (b) Dua atau tiga jenis enzim
komersial dengan pelarut etanol, (4) Optimasi ekstraksi enzimatik; (a) Konsentrasi
enzim serta (b) Waktu inkubasi enzim dan (5) Pengamatan terhadap kadar air,
serat pangan, vanilin, glukosa dan padatan terlarut.
Hasil penelitian menunjukkan bahwa vanili segar dan kering memiliki kadar
air 83.50% dan 20.48%, vanilin 0.76%bk dan 1.63%bk serta serat pangan
10.17%bk dan 9.84%bk. Ekstrak vanili kering sebagai kontrol mengandung
vanilin dan glukosa sebesar 3.28 dan 11.95%bk ekstrak. Suhu optimum bagi
aktifitas enzim β-glukosidase adalah 500 C yang menghasilkan kadar vanilin dan
glukosa 16.18 dan 75.85%bk ekstrak. Untuk perlakuan dengan 1 jenis enzim
komersial, kadar vanillin tertinggi dicapai dengan penambahan βglukosidase+air+etanol yakni 15.97%bk ekstrak dan glukosa tertinggi dicapai
dengan penambahan pektinase+air+etanol yakni 90.26%bk. Seluruh perlakuan
dengan etanol menghasilkan kadar vanilin lebih tinggi dibanding air. Unt uk
perlakuan dengan 2 atau 3 jenis enzim komersial, kadar vanilin ekstrak tertinggi
dicapai dengan perlakuan pektinase+β-glukosidase yakni 7.56%bk ekstrak dan
glukosa 90.26%bk ekstrak. Konsentrasi optimum aktifitas enzim β-glukosidase
adalah 10 unit yang menghasilkan kadar vanillin dan glukosa 15.62 dan 73.95%bk
ekstrak. Sedangkan waktu inkubasi optimumnya adalah 4 jam dengan kadar
vanilin 15.04%bk dan glukosa 73.86%bk ekstrak.
Oleh sebab itu, ekstraksi terbaik diperoleh melalui penambahan βglukosidase 10 unit terhadap 0.5901 g bk buah vanili segar menggunakan shaker
water bath terkontrol 150 rpm pada suhu 500 C selama 4 jam, yang selanjutnya
ditambahkan etanol 47.5%v/v selama 30 menit. Kondisi ekstraksi ini mampu
menghasilkan kadar vanilin 4.6 kali lebih tinggi dibanding metode ekstraksi
konvensional yang menggunakan buah vanili kering.
EKSTRAKSI VANILI SECARA ENZIMATIK DARI
BUAH VANILI (Vanilla planifolia ANDREWS) SEGAR
INDRIANA SATYA MINTARTI
Tesis
Sebagai salah satu syarat untuk memperoleh gelar
Magister Sains pada
Program Studi Ilmu Pangan
SEKOLAH PASCASARJANA
INSTITUT PERTANIAN BOGOR
BOGOR
2006
Judul Tesis
Nama
NIM
: Ekstraksi Vanili Secara Enzimatik dari Buah
Vanili (Vanilla planifolia Andrews) Segar
: Indriana Satya Mintarti
: F251034051
Disetujui
Komisi Pembimbing
Dr. Ir. Nuri Andarwulan, MS.
Ketua
Prof. Dr. Ir. Maggy T. Suhartono
Anggota
Diketahui
Ketua Program Studi
Ilmu Pangan
Dekan Sekolah Pascasarjana
Prof.Dr.Ir.Betty Sri Laksmi Jenie,MS. Prof.Dr.Ir.Khairil Anwar Notodiputro,MS.
Tanggal Ujian: 22 November 2006
Tanggal Lulus:
PRAKATA
Puji dan syukur penulis panjatkan kepada Allah SWT. karena atas izin-Nya
penulis dapat menyelesaikan tesis yang berjudul: ‘Ekstraksi Vanili Secara
Enzimatik dari Buah Vanili (Vanilla planifolia Andrews) Segar’ dengan lancar.
Penelitian ini berlangsung sejak Oktober 2005 sampai dengan Juli 2006.
Ungkapan terimakasih yang sebesar-besarnya penulis sampaikan bagi Ibu
Dr. Ir. Nuri Andarwulan, MS dan Ibu Prof. Dr. Ir. Maggy T. Suhartono selaku
pembimbing atas arahan dan dukungan yang begitu besar; Bapak Dr. Ir. Feri
Kusnandar, MSc. selaku penguji atas saran dan masukannya. Disamping itu,
penulis menyampaikan rasa terimakasih kepada Proyek Penelitian Ilmu
Pengetahuan Dasar (Fundamental), Direktorat Jenderal Pendidikan Tinggi,
Departemen Pendidikan Nasional Tahun Anggaran 2006/2007 yang telah
mensponsori penelitian, juga kepada Bapak Taufik dan Mbak Ari sebagai laboran
di SEAFAST Center, IPB, Bapak Sobirin, Bapak Rojak beserta seluruh staf
laboran Dept. Ilmu dan Teknologi Pangan, IPB, Bogor yang banyak membantu
selama pengumpulan data serta Bapak Ir. Asep Rahmat MTP., Dr. Dede Zaenal
Arif, MSc. beserta staf pengajar di Jurusan Teknologi Pangan, Fakultas Teknik,
Universitas Pasundan, Bandung yang banyak memberikan saran dalam penelitian.
Penghargaan setinggi-tingginya kepada: Ayahanda dan Ibunda tercinta Drs.
Karsono Minhar (Alm.) dan Yayat Suryati, SPd., yang tidak pernah putus
mendukung penulis baik dari segi moril maupun materil untuk menuntaskan studi
hingga jenjang ini; Adindaku Indriati SW. SPd. dan suami Juniar RS., SPd. atas
doa dan motivasinya; Jerry A. sebagai teman bertukar pikiran dalam menghadapi
masa- masa sulit dalam penyelesaian studi ini; A’ Obing, Q-bo, A’ Agus, Agus H.,
Hadie, Harry, Dani, Feri, Lala., Tri, Bu Yusphi, Hons dan teman-teman sekalian
yang tidak mungkin disebut satu-persatu, atas segala bantuan dan motivasinya.
Akhir kata, atas segala kekurangan dari segi isi maupun cara penulisannya,
penulis mohon maaf. Semoga tesis ini bermanfaat bagi siapa saja yang
membacanya. Amien.
Bogor, November 2006
Penulis
RIWAYAT HIDUP
Penulis dilahirkan di Kuningan pada tanggal 22 Desember 1977 dari ayah
Drs. Karsono Minhar (Alm.) dan ibu Yayat Suryati, SPd. Penulis merupakan putri
pertama dari 2 bersaudara.
Penulis berhasil menyelesaikan pendidikan Program D3 Akademi Gizi,
Departemen Kesehatan RI, Bandung pada tahun 1999. Selanjutnya, pada tahun
yang sama penulis mengikuti pendidikan S1 di Jurusan Teknologi Pangan,
Fakultas Teknik, Universitas Pasundan, Bandung dan lulus pada tahun 2002.
Pengalaman mengajar dimulai sejak tahun 2001 hingga 2003 sebagai assisten
dosen mata kuliah Fisika Dasar I, Fisika Dasar II, Kimia Fisik dan Kimia Analitik
di Jurusan Teknologi Pangan, Universitas Pasundan, Bandung. Selain itu juga
pernah mengajar mata pelajaran Fisika sebagai tenaga honorer di SMUN I Ciniru,
Kuningan pada tahun 2000. Pada tahun 2003, kembali melanjutkan pendidikan
untuk memperdalam ilmu pangan, khususnya bidang kimia pangan di Institut
Pertanian Bogor dengan penelitian akhir atas dukungan Proyek Penelitian Ilmu
Pengetahuan Dasar (Fundamental), Direktorat Jenderal Pendidikan Tinggi,
Departemen Pendidikan Nasional Tahun Anggaran 2006/2007.
DAFTAR ISI
Halaman
DAFTAR TABEL ……………………………………………………..
ix
DAFTAR GAMBAR ………………………………………………......
x
DAFTAR LAMPIRAN ..........................................................................
xii
PENDAHULUAN …………………………………………………......
1
Latar Belakang ......…………………………………………….....
1
Perumusan Masalah ......……………………………………….....
3
Kerangka Pemikiran .......………………………………………...
4
Tujuan Penelitian ...........………………………………………....
8
Hipotesis ......…………....……………………………………......
8
Manfaat Penelitian ..........……...………………………………....
9
TINJAUAN PUSTAKA …………………………………………….....
10
Tinjauan Statistik Komoditas Vanili Di Indonesia ........................
10
Botani, Struktur dan Senyawa Kimiawi Penyusun Buah Vanili ...
14
Prekursor dan Enzim Pembentuk Vanilin .……………………....
17
Reaksi Enzimatik Selama Proses Kuring ……………………….
21
Ekstraksi Buah Vanili ....................................................................
22
BAHAN DAN METODE PENELITIAN ............……………………...
34
Tempat dan Waktu Penelitian …………………………………...
34
Bahan dan Alat …………………………………………………..
34
Prosedur Penelitian ……………………………………………....
36
HASIL DAN PEMBAHASAN ..............................................................
47
Karakterisasi Kimia Buah Vanili Segar dan Kering ......................
47
Penentuan Suhu Inkubasi Optimum Enzim β-Glukosidase ...........
50
Ekstraksi Enzimatik Buah Vanili Segar ........................................
56
Optimasi Ekstraksi Enzimatik .......................................................
69
KESIMPULAN DAN SARAN ………………………………………..
74
Kesimpulan ………………………………………………………
74
Saran ……………………………………………………………..
75
DAFTAR PUSTAKA ………………………………………………….
76
LAMPIRAN ...........................................................................................
83
DAFTAR TABEL
Halaman
1
2
3
Rekapitulasi perlakuan 1 jenis enzim komersial dengan pelarut
air dan atau etanol untuk ekstraksi ................................................
39
Rekapitulasi perlakuan 2 atau 3 jenis enzim komersial dengan
pelarut air dan etanol untuk ekstraksi ...........................................
40
Data dasar buah vanili segar dan kering hasil pengeringan
beku ..............................................................................................
47
DAFTAR GAMBAR
Halaman
1
Reaksi hidrolisis glukovanilin oleh enzim β-glukosidase………...
6
2
Ekspor dan impor komoditas vanili di Indonesia pada tahun
1999-2003 .......................................................................................
10
Bentuk ekspor dan impor komoditas vanili di Indonesia pada
tahun 1999-2003 .............................................................................
11
Luas areal perkebunan vanilli berdasarkan status pengusahaan
di Indonesia pada tahun 1999-2003 ..............................................
12
Produksi vanili kering berdasarkan status pengusahaan di
Indonesia pada tahun 1999-2003 ....................................................
13
6
Harga vanili segar di pasar dalam negeri pada tahun 1997-2001 ..
13
7
Bunga serta buah vanili mentah (a) dan buah vanili matang (b) ....
14
8
Buah vanili kering ……….………………………………............
16
9
Struktur kimia vanilin ……..……………………………………...
17
10
Komposisi bagian dalam buah vanili dengan potongan melintang
pembesaran 20 kali ........................................................................
19
Potongan melintang buah vanili hijau dengan pembesaran
400 kali ...............…………………………………..…………….
20
12
Transformasi glukovanilin dan vanilin …………………………...
22
13
Ekstraksi vanili dengan metode perkolasi ………………………..
24
14
Struktur selulosa ………………………………………………….
26
15
Skema tahapan dalam selulolisis …..……………..........................
26
16
Struktur kimia pektin …..………………………………………...
29
17
Wilayah smooth homopolimer termetilasi pektin ………………...
30
18
Wilayah non-gelling hairy pektin ………..………………………
30
19
Model induced fit Koshland ……………………………………...
32
20
Buah Vanilla planifolia Andrews segar (a) dan kering (b)..............
35
21
Diagram alir tahapan penelitian ………………………………….
36
22
Vanili kering (a) dan segar (b) hasil pengeringan beku ..................
47
23
Penentuan suhu inkubasi optimum enzim β-glukosidase ..............
50
24
Ekstrak vanili segar yang diperoleh dengan perlakuan ekstraksi
pada suhu inkubasi enzim β-glukosidase yang berbeda ................
53
3
4
5
11
25
Kadar vanilin dan glukosa ekstrak buah vanili kering (kontrol)
dan vanili segar dengan penambahan satu jenis enzim komersial
dengan pelarut air dan atau etanol .................................................
57
Ekstrak buah vanili segar dengan penambahan satu jenis enzim
komersial dengan pelarut air dan atau etanol, dari kiri ke
kanan: air, air+etanol, selulase+air selulase+air+etanol,
pektinase+air, pektinase+air+etanol, β-glukosidase+air,
β-glukosidase+air+etanol ...............................................................
64
Kadar vanilin dan glukosa ekstrak buah vanili kering (kontrol)
dan vanili segar dengan penambahan 2 atau 3 jenis enzim
komersial dengan pelarut air+etanol ..............................................
65
Padatan terlarut ekstrak vanili segar, dari kiri ke kanan: selulase+
pektinase, selulase+β-glukosidase, pektinase
+β-glukosidase, selulase+pektinase+β-glukosidase, β-glukosidase.
66
Ekstrak vanili segar dengan penambahan 2 atau 3 jenis enzim
komersial dengan pelarut air+etanol, dari kiri ke kanan:
selulase+pektinase, selulase+β-glukosidase,
pektinase+β-glukosidase, selulase+pektinase+β-glukosidase .......
68
30
Penentuan konsentrasi optimum enzim β-glukosidase .................
69
30
Ekstrak vanili segar dengan konsentrasi enzim β-glukosidase
yang berbeda ..................................................................................
71
32
Penentuan waktu inkubasi optimum enzim β-glukosidase ...........
71
33
Ekstrak vanili segar dengan waktu inkubasi enzim β-glukosidase
yang berbeda ..................................................................................
73
26
27
28
29
DAFTAR LAMPIRAN
Halaman
1
Data dasar buah vanili segar dan kering ........................................
83
2
Kurva standar vanilin dan glukosa ……………………………….
83
3
Kadar vanilin ekstrak buah vanili segar dalam penentuan suhu
inkubasi optimum enzim β-glukosidase …………………………
85
Kadar glukosa ekstrak buah vanili segar dalam penentuan suhu
inkubasi optimum enzim β-glukosidase ………………………….
86
Kadar vanilin ekstrak buah vanili kering dan segar dengan
penambahan 1 jenis enzim komersial …………………………….
88
Kadar glukosa ekstrak vanili kering dan segar dengan
penambahan 1 jenis enzim komersial …………………………….
90
Kadar vanilin ekstrak buah vanili segar dengan
penambahan 2 atau 3 jenis enzim komersial ……………………..
93
Kadar glukosa ekstrak buah vanili segar dengan penambahan 2
atau 3 jenis enzim komersial ……………………………………...
94
Kadar vanilin ekstrak buah vanili segar dalam penentuan
konsentrasi optimum enzim β-glukosidase .………………………
96
10 Kadar glukosa ekstrak buah vanili segar dalam penentuan
konsentrasi optimum enzim β-glukosidase ………………………
98
4
5
6
7
8
9
11
12
Kadar vanilin ekstrak buah vanili segar dalam penentuan waktu
inkubasi optimum enzim β-glukosidase .…………………………
Kadar glukosa ekstrak buah vanili segar dalam penentuan waktu
inkubasi optimum enzim β-glukosidase ………………………….
99
101
1
PENDAHULUAN
LATAR BELAKANG
Vanili adalah tanaman tropis bernilai ekonomi tinggi karena merupakan
rempah termahal kedua yang diperdagangkan di dunia internasional. Harga vanili
segar rata-rata di pasar dalam negeri dari tahun 1999 sampai 2003 naik turun,
dimana pada tahun 2003 harga vanili segar melonjak tajam mencapai
Rp.301.330/kg. Sedangkan harga vanili kering pada tahun 2002 cukup tinggi
berkisar Rp.2.000.000 hingga Rp.3.000.000/kg (Deptan 2004). Informasi harga
terakhir (tahun 2006) yang diperoleh dari para petani di Kuningan dan Sumedang
adalah Rp.65.000/kg untuk vanili segar dan Rp.700.000/kg untuk vanili kering.
Berdasarkan data Biro Pusat Statistik (BPS) yang diolah Deptan (2004),
sejak tahun 2001 sampai 2003, areal terluas yang digunakan untuk tana man vanili
terdapat di provinsi Sulawesi Utara, Sulawesi Selatan dan Nusa Tenggara Timur,
dimana mayoritas berstatus Perkebunan Rakyat (PR). Produksi vanili kering yang
mayoritas merupakan PR tersebut mengalami peningkatan, dari 1.791 ton pada
tahun 1999 menjadi 1.680 ton tahun 2000, 2.196 ton tahun 2001 dan 2.730 ton
tahun 2002.
Sementara itu, ekspor vanili kering dari tahun 1999 sampai tahun 2002 terus
meningkat dan berdasarkan data sementara pada tahun 2003 melonjak tajam
hingga mencapai 6.363 ton dengan nilai 19.275.000 US$. Meski demikian, nilai
ekspor vanili turun naik sesuai dengan harga yang berlaku dipasaran, dipengaruhi
oleh ketersediaan barang, besarnya permintaan serta mutu barang. Pada tahun
2003, tiga negara tujuan ekspor terbesar dalam bentuk kering utuh (whole bean)
adalah Cina, Amerika Serikat dan Jerman. Sedangkan untuk ekspor olahan vanili
kering (other vanilla) adalah Amerika Serikat, Korea dan Singapura.
Berdasarkan data dari Trade Centre of the United Nation Conference in
Trade and Development/World Trade Organization (UNCTAD/WTO) (2002),
diacu dalam Furth dan Cox (2004), Indonesia termasuk negara terbesar disamping
Madagaskar dan Uganda yang memproduksi dan mengekspor vanili sehingga
memenuhi kebutuhan pasar dunia. Walaupun demikian, Indonesia masih
mengimpor vanili dalam bentuk kering utuh dan olahan vanili kering berupa
ekstrak vanili, oleoresin, bubuk dan lain- lain, yang digunakan untuk memenuhi
2
kebutuhan dalam negeri dan sebagian lainnya diekspor kembali. Hingga saat ini,
Indonesia belum mampu memproduksi bentuk olahan vanili kering secara
maksimal sehingga permintaan dalam negeri terhadap produk-produk tersebut
masih tergantung pada negara pengimpor seperti Korea, Amerika Serikat dan
Papua New Giunea. Hal ini kemungkinan besar disebabkan vanili kering di
Indonesia masih memiliki kualitas rendah dibanding potensi sebenarnya akibat
pemanenan buah belum cukup tua serta proses kuring yang kurang sempurna.
Diketahui bahwa vanili kering Indonesia memiliki flavor woody dan burn
sehingga kualitas ekstrak vanili alami pun menjadi rendah (Zahorik, 2006).
Ekstrak vanili merupakan salah satu bentuk vanili olahan yang lebih mudah
dan luas penggunaannya. Ekstrak vanili digunakan di seluruh dunia sebagai
flavouring agent dessert, like baked goods, es krim, minuman dan custard. Selain
itu ekstrak vanili digunakan oleh industri selain pangan seperti parfum, obatobatan dan kosmetik (de Guzman dan Siemonsma 1999).
Permintaan yang tinggi akan ekstrak vanili menyebabkan diproduksinya
vanilin sintetik yang berasal dari eugenol (minyak cengkeh), lignin (limbah bubur
kertas) dan guaiakol (petrokimia). Meskipun ekstrak vanili alami masih digunakan
oleh industri pangan, namun jumlahnya kurang dari 1% produksi vanilin. Sisanya
sebesar 99% diperoleh melalui jalur sintetik. Hal ini disebabkan harga ekstrak
vanili alami lebih mahal (sekitar 2.75 US$/oz single fold), akibat metode
penyerbukan yang digunakan adalah penyerbukan menggunakan tangan, waktu
antara penyerbukan dan pemanenan yang panjang, serta proses kuring dan metode
ekstraksi yang lama juga kompleks (http://www.uyseg.org/greener_industry/
pages/vanilin/1Vanilin_AP.htm 2005). Akan tetapi, akhir-akhir ini terjadi
kecenderungan dimana konsumen lebih menyukai ekstrak vanili alami dengan
alasan flavor yang lebih kaya dan sempurna karena adanya p- hidroksi benzaldehid
dan p- hidroksi benzil metil eter serta 130 komponen lainnya, disamping vanilin
sebagai
komponen
utama
(http://www.ang.kfunigraz.ac.at/~katzer/engl/Vani_pla.html
(98%)
2005).
Senyawa-
senyawa inilah yang mendukung terbentuknya flavor alami lembut, yang tidak
dimiliki vanilin sintetik dengan flavornya yang heavy, grassy odor dan bitter
aftertaste (Reineciuss 1994).
3
Pada level industri, ekstrak vanili alami diproses dengan metode
konvensional (maserasi atau perkolasi) selama sekitar 1 bulan menggunakan buah
yang telah melalui proses kuring karena buah vanili segar tidak memiliki aroma.
Proses kuring dimulai 1 minggu setelah pane n yang terdiri dari killing, sweating
(fermenting), drying dan conditioning. Seluruh proses ini memakan waktu kurang
lebih 5 bulan hingga dihasilkan vanili kering (cured vanilla) (Deptan 2004).
Proses fermentasi yang panjang merubah beberapa glukosida menjadi glukosa,
vanilin dan kompleks flavor lainnya. Glukosida dengan jumlah tertinggi adalah
glukovanilin yang menghasilkan vanilin oleh aktifitas enzim β-glukosidase.
Berdasarkan hal- hal yang disebutkan di atas, penelitian ini dilakukan sebagai
upaya pengembangan metode ekstraksi secara enzimatik langsung dari buah vanili
segar, untuk mereduksi biaya karena harga vanili segar dan biaya produksi lebih
murah serta untuk mereduksi waktu karena glukovanilin dapat langsung diekstrak
dari buah vanili segar dan secara bersamaan ditransformasi menjadi vanilin oleh
kombinasi enzim yang berhubungan dengan degradasi dinding sel (selulase dan
pektinase komersial) dan hidrolisis glukovanilin (β-glukosidase komersial). Selain
itu, kadar vanilin yang dihasilkan pun bisa lebih tinggi dibanding ekstrak vanili
kering akibat digunakannya β-glukosidase komersial serta metode persiapan
sampel buah vanili segar dengan cara pengeringan beku dilanjutkan dengan
penggilingan menyebabkan interaksi enzim dengan substrat lebih optimum.
PERUMUSAN MASALAH
Ekstrak vanili alami yang selama ini diproduksi pada umumnya
menggunakan buah vanili kering yang telah mengalami proses kuring dengan
metode ekstraksi vanili secara maserasi atau perkolasi selama kurang lebih 1
bulan. Proses kuring sendiri membutuhkan waktu sekitar 5 bulan, yang terdiri dari
killing, sweating (fermenting), drying dan conditioning. Selama kuring terjadi
berbagai aktifitas enzim alami dalam buah vanili yang meliputi degradasi dinding
sel serta pembentukan flavor vanilin dari glukovanilin oleh aktifitas enzim βglukosidase. Proses kuring dan ekstraksi vanili yang kompleks dan panjang
menyebabkan harga ekstrak vanili alami begitu mahal. Sebagai alternatif
pemecahan masalah ini, maka dilakukan pengembangan metode ekstraksi secara
4
enzimatik (menggunakan enzim-enzim hidrolitik komersial) terhadap buah vanili
segar yang telah mengalami persiapan sampel dengan cara pengeringan beku
dilanjutkan dengan penggilingan.
Masalah yang diteliti adalah pengaruh penggunaan enzim selulase, pektinase
dan β-glukosidase komersial serta pelarut yakni air dan atau etanol, serta efek
sinergisme ketiga enzim komersial tersebut terhadap kadar vanilin dan glukosa
yang dihasilkan dalam ekstrak vanili dari buah vanili segar. Disamping itu,
penentuan konsentrasi, waktu dan suhu inkubasi enzim yang diperlukan hingga
kadar vanilin bebas dalam ekstrak mencapai batas optimum, merupakan tahapantahapan kritis yang harus diketahui dalam pengembangan metode ekstraksi
enzimatik.
KERANGKA PEMIKIRAN
Pada level industri, ekstrak vanili alami umumnya diproses menggunakan
buah vanili kering yang telah melalui proses kuring karena buah vanili segar tidak
memiliki aroma. Proses kuring dapat dilakukan dengan beberapa cara, tapi pada
prinsipnya metode kuring yang dilakukan di Indonesia tidak jauh berbeda dengan
metode kuring klasik yang dilakukan di negara- negara lainnya seperti Madagaskar
dan Meksiko. Tahap pertama adalah killing dengan mencelupkan vanili segar ke
dalam air panas 650 C selama 2-3 menit. Setelah itu dilakukan pemeraman
(sweating atau fermenting) selama 48 jam agar terjadi reaksi enzimatik dalam
buah untuk pembentukan aroma, dimana pada tahap ini β-glukosidase mengubah
glukovanilin menjadi vanilin dan glukosa. Tempat fermentasi terbuat dari peti
kayu yang dilapisi serbuk gergaji atau styrofoam untuk mempertahankan suhu 38400 C. Tahap selanjutnya adalah pengeringan (drying) dengan sinar matahari
selama 10-20 hari dari jam 8.00-10.00, lalu dibungkus kain hitam dan dijemur
kembali jam 14.00-15.00 dan dibungkus lagi pada malam harinya. Setelah itu
dilakukan pengeringan lambat dengan suhu 28-290 C dan kelembaban 80% selama
30-35 hari. Tahap terakhir adalah pemantapan aroma (conditioning) dengan
menyimpan vanili di dalam kotak kering selama 2-3 bulan (Deptan 2004).
Buah vanili segar tidak memiliki aroma karena vanilin yang merupakan
komponen flavor utama masih terikat sebagai glukosida dan harus dibebaskan
5
melalui reaksi enzimatik. Goris (1947), diacu dalam Purseglove et al. (1981),
menemukan bahwa vanili segar mengandung paling sedikit 4 glukosida yang
menghasilkan vanilin dan komponen flavor lainnya. Glukosida dengan jumlah
tertinggi adalah glukovanilin. Selanjutnya glukovanililalkohol ditemukan dalam
jumlah yang lebih sedikit, diikuti oleh glukosida dari asam protokatekuat (asam
3,4-dihidroksi benzoat).
Adanya enzim hidrolitik yang dapat memecah glukovanilin menjadi vanilin
pertama kali dicatat oleh Lecompt tahun 1913 yang didukung oleh Arana tahun
1943 yang menyatakan itu sebagai β-glukosidase. Beberapa hasil penelitian
menunjukkan bahwa prekursor flavor terutama terakumulasi dalam jaringan
plasenta di sekeliling biji, dimana biji dan dinding buah bagian luar tidak
mengandung glukovanilin (Havkin-Frenkel et al. 2004; Kuras et al. 1999, diacu
dalam Odoux et al. 2003; Odoux et al. 2003). Aktifitas enzim β-glukosidase
sendiri beberapa kali lebih tinggi dalam dinding buah bagian luar dari pada dalam
jaringan plasenta dan glandular sel rambut (Havkin-Frenkel et al. 2004). Bahkan
Arana (1943) diacu dalam Odoux et al. (2003), menyatakan bahwa β-glukosidase
terdapat dalam dinding buah bagian luar, sedangkan jaringan plasenta sama sekali
tidak mengandung aktifitas β-glukosidase. Artinya bahwa enzim dan substrat
terdapat dalam lokasi yang berbeda dalam buah, sehingga proses kuring berfungsi
memicu terjadinya difusi glukovanilin dari bagian pusat ke permukaan buah. Di
sisi lain, menurut Odoux et al. (2003), β-glukosidase terutama berlokasi dalam
lamina plasenta dan dengan jumlah yang lebih sedikit terdapat dalam papila.
Enzim dan substrat terdapat dalam jaringan yang sama, meskipun mungkin
terdapat dalam 2 bagian berbeda di dalam sel (sitoplasma dan atau periplasma
untuk β-glukosidase dan vakuola untuk glukovanilin). Hal inilah yang
menyebabkan mengapa kuring perlu dilakukan. Hidrolisis glukovanilin yang
terjadi pada tahap pematangan lambat ketika buah menjadi hitam dan pada tahap
awal kuring, dapat disebabkan adanya perubahan tonoplas sehingga membran
sitoplasma dan dinding sel bersatu. Pada Gambar 1 ditunjukkan reaksi hidrolisis
yang
terjadi
pada
glukovanilin
oleh
β-glukosidase
(http://www.uyseg.org/greener_industry/ pages/vanilin/1Vanilin_AP.htm 2005).
6
hidrolisis
H
CHO
cincin
glukosa
H
O-CH3
vanilin
Gambar 1 Reaksi hidrolisis glukovanilin oleh enzim β-glukosidase
Metode
ekstraksi
menggunakan
buah
vanili
kering
telah
banyak
dikembangkan. Dua metode yang paling banyak digunakan adalah metode
maserasi dan perkolasi. Cowley (1973), menggunakan metode perkolasi
menggunakan buah vanili kering yang diawali dengan pemotongan buah vanili
dan pencampuran gula untuk meningkatkan viskositas, membantu memperkuat
dan menahan senyawa aromatik, meningkatkan warna serta memperpanjang umur
simpan. Selanjutnya dilakukan perkolasi (sirkulasi) menggunakan campuran
etanol dan air selama 3 sampai 4 minggu. Kemudian dilakukan aging, sentrifugasi
dan filtrasi hingga diperoleh ekstrak vanili. Metode yang lebih modern adalah
maserasi yakni dengan menempatkan buah vanili kering dalam maserator yang
dilengkapi pengaduk selama 1 sampai 3 bulan dengan penambahan etanol 60%
(Purseglove et al. 1981).
Disisi lain, penggunaan buah vanili segar sebagai bahan baku pembuatan
ekstrak sebenarnya telah dilakukan oleh industri- industri besar, meski waktu yang
diperlukan untuk ekstraksi tersebut relatif lebih lama dibanding ekstrak buah
vanili kering. Tahapannya terdiri dari seleksi buah, pencucian, pengepresan,
ekstraksi, pemurnian, pencampuran (alkohol dan air) serta pengemasan ekstrak
(http://www.hyperdictionary.com 2004). Disamping itu terdapat 2 metode
pembuatan ekstrak vanili komersial yang direkomendasikan oleh industri
(http://www.uyseg.org/greener_industry/pages/vanilin/1Vanilin_AP.htm
2005)
yakni maserasi dan perkolasi. Pada ekstraksi maserasi, vanili segar dipotong 1-2
cm dan direndam dalam alkohol 50% selama 1 tahun. Selanjutnya proses aging
dilakukan sampai 6 bulan sebelum ekstrak siap digunakan. Sedangkan pada
7
metode perkolasi, vanili segar yang telah dipotong diletakkan diatas alas
berlubang, kemudian direndam dengan alkohol 60%, dimana larutan alkohol
tersebut disirkulasi dan suhu dipertahankan 38-490 C. Proses ekstraksi ini
berlangsung selama 2 minggu, lalu dilakukan aging selama 3-6 bulan.
Perkembangan selanjutnya dalam ekstraksi vanili segar adalah dengan
menambahkan enzim komersial. Sreenath et al. (1994), menunjukkan bahwa
penambahan enzim selulase, pektinase atau kombinasi keduanya menghasilkan
nilai perolehan kembali (recovery) 81-86%. Nilai perolehan kembali ini lebih
tinggi dibanding sampel yang tidak mengalami perlakuan enzim yakni sebesar
72%. Penemuan mengenai ekstraksi vanili segar menggunakan enzim kemudian
dipatenkan oleh Brunerie (1998) (U.S. patent 5705205). Hasil penelitiannya
menunjukkan bahwa penggunaan enzim pektinase dan hemiselulase dalam
ekstraksi vanili segar diikuti penambahan etanol 50%v/v mampu menghasilkan
kadar vanilin lebih tinggi dibanding ekstraksi tanpa penambahan enzim.
Selanjutnya Ruiz- Teran et al. (2001), melaporkan bahwa ekstraksi vanili segar
dalam 2 tahap reaksi enzimatik menggunakan Viscozyme lalu Celluclast yang
mengandung aktifitas pektinase dan selulase, diikuti penambahan etanol 47,5%v/v
menghasilkan kadar vanilin ekstrak 3.13 kali lebih tinggi dibanding ekstrak vanili
kering metode Soxhlet. Selain itu, Waliszewski et al. (2003), merekomendasikan
penelitiannya yang menggunakan enzim komersial Crystalzyme PML-MX (Valley
Reserarch Inc), Novozym 342 (Novo Nordisk) dan Zymafilt L-300 (Enmex) dengan
aktifitas selulosik tinggi di dalam etanol konsentrasi 5-12%, diikuti dengan
ekstraksi vanilin dengan etanol 60%v/v. Hasilnya menunjukkan bahwa
konsentrasi vanilin ekstrak buah vanili segar dengan Novozym, Crystalzyme dan
Zymafilt adalah lebih tinggi dibanding ekstraksi tanpa penambahan enzim.
Berdasarkan uraian diatas, diketahui bahwa penggunaan metode ekstraksi
vanili secara enzimatik dari buah vanili segar memiliki prospek yang cukup baik
terutama karena perolehan kembali vanilin yang dihasilkan jauh lebih tinggi
dalam waktu relatif singkat. Dengan kata lain, penelitian ini bertujuan untuk
mengembangkan metode ekstraksi vanili dalam rangka mengatasi keterbatasan
metode ekstraksi kovensional yang begitu kompleks dan panjang. Enzim yang
digunakan dalam penelitian ini adalah enzim selulase dan pektinase komersial
8
yang mampu mendegradasi dinding sel serta β-glukosidase komersial yang dapat
menghidrolisis glukovanilin. Disamping itu, dilakukan metode persiapan sampel
buah vanili segar dengan cara pengeringan beku dilanjutkan dengan penggilingan
sehingga luas permukaan bahan lebih besar yang menyebabkan interaksi enzim
dengan substrat lebih optimum. Hal ini berbeda dengan penelitian ekstraksi
enzimatik buah vanili segar lainnya, yang pada umumnya menggunakan buah
vanili segar utuh dengan suhu penyimpanan 40 C sebelum percobaan dilakukan.
TUJUAN PENELITIAN
Tujuan Umum
Tujuan penelitian ini secara umum adalah untuk mendapatkan metode
ekstraksi vanili secara enzimatik dari buah vanili segar.
Tujuan Khusus
Tujuan yang lebih khusus dari penelitian ini antara lain:
1. Mengetahui karakteristik kimia buah vanili segar dan kering.
2. Menentukan suhu inkubasi optimum enzim β-glukosidase.
3. Menentukan pengaruh penggunaan enzim selulase, pektinase dan βglukosidase komersial secara tunggal maupun kombinasi serta penggunaan
pelarut air dan atau etanol terhadap kadar vanilin dan glukosa dalam ekstrak
vanili dari buah vanili segar.
4. Menentukan konsentrasi optimum enzim terpilih yang terbaik.
5. Menentukan waktu inkubasi optimum enzim terpilih yang terbaik.
6. Mengetahui karakteristik kimia ekstrak vanili segar.
HIPOTESIS
Hipotesis dari penelitian ini adalah penambahan enzim selulase, pektinase
dan β-glukosidase komersial secara tunggal maupun kombinasi serta penambahan
pelarut air dan atau etanol akan berpengaruh terhadap kadar vanilin dan glukosa
ekstrak vanili segar. Ekstrak vanili segar yang diperoleh melalui optimasi metode
ekstraksi enzimatik memiliki kadar vanilin dan glukosa yang lebih tinggi
dibanding ekstrak buah vanili segar dan vanili kering sebagai kontrol tanpa
penambahan enzim komersial.
9
MANFAAT PENELITIAN
Penelitian ini diharapkan dapat berguna bagi:
1. Industri flavor agar mendapatkan ekstrak vanili alami dengan kadar vanilin
tinggi dan waktu ekstraksi yang singkat.
2. Pengembangan diversifikasi hasil olahan vanili disamping ekstrak, seperti
vanilla flavouring, vanilla tincture, vanilla oleoresin, vanilla-vanilin extract
and flavoring, solvent-extracted product for perfume, perfumery vanilla
tincture, vanilla absolute dan lain- lain.
10
TINJAUAN PUSTAKA
TINJAUAN STATISTIK KOMODITAS VANILI DI INDONESIA
Salah satu komoditas hasil perkebunan yang mempunyai nilai ekonomi
relatif tinggi adalah buah vanili. Trend ekspor dan impor vanili di Indonesia dari
tahun 1999 sampai dengan 2003 dapat dilihat pada Gambar 2.
7000
volume (ton)
6363
ekspor
impor
6000
5000
3599
4000
3000
2000
1514
1000
0
339
147
350
58
468
1999
2000
2001
230
116
2002
2003
tahun
Gambar
2
Ekspor dan impor komoditas vanili di
pada tahun 1999-2003 ( BPS, diolah Deptan 2004)
Indonesia
Bentuk komoditas vanili yang diekspor dan diimpor dapat dikelompokkan
menjadi 2 yakni whole bean dan other vanilla. Bentuk whole bean merupakan
bentuk vanili utuh kering yang telah menga lami proses kuring. Sedangkan other
vanilla merupakan bentuk olahan vanili lainnya setelah dilakukan proses kuring,
yakni berupa ekstrak vanili, oleoresin, bubuk dan lain- lain. Adapun bentuk
komoditas vanili yang diekspor dan impor dapat dilihat pada Gambar 3.
Berdasarkan data Biro Pusat Statistik (BPS) yang diolah Deptan (2004), 3
negara tujuan ekspor Indonesia terbesar pada tahun 2002 untuk bentuk vanili utuh
kering antara lain Amerika Serikat 241.786 ton, Jerman 51.315 ton dan Hongkong
9.356 ton. Posisi ini berubah pada tahun 2003 dimana peringkat pertama
digantikan oleh Cina sebesar 6.000.000 ton, disusul Amerika Serikat 190.010 ton
dan Jerman 25.028 ton. Untuk ekspor olahan vanili, 3 negara tujuan ekspor
Indonesia terbesar pada tahun 2002 antara lain Cina sebesar 3.000.000 ton,
Malaysia 216.919 ton dan Amerika Serikat 36.539 ton. Posisi ini berubah pada
11
tahun 2003 dimana urutan pertama digantikan oleh Amerika Serikat 63.971 ton,
disusul Korea 26.030 ton dan Singapura 19.815 ton. Sedangkan data dari Cina
sendiri yang tahun sebelumnya menempati peringkat pertama sebagai negara
tujuan ekspor bentuk olahan vanili Indonesia, masih belum tercantum.
7000
5000
volume (ton)
6233
ekspor vanili utuh
impor vanili utuh
ekspor olahan vanili
impor olahan vanili
6000
4000
3278
3000
2000
1477
1000
0
213
126
10
14
1999
280
25
70
34
2000
412 58
50 180
2001
321
38
53
2002
130
64
2003
tahun
Gambar 3 Bentuk ekspor dan impor komoditas vanili di Indonesia
pada tahun 1999-2003 (BPS, diolah Deptan 2004)
Negara pengimpor terbesar pada tahun 2002 berdasarkan data Biro Pusat
Statistik (BPS) yang diolah Deptan (2004), untuk bentuk vanili utuh kering adalah
Papua New Giunea 1.476.789 ton. Pada tahun 2003, 3 negara pengimpor terbesar
adalah Papua New Giunea sebesar 53.418 ton, Amerika Serikat 8.121 ton dan
Singapura 1.050 ton. Sedangkan untuk impor olahan vanili, 3 negara pengimpor
terbesar pada tahun 2002 antara lain Timor Timur 14.804 ton, Australia 10.457
ton dan Malaysia 8.277 ton. Posisi ini berubah pada tahun 2003 dimana posisi
pertama digantikan oleh Korea 33.025 ton, disusul Amerika Serikat 16.814 ton
dan Papua New Giunea 1.148 ton. Sedangkan data dari Timor Timur sendiri yang
tahun sebelumnya menempati urutan pertama sebagai negara pengimpor, masih
belum tercantum.
Negara terbesar yang memproduksi dan mengekspor vanili, dimana
memenuhi kebutuhan pasar dunia adalah Indonesia (682 ton, 40%), Madagaskar
12
(673 ton, 40%), Comoros (211 ton, 12%), dan Tonga (38 ton, 2%). Negara Asia
Tenggara lainnya yang mengekspor sejumlah kecil vanili adalah Malaysia,
Filipina, Thailand dan Singapura (de Guzman dan Siemonsma 1999). Adapun
profil luas area perkebunan vanilli berdasarkan status pengusahaan di Indonesia
dapat dilihat pada Gambar 4.
18000
16000
15796
15502
14571
15796
14624
14000
luas (Ha)
12000
Perkebunan Rakyat
Perkebunan Negara
Perkebunan Swasta
10000
8000
6000
4000
2000
0
128
0
1999
121
0
2000
125
126
126
0
2001
0
2002
0
2003
tahun
Gambar 4 Luas areal perkebunan vanilli berdasarkan status pengusahaan
di Indonesia pada tahun 1999-2003 (BPS, diolah Deptan 2004)
Berdasarkan data Biro Pusat Statistik (BPS) yang diolah Deptan (2004), luas
areal tanaman vanili yang mayoritas Perkebunan Rakyat (PR) tersebut, tersebar di
berbagai provinsi di Indonesia. Sejak tahun 2001 sampai 2003 areal terluas yang
digunakan untuk tanaman vanilli terdapat di Prov. Sulawesi Utara dengan rata-rata
5877 ha, Sulawesi Selatan 2742 ha dan Nusa Tenggara Timur 2175 ha. Di
provinsi lainnya pun terdapat perkebunan vanilli milik rakyat, tapi dengan luas
yang lebih rendah, kecuali untuk Provinsi Nanggroe Aceh Darussalam, Riau,
Bangka Belitung, DKI Jakarta, Kalimantan Barat, Kalimantan Tengah, Sulawesi
Tenggara dan Irian Jaya yang sama sekali tidak memiliki perkebunan vanili
dengan status PR, Perkebunan Negara (PN) maupun Perkebunan Swasta (PS).
Adapun profil produksi vanilli kering berdasarkan status pengusahaan dapat
dilihat pada Gambar 5.
13
3000
2730
2372
2500
jumlah (ton)
2196
2000
1791
1680
Perkebunan Rakyat
Perkebunan Negara
Perkebunan Swasta
1500
1000
500
0
1
0
1999
1
0
2000
2
3
1
0
0
0
2001
2002
2003
tahun
Gambar 5 Produksi vanili kering berdasarkan status pengusahaan di
Indonesia pada tahun 1999-2003 (BPS, diolah Deptan 2004)
Seperti halnya harga vanili kering, harga vanili segar pun naik turun. Profil
harga vanili segar rata-rata di pasar dalam negeri dapat dilihat pada Gambar 6
(BPS, diolah Deptan 2004). Harga tahun 2000 dan 2001 yang terlihat pada
Gambar 6 adalah data daerah Provinsi Jawa Tengah. Pada awal tahun 2005 ini,
menurut informasi yang diperoleh dari para petani di Kabupaten Kuningan, Jawa
Barat, harga vanilli segar berkisar Rp.65.000/kg dan vanili kering Rp.700.000/kg.
350
301.33
harga (000 Rp/kg)
300
250
200
150
100
60.53
54.03
55.12
1997
1998
1999
79.87
50
0
2000
2001
tahun
Gambar 6 Harga vanili segar di pasar dalam negeri pada tahun 1997-2001
(BPS, diolah Deptan 2004)
14
BOTANI, STRUKTUR DAN SENYAWA KIMIAWI
PENYUSUN BUAH VANILI
Secara sistematik, vanili termasuk bunga monokotil famili Orchidaceae
yang merupakan famili tumbuhan bunga terbesar dengan 700 genus dan 20.000
spesies. Untuk tujuan komersial, terdapat 3 spesies yang mempunyai nilai
ekonomi tinggi yakni Vanilla planifolia Andrews, Vanilla pompana Schieda dan
Vanilla tahitensis JW Moore. Jenis vanili yang paling banyak ditemui di
Indonesia adalah Vanilla fragrans (Salibs.) Ames (syn. V. planifolia Andrews)
yang sangat terkenal bermutu tinggi dan menduduki peringkat 1 dunia karena
kadar vanilinnya yang tinggi (Deptan 2004). Buah vanili jenis V. planifolia
Andrews dapat dilihat pada Gambar 7 (http://www.uyseg.org/greener_industry/
pages/vanilin/1Vanilin_AP.htm 2005; http:// www.ipa.gov.pg.com 2005).
(a)
(b)
Gambar 7 Bunga serta buah vanili mentah (a) dan buah vanili matang (b)
Vanili dapat tumbuh dengan baik di iklim tropis dengan curah hujan 10003000 mm/tahun, suhu 200 C serta kelembaban 60-80%. Tanaman vanili merupakan
tanaman hutan dan hidup di bawah naungan pohon-pohon rindang. Tanaman ini
tumbuh melekat pada pohon dengan sulur panjatnya, hingga mencapai tinggi
berpuluh-puluh meter (http://www.kpel.or.id/TTGP/komoditi/PANILI1 2005)
Tanaman vanili mulai masuk ke Pulau Jawa pada tahun 1846 oleh
Teysmann, Direktur Buitenzorg Botanic Garden (Kebun Raya Bogor). Ia
menemukan metode yang memuaskan dengan penyerbukan menggunakan tangan.
Metode ini dilakukan karena penyerbukan bunga V. planifolia Andrews alami
15
hanya dapat terjadi di Meksiko, Guatemala dan bagian lain dari Amerika Tengah,
yakni dengan lebah genus Melapona, disamping burung kolibri yang juga
diperkirakan sebagai agen penyerbukan. Metode penyerbukan menggunakan
tangan ditemukan pertama kali oleh Morren di Liege tahun 1836 dan Edmond
Albius yang menemukan metode praktis penyerbukan buatan pada tahun 1841,
dimana metode ini masih digunakan sampai sekarang (Purseglove et al. 1981).
Tanaman vanili akan berbunga setelah 2 tahun, mulai berbuah setelah 3
tahun dan mencapai hasil maksimum dalam waktu 10-12 tahun. Vanili berbunga
satu kali dalam setahun dan hanya 50 bunga dari setiap tanaman yang dapat
dilakukan penyerbukan menggunakan tangan (Heath dan Reineccius 1986).
Setelah pembuahan berhasil, buah membutuhkan waktu 6 bulan untuk mencapai
ukuran yang maksimal (6-10 inci) dan 8-9 bulan untuk matang. Masa panen vanili
di Indonesia berlangsung sekitar 2-3 bulan antara Mei sampai dengan Juli
(http://www.kpel.or.id/TTGP/komoditi/PANILI1 2005).
Buah vanili berbentuk silinder dengan panjang 10-25 cm dan diameter 5-15
mm (Purseglove et al. 1981). Secara prinsip terdapat 2 bagian dalam buah vanili
yakni dinding buah atau daerah hijau yang meliputi epidermis, ground dan
jaringan vaskular dari dinding buah. Kedua adalah bagian putih yang terdiri dari 3
plasenta parietal (tidak termasuk biji) dan 3 pita dari glandular rambut yang
berperan penting dalam biosintesis vanilin. Daerah hijau terdapat sekitar 60% dan
daerah putih serta biji masing- masing sekitar 20% dari berat buah.
Epidermis mengandung sel-sel epidermal dengan diameter yang sama.
Setiap sel epidermal mengandung suatu kristal romboidal dari kalsium oksalat dan
terikat rapat di dinding sel. Dinding buah me ngandung suatu cincin yang terdiri
dari 15 bundel vaskular yang tidak bercabang, dimana masing- masing
mengandung satu untai silem terdiri dari elemen-elemen anular sampai helikal
serta retikulat dan floem dengan satu sclerotic bundle sheath.
Jaringan di luar cincin bundel vaskular terdiri dari sel-sel parenkim
berdinding tipis. Setiap dasar sel parenkim dalam dinding buah bagian luar
mengandung kloroplas dan kadang-kadang kristal romboidal kalsium oksalat.
Dinding buah bagian luar yang mengandung kantung rafid dapat melepaskan rafid
yang mengandung mucilage jika buah dipotong. Dibandingkan dengan dinding
16
buah bagian luar, jaringan dinding di samping cincin dari bundel vaskular
mengandung sel-sel lebih besar, tapi sedikit mengandung kloroplas sehingga tidak
begitu hijau.
Perkembangan buah menyebabkan rambut inter plasenta membentuk
dinding yang lunak dan suatu sitoplasma yang kompleks. Akibat ukuran, jumlah
dan lunaknya dinding, rambut dengan mudah dapat dilihat dalam potongan
melintang buah vanili sebagai 3 lustrous white band. Beberapa biji dapat tertekan
masuk ke dalam rambut dalam buah matang. Dimana sel-sel rambut tersebut
mengandung sejumlah besar lemak, yang dilepaskan ke dalam lokul dan
menyelimuti biji jika kemudian rambut tersebut matang dalam buah masak
(Havkin-Frenkel et al. 2004). Struktur buah vanili segar sebagaimana telah
dijelaskan di atas, akan berubah jika buah mengalami proses kuring (Gambar 8)
(http://wwwchem.uwimona.edu.jm:1104/lectures/vanilla.html 2005).
Gambar 8 Buah vanili kering
Vanilin merupakan komponen aroma utama yang terdapat dalam buah vanili
yakni sebesar 85% dari total senyawa volatil. Komponen lainnya adalah phidroksi benzaldehid (sampai 9%) dan p-hidroksi benzil metil eter (1%).
Disamping itu, khusus untuk vanili Tahiti memiliki flavor berbeda akibat adanya
komponen tambahan yakni piperonal (heliotropin, 3,4-dioksimetilen benzaldehid)
dan diasetil (butandion) (http://www.portal.remarkablefoods.com 2005).
Selain prekursor dan enzim pembentuk flavor, buah vanili mengandung
komponen zat gizi lengkap yang meliputi protein, lemak, karbohidrat, vitamin dan
mineral. Menurut de Guzman dan Siemonsma (1999), per 100 g berat buah vanili
17
kering Vanilla planifolia Andrews, mengandung 20 g air, 3-5 g protein, 11 g
lemak, 7-9 g gula, 15-20 g serat, 5-10 g abu, 1.5-3 g vanilin, 2 g soft resin dan
asam vanilat yang tidak berflavor.
PREKURSOR DAN ENZIM PEMBENTUK VANILIN
DI DALAM BUAH VANILI
Flavor dan aroma unik vanili berasal dari senyawa fenolik vanilin (98% dari
total komponen flavor vanili) serta dari senyawa lainnya. Vanilin (4-hidroksi-3metoksi benzaldehid) dengan rumus kimia C8 H8 O3 dan berat molekul 152.14
merupakan komponen utama senyawa aromatik volatil dari buah vanili
(http://wwwchem.uwimona.edu.jm:1104/lectures/vanilla.html
kimia
senyawa
vanilin
dapat
dilihat
pada
2005).
Struktur
Gambar
9
(http://www.uyseg.org/greener_industry/ pages/vanilin/1Vanilin_AP.htm 2005).
Gambar 9 Struktur kimia vanilin
Senyawa vanilin dapat diperoleh melalui kerja enzim terhadap suatu
komponen heterosida (glukosida). Prekursor vanilin dalam buah vanili hijau
adalah koniferosida, dimana melalui reaksi oksidasi akan terpecah menjadi
vanilosida (glukovanilin) yang menghasilkan vanilin dan glukosa jika dihidrolisis
oleh enzim. Disamping itu, terdapat mekanisme alternatif dari pembentukan
vanilin dimana glukosida dari vanililalkohol dioksidasi menjadi glukovanilin.
Selanjutnya diketahui bahwa vanili hijau mengandung paling sedikit 4 glukosida
yang menghasilkan vanilin dan komponen flavor lainnya. Jumlah yang terbanyak
adalah glukovanilin, sedangkan glukovanililalkohol ditemukan dalam jumlah
yang lebih sedikit, diikuti oleh glukosida dari asam protokatekuat (asam 3,4dihidroksibenzoat) (Purseglove et al. 1981).
18
Setelah penyerbukan, sejumlah besar serbuk sari mendekati putik. Tabung
serbuk sari terdapat dalam 3 kelompok, dimana masing- masing berlokasi dalam
suatu kantung pada salah satu sisi dari setiap 3 plasenta, diapit oleh rambut.
Biasanya glandular rambut mulai berkembang cepat dalam wilayah antara
plasenta. Masing- masing rambut tidak bercabang dan kemudian mencapai panjang
sekitar 300 mikrometer (Gambar 10). Rambut menjadi terikat bersama-sama
selama masa pengembangan dan kemudian rusak lalu melepaskan kandungannya
ke dalam lokul. Rambut yang berkembang memiliki banyak retikulum
endoplasma, struktur ribosom dan plastida yang mengandung globula lemak dan
komponen lainnya yang menandai adanya sel-sel aktif secara metabolik. Swamy
(1947) diacu dalam Odoux et al. (2003), menunjukkan bahwa vanilin dihasilkan
dalam glandular rambut. Pendapat ini dikonfirmasi oleh Havkin-Frenkel et al.
(2004), yang membuktikan bahwa vanilin dan intermediet yang berhubungan
dalam biosintesis vanilin terakumulasi dalam jaringan putih bagian dalam (pada
buah matang), di sekeliling rambut plasenta. Dengan kata la in selama
pengembangan buah yakni sekitar 8-10 bulan, prekursor flavor terakumulasi
dalam jaringan plasenta disekeliling biji. Ditemukan juga bahwa jaringan plasenta
mengandung intermediet dari biosintesis vanilin yang meliputi asam 4-kumarat, 4hidroksi benzaldehid dan 3,4-dihidroksi benzaldehid.
Penemuan Kuras et al. (1999) diacu dalam Odoux et al. (2003),
menunjukkan bahwa dalam buah matang, prekursor vanilin terutama terdapat
dalam plasenta dan pada jumlah yang lebih sedikit terdapat dalam papila.
Keberadaan glukovanilin dalam bagian tengah buah yang mengelilingi biji
(plasenta dan papila) berhubungan dengan adanya pengaruh komponen fenolik
dalam germinasi biji. Hal ini didukung oleh hipotesis Swamy (1947) diacu dalam
Odoux et al. (2003), mengenai adanya pengaruh papila dalam biosintesis
prekursor aroma glikosilasi yang selanjutnya akan disekresikan ke dalam medium
di sekeliling biji. Sedangkan biji sendiri menurut Odoux et al. (2003), tidak
mengandung glukovanilin sama sekali. Beberapa hasil penelitian di atas,
mematahkan hipotesis Arana (1943) diacu dalam Odoux et al. (2003), yang
menyatakan bahwa glukovanilin terutama terdistribusi dalam dinding buah bagian
luar (60-80% dari total glukovanilin), sementara bagian pusat buah yakni jaringan
19
plasenta serta biji hanya mengandung 20-40% dari total glukovanilin. Pada
Gambar 10 ditunjukkan jaringan plasenta yang mengelilingi biji (berwarna hitam)
dan sel rambut yang merupakan daerah hijau.
korteks
sel rambut
biji
jaringan plasenta
Gambar