Penggunaan biokatalis dedak padi dalam biosintesis antimikroba monoasilgliserol dari minyak kelapa
PENGGUNAAN BIOKATALIS DEDAK PAD1
DALAM BIOSINTESIS ANTIMIKROBA
MONQASILGLISEROL DARI
MINYAK KELAPA
MAPPIRATU
PROGRAM PASCASARJANA
INSTITUT PERTANIAN BOGOR
BOGOR
1999
UNTUKMU KARYA IN1 KUPERSEMBAHKAN
Pengotahan kelapa telah kutekuni sejak aku masih kanak-kanak, meskipun waktu itu
baru pengolahan kopra dan pengolahan tali sabut kelapa. Ayahku Almarhum H. Dg. Mapata
hidup dari kelapa dan akupun dibesarkan dari kelapa.
Setelah sekian lama kelapa tidak lagi tersentuh diingatanku, tiba-tiba nuraniku
mengingatkan aku bahwa aku dibesarkan dari kelapa, bukankah lebih baik jika diakhiri dari
kelapa. Bisikan itu datang ditengah malam yang sunyi, ketika aku terbaring tak berdaya
sedang merenungi masa depanku, sedang menimbang-nimbang flavor pandan wangi yang
diberikan oleh Ibu yang sangat kuhormati, Ibu Almarhuma Prof.Dr.lr.HjSrii FardiazMSc,
sebagai topik kajian dahm rangka mencapai gelar akademik teninggi.
Setelah sekian lamanya merintih kesakitan dari peringatan Tuhanlar Yang Maha Kuasa
sebagai tanda kasih sayangnya kepadaku, hambanya, tiba-tiba muncut seberkas cahaya
kebahagian, ketika Ibu Almarhuma menyetujui perubahan topik kajian dari flavor ke kelapa
bahkan memberikan dorongan untuk rnengkajinya, meskipun Almarhuma tidak mengetahui
bahwa aku ini dibesarkan dari kelapa.
Sungguh besar jasamu bagiku Ibu, engkau telah
memberikan kebahagiaan dibalik kesengsaraanku, namun engkau telah tiada, telah
meninggalkanku sebelum aku memetik buah yang engkau tanamkan untukku, saat tanganku
hendak kuayunkan untuk memetik buah itu, dan saat aku masih sangat memerlukanmu. Ibu!,
adakah pesan dari Allah yang dititipkan untukku.
Seminggu kepergianmu Ibu, saat aku berada ditempat kediamanmu, tempat dimana
aku meminta petuah dan mranmu, tiba-tiba aku teringat pada ayahku, orang yang pertama
mengajariku mengolah kelapa. Ayahku meninggalkanku ketika engkau Ibu akan memberiku
gelar Master llmu Pangan.
Ayahku meninggalkanku karena menderita penyakit kanker
tulang, engkaupun meninggalkanku karena kanker, apakah penyakit itu yang dititipkan
kepadaku oleh dua orang yang kuhormati.
Aku berjanji kepadamu Ibu dan Ayah, akan
kugunakan sisa hidupku untuk mengkaji kelapa dengan tujuan untuk kesejahteraan dan
k&tan
orang banyak termasuk penyaki yang engkau derita. Semoga aku, hamba Allah
senantiasa mendapat petunjuk dan bimbingan darinya dan merestui apa yang hendak
kulakukan dari sisa-sisa hidupku.
ABSTRACT
MAPPIRATU. Utilization of Rice Bran Biocatalyst In the Biosynthesis of
Antimicrobial Monoacylglycerol From Coconut Oil. Under the guidance of
SRIKANDI FARDIAZ (deceased) as the chairlady, and DEDI FARDIAZ,
BETTY SRI LAKSMI JENIE, MAGGY T. SUEARTONO and BUDIATMAN
SATIAWIHARDJA as members of the advisory committee.
The obyectives of this research were: (1) to select rice varieties which produced
rice bran with htgh glycerolysis activity in coconut oil, (2) to study some factors
affecting monoacylglycerol (MAG) biosynthesis, (3) to analyze the composition of
MAG, (4) to determine the antimicrobial activity of MAG, and (5) to characterize the
emulsification properties of MAG.
Rice varieties used in the experiment were the leading national rice varieties
namely, IR-64, Maros and Memberamo. Optimum conditions of MAG biosynthesis
ware determined by selection of medium compositions for coconut oil glycerolysis
reaction including type of organic solvent, temperature, pH, concentrations of
coconut oil substrate and reaction time. Antimicrobial activity of MAG was
ditermined against Staphylococcus aureus, Bacillus cereus. Vibrio cholerae,
Saccharomyces cerevisiae, Aspergillus niger, Aspetgillus o y a e and microflora of
coconut milk.
The results showed that rice varieties did not affect MAG biosynthesis, but
significantly affected the formation of diacylglycerol (DAG). The use of rice bran of
Maros variety produced relatively higher DAG concentration (19,3 1 % ) compared
with Memberarno variety (16%) and 60-IR variety (9,51%).
Organic solvent polarities and the presence of water in the reaction system as
well as glycerolloil ratio affected the MAG biosynthesis. The pH of medium,
reaction temperature and the concentration of coconut oil in the substrate as well as
reaction time also affected MAG biosynthesis. The best conditions of MAG
biosynthesis was obtained using ratio of coconut oil and rice bran in the reaction
vessel was 0,3, using petroleum ether or hexane as solvent with addition of 1,O %
water in the reaction system, glyceroVoi1 ratio of 0,4, pH of 7, at 37 "C, and
reaction time of 90 hours. The highest antimicrobial activities of MAG against
Staphylococcus aureus, Bacillus cereus, Vibrio cholerae, Saccharomyces cerevisiae,
Aspergillus niger, Aspergillus oryzae and microflora of coconut milk were found at
the reaction times of 72,48,72,48,72,48 and 144 hours, respectively.
Separation of pure MAG produced at 72 hour reaction time using refrigerated
centrifugal method resulted in two precipitated fractions and one unprecipitated
fraction. The first fraction which precipitated at 10 "C yielded 26,94 % of the total
fractions. The second fraction whlch precipitated at 5 OC and unprecipitates fraction
yielded 54,78 % and 18,28 % of the total fractions, respectively. Antibacterial
activities of the second fraction against all bacteria tested ware found to be higher
than that of the first and the unprecipitated fraction. Its activity was about two fold of
the original MAG. Fatty acid MAG analysis of the three fractions showed that the
first MAG fraction was dominated by monopalmitin (57,26 %), the second MAG
fraction by monolaurin (73,9 %), whereas the thud MAG fraction by monokaprilin
(36,83 %).
Separation of MAG glycerolysis product with solvent fractionation method
yielded 38,57 % based on the solid weight /substrate or 54 % based on the solid
weight/coconut oil. Separated solid product contained 76,s % MAG (purification
value of 76,5 %). Application of 1 % MAG in coconut milk increased the emulsion
stability by 43 %, and the MAG found to have HLB (hydrophilic-lipophilic balance)
value of 5,l.
RINGKASAN
MAPPIRATU.
Penggunaan Biokatalis Dedak Padi Dalam Biosintesis
Antimikroba Monoasilgliserol Dari Minyak Kelapa. Di bawah bimbingan
SRIKANDI FARDIAZ (Aim) sebagai ketua komisi, DEDI FARDIAZ, BETTY
SRI LAKSMI JENIE, M A N Y T. SUHARTONO dan BUDIATMAN
SATIAWIHARDJA sebagai anggota.
Penelitian ini bertujuan untuk menyeleksi varietas padi yang menghasilkan
dedak dengan aktivitas gliserolisis tinggi terhadap minyak kelapa, mengkaji beberapa
faktor yang berpengaruh terhadap biosintesis monoasilgliserol (MAG), melakukan
analisis komposisi dm uji aktivitzis antimikroba MAG hasil biosintesis dari berbagai
waktu reaksi dan mengkarakterisasi isolat MAG produk reaksi gliserolisis pada
kondisi produksi antimikroba MAG yang terbaik.
Pencapaian tujuan dilakukan melalui empat tahapan kerja yang berlangsung
secara benuutan yaitu: (1) tahap seleksi varietas pa&, (2) penentuan kondisi optimum
biosintesis MAG, (3) penentuan sifat kespesifikan reaksi pembentukan antimikroba
MAG, serta (4) produksi dan karakterisasi produk MAG. Varietas padi yang
diseleksi adalah tiga varietas padi unggul nasional yaitu IR-64, Maros dan
Memkramo. Kondisi optimum biosintesis MAG yang dipelajari meliputi penentuan
komposisi medium reaksi gliserolisis minyak kelapa (rasio air, gliserol dan minyak),
jenis pelarut organik (petroleum eter, heksana, dietil eter dan campuran heksanddietil
eter 1:1 v/v), suhu (30, 37,44 dan 5 1 "C)dan pH (6,7, 73, 8 dan pH 9), konsentrasi
substrat minyak kelapa (rasio minyak/dedak: 0,10, 0,15, 0,20, 0,25, 0,30, 0,35 dan
0,40) dan waktu reaksi (24,48,72,96, 120, 144, 168 dan 192 jam). Penentuan sifat
kespesifikan reaksi pembentukan antimikroba MAG dilakukan melalui pemisahan
MAG dengan metode Kromatografi Kolom Adsorpsi dan analisis asam lemak MAG
murni dengan metode Kromatografi Gas, serta uji aktivitas antimikroba MAG murni
terhadap bakteri dan kamir (metode difusi sumur), kapang (metode kontak) dan
mikroba alarniah santan kelapa dengan metode cawan (plating). Studi karakteristik
produk MAG yang dihasilkan dari kondisi terbaik (aktivitas antimikroba relatif
tinggi) dilakukan melalui pernisahan MAG dalam produk reaksi mengpakan
metode fiaksinasi pelarut, penentuan derajat kemumian (metode Kromatografi Lapis
Tipis Preparatif), nilai hdrophilic-Iipophilic balance (HLB) dengan metode kurva
baku HLB dan uji sifat pengemulsi produk MAG dalam santan kelapa menggunakan
metode pemusingan.
Hasil yang diperoleh menunjukkan bahwa varietas padi tidak memberikan
perbedaan yang berarti pada biosintesis MAG, akan tetapi memberikan perbedaan
yang sangat nyata pada biosintesis diasilgliserol (DAG) yang mempunyai sifat
mengemulsi yang sama dengan MAG. Dedak dari varietas Maros menghasilkan
DAG yang relatif lebih tinggi (1 9,3 1 %) dibandingkan dengan dedak dari varietas
Memberamo (16 %) dan dari varietas IR-64 (9,51 %), yang berarti untuk produksi
bahan pengemulsi tertinggi terdapat pada varietas Maros.
Jenis (polaritas) peIarut organik, kadar air sistem reaksi dan rasio
gliserol/minyak berpengaruh terhadap biosintesis MAG. Demikian pula pH medium
dan suhu reaksi serta konsentrasi substrat minyak kelapa dan waktu reaksi. Kondsi
biosintesis MAG optimum ditemukan pada penggunaan pelarut petroleum eter atau
heksana, kadar air medium reaksi 1,O %, rasio gliserol/minyak 0,4, pH 7 dan suhu
optimum 37 OC, konsentrasi substrat 30 % atas dasar berat dedak (rasio minyak
kelapafdedak padi 0,3), dan dengan waktu reaksi 90 jam. Pada kondisi tersebut
rendemen produksi MAG (kadar MAG dalam produk reaksi) mencapai 50 %.
Waktu reaksi berpengaruh terhadap komposisi dan aktivitas antimikroba MAG.
Komposisi MAG mengalami perubahan yang berfluktuasi terhadap waktu reaksi.
Akan tetapi persentase MAG yang bersifat antimikroba (MC8 sampai MC14)
cenderung meningkat pada peningkatan waktu reaksi sampai 72 jam, sedangkan
MAG yang tidak bersifat antimikroba (MC16, MC18, MC18:l dan MC18:2)
mengalami penurunan. Demiluan pula aktivitas antimikroba MAG berfluktuasi
terhadap waktu reaksi dengan perilaku yang mengikuti perubahan komposisi MAG.
Aktivitas antikamir MAG relatif lebih rendah dibandingkan aktivitas antibakteri
untuk semua waktu reaksi yang diterapkan. Daya hambat MAG terhadap AspergllIus
niger sekitar dua kali lebih tinggi dbandingkan Aspergillus oryzae. Aktivitas
optimum antimikroba MAG diperoleh dari waktu reaksi 72 jam untuk Staphylococcus
aureus, Bacillus cereus dan Aspergrlltls nrger , 48 jam untuk V~brrocholerae,
Saccharomyces ceratisiae dan Aspergillus ogaae, dan 144 jam untuk mikroba
alamiah santan kelapa Rendemen praduksi MAG pada waktu reaksi 48 ,72 dan 144
jam berturut-turut 28,80 %, 39,03 % dan 48,93 %.
Pemisahan MAG yang bersifat antimikroba dari MAG murni yang dihasilkan
dari waktu reaksi 72 jam (rendemen MAG dan aktivitas antimikroba relatif tinggi)
menghasilkan fraksi terendapkan masing-masing pada suhu 10 OC (fraksi I) dan 5 "C
(fraksi 11) serta fraksi yang tidak terendapkan pada suhu 5 OC (fiaksi 111) dengan
rendemen setiap fiaksi berturut-turut 26,94 %, 54,78 % dan 18,28 %. Fraksi I1
mempunyai aktivitas antibakteri yang relatif lebih tinggi dibandingkan dengan fiaksi
I dan 111, dan mengalami peningkatan aktivitas dua kali lebih tinggi dari MAG
asalnya (MAG yang difraksinasi). Hasil analisis asam lemak MAG setiap fraksi
menunjukkan komposisi MAG fiaksi I didominasi oleh monopalmitin (57,26 %),
MAG fraksi I1 didominasi oleh monolaurin (73,9 %), sedangkan MAG fraksi I11
didominasi oleh monokaprilin (36,83 %), yang berarti pemusingan dingin tidak dapat
memisahkan MAG yang bersifat antimikroba secara sempurna. MAG minyak kelapa
yang mempunyai aktivitas antibakteri relatif tinggi adalah monolaurin (MC 12).
Upaya untuk menghasilkan produk MAG komersial melalui proses produksi
dan pemisahan MAG hasil produksi menggunakan metode fraksinasi pelarut etanol
95 % diperoleh produk yang bentuknya padat dengan rendemen produksi 38,57 %
(berat endapanherat total substrat) atau 54 % (berat endapanhrat minyak). Endapan
yang dihasilkan mengandung MAG 76,5 % atau mempunyai derajat kemwnian 76,5
%, nilai HLB 5,l dan hanya mampu meningkatkan stabilitas santan kelapa sebesar 43
% pada pengpnaan produk MAG 1 %. Produk MAG termasuk bahan pengemulsi
air dalarn minyak (nilai HLB < 7), dan merupakan faktor penyebab ketidak marnpuan
menstabilkan emulsi santan kelapa yang termasuk emulsi minyak dalam air.
PENGGUNAAN BIOKATALIS DEDAK PAD1
DALAM BIOSINTESIS ANTIMIKROBA
MONOASILGLISEROL DARI
MINYAK KELAPA
MAPPIRATU
Disertasi
sebagai salah satu syarat untuk memperoleh gelar
Doktor
Pada
Program Studi Ilmu Pangan
Program Pascasarjana Intitut Pertanian Bogor
PROGRAM PASCASARJANA
INSTITUT PERTANIAN BOGOR
BOGOR
1999
Judul Disertasi
: PENGGUNAAN BIOKATALIS DEDAK PAD1 DALAM
BIOSINTESIS ANTIMIKROBA MONOASILGLISEROL
DARI MINYAK KELAPA
Narna Mahasiswa : Mappiratu
Nomor Pokok
: IPN-94530
Menyetujui :
1. Kpmisi Pembimbing
Prof. Dr. Ir. Hi. ~ r i l h n dFardiaz
i
M.Sc (aim)
Ketua
Prof. Dr. Ir. H. Dedi Fardiaz, M.Sc
Anggota
Prof. Dr. Ir. h. Sri Laksmi Jenie, MS
Anggota
Anggota
2. Ketua Program Studi
Ilmu Pangan
-Jda:
\
(Prof. Dr. Ir. B.Sri Laksmi Jenie, MS)
Tanggal lulus :14 Agustus 1999
RIWAYAT HIDUP
Penulis dilahirkan pada tanggal 7 Juli 1953 di Desa Bira, Kabupaten
Bulukumba, Sulawesi Selatan, merupakan anak pertarna dari sembilan bersaudara,
dari pasangan H. Dg. Mapata (Alm) dan Hj. Siti Maesuri (Alm).
Setelah lulus dari SMA Negeri Bulukumba, tahun 1978 penulis melanjutkan
studi ke Jurusan Kimia FMIPA ITB, dan lululs pada tahun 1983. Tahun 1987 penulis
melanjutkan pendidikan ke Program studi Ilmu Pangan (S2), Program Pascasarjana
IPB, Bogor. Pada tahun 1994 penulis mengikuti pendidikan (S3) pada program studi
dan perguruan tinggi yang sarna, yaitu IPB, Bogor.
Pada tahun 1984 sampai sekarang penulis menjadi staf pengajar tetap pada
Fakultas Pertanian Universitas Tadulako.
KATA PENGANTAR
Puji dan syukur penulis panjatkan kehadirat Allah SWT atas rahmat Nya,
sehngga penulisan disertasi ini dapat diselesaikan. Penggunaan bahan pengawet
alami untuk pangan pada era pasar global cukup penting, sebab pada era tersebut
mutu pangan ditinjau dari aspek kesehatan lebih penting dari pada harga. Untuk itu
perlu upaya ke arah produksi bahan pengawet alarni pangan dengan berdasar pada
potensi surnber daya alam hayati Indonesia.
Monoasilgliserol (MAG) yang
diproduksi dari rninyak kelapa secara enzimatik mempunyai peluang yang cukup
tinggi untuk dijadikan sebagai bahan pengawet alami pangan, sebab MAG bersifat
antimikroba dengan spektrum yang relatif luas mencakup bakteri, kapang dan kamir,
serta minyak kelapa sebagai bahan baku merupakan surnber daya hayati Indonesia
yang cukup potensial.
Telah dilakukan biosintesis MAG dari rninyak kelapa
menggunakan biokatalis dedak padi. Tahapan biosintesis MAG, sampai dilakukan uji
aktivitas antibakteri, kapang dan kamir, produksi MAG pada skala yang ditingkatkan
serta karakteristik MAG yang dihasilkan dituangkan dalam tulisan ini.
Disertasi ini diajukan dalam rangka memenuhi salah satu persyaratan
penyelesaian studi pada Program Studi Ilmu Pangan, Program Pascasarjana (S3),
Institut Pertanian Bogor, yang dibiayai oleh Team Manajemen Program Doktor,
Direktorat Jenderal Pendidikan Tinggi.
Pada kesempatan ini perkenankanlah penulis menyampaikan ucapan terima
kasih yang dalam kepada Prof Dr. IT. Hj. Srikandi Fardiaz, M.Sc (alm) selaku ketua
komisi pembimbing, yang didampingi oleh Prof. Dr. Ir. H. Dedi Fardiaz, M.Sc, Prof
Dr. Ir. Betty Sri Laksmi Jenie, MS, Prof. Dr. Ir. Maggy T. Suhartono dan Dr. Ir.
Budiatman Satiawihardja, M.Sc selaku anggota komisi atas saran-saran, arahan dan
bimbingannya hingga disertasi ini selesai. Rasa terima kasih juga penulis sarnpaikan
kepada Dr. Ir. Endang Gumbira Said, MA. Dev
dan Dr. Tri Panji, MS atas
kesediaannya sebagai dosen penguji serta saran dan pengarahan yang diberikan untuk
menyempurnakan disertasi ini.
Disampaikan pula rasa terima kasih kepada Rektor UNTAD, dekan FAPERTA
UNTAD yang telah memberikan kesernpatan pada penulis untuk melanjutkan
pendiQkan S3 di IPB. Rasa terima kasih yang dalam penulis sarnpaikan kepada
Bapak Prof. Aminuddin Ponulele, MS atas segala bantuannya sebelum dan selama
penulis menempuh pendidikan S3 di IPB,
serta kepada rekan-rekan sejawat di
Faperta UNTAD atas bantuan serta dukungannya.
Rasa terima kasih disampaikan pula kepada staf pengajar dan pegawai di
lingkungan Jurusan Teknologi Pangan dan Gizi, Fakultas Teknologi Pertanian IPB,
staf dan karyawan Laboratorium yang berada di bawah PAU Pangan dan Gizi, IPB
dan Jurusan TPG, Fateta, IPB, Rekan-rekan mahasiswa S3, dan semua pihak yang
telah membantu penulis.
Rasa terima kasih yang tidak terhingga penulis sarnpaikan kepada almarhum
dan almarhumah kedua orang tua atas kasih sayang yang telah diberikan pada penulis
selama hidupnya, Bapak dan Ibu Mertua Langga dan Hj. Hapipa, adik-adikku
Hj..Kasmun, Hj. Hasna Intang, H. M-Darwis, Hj. Rahma, Hj. Andilala, Ijirana, Spd
dan Andi Marlia, S.E beserta keluarga atas dukungan dan doanya.
Rasa terima kasih yang tulus penulis sampaikan kepada adik ipar Drs. H. Baso
Aburaera dan H. Baharuddin beserta keluarga atas bantuan dan perawatannya, ketika
penulis terbaring tak berdaya setahun larnanya, saat itu penulis masih tahun pertama
pendidikan S3.
Terima kasih yang tidak terhingga penulis sampaikan pada isteri tercinta Hj.
Aisyah, anak-anakku tersayang Asmar, Iis, Susanto, Aismaratu, Amiril, Kurniawan
dan Kurniawati atas dukungan clan doanya.
Bogor, Agustus 1999.
Penulis.
DAFTAR IS1
Halaman
KATA PENGANTAR
1
DAFTAR IS1
iv
DAFTAR TABEL
vii
DAFTAR GAMBAR
DAFTAR LAMPIRAN
I. PENDAHULUAN
A. Latar Belakang
B. Tujuan Penelitian
C. Hipotesis
11. TINJAUAN PUSTAKA
A. Monoasilgliserol
1. Biosintesis MAG
2. Sifat Pengemulsi MAG
3. Sifat Antimikroba MAG
B. Minyak Kelapa
1. Komposisi Asam Lemak
2. Posisi Asam Lemak
C. Dedak Padi
1. Komposisi Dedak Padi
2. Lipase Dedak Padi
111. BAHAN DAN METODE PENELITIAN
A. Tempat dan Waktu Penelitian
xii
B. Bahan dan Alat
36
C. Metode Penelitian
38
1. Seleksi Varietas Padi
38
2. Penentuan Kondisi Optimum Biosintesis MAG
42
3. Penentuan Kespesifikan Reaksi Pembentukan Antimikroba MAG
44
4. Produksi dan Karakterisasi Produk MAG
46
5. Analisis
47
IV. HASIL DAN PEMBAHASAN
A. Seleksi Varietas Padi
B. Kondisi Optimum Biosintesis MAG
56
56
61
1. Pengaruh Jenis Pelarut dan Kadar Air Medium Reaksi
61
2. Pengaruh Rasio GliserolMinyak dan Kadar Air Medium Reaksi
69
3. Suhu dan pH Optimum
78
4. Pengaruh Rasio Minyak Kelapa/Dedak Kasar
81
5. Pengaruh Waktu Reaksi
83
C. Kespesifikan Reaksi Pembentukan Antimikroba MAG
86
1. Komposisi MAG dari Berbagai Waktu Reaksi
86
2. Aktivitas Antimikroba MAG.dariBerbagai Waktu Reaksi
92
a. Aktivitas antibakteri dm Antikharnir MAG
b. Aktivitas Antikapang MAG
c. Antimikroba MAG dalam Santan Kelapa
3. Komposisi dan Aktivitas Antimikroba Fraksi-Fraksi MAG Murni
D. Karakteristik Produk MAG Sebagai Pengemulsi Santan Kelapa
1. Rendemen dan Derajat Kemurnian Produk MAG
2. Nilai HLR (HydropJzilicLypophilic Bulunce)
106
112
3. Sifat Pengemulsi MAG dalam Santan Kelapa
V. KESIMPULAN DAN SARAN
A. Kesimpulan
B. Saran
DAFTAR PUSTAKA
LAMPIRAN
DAFTAR TABEL
No.
Teks
Halaman
2.1. Pengaruh jenis pelarut organik terhadap aktivitas lipase PS-30 dan
Lipase IM-60 pada reaksi gliserolisis konsentrat asam lemak omega-3
minyak ikan
8
2.2. Komposisi asarn lemak MAG produk reaksi gliserolisis minyakllemak
dengan lipase PseudomonasJluorescens pada suhu reaksi yang berbeda
11
2.3. Komposisi asam lemak (%) rninyak ikan dan MAG produk gliserolisis
pada suhu reaksi 5°C dengan beberapa jenis lipase asal mikroba
14
2.4. Komposisi MAG komersial yang berbasis asam stearat
17
2.5. Karakteristik beberapa MAG komersial
18
2.6. Pengaruh campuran MAG terhadap penghambatan L. monocytogenes
20
2.7.
Perbandingan aktivitas antibakteri MAG dengan bahan pengawet yang
telah urnum digunakan sebagai pengawet pangan
21
2.8. Perbandingan aktivitas antikapang dan antikhamir MAG dengan bahan
pengawet yang telah umum digunakan sebagai pengawet pangan
21
2.9. Pengaruh beberapa jenis MAG dari asam lemak jenuh terhadap viabilitas
spora B. stearothermophylus pada suhu 120 "C
23
2.10. Penurnan masa sel (%) kapang dan kharnir yang diberi beberapa jenis
bahan antimikroba
26
2.1 1. Kandungan asam lemak minyak kelapa pada berbagai teknik analisis
dengan GLC
28
2.12. Komposisi dan distribusi asam lemak minyak kelapa
29
2.13. Komposisi asarn lemak beberapa jenis minyak nabati
31
2.14. Kandungan kimia komponen gabah
33
2.15. Aktivitas esterase lipase dedak dari berbagai varietas padi
35
4.1.
4.2.
4.3.
4.4.
4.5.
Hasil analisis rendemen dan kandungan nutrisi fraksi h a i l fraksinasi
dedak kasar
60
Hasil analisis komposisi asam lemak MAG murni yang dihasilkan dari
berbagai waktu reaksi
88
Selisih persentase antara asam lemak MAG dengan asam lemak minyak
asalnya pada waktu reaksi 24 jam
89
Persentase komposisi asam lemak MAG yang bersifat antimikroba dan
yang tidak bersifat antimikroba
97
Jenis dan komposisi MAG hasil pemisahan secara pemusingan suhu
dingin
111
DAFTAR GAMBAR
No.
Teks
Halaman
2.1. Pengaruh gliserol terhadap rendemen MAG pada reaksi gliserolisis
minyak mentega dengan lipase PS-30 pada kadar air yang berubah
dan kadar air yang tetap
2.2. Pengaruh gliserol terhadap rendemen MAG pada reaksi gliserolisis
minyak mentega dalam pelarut 2-metil-2-propanol dengan lipase
PS-30 dan lipase AK
2.3. Pengaruh gliserol terhadap rendemen MAG pada reaksi gliserolisis
minyak mentega tanpa pelarut organik dengan lipase PS-30 dm
lipase AK
2.4. Perubahan komposisi asam lemak MAG dan DAG produk reaksi
gliserolisis lemak sapi dengan lipase pseudomoms fluorescens
2.5. Struktur molekul mono dan diasilgliserol
2.6. Penampang melintang butiran padi
3.1. Skema persiapan dedak kasar kering beku bebas lernak
3.2. Skema diagram alir gliserolisis minyak kelapa (biosintesis MAG)
menggunakan biokatalis dedak kasar
3.3. Sketsa penotolan sampel pada plat TLC dan penampakan TLC setelah
proses elusi dan penampakan noda
3.4. Sketsa kolom florisil pada penentuan kadar MAG dalam produk reaksi
menggunakan metode kromatografi kolom florisil
4.1. Histogram fiaksi masa (%) kompenen TAG, DAG, MAG dan FFA
dalam produk reaksi gliserolisis menggunakan dedak kasar dari
varietas padi p g diseleksi
4.2. Kurva perubahan fiaksi masa MAG terhadap kadar air medium reaksi
dan jenis pelarut
4.3. Pengaruh kadar air dalam sistem reaksi pada berbagai jenis pelarut
terhadap biosintesis MAG
,
4.4. Tahaptahap reaksi gliserolisis minyak dengan enzim lipase
4.5. Perubahan fraksi masa TAG, DAG , MAG dan FFA dalarn pelarut
petroleum eter dan dietil eter terhadap kadar air medium reaksi
4.6. Fraksi masa komponen TAG, DAG, MAG dan FFA dalam produk
reaksi pada berbagai 'rasio gliserol/minyak dan kadar air medium reaksi
4.7. Kurva hubungan antara fraksi MAG terhadap rasio gliserollminyak pada
berbagai kadar air medium reaksi
4.8. Kurva hubungan fraksi masa TAG terhadap rasio gliserollminyak pada
berbagai kadar air medium reaksi
4.9
Kurva hubungan antara fiaksi masa komponen TAG, DAG, MAG dan
FFA terhadap rasio gliseroVminyak pada kadar air medium reaksi 1 %
4.10. Kurva hubungan antara fiaksi masa komponen TAG, DAG, MAG dan
FFA terhadap pH medium reaksi
4.1 1. Kurva hubungan antara fraksi masa komponen TAG, DAG, MAG dan
FFA terhadap suhu reaksi
4.12. Kurva perubahan kadar MAG terhadap rasio minyak kelapaldedak kasar
4.13. Penganih waktu reaksi terhadap rendemen MAG terbentuk
4.14. Pengaruh waktu reaksi terhadap persentase MAG
4.15. Penampakan zona hambat MAG terhadap bakteri penguji B. cereus,
S. aureus dan V: cholerae
4.16. Hasil pengukuran diameter zona hambat MAG terhadap khamir clan
bakteri penguji
4.17. Perubahan diameter zona hambat B. cereus dan S. aureus serta
perubahan persentase monolaurin terhadap waktu reaksi
4.18. Penampakan perhunbuhan kapang A. niger dan A. oryzae dalam
medium yang mengandung dan tidak mengandung MAG
4.19. Kurva hasil pengukuran masa sel kapang dalam medium yang
mengandung MAG dari berbagai waktu reaksi
4.20. Reduksi masa sel kapang dalam medium yang mengandung MAG
dari berbagai waktu reaksi
4.21. Perubahan nilai log j umlah koloni dan log N/No mikroba santan kelapa
yang mengandung MAG dari berbagai wak-tu reaksi
4.22. Penampakan zona hambat fiaksi I, fraksi I1 dan fraksi 111terhadap
bakteri penguji B. cereus
4.23. Histogram diameter zona hambat fiaksi-hksi MAG mumi terhadap
bakteri penguji B. cereus, S. aureus dm K cholerae
4.24. Penampakan zona hambat fraksi I1 terhadap bakteri penguji, S. aureus
B. cereus dan K choIerae
4.25. Kromatogram Kromatografi Lapis Tipis endapan hasil fraksinasi suhu
dingin menggunakan pelarut heksana
4.26. Kromatogram Kromatogrdi Lapis Tipis filtrat dan endapan hasil
fraksinasi suhu dingin menggunakan pelanrt etano195 %
4.27. Histogram fraksi masa komponen TAG, DAG, MAG dan FFA dalam
produk reaksi dan produk hasil pernisahan
4.28. Kurva baku HLB pengemulsi
4.29. Kurva perubahan stabilitas santan terhadap konsentrasi MAG
4.30. Penampakan globula lemak emulsi santan kelapa yang tidak
mengandung MAG, yang mengandung MAG 0,s % dan 1,O %
DAFTAR LAMPIRAN
No.
Teks
Halaman
1. Hasil analisis fraksi masa komponen TAG, DAG, MAG dan FFA
dalam produk reaksi gliserolisis menggunakan dedak kasar dari
varietas padi yang diseleksi
134
2. Hasil analisis sidik ragam fraksi masa MAG dalam produk reaksi
gliserolisis minyak pa& seleksi varietas padi
134
3. Hasil analisis sidik ragam fraksi masa DAG &lam produk reaksi
gliserolisis minyak pada seleksi varietas padi
4. Hasil analisis fraksi masa komponen TAG, DAG, MAG dan FFA
dalam produk reaksi gliserolisis menggunakan berbagai jenis pelarut
dan kadar air sistem reaksi
5. Hasil analisis sidik ragam perubahan W s i masa MAG terhadap kadar
air dan jenis pelarut
6. Hasil analisis hubungan antara fraksi masa MAG terhadap kadar air
pada berbagai jenis pelarut
7. Hasil analisis fraksi masa komponen TAG, DAG, MAG dan FFA
dalam produk reaksi dari berbagai rasio gliserollminyak clan kadar air
medium reaksi
8. Hasil analisis sidik ragam perubahan fraksi masa MAG terhadap
kadar dan rasi gliserollrninyak
9. Hasil analisis hubungan antara fraksi masa MAG terhadap kadar air
pada berbagai rasio gliserollminyak
10. Hasil analisis fraksi masa (%) komponen TAG, DAG, MAG dan FFA
dalam produk reaksi gliserolisis pada berbagai pH medium reaksi
11. Hasil analisis fiaksi masa (%) komponen TAG, DAG, MAG dan
FFA dalam produk reaksi gliserolisis pada berbagai suhu reaksi
12. Hasil analisis kadar MAG dalam produk reaksi pada berbagai rasio
minyalddedak kasar
13. Rasio analisis kadar MAG yang terbentuk pada berbagai waktu reaksi
145
14. Kromatogram Kromatografi Gas asam lemak minyak kelapa
146
Kromatogram Kromatografi Gas asam lemak MAG dari waktu
reaksi 24 jam
Kromatogram Kromatografi Gas asam lemak MAG dari waktu
reaksi 48 jam
Kromatogram Kromatografi Gas asam lemak MAG dari waktu
reaksi 72 jam
Kromatogram Kromatografi Gas asam Iemak MAG dari waktu
reaksi 96 jam
Kromatogram Kromatografi Gas asam lemak MAG dari waktu
reaksi 120jam
Kromatogram Kromatografi Gas asam lemak MAG dari waktu
reaksi 144 jam
Kromatogram Kromatografi Gas asam lemak MAG dari waktu
reaksi 168jam
Kromatogram Kromatografi Gas asarn lemak MAG dari waktu
reaksi 192jam
Pengaruh waktu reaksi terhadap daya antimikroba MAG minyak
kelapa
Hasil penentuan masa sel kapang (grarntliter) yang diberi MAG
dari berbagai waktu reaksi
Hasil pengukuran jumlah koloni dan optikal densiti medium yang
diberi santan kelapa dan MAG dari berbagai waktu reaksi
Rendemen clan luas areal penghambatan fraksi hasil pemisahan MAG
Kromatogram Kromatografi Gas asam lemak MAG fraksi I (fi-aksi
terendapkan pa& suhu 10°C) hasil fraksinasi pemusingan suhu dingin
Kromatogram Kromatografi Gas asam lemak MAG fraksi I1 ( M s i
terendapkan pada suhu 5°C) hasil fraksinasi pemusingan suhu dingin
29. Kromatogram Kromatografi Gas asam lemak MAG fraksi I11
(fraksi tidak terendapkan = filtrat pada suhu 5°C) hasil fiaksinasi
pernusingan suhu dingin
153
30. Hasil analisis fraksi masa (%) komponen TAG, DAG, MAG dan
FFA sebelum dan setelah fraksinasi dengan pelarut etano195 %
154
3 1. Hasil penentuan nilai air pada pembuatan kurva baku untuk
penentuan nilai HLB produk MAG
154
32. Hasil uji produk MAG terhadap stabilitas santan'kelapa
154
L PENDAHULUAN
A. Latar Belakang
Tanaman kelapa ( C o w nucifera, L) termasuk salah satu sumber daya alam
hayati Indonesia yang cukup potensial. Produksi kelapa Indonesia pada lahan seluas
3.230.000 hektar mencapai 2.330.000 ton setara kopra (APCC, 1990), yang
melibatkan sekrtar tiga juta kepala keluarga petani atau tidak kurang dari 6 juta jiwa
penduduk Indonesia (Berlina et al., 1989 ; Amrizal et al., 1994). Produk kelapa
tersebut sebagian besar (sekitar 65 persen) terolah menjadi minyak (Amrizal, 1994),
sisanya digunakan untuk kebutuhan rumah tangga, kelapa parut kering, santan awet
dan lain-lain. Berdasarkan potensi dan jurnlah penduduk yang terlibat, peningkatan
nilai tambah minyak kelapa melalui diversifikasi akan sangat berarti terhadap
perekonomian bangsa Indonesia. Oleh karena itu perlu upaya diversifikasi minyak
yang menghasilkan produk bernilai ekonomi relatif lebih tinggi dari minyak asalnya
serta mempunyai potensi pasar pada era pasar global.
Salah satu produk diversifikasi minyak kelapa yang prospeknya cukup cerah
saat ini dan pada era pasar global adalah monoasilgliserol (MAG). Krog (1990)
memprediksi kebutuhan MAG sebagai pengemulsi pangan pada era pasar global
berlusar 132.000 ton/tahun.
Monoasilgliserol digunakan antara lain dalam
pembuatan margarin, roti, es krim, keju dan kacang mentega (Huang dan White,
1993; Mettler dan Seibel, 1995; Sanches et al., 1995; Igoe dan Hui, 1996), yang
saat ini kebutuhan dalam negeri masih impor.
Monoasilgliserol dari minyak kelapa selain dapat berperanan sebagai
pengemulsi, juga dapat berfhgsi sebagai antimikroba, sifat ini tidak dimiliki oleh
monoasilgliserol dari minyak nabati lain ( W a g et al., 1993). Perbedaan tersebut
disebabkan oleh jenis asam lemak minyak kelapa yang didominasi oleh asarn lemak
jenuh rantai pendek dan menengah (C8 sampai C 14), sedangkan asam lemak minyak
nabati lain didominasi oleh asam lemak tidak jenuh dan asam lemak jenuh rantai
panjang (C16 dan C18). Monoasilgliserol dari asam lemak rantai pendek dan
menengah dilaporkan berperanan sebagai antimikroba, sedangkan monoasilgliserol
dari asam lemak rantai panjang jenuh maupun tidak jenuh tidak berfimgsi sebagai
antimikroba ( Wang dan Johnsons, 1992; Wang et al., 1993). Monolaurin berperanan
sebagai inhibitor bakteri gram positif, khamir, kapang dan sel-sel tumor (Kato, 1981;
Wang dan Johnsons, 1992; Bautista dan Grifiths, 1992; Bautista et al., 1993; Oh dan
Marshall, 1993 a,b. 1994).
Monokaprin d m monokaprilin dilaporkan sebagai
antimikroba untuk pangan dan kosmetik (Shibasaki dan Kato, 1978; Kabara, 1984).
Monomeristin dilaporkan menghambat perturnbuhan Listeria monocytogenes dengan
daya penghambatan yang lebih tinggi dbandingkan dengan monokaprat, dan lebih
rendah dibandngkan dengan monolaurin (Wang et al., 1993).
Listeria
monocytogenes merupakan bakteri patogen perusak susu dan produk-produk susu
(Farber dan Peterkin, 1991; Schuchat et a/., 1992; Fardiaz, 1996; Jenie, 1997).
Fungsi ganda yang dimiliki monoasilgliserol minyak kelapa memberikan
peluang penggunaannya dalam pengolahan pangan akan lebih luas yang berarti
kebutuhan &lam pengolahan pangan akan lebih banyak. Kato dan Shibasaki (1 975)
melaporkan monokaprin dan monolaurin memiliki daya penghambatan pertumbuhan
terhadap bakteri (B.cereus, B.subtilis dan S. aureus), kapang A. niger dan khamir (C.
utilis dan S. cerevisiae) yang relatif lebih tinggi dibandingkan dengan asam sorbat
dan butil-phidroksi benzoat yang banyak digunakan sebagai bahan pengawet pangan.
Penggunaan Asam sorbat dan butil-ghidroksi benzoat &lam pengolahan pangan saat
ini masih impor, sehingga monoasilgliserol mempunyai peluang sebagai pengganti
untuk kedua jenis bahan pengawet tersebut. Oleh karena itu perlu upaya produksi
monoasilgliserol minyak kelapa yang mempunyai aktivitas antimikroba relatif tinggi
dengan metode produksi yang menghasilkan produk aman dikonsumsi.
Metode produksi yang menghasilkan produk aman dikonsumsi (tidak
memberikan dampak negatif terhadap kesehatan) adalah metode produksi secara
enzimatik (Yang dan Parkin, 1994; Yang dan Chen, 1994). Akan tetapi produksi
monoasilgliserol menggunakan enzirn lipase komersil akan berdarnpak terhadap
biaya produksi yang relatif tinggi, yang disebabkan oleh harga lipase yang relatif
mahal. Oleh karena itu perlu upaya penjajakan penggunaan bahan lain yang
fungsinya sama dengan lipase.
Akhir-akhir ini penggunaan lipase dari kecambah biji-bijian berminyak banyak
diteliti terutama untuk produksi asam lemak tidak jenuh seperti asam Iinolenat dan
asam lemak omega-3 dari minyak ikan (Rahmatullah el al., 1994; Parmer et al., 1994;
Johrnanian et at., 1995; Johmanian dan Mukherjee, 1995). Lipase dalam kecambah
biji-bijian digunakan sebagai biokatalis setelah diisolasi maupun tanpa melalui isolasi
(menggunakan homogenat kecambah biji). Berdasarkan ha1 itu, diduga dedak padi
dalarn pelarut organik mempunyai aktivitas gliserolisis terhadap minyak kelapa dan
dapat menggantikan lipase komersil &lam biosintesis MAG. Praduga tersebut di
dasarkan atas kandungan lipase dedak yang aktif menghidrolisis minyak dedak
selarna penyimpanan (Fox, 1991; Champagne dan Hron, 1992; Elaine dan Hron,
1994; Woolley dan Petersen, 1994), sifat pelarut organik yang mempunyai daya
pengharnbatan pertumbuhan mikroba kontaminan selarna reaksi berlangsung (Gupta
1992; Hariyadi, 1996) dan sifat kelarutan dedak yang sangat terbatas dalarn minyak
maupun campuran minyaWgliserollpelarut organik non polar.
B. Tujuan Penelitian
1. Menyeleksi varietas padi yang menghasilkan dedak dengan aktivitas gliserolisis
minyak kelapa relatif tinggi.
2. Melakukan penentuan kondisi optimum biosintesis MAG minyak kelapa
menggunakan biokatalis dedak padi.
3. Melakukan analisis asam lemak dan uji aktivitas antimikroba MAG hasil
pemurnian dm berbagai waktu reaksi dan dari produk fraksinasi MAG murni.
4. Melakukan penentuan rendemen dan derajat kemurnian MAG hasil pemisahan
produk reaksi dari hasil produksi pada kondisi terbaik serta menentukan nilai
HLB dan daya pengemulsi MAG hasil pemisahan dalam santan kelapa.
C. Hipotesis
1. Dedak padi mengandung lipase yang &pat dimanfaatkan sebagai biokatalis dalam
reaksi gliserolisis minyak kelapa untuk menghasilkan MAG yang bersifat
antimikroba dengan rendemen produksi di atas 40 % pada kondisi optimum
biosintesis MAG.
2. Pada awal reaksi gliserolisis minyak kelapa dengan biokatalis dedak padi, akan
menghasilkan MAG yang mempunyai aktivitas antimikroba yang relatif tinggi
dan didominasi oleh MAG rantai pendek dan menengah (MC8 - MC14).
3. Monoasilgliserol dari reaksi gliserolisis minyak kelapa yang paling berperanan
sebagai antimikroba adalah monolaurin yang dapat ditingkatkan konsentrasinya
melalui pemisahan dengan metode pemusingan dingin.
IL TINJAUAN PUSTAKA
A. Monoasilgliserol
1. Biosintesis Monoasilgliserol
Biosintesis monoasilgliserol (MAG) berlangsung melalui reaksi gliserolisis
secara enzimatik menggunakan bahan dasar minyak (McNeill et al., 1992; Yang et
al., 1993a, 1993b; Yang dan Parlun, 1994), asam lemak bebas (FFA)(Lie dan Molin,
1992; Singh et a/., 1994) dm ester asam lemak (Berger et al., 1992; Akoh et al.,
1992). Enzim yang berperanan sebagai biokatalis adalah enzim lipase yang pada
umumnya bersumber dari mikroba (lipase mikroba).
Gliserolisis secara enzimatik termasuk reaksi orde 2 (Pecnik dan Knez, 1992;
Malcata et al., 1992) yang melibatkan substrat gliserol dan minyakllemak atau asarn
lemak bebas atau ester asarn lemak, sehingga rendemen MAG dipengaruhi oleh
konsentrasi gliserol dalam sistem reaksi. Faktor lain yang turut berpengaruh terhadap
rendemen MAG produk biosintesis antara lain kadar air sistem reaksi, jenis pelarut
organik (polaritas pelarut) dan sifat kespesifikan lipase serta faktor-faktor yang
berpengaruh terhadap aktivitas lipase, s e w pH, suhu d m konsentrasi substrat.
Air dalam sistem reaksi gliserolisis berpengaruh terhadap arah dan laju reaksi
yang berdampak terhadap rendemen MAG. Perubahan rendemen MAG oleh kadar
air sistem reaksi mengikuti h g s i kuadratik (pola perubahannya mengikuti kurva
parabola) (Yang et al., 1993b; Yang dan Parkin, 1994), yang berarti rendemen MAG
mencapai optimum pada kadar air tertentu. Kadar air sistem reaksi saat rendemen
MAG mencapai optimum dipengaruhi oleh jenis lipase atau sumber lipase. Yang et
al., (1993b) melaporkan gliserolisis minyak mentega dengan lipase PS-30
menghasilkan MAG dengan rendemen optimum pada kadar air 0,8 %, sedangkan
pada penggunaan lipase AK rendemen MAG mencapai optimum pada kadar air 0,6
%. Rendemen MAG untuk kedua jenis lipase relatif sama, yaitu sebesar 55 %.
Pengaruh jenis pelarut (sifat polaritas pelarut) terhadap rendemen MAG
&laporkan oleh Li dm Ward (1993) pada reaksi gliserolisis konsentrat asam lemak
omega -3 minyak ikan menggunakan lipase PS-30 dan lipase IM-60. Derajat sintesis
dalarn satuan persen yang sebanding dengan rendemen MAG relatif lebih rendah
dalarn pelarut organik yang bersifat lebih polar (benzena, aseton dan klorofom)
dibandingkan dalam pelarut organik yang bersifat lebih non polar (hidrokarbon).
Pengaruh tersebut tidak sarna untuk lipase PS-30 dan lipase IM-60 seperti terlihat
pada Tabel 2.1.
Pola perubahan rendemen MAG terhadap gliserol dipengaruhi oleh jenis lipase,
kadar air sistem reaksi dan pelarut organik. Yang dan Parkin (1994) melaporkan pola
perubahan rendemen MAG terhadap rasio mole gliseroVminyak mentega dengan
Iipase PS-30 dalam gel ENTP-4000 mengikuti kurva parabola (Garnbar 2,l) untuk
kadar air sistem reaksi yang tidak tetap (berubah terhadap perubahan gliserol),
sedangkan untuk kadar air yang tetap (tidak berubah terhadap perubahan gliserol)
cenderung menghti kurva linier (Gambar 2.1). Yang et al., (1993a) melaporkan
peningkatan rasio molar gliseroVminyak mentega dalam pelarut 2-metil-2-propanol
dengan lipase PS-30 menghasilkan rendemen MAG yang pola perubahannya
mengikuti kurva parabola (Gambar 2.2), sedangkan pada penggunaan lipase AK pola
perubahan rendemen MAG tidak mengikuti kurva parabola (Gambar 2.2), akan tetapi
cenderung mengikuti kurva linier. Gliserolisis minyak mentega tanpa pelarut
menghasilkan pola perubahan rendemen MAG yang sama antara lipase PS-30 dan
lipase A . (Garnbar 2.3) (Yang et al., 1993b).
Tabel 2.1. Pengaruh jenis pelarut organik terhadap aktivitas lipase PS-30 dan
lipase IM-60 pa& reaksi gliserolisis konsentrat asarn lemak omega-3
minyak ikan (Li dan Ward, 1993)
Jenis pelarut organik
Derajat sintesis (%) untuk
Lipase PS-30
Lipase IM-60
Pentana
41,l
84,2
Heksana
85,5
87,6
Heptana
72,l
85,2
Isooktana
89,4
92,2
Dekana
65,8
64,2
Benzena
22,l
11,2
Aseton
34,2
0,o
Kloroform
24,9
34,2
-
Pengaruh suhu dan pH sistem reaksi gliserolisis mempunyai pola yang sama
dengan reaksi hidrolisis, yaitu rendemen MAG mencapai optimum pada suhu dan pH
optimum. Akan tetapi pengaruh suhu reaksi gliserolisis terhadap rendemen MAG
tidak sepenuhnya disebabkan karena inaktivasi lipase (McNeill et al., 1992).
Kespesifikan lipase dalam reaksi gliserolisis menurut McNeill et al., (1992) berbeda
pada suhu reaksi yang berbeda. Hal tersebut terarnati dari komposisi asam lemak
MAG yang dihasilkan dari suhu reaksi yang berbeda (Tabel 2.2). Pada suhu reaksi
yang lebih rendah, lipase Pseudomonas fluorescens lebih aktif terhadap asam lemak
jenuh dibandingkan dengan asam lemak tidak jenuh, sedangkan pada suhu reaksi
yang lebih tinggi, lipase lebih aktif terhadap asam lemak tidak jenuh.
1,57
-+TAG
+DAG
+FFA
1,57
0,36
1.06
0,64
0,46
Rasio molar asiVgliserol
1,04
/./A
,-&--.--
0,64
0,46
0,36
Rasio molar asiVglisero1
Gambar 2.1. Pengaruh gliserol terhadap rendemen MAG pada reaksi gliserolisis
minyak mentega dengan lipase PS-30 pada kadar air yang berubah
(A) dan kadar air yang tetap (B) (Yang dan Parkin, 1994).
Rasio molar gugus asiVglisero1
Rasio molar p p asiVgliscrol
-
0.0
1 .O
0.5
l .S
Gliserol (g)
Gliserol (g)
Gambar 2.2. Pengaruh gliserol terhadap rendemen MAG pada reaksi gliserolisis
minyak mentega dalam pelamt 2-metil-2-propanol dengan lipase PS
-30 (A) dan lipase AK (B) (Yang et al., 1993a).
Rasio molar gugus asiYgIisero1
Rasio molar gugus asiVgIisero1
000
7'4?
70
MAC
(Yc-
-.
"-l
w
r-
0
0
' 9 q v !
0
60
MAC
10
0.0 0.5 1.0 1.5 2.0 2.5 3.0
Gliserol (g)
i.0 0.5 1.0 1.5 2.0 215 3.0
Gliserol (g)
Gambar 2.3. Pengaruh gliserol terhadap rendemen MAG pada reaksi gliserolisis
minyak mentega tanpa pelarut organik dengan lipase PS-30 (A) dan
lipase AK (B) (Yang et al., 1993b).
Tabel 2.2. Komposisi asam lemak MAG produk reaksi gliserolisis minyak /
lemak dengan lipase Pseudomonas fluorescens pada suhu reaksi
yang berbeda (McNeill et a]., 1992)
Komposisi asarn lemak (% berat)
Lemaklminyak
16:O
16:l
18.0
18:l
18:2
18:3 20:O
27.3
2.3
22.8
35
2.4
0.3
0.3
3
27.3
2.2
21.3
33.2
2.7
0.6
0.2
MAG 40°C
3.0
38.2
1.1
31.6
17.0
1.2
0.2
0.3
Lard
1.5
26.4
2.2
17.5
39.0
9.5
0.9
0.3
MAG 60°C
1.5
24.5
2.1
14.9
41.1
9.8
1.0
0.4
MAG 40°C
1.7
35.7
1.7
20.6
29.0
6.9
0.8
0.3
Minyakkacangkedelai
0.0
10.4
0.0
3.6
23.1
55.8
4.5
0.4
MAG 40°C
0.0
10.8
0.1
3.5
21.9
55.4
4.9
0.4
MAG 5°C
0.0
26.2
0.0
8.1
18.2
39.4
3.8
0,7
14:O
Lemak
sapi
tallow)
MAG 60°C
(beef 3.1
Waktu reaksi selain berpengaruh terhadap rendemen MAG, juga berpengaruh
terhadap komposisi asam lemak MAG atau jenis MAG yang terbentuk. Pada daerah
waktu reaksi tertentu, perubahan rendemen MAG sebanding dengan perubahan waktu
reaksi, diikuti dengan keadaan dimana rendemen MAG tidak berubah terhadap
waktu. Waktu saat rendemen MAG tidak berubah terhadap waktu dikenal dengan
istilah waktu reaksi kesetimbangan, sedangkan rendemen MAG pada waktu itu
mencapai maksimum (Myrnes et al., 1995).
Temuan beberapa peneliti memberikan indikasi waktu reaksi kesetimbangan
dipengaruhi oleh jenis dan keadaan lipase (bebas atau imobil), pelarut dan suhu
reaksi. Yang et al., (1993a) melaporkan kesetimbangan reaksi gliserolisis minyak
mentega dalam pelarut 2-metil-2-propanol dengan lipase AK tercapai pada waktu
reaksi selutar 5 jam ,sedangkan dengan lipase PS-30 sekitar 10jam dengan rendernen
MAG berkisar 55 % untuk kedua jenis lipase. Akan tetapi gliserolisis minyak
mentega tanpa pelarut reaksi kesetimbangan tercapai pada waktu reaksi sekitar 10
jam untuk kedua jenis lipase dengan rendemen MAG sekitar 55 %. Yang dan Parkin
(1994) melaporkan kesetimbangan gliserolisis minyak mentega dalam pelarut terbutanol dengan lipase PS-30 dalam gel ENTP-4000 tercapai pada waktu reaksi sekitar
72 jam dengan rendemen MAG sekitar 60 %. Myrnes et al., (1995) melaporkan
kesetimbangan gliserolisis minyak ikan pada suhu 5°C dengan lipase Rhizopus nivem
(lipase N ) tercapai pada waktu reaksi sekitar 192 jam, sedangkan dengan lipase AK
tercapai pada waktu reaksi sekitar 96 jam.
McNeill et a/.,(1992) melaporkan komposisi asam lemak MAG clan DAG pada
reaksi gliserolisis lemak sapi (beef tallow) dengan lipase Pseudomonas JIuorescens
berubah terhadap waktu reaksi (Gambar 2.4).
Asam palmitat MAG atau
monopalmitin (MC16) memperlihatkan pola perubahan yang tidak teratur terhadap
waktu reaksi, MC18 (dari asam stearat) pada awal reaksi meningkat kemudian
menurun setelah reaksi berjalan relatif lama, yaitu pada waktu reaksi di atas 5 jam,
MC18:l (dari asam oleat) mengalami penurunan yang diikuti dengan keadaan yang
tetap terhadap waktu reaksi. Gejala tersebut nampaknya tidak hanya terjadi pada
reaksi gliserolisis, akan tetapi ditemukan pula pada reaksi asidolisis (Gioielli et al.,
1994)
0
5
10
15
20
25
30
Waktu inkubasi (jam)
Gambar 2.4. Perubahan komposisi asam lemak MAG dan DAG produk
reaksi gliserolisis lemak sapi dengan lipase Pseudomoms
fluorescens. Garis penuh = MAG, C 18:O @), C16:O (m),
C18:l (V ); garis tidak penuh = DAG, C18:0(0), C16:O ),
C18:l (V) fMcNeill et al., 1992).
Menurut Myrnes et al., (1995),
perubahan komposisi asam lemak MAG
berkaitan erat dengan sifat kespesifikan substrat lipase dalarn reaksi gliserolisis. Hal
tersebut didasarkan atas hasil pengamatan komposisi asam lemak MAG produk
gliserolisis minyak ikan (Tabel 2.3) yang menunjukkan total asam lemak jenuh dm
tidak jenuh berbeda pada penggunaan lipase yang berbeda.
Tabel 2.3. Komposisi asam lemak (%) minyak ikan dan MAG produk
gliserolisis pada suhu reaksi 5 "C dengan beberapa jenis
lipase asal mikroba (Myrnes et al., 1995)
Jenis asarn
lemak
Produk MAG dengan lipase
Minyak
ikan
R niveus R delemar C. vzscosum Pseudomonas
C14:O
4 $5
2,8
4,o
6,7
C16:O
1074
16,5
23,2
34,4
C18:O
2,6
73
11,l
6,3
3,7
Total Jenuh
17,6
27,l
383
47,4
10,8
C16:l
1074
60
5,3
5,3
3,7
C18:l
2173
2073
14,O
14,l
18,6
C20:1
12,O
16,8
1077
9,7
20,3
C22: 1
570
776
5,o
4,o
11,2
Total monoena
48,7
50,7
35,O
33,l
53,8
C18:3n-3
0,s
077
173
076
077
C20:5n-3
8,8
4,9
5,3
4, 1
8,o
C22:5n-3
1,o
0,7
0,7
075
1,o
C22:6n-3
11,9
72
6,9
5,7
93
Total PUFA
22,5
13,s
14J
10,9
19,s
075
'
6,6
--
2. Sifat Pengemulsi MAG
Monoasilgliserol mengandung dua gugus yang bersifat polar dan satu gugus
yang bersifat non polar atau mengandung gugus hidrofilik dan hidrofobik. Adanya
kedua gugus tersebut menyebabkan MAG berfungsi sebagai pengemulsi dan
digolongkan sebagai bahan aditif pangan (Taylor, 1980; Igoe dan Hui, 1996). Gugus
hidrofobik MAG dalam campuran yang tidak saling melarut berorientasi pada fase
organik (fase non polar), sedangkan gugus hidrofilik berorientasi pada fase air atau
fase polar. Orientasi kedua gugus tersebut menyebabkan campuran yang tidak saling
melarut tidak nampak terpisah satu terhadap yang lain (membentuk ernulsi).
Sifat pengemulsi MAG relatif lebih tinggi dibandingkan DAG yang mempunyai
dua gugus hidrofobik dan satu gugus hidrofilik. Perbedaan tersebut teramati pada
struktur molekd kedua senyawa yang tersaji pada Garnbar 2.5.
H-C-OH
H-C-0-C-R
a-MAG (1-MAG) P-MAG (2-MAG)
H-C-0-C-R
H-C-OH
1,2 DAG
1,3 DAG
Gambar 2.5. Struktur molelcul mono dan diasilgliserol.
Struktur molekul bentuk a (a-MAG) dan bentuk
P
(P- MAG) senantiasa
ditemukan dalam MAG komersil (MAG yang telah dipasarkan). Bentuk a-MAG
relatif lebih aktif dibandingkan dengan bentuk 9-MAG ditinjau dari aspek sifat
fungsionalnya (Smith, 1991). Kandungan a-MAG komersil berkisar antara 40 dan
90 %, nilai bilangan iodium antara 1 dan 100, titik leleh berkisar antara 40 dan 70 "C,
dan bentuk produknya bervariasi, yaitu produk yang bent&,nya serbuk (powder),
serpih (flakes), flastis dan bentuk a i r . Komposisi MAG komersial yang berbasis
asam stearat sebagai contoh disajikan pada Tabel 2.4, sedangkan karakteristik
beberapa jenis MAG komersial tersaji pada Tabel 2.5.
Monoasilgliserol (MAG) dalam industri pangan digunakan sebagai pengemulsi
pada pengolahan margarin, mentega kacang (peanut butter), whitener, pudding, roti,
biskuit dan kue-kue kering berlemak lainnya (Ronsivalli dan Vieira, 1990; Malundo
dan Resurreccion, 1994; Igoe dan Hui, 1996; Elizabeth dan Boyle, 1997). Twillman
dan White (1988) melaporkan MAG memperbaiki reologi adonan dan
memperpanjang masa simpan tekstur (textural shelf life) tortilla jagung.
Monoasilgliserol dalam adonan bereaksi dengan amilopektin membentuk senyawa
kompleks yang berfungsi
memperbaiki adonan, volume dan tekstur roti serta
memperpanjang masa simpan produk roti (Chung, 1986; Batres dan White, 1996;
Huang dan White, 1993; Mettler dan Seibel, 1995). Menurut Sanches et al., (1995),
lemak rendah kalori dapat mensubsitusi 35 % lemak dalam adonan dengan adanya
pengemulsi mono dan diasilgliserol pada tingkat kepekatan 0,5 %. Nur Rahrnan
(1997) menemukan tepung singkong dapat mensubsitusi tepung terigu sampai 40 %
pada penambahan 1 % gliseril monostearat. Mudjisihono et al., (1994) melaporkan
penambahan gliseril monostearat 1 % dapat memperbaiki adonan dalam pembuatan
gelek menggunakan tepung sorgum.
Tabel 2.4. Kompsisi MAG komersial yang berbasis asam stearat (Smith, 1991)
Kompsisi (%)
I Total monoasilgliserol
/
Destilled
1
95,o
High mono
1
65,O
Low Mono
1
50,O
a-monoasilgliserol (a-MAG)
92
60
40-45
Diasilgliserol (DAG)
3,5
34
45-50
Triasilgliserol (TAG)
0,1
3,5
5-10
Asam lemak bebas (FFA)
0,8
1,o
1-2
Asam miristat (14:O)
3
3
1
Asam palmitat (16:O)
33
30
10
Asam stearat (18:O)
62
65
85-90
Asarn oleat (18: 1)
DALAM BIOSINTESIS ANTIMIKROBA
MONQASILGLISEROL DARI
MINYAK KELAPA
MAPPIRATU
PROGRAM PASCASARJANA
INSTITUT PERTANIAN BOGOR
BOGOR
1999
UNTUKMU KARYA IN1 KUPERSEMBAHKAN
Pengotahan kelapa telah kutekuni sejak aku masih kanak-kanak, meskipun waktu itu
baru pengolahan kopra dan pengolahan tali sabut kelapa. Ayahku Almarhum H. Dg. Mapata
hidup dari kelapa dan akupun dibesarkan dari kelapa.
Setelah sekian lama kelapa tidak lagi tersentuh diingatanku, tiba-tiba nuraniku
mengingatkan aku bahwa aku dibesarkan dari kelapa, bukankah lebih baik jika diakhiri dari
kelapa. Bisikan itu datang ditengah malam yang sunyi, ketika aku terbaring tak berdaya
sedang merenungi masa depanku, sedang menimbang-nimbang flavor pandan wangi yang
diberikan oleh Ibu yang sangat kuhormati, Ibu Almarhuma Prof.Dr.lr.HjSrii FardiazMSc,
sebagai topik kajian dahm rangka mencapai gelar akademik teninggi.
Setelah sekian lamanya merintih kesakitan dari peringatan Tuhanlar Yang Maha Kuasa
sebagai tanda kasih sayangnya kepadaku, hambanya, tiba-tiba muncut seberkas cahaya
kebahagian, ketika Ibu Almarhuma menyetujui perubahan topik kajian dari flavor ke kelapa
bahkan memberikan dorongan untuk rnengkajinya, meskipun Almarhuma tidak mengetahui
bahwa aku ini dibesarkan dari kelapa.
Sungguh besar jasamu bagiku Ibu, engkau telah
memberikan kebahagiaan dibalik kesengsaraanku, namun engkau telah tiada, telah
meninggalkanku sebelum aku memetik buah yang engkau tanamkan untukku, saat tanganku
hendak kuayunkan untuk memetik buah itu, dan saat aku masih sangat memerlukanmu. Ibu!,
adakah pesan dari Allah yang dititipkan untukku.
Seminggu kepergianmu Ibu, saat aku berada ditempat kediamanmu, tempat dimana
aku meminta petuah dan mranmu, tiba-tiba aku teringat pada ayahku, orang yang pertama
mengajariku mengolah kelapa. Ayahku meninggalkanku ketika engkau Ibu akan memberiku
gelar Master llmu Pangan.
Ayahku meninggalkanku karena menderita penyakit kanker
tulang, engkaupun meninggalkanku karena kanker, apakah penyakit itu yang dititipkan
kepadaku oleh dua orang yang kuhormati.
Aku berjanji kepadamu Ibu dan Ayah, akan
kugunakan sisa hidupku untuk mengkaji kelapa dengan tujuan untuk kesejahteraan dan
k&tan
orang banyak termasuk penyaki yang engkau derita. Semoga aku, hamba Allah
senantiasa mendapat petunjuk dan bimbingan darinya dan merestui apa yang hendak
kulakukan dari sisa-sisa hidupku.
ABSTRACT
MAPPIRATU. Utilization of Rice Bran Biocatalyst In the Biosynthesis of
Antimicrobial Monoacylglycerol From Coconut Oil. Under the guidance of
SRIKANDI FARDIAZ (deceased) as the chairlady, and DEDI FARDIAZ,
BETTY SRI LAKSMI JENIE, MAGGY T. SUEARTONO and BUDIATMAN
SATIAWIHARDJA as members of the advisory committee.
The obyectives of this research were: (1) to select rice varieties which produced
rice bran with htgh glycerolysis activity in coconut oil, (2) to study some factors
affecting monoacylglycerol (MAG) biosynthesis, (3) to analyze the composition of
MAG, (4) to determine the antimicrobial activity of MAG, and (5) to characterize the
emulsification properties of MAG.
Rice varieties used in the experiment were the leading national rice varieties
namely, IR-64, Maros and Memberamo. Optimum conditions of MAG biosynthesis
ware determined by selection of medium compositions for coconut oil glycerolysis
reaction including type of organic solvent, temperature, pH, concentrations of
coconut oil substrate and reaction time. Antimicrobial activity of MAG was
ditermined against Staphylococcus aureus, Bacillus cereus. Vibrio cholerae,
Saccharomyces cerevisiae, Aspergillus niger, Aspetgillus o y a e and microflora of
coconut milk.
The results showed that rice varieties did not affect MAG biosynthesis, but
significantly affected the formation of diacylglycerol (DAG). The use of rice bran of
Maros variety produced relatively higher DAG concentration (19,3 1 % ) compared
with Memberarno variety (16%) and 60-IR variety (9,51%).
Organic solvent polarities and the presence of water in the reaction system as
well as glycerolloil ratio affected the MAG biosynthesis. The pH of medium,
reaction temperature and the concentration of coconut oil in the substrate as well as
reaction time also affected MAG biosynthesis. The best conditions of MAG
biosynthesis was obtained using ratio of coconut oil and rice bran in the reaction
vessel was 0,3, using petroleum ether or hexane as solvent with addition of 1,O %
water in the reaction system, glyceroVoi1 ratio of 0,4, pH of 7, at 37 "C, and
reaction time of 90 hours. The highest antimicrobial activities of MAG against
Staphylococcus aureus, Bacillus cereus, Vibrio cholerae, Saccharomyces cerevisiae,
Aspergillus niger, Aspergillus oryzae and microflora of coconut milk were found at
the reaction times of 72,48,72,48,72,48 and 144 hours, respectively.
Separation of pure MAG produced at 72 hour reaction time using refrigerated
centrifugal method resulted in two precipitated fractions and one unprecipitated
fraction. The first fraction which precipitated at 10 "C yielded 26,94 % of the total
fractions. The second fraction whlch precipitated at 5 OC and unprecipitates fraction
yielded 54,78 % and 18,28 % of the total fractions, respectively. Antibacterial
activities of the second fraction against all bacteria tested ware found to be higher
than that of the first and the unprecipitated fraction. Its activity was about two fold of
the original MAG. Fatty acid MAG analysis of the three fractions showed that the
first MAG fraction was dominated by monopalmitin (57,26 %), the second MAG
fraction by monolaurin (73,9 %), whereas the thud MAG fraction by monokaprilin
(36,83 %).
Separation of MAG glycerolysis product with solvent fractionation method
yielded 38,57 % based on the solid weight /substrate or 54 % based on the solid
weight/coconut oil. Separated solid product contained 76,s % MAG (purification
value of 76,5 %). Application of 1 % MAG in coconut milk increased the emulsion
stability by 43 %, and the MAG found to have HLB (hydrophilic-lipophilic balance)
value of 5,l.
RINGKASAN
MAPPIRATU.
Penggunaan Biokatalis Dedak Padi Dalam Biosintesis
Antimikroba Monoasilgliserol Dari Minyak Kelapa. Di bawah bimbingan
SRIKANDI FARDIAZ (Aim) sebagai ketua komisi, DEDI FARDIAZ, BETTY
SRI LAKSMI JENIE, M A N Y T. SUHARTONO dan BUDIATMAN
SATIAWIHARDJA sebagai anggota.
Penelitian ini bertujuan untuk menyeleksi varietas padi yang menghasilkan
dedak dengan aktivitas gliserolisis tinggi terhadap minyak kelapa, mengkaji beberapa
faktor yang berpengaruh terhadap biosintesis monoasilgliserol (MAG), melakukan
analisis komposisi dm uji aktivitzis antimikroba MAG hasil biosintesis dari berbagai
waktu reaksi dan mengkarakterisasi isolat MAG produk reaksi gliserolisis pada
kondisi produksi antimikroba MAG yang terbaik.
Pencapaian tujuan dilakukan melalui empat tahapan kerja yang berlangsung
secara benuutan yaitu: (1) tahap seleksi varietas pa&, (2) penentuan kondisi optimum
biosintesis MAG, (3) penentuan sifat kespesifikan reaksi pembentukan antimikroba
MAG, serta (4) produksi dan karakterisasi produk MAG. Varietas padi yang
diseleksi adalah tiga varietas padi unggul nasional yaitu IR-64, Maros dan
Memkramo. Kondisi optimum biosintesis MAG yang dipelajari meliputi penentuan
komposisi medium reaksi gliserolisis minyak kelapa (rasio air, gliserol dan minyak),
jenis pelarut organik (petroleum eter, heksana, dietil eter dan campuran heksanddietil
eter 1:1 v/v), suhu (30, 37,44 dan 5 1 "C)dan pH (6,7, 73, 8 dan pH 9), konsentrasi
substrat minyak kelapa (rasio minyak/dedak: 0,10, 0,15, 0,20, 0,25, 0,30, 0,35 dan
0,40) dan waktu reaksi (24,48,72,96, 120, 144, 168 dan 192 jam). Penentuan sifat
kespesifikan reaksi pembentukan antimikroba MAG dilakukan melalui pemisahan
MAG dengan metode Kromatografi Kolom Adsorpsi dan analisis asam lemak MAG
murni dengan metode Kromatografi Gas, serta uji aktivitas antimikroba MAG murni
terhadap bakteri dan kamir (metode difusi sumur), kapang (metode kontak) dan
mikroba alarniah santan kelapa dengan metode cawan (plating). Studi karakteristik
produk MAG yang dihasilkan dari kondisi terbaik (aktivitas antimikroba relatif
tinggi) dilakukan melalui pernisahan MAG dalam produk reaksi mengpakan
metode fiaksinasi pelarut, penentuan derajat kemumian (metode Kromatografi Lapis
Tipis Preparatif), nilai hdrophilic-Iipophilic balance (HLB) dengan metode kurva
baku HLB dan uji sifat pengemulsi produk MAG dalam santan kelapa menggunakan
metode pemusingan.
Hasil yang diperoleh menunjukkan bahwa varietas padi tidak memberikan
perbedaan yang berarti pada biosintesis MAG, akan tetapi memberikan perbedaan
yang sangat nyata pada biosintesis diasilgliserol (DAG) yang mempunyai sifat
mengemulsi yang sama dengan MAG. Dedak dari varietas Maros menghasilkan
DAG yang relatif lebih tinggi (1 9,3 1 %) dibandingkan dengan dedak dari varietas
Memberamo (16 %) dan dari varietas IR-64 (9,51 %), yang berarti untuk produksi
bahan pengemulsi tertinggi terdapat pada varietas Maros.
Jenis (polaritas) peIarut organik, kadar air sistem reaksi dan rasio
gliserol/minyak berpengaruh terhadap biosintesis MAG. Demikian pula pH medium
dan suhu reaksi serta konsentrasi substrat minyak kelapa dan waktu reaksi. Kondsi
biosintesis MAG optimum ditemukan pada penggunaan pelarut petroleum eter atau
heksana, kadar air medium reaksi 1,O %, rasio gliserol/minyak 0,4, pH 7 dan suhu
optimum 37 OC, konsentrasi substrat 30 % atas dasar berat dedak (rasio minyak
kelapafdedak padi 0,3), dan dengan waktu reaksi 90 jam. Pada kondisi tersebut
rendemen produksi MAG (kadar MAG dalam produk reaksi) mencapai 50 %.
Waktu reaksi berpengaruh terhadap komposisi dan aktivitas antimikroba MAG.
Komposisi MAG mengalami perubahan yang berfluktuasi terhadap waktu reaksi.
Akan tetapi persentase MAG yang bersifat antimikroba (MC8 sampai MC14)
cenderung meningkat pada peningkatan waktu reaksi sampai 72 jam, sedangkan
MAG yang tidak bersifat antimikroba (MC16, MC18, MC18:l dan MC18:2)
mengalami penurunan. Demiluan pula aktivitas antimikroba MAG berfluktuasi
terhadap waktu reaksi dengan perilaku yang mengikuti perubahan komposisi MAG.
Aktivitas antikamir MAG relatif lebih rendah dibandingkan aktivitas antibakteri
untuk semua waktu reaksi yang diterapkan. Daya hambat MAG terhadap AspergllIus
niger sekitar dua kali lebih tinggi dbandingkan Aspergillus oryzae. Aktivitas
optimum antimikroba MAG diperoleh dari waktu reaksi 72 jam untuk Staphylococcus
aureus, Bacillus cereus dan Aspergrlltls nrger , 48 jam untuk V~brrocholerae,
Saccharomyces ceratisiae dan Aspergillus ogaae, dan 144 jam untuk mikroba
alamiah santan kelapa Rendemen praduksi MAG pada waktu reaksi 48 ,72 dan 144
jam berturut-turut 28,80 %, 39,03 % dan 48,93 %.
Pemisahan MAG yang bersifat antimikroba dari MAG murni yang dihasilkan
dari waktu reaksi 72 jam (rendemen MAG dan aktivitas antimikroba relatif tinggi)
menghasilkan fraksi terendapkan masing-masing pada suhu 10 OC (fraksi I) dan 5 "C
(fraksi 11) serta fraksi yang tidak terendapkan pada suhu 5 OC (fiaksi 111) dengan
rendemen setiap fiaksi berturut-turut 26,94 %, 54,78 % dan 18,28 %. Fraksi I1
mempunyai aktivitas antibakteri yang relatif lebih tinggi dibandingkan dengan fiaksi
I dan 111, dan mengalami peningkatan aktivitas dua kali lebih tinggi dari MAG
asalnya (MAG yang difraksinasi). Hasil analisis asam lemak MAG setiap fraksi
menunjukkan komposisi MAG fiaksi I didominasi oleh monopalmitin (57,26 %),
MAG fraksi I1 didominasi oleh monolaurin (73,9 %), sedangkan MAG fraksi I11
didominasi oleh monokaprilin (36,83 %), yang berarti pemusingan dingin tidak dapat
memisahkan MAG yang bersifat antimikroba secara sempurna. MAG minyak kelapa
yang mempunyai aktivitas antibakteri relatif tinggi adalah monolaurin (MC 12).
Upaya untuk menghasilkan produk MAG komersial melalui proses produksi
dan pemisahan MAG hasil produksi menggunakan metode fraksinasi pelarut etanol
95 % diperoleh produk yang bentuknya padat dengan rendemen produksi 38,57 %
(berat endapanherat total substrat) atau 54 % (berat endapanhrat minyak). Endapan
yang dihasilkan mengandung MAG 76,5 % atau mempunyai derajat kemwnian 76,5
%, nilai HLB 5,l dan hanya mampu meningkatkan stabilitas santan kelapa sebesar 43
% pada pengpnaan produk MAG 1 %. Produk MAG termasuk bahan pengemulsi
air dalarn minyak (nilai HLB < 7), dan merupakan faktor penyebab ketidak marnpuan
menstabilkan emulsi santan kelapa yang termasuk emulsi minyak dalam air.
PENGGUNAAN BIOKATALIS DEDAK PAD1
DALAM BIOSINTESIS ANTIMIKROBA
MONOASILGLISEROL DARI
MINYAK KELAPA
MAPPIRATU
Disertasi
sebagai salah satu syarat untuk memperoleh gelar
Doktor
Pada
Program Studi Ilmu Pangan
Program Pascasarjana Intitut Pertanian Bogor
PROGRAM PASCASARJANA
INSTITUT PERTANIAN BOGOR
BOGOR
1999
Judul Disertasi
: PENGGUNAAN BIOKATALIS DEDAK PAD1 DALAM
BIOSINTESIS ANTIMIKROBA MONOASILGLISEROL
DARI MINYAK KELAPA
Narna Mahasiswa : Mappiratu
Nomor Pokok
: IPN-94530
Menyetujui :
1. Kpmisi Pembimbing
Prof. Dr. Ir. Hi. ~ r i l h n dFardiaz
i
M.Sc (aim)
Ketua
Prof. Dr. Ir. H. Dedi Fardiaz, M.Sc
Anggota
Prof. Dr. Ir. h. Sri Laksmi Jenie, MS
Anggota
Anggota
2. Ketua Program Studi
Ilmu Pangan
-Jda:
\
(Prof. Dr. Ir. B.Sri Laksmi Jenie, MS)
Tanggal lulus :14 Agustus 1999
RIWAYAT HIDUP
Penulis dilahirkan pada tanggal 7 Juli 1953 di Desa Bira, Kabupaten
Bulukumba, Sulawesi Selatan, merupakan anak pertarna dari sembilan bersaudara,
dari pasangan H. Dg. Mapata (Alm) dan Hj. Siti Maesuri (Alm).
Setelah lulus dari SMA Negeri Bulukumba, tahun 1978 penulis melanjutkan
studi ke Jurusan Kimia FMIPA ITB, dan lululs pada tahun 1983. Tahun 1987 penulis
melanjutkan pendidikan ke Program studi Ilmu Pangan (S2), Program Pascasarjana
IPB, Bogor. Pada tahun 1994 penulis mengikuti pendidikan (S3) pada program studi
dan perguruan tinggi yang sarna, yaitu IPB, Bogor.
Pada tahun 1984 sampai sekarang penulis menjadi staf pengajar tetap pada
Fakultas Pertanian Universitas Tadulako.
KATA PENGANTAR
Puji dan syukur penulis panjatkan kehadirat Allah SWT atas rahmat Nya,
sehngga penulisan disertasi ini dapat diselesaikan. Penggunaan bahan pengawet
alami untuk pangan pada era pasar global cukup penting, sebab pada era tersebut
mutu pangan ditinjau dari aspek kesehatan lebih penting dari pada harga. Untuk itu
perlu upaya ke arah produksi bahan pengawet alarni pangan dengan berdasar pada
potensi surnber daya alam hayati Indonesia.
Monoasilgliserol (MAG) yang
diproduksi dari rninyak kelapa secara enzimatik mempunyai peluang yang cukup
tinggi untuk dijadikan sebagai bahan pengawet alami pangan, sebab MAG bersifat
antimikroba dengan spektrum yang relatif luas mencakup bakteri, kapang dan kamir,
serta minyak kelapa sebagai bahan baku merupakan surnber daya hayati Indonesia
yang cukup potensial.
Telah dilakukan biosintesis MAG dari rninyak kelapa
menggunakan biokatalis dedak padi. Tahapan biosintesis MAG, sampai dilakukan uji
aktivitas antibakteri, kapang dan kamir, produksi MAG pada skala yang ditingkatkan
serta karakteristik MAG yang dihasilkan dituangkan dalam tulisan ini.
Disertasi ini diajukan dalam rangka memenuhi salah satu persyaratan
penyelesaian studi pada Program Studi Ilmu Pangan, Program Pascasarjana (S3),
Institut Pertanian Bogor, yang dibiayai oleh Team Manajemen Program Doktor,
Direktorat Jenderal Pendidikan Tinggi.
Pada kesempatan ini perkenankanlah penulis menyampaikan ucapan terima
kasih yang dalam kepada Prof Dr. IT. Hj. Srikandi Fardiaz, M.Sc (alm) selaku ketua
komisi pembimbing, yang didampingi oleh Prof. Dr. Ir. H. Dedi Fardiaz, M.Sc, Prof
Dr. Ir. Betty Sri Laksmi Jenie, MS, Prof. Dr. Ir. Maggy T. Suhartono dan Dr. Ir.
Budiatman Satiawihardja, M.Sc selaku anggota komisi atas saran-saran, arahan dan
bimbingannya hingga disertasi ini selesai. Rasa terima kasih juga penulis sarnpaikan
kepada Dr. Ir. Endang Gumbira Said, MA. Dev
dan Dr. Tri Panji, MS atas
kesediaannya sebagai dosen penguji serta saran dan pengarahan yang diberikan untuk
menyempurnakan disertasi ini.
Disampaikan pula rasa terima kasih kepada Rektor UNTAD, dekan FAPERTA
UNTAD yang telah memberikan kesernpatan pada penulis untuk melanjutkan
pendiQkan S3 di IPB. Rasa terima kasih yang dalam penulis sarnpaikan kepada
Bapak Prof. Aminuddin Ponulele, MS atas segala bantuannya sebelum dan selama
penulis menempuh pendidikan S3 di IPB,
serta kepada rekan-rekan sejawat di
Faperta UNTAD atas bantuan serta dukungannya.
Rasa terima kasih disampaikan pula kepada staf pengajar dan pegawai di
lingkungan Jurusan Teknologi Pangan dan Gizi, Fakultas Teknologi Pertanian IPB,
staf dan karyawan Laboratorium yang berada di bawah PAU Pangan dan Gizi, IPB
dan Jurusan TPG, Fateta, IPB, Rekan-rekan mahasiswa S3, dan semua pihak yang
telah membantu penulis.
Rasa terima kasih yang tidak terhingga penulis sarnpaikan kepada almarhum
dan almarhumah kedua orang tua atas kasih sayang yang telah diberikan pada penulis
selama hidupnya, Bapak dan Ibu Mertua Langga dan Hj. Hapipa, adik-adikku
Hj..Kasmun, Hj. Hasna Intang, H. M-Darwis, Hj. Rahma, Hj. Andilala, Ijirana, Spd
dan Andi Marlia, S.E beserta keluarga atas dukungan dan doanya.
Rasa terima kasih yang tulus penulis sampaikan kepada adik ipar Drs. H. Baso
Aburaera dan H. Baharuddin beserta keluarga atas bantuan dan perawatannya, ketika
penulis terbaring tak berdaya setahun larnanya, saat itu penulis masih tahun pertama
pendidikan S3.
Terima kasih yang tidak terhingga penulis sampaikan pada isteri tercinta Hj.
Aisyah, anak-anakku tersayang Asmar, Iis, Susanto, Aismaratu, Amiril, Kurniawan
dan Kurniawati atas dukungan clan doanya.
Bogor, Agustus 1999.
Penulis.
DAFTAR IS1
Halaman
KATA PENGANTAR
1
DAFTAR IS1
iv
DAFTAR TABEL
vii
DAFTAR GAMBAR
DAFTAR LAMPIRAN
I. PENDAHULUAN
A. Latar Belakang
B. Tujuan Penelitian
C. Hipotesis
11. TINJAUAN PUSTAKA
A. Monoasilgliserol
1. Biosintesis MAG
2. Sifat Pengemulsi MAG
3. Sifat Antimikroba MAG
B. Minyak Kelapa
1. Komposisi Asam Lemak
2. Posisi Asam Lemak
C. Dedak Padi
1. Komposisi Dedak Padi
2. Lipase Dedak Padi
111. BAHAN DAN METODE PENELITIAN
A. Tempat dan Waktu Penelitian
xii
B. Bahan dan Alat
36
C. Metode Penelitian
38
1. Seleksi Varietas Padi
38
2. Penentuan Kondisi Optimum Biosintesis MAG
42
3. Penentuan Kespesifikan Reaksi Pembentukan Antimikroba MAG
44
4. Produksi dan Karakterisasi Produk MAG
46
5. Analisis
47
IV. HASIL DAN PEMBAHASAN
A. Seleksi Varietas Padi
B. Kondisi Optimum Biosintesis MAG
56
56
61
1. Pengaruh Jenis Pelarut dan Kadar Air Medium Reaksi
61
2. Pengaruh Rasio GliserolMinyak dan Kadar Air Medium Reaksi
69
3. Suhu dan pH Optimum
78
4. Pengaruh Rasio Minyak Kelapa/Dedak Kasar
81
5. Pengaruh Waktu Reaksi
83
C. Kespesifikan Reaksi Pembentukan Antimikroba MAG
86
1. Komposisi MAG dari Berbagai Waktu Reaksi
86
2. Aktivitas Antimikroba MAG.dariBerbagai Waktu Reaksi
92
a. Aktivitas antibakteri dm Antikharnir MAG
b. Aktivitas Antikapang MAG
c. Antimikroba MAG dalam Santan Kelapa
3. Komposisi dan Aktivitas Antimikroba Fraksi-Fraksi MAG Murni
D. Karakteristik Produk MAG Sebagai Pengemulsi Santan Kelapa
1. Rendemen dan Derajat Kemurnian Produk MAG
2. Nilai HLR (HydropJzilicLypophilic Bulunce)
106
112
3. Sifat Pengemulsi MAG dalam Santan Kelapa
V. KESIMPULAN DAN SARAN
A. Kesimpulan
B. Saran
DAFTAR PUSTAKA
LAMPIRAN
DAFTAR TABEL
No.
Teks
Halaman
2.1. Pengaruh jenis pelarut organik terhadap aktivitas lipase PS-30 dan
Lipase IM-60 pada reaksi gliserolisis konsentrat asam lemak omega-3
minyak ikan
8
2.2. Komposisi asarn lemak MAG produk reaksi gliserolisis minyakllemak
dengan lipase PseudomonasJluorescens pada suhu reaksi yang berbeda
11
2.3. Komposisi asam lemak (%) rninyak ikan dan MAG produk gliserolisis
pada suhu reaksi 5°C dengan beberapa jenis lipase asal mikroba
14
2.4. Komposisi MAG komersial yang berbasis asam stearat
17
2.5. Karakteristik beberapa MAG komersial
18
2.6. Pengaruh campuran MAG terhadap penghambatan L. monocytogenes
20
2.7.
Perbandingan aktivitas antibakteri MAG dengan bahan pengawet yang
telah urnum digunakan sebagai pengawet pangan
21
2.8. Perbandingan aktivitas antikapang dan antikhamir MAG dengan bahan
pengawet yang telah umum digunakan sebagai pengawet pangan
21
2.9. Pengaruh beberapa jenis MAG dari asam lemak jenuh terhadap viabilitas
spora B. stearothermophylus pada suhu 120 "C
23
2.10. Penurnan masa sel (%) kapang dan kharnir yang diberi beberapa jenis
bahan antimikroba
26
2.1 1. Kandungan asam lemak minyak kelapa pada berbagai teknik analisis
dengan GLC
28
2.12. Komposisi dan distribusi asam lemak minyak kelapa
29
2.13. Komposisi asarn lemak beberapa jenis minyak nabati
31
2.14. Kandungan kimia komponen gabah
33
2.15. Aktivitas esterase lipase dedak dari berbagai varietas padi
35
4.1.
4.2.
4.3.
4.4.
4.5.
Hasil analisis rendemen dan kandungan nutrisi fraksi h a i l fraksinasi
dedak kasar
60
Hasil analisis komposisi asam lemak MAG murni yang dihasilkan dari
berbagai waktu reaksi
88
Selisih persentase antara asam lemak MAG dengan asam lemak minyak
asalnya pada waktu reaksi 24 jam
89
Persentase komposisi asam lemak MAG yang bersifat antimikroba dan
yang tidak bersifat antimikroba
97
Jenis dan komposisi MAG hasil pemisahan secara pemusingan suhu
dingin
111
DAFTAR GAMBAR
No.
Teks
Halaman
2.1. Pengaruh gliserol terhadap rendemen MAG pada reaksi gliserolisis
minyak mentega dengan lipase PS-30 pada kadar air yang berubah
dan kadar air yang tetap
2.2. Pengaruh gliserol terhadap rendemen MAG pada reaksi gliserolisis
minyak mentega dalam pelarut 2-metil-2-propanol dengan lipase
PS-30 dan lipase AK
2.3. Pengaruh gliserol terhadap rendemen MAG pada reaksi gliserolisis
minyak mentega tanpa pelarut organik dengan lipase PS-30 dm
lipase AK
2.4. Perubahan komposisi asam lemak MAG dan DAG produk reaksi
gliserolisis lemak sapi dengan lipase pseudomoms fluorescens
2.5. Struktur molekul mono dan diasilgliserol
2.6. Penampang melintang butiran padi
3.1. Skema persiapan dedak kasar kering beku bebas lernak
3.2. Skema diagram alir gliserolisis minyak kelapa (biosintesis MAG)
menggunakan biokatalis dedak kasar
3.3. Sketsa penotolan sampel pada plat TLC dan penampakan TLC setelah
proses elusi dan penampakan noda
3.4. Sketsa kolom florisil pada penentuan kadar MAG dalam produk reaksi
menggunakan metode kromatografi kolom florisil
4.1. Histogram fiaksi masa (%) kompenen TAG, DAG, MAG dan FFA
dalam produk reaksi gliserolisis menggunakan dedak kasar dari
varietas padi p g diseleksi
4.2. Kurva perubahan fiaksi masa MAG terhadap kadar air medium reaksi
dan jenis pelarut
4.3. Pengaruh kadar air dalam sistem reaksi pada berbagai jenis pelarut
terhadap biosintesis MAG
,
4.4. Tahaptahap reaksi gliserolisis minyak dengan enzim lipase
4.5. Perubahan fraksi masa TAG, DAG , MAG dan FFA dalarn pelarut
petroleum eter dan dietil eter terhadap kadar air medium reaksi
4.6. Fraksi masa komponen TAG, DAG, MAG dan FFA dalam produk
reaksi pada berbagai 'rasio gliserol/minyak dan kadar air medium reaksi
4.7. Kurva hubungan antara fraksi MAG terhadap rasio gliserollminyak pada
berbagai kadar air medium reaksi
4.8. Kurva hubungan fraksi masa TAG terhadap rasio gliserollminyak pada
berbagai kadar air medium reaksi
4.9
Kurva hubungan antara fiaksi masa komponen TAG, DAG, MAG dan
FFA terhadap rasio gliseroVminyak pada kadar air medium reaksi 1 %
4.10. Kurva hubungan antara fiaksi masa komponen TAG, DAG, MAG dan
FFA terhadap pH medium reaksi
4.1 1. Kurva hubungan antara fraksi masa komponen TAG, DAG, MAG dan
FFA terhadap suhu reaksi
4.12. Kurva perubahan kadar MAG terhadap rasio minyak kelapaldedak kasar
4.13. Penganih waktu reaksi terhadap rendemen MAG terbentuk
4.14. Pengaruh waktu reaksi terhadap persentase MAG
4.15. Penampakan zona hambat MAG terhadap bakteri penguji B. cereus,
S. aureus dan V: cholerae
4.16. Hasil pengukuran diameter zona hambat MAG terhadap khamir clan
bakteri penguji
4.17. Perubahan diameter zona hambat B. cereus dan S. aureus serta
perubahan persentase monolaurin terhadap waktu reaksi
4.18. Penampakan perhunbuhan kapang A. niger dan A. oryzae dalam
medium yang mengandung dan tidak mengandung MAG
4.19. Kurva hasil pengukuran masa sel kapang dalam medium yang
mengandung MAG dari berbagai waktu reaksi
4.20. Reduksi masa sel kapang dalam medium yang mengandung MAG
dari berbagai waktu reaksi
4.21. Perubahan nilai log j umlah koloni dan log N/No mikroba santan kelapa
yang mengandung MAG dari berbagai wak-tu reaksi
4.22. Penampakan zona hambat fiaksi I, fraksi I1 dan fraksi 111terhadap
bakteri penguji B. cereus
4.23. Histogram diameter zona hambat fiaksi-hksi MAG mumi terhadap
bakteri penguji B. cereus, S. aureus dm K cholerae
4.24. Penampakan zona hambat fraksi I1 terhadap bakteri penguji, S. aureus
B. cereus dan K choIerae
4.25. Kromatogram Kromatografi Lapis Tipis endapan hasil fraksinasi suhu
dingin menggunakan pelarut heksana
4.26. Kromatogram Kromatogrdi Lapis Tipis filtrat dan endapan hasil
fraksinasi suhu dingin menggunakan pelanrt etano195 %
4.27. Histogram fraksi masa komponen TAG, DAG, MAG dan FFA dalam
produk reaksi dan produk hasil pernisahan
4.28. Kurva baku HLB pengemulsi
4.29. Kurva perubahan stabilitas santan terhadap konsentrasi MAG
4.30. Penampakan globula lemak emulsi santan kelapa yang tidak
mengandung MAG, yang mengandung MAG 0,s % dan 1,O %
DAFTAR LAMPIRAN
No.
Teks
Halaman
1. Hasil analisis fraksi masa komponen TAG, DAG, MAG dan FFA
dalam produk reaksi gliserolisis menggunakan dedak kasar dari
varietas padi yang diseleksi
134
2. Hasil analisis sidik ragam fraksi masa MAG dalam produk reaksi
gliserolisis minyak pa& seleksi varietas padi
134
3. Hasil analisis sidik ragam fraksi masa DAG &lam produk reaksi
gliserolisis minyak pada seleksi varietas padi
4. Hasil analisis fraksi masa komponen TAG, DAG, MAG dan FFA
dalam produk reaksi gliserolisis menggunakan berbagai jenis pelarut
dan kadar air sistem reaksi
5. Hasil analisis sidik ragam perubahan W s i masa MAG terhadap kadar
air dan jenis pelarut
6. Hasil analisis hubungan antara fraksi masa MAG terhadap kadar air
pada berbagai jenis pelarut
7. Hasil analisis fraksi masa komponen TAG, DAG, MAG dan FFA
dalam produk reaksi dari berbagai rasio gliserollminyak clan kadar air
medium reaksi
8. Hasil analisis sidik ragam perubahan fraksi masa MAG terhadap
kadar dan rasi gliserollrninyak
9. Hasil analisis hubungan antara fraksi masa MAG terhadap kadar air
pada berbagai rasio gliserollminyak
10. Hasil analisis fraksi masa (%) komponen TAG, DAG, MAG dan FFA
dalam produk reaksi gliserolisis pada berbagai pH medium reaksi
11. Hasil analisis fiaksi masa (%) komponen TAG, DAG, MAG dan
FFA dalam produk reaksi gliserolisis pada berbagai suhu reaksi
12. Hasil analisis kadar MAG dalam produk reaksi pada berbagai rasio
minyalddedak kasar
13. Rasio analisis kadar MAG yang terbentuk pada berbagai waktu reaksi
145
14. Kromatogram Kromatografi Gas asam lemak minyak kelapa
146
Kromatogram Kromatografi Gas asam lemak MAG dari waktu
reaksi 24 jam
Kromatogram Kromatografi Gas asam lemak MAG dari waktu
reaksi 48 jam
Kromatogram Kromatografi Gas asam lemak MAG dari waktu
reaksi 72 jam
Kromatogram Kromatografi Gas asam Iemak MAG dari waktu
reaksi 96 jam
Kromatogram Kromatografi Gas asam lemak MAG dari waktu
reaksi 120jam
Kromatogram Kromatografi Gas asam lemak MAG dari waktu
reaksi 144 jam
Kromatogram Kromatografi Gas asam lemak MAG dari waktu
reaksi 168jam
Kromatogram Kromatografi Gas asarn lemak MAG dari waktu
reaksi 192jam
Pengaruh waktu reaksi terhadap daya antimikroba MAG minyak
kelapa
Hasil penentuan masa sel kapang (grarntliter) yang diberi MAG
dari berbagai waktu reaksi
Hasil pengukuran jumlah koloni dan optikal densiti medium yang
diberi santan kelapa dan MAG dari berbagai waktu reaksi
Rendemen clan luas areal penghambatan fraksi hasil pemisahan MAG
Kromatogram Kromatografi Gas asam lemak MAG fraksi I (fi-aksi
terendapkan pa& suhu 10°C) hasil fraksinasi pemusingan suhu dingin
Kromatogram Kromatografi Gas asam lemak MAG fraksi I1 ( M s i
terendapkan pada suhu 5°C) hasil fraksinasi pemusingan suhu dingin
29. Kromatogram Kromatografi Gas asam lemak MAG fraksi I11
(fraksi tidak terendapkan = filtrat pada suhu 5°C) hasil fiaksinasi
pernusingan suhu dingin
153
30. Hasil analisis fraksi masa (%) komponen TAG, DAG, MAG dan
FFA sebelum dan setelah fraksinasi dengan pelarut etano195 %
154
3 1. Hasil penentuan nilai air pada pembuatan kurva baku untuk
penentuan nilai HLB produk MAG
154
32. Hasil uji produk MAG terhadap stabilitas santan'kelapa
154
L PENDAHULUAN
A. Latar Belakang
Tanaman kelapa ( C o w nucifera, L) termasuk salah satu sumber daya alam
hayati Indonesia yang cukup potensial. Produksi kelapa Indonesia pada lahan seluas
3.230.000 hektar mencapai 2.330.000 ton setara kopra (APCC, 1990), yang
melibatkan sekrtar tiga juta kepala keluarga petani atau tidak kurang dari 6 juta jiwa
penduduk Indonesia (Berlina et al., 1989 ; Amrizal et al., 1994). Produk kelapa
tersebut sebagian besar (sekitar 65 persen) terolah menjadi minyak (Amrizal, 1994),
sisanya digunakan untuk kebutuhan rumah tangga, kelapa parut kering, santan awet
dan lain-lain. Berdasarkan potensi dan jurnlah penduduk yang terlibat, peningkatan
nilai tambah minyak kelapa melalui diversifikasi akan sangat berarti terhadap
perekonomian bangsa Indonesia. Oleh karena itu perlu upaya diversifikasi minyak
yang menghasilkan produk bernilai ekonomi relatif lebih tinggi dari minyak asalnya
serta mempunyai potensi pasar pada era pasar global.
Salah satu produk diversifikasi minyak kelapa yang prospeknya cukup cerah
saat ini dan pada era pasar global adalah monoasilgliserol (MAG). Krog (1990)
memprediksi kebutuhan MAG sebagai pengemulsi pangan pada era pasar global
berlusar 132.000 ton/tahun.
Monoasilgliserol digunakan antara lain dalam
pembuatan margarin, roti, es krim, keju dan kacang mentega (Huang dan White,
1993; Mettler dan Seibel, 1995; Sanches et al., 1995; Igoe dan Hui, 1996), yang
saat ini kebutuhan dalam negeri masih impor.
Monoasilgliserol dari minyak kelapa selain dapat berperanan sebagai
pengemulsi, juga dapat berfhgsi sebagai antimikroba, sifat ini tidak dimiliki oleh
monoasilgliserol dari minyak nabati lain ( W a g et al., 1993). Perbedaan tersebut
disebabkan oleh jenis asam lemak minyak kelapa yang didominasi oleh asarn lemak
jenuh rantai pendek dan menengah (C8 sampai C 14), sedangkan asam lemak minyak
nabati lain didominasi oleh asam lemak tidak jenuh dan asam lemak jenuh rantai
panjang (C16 dan C18). Monoasilgliserol dari asam lemak rantai pendek dan
menengah dilaporkan berperanan sebagai antimikroba, sedangkan monoasilgliserol
dari asam lemak rantai panjang jenuh maupun tidak jenuh tidak berfimgsi sebagai
antimikroba ( Wang dan Johnsons, 1992; Wang et al., 1993). Monolaurin berperanan
sebagai inhibitor bakteri gram positif, khamir, kapang dan sel-sel tumor (Kato, 1981;
Wang dan Johnsons, 1992; Bautista dan Grifiths, 1992; Bautista et al., 1993; Oh dan
Marshall, 1993 a,b. 1994).
Monokaprin d m monokaprilin dilaporkan sebagai
antimikroba untuk pangan dan kosmetik (Shibasaki dan Kato, 1978; Kabara, 1984).
Monomeristin dilaporkan menghambat perturnbuhan Listeria monocytogenes dengan
daya penghambatan yang lebih tinggi dbandingkan dengan monokaprat, dan lebih
rendah dibandngkan dengan monolaurin (Wang et al., 1993).
Listeria
monocytogenes merupakan bakteri patogen perusak susu dan produk-produk susu
(Farber dan Peterkin, 1991; Schuchat et a/., 1992; Fardiaz, 1996; Jenie, 1997).
Fungsi ganda yang dimiliki monoasilgliserol minyak kelapa memberikan
peluang penggunaannya dalam pengolahan pangan akan lebih luas yang berarti
kebutuhan &lam pengolahan pangan akan lebih banyak. Kato dan Shibasaki (1 975)
melaporkan monokaprin dan monolaurin memiliki daya penghambatan pertumbuhan
terhadap bakteri (B.cereus, B.subtilis dan S. aureus), kapang A. niger dan khamir (C.
utilis dan S. cerevisiae) yang relatif lebih tinggi dibandingkan dengan asam sorbat
dan butil-phidroksi benzoat yang banyak digunakan sebagai bahan pengawet pangan.
Penggunaan Asam sorbat dan butil-ghidroksi benzoat &lam pengolahan pangan saat
ini masih impor, sehingga monoasilgliserol mempunyai peluang sebagai pengganti
untuk kedua jenis bahan pengawet tersebut. Oleh karena itu perlu upaya produksi
monoasilgliserol minyak kelapa yang mempunyai aktivitas antimikroba relatif tinggi
dengan metode produksi yang menghasilkan produk aman dikonsumsi.
Metode produksi yang menghasilkan produk aman dikonsumsi (tidak
memberikan dampak negatif terhadap kesehatan) adalah metode produksi secara
enzimatik (Yang dan Parkin, 1994; Yang dan Chen, 1994). Akan tetapi produksi
monoasilgliserol menggunakan enzirn lipase komersil akan berdarnpak terhadap
biaya produksi yang relatif tinggi, yang disebabkan oleh harga lipase yang relatif
mahal. Oleh karena itu perlu upaya penjajakan penggunaan bahan lain yang
fungsinya sama dengan lipase.
Akhir-akhir ini penggunaan lipase dari kecambah biji-bijian berminyak banyak
diteliti terutama untuk produksi asam lemak tidak jenuh seperti asam Iinolenat dan
asam lemak omega-3 dari minyak ikan (Rahmatullah el al., 1994; Parmer et al., 1994;
Johrnanian et at., 1995; Johmanian dan Mukherjee, 1995). Lipase dalam kecambah
biji-bijian digunakan sebagai biokatalis setelah diisolasi maupun tanpa melalui isolasi
(menggunakan homogenat kecambah biji). Berdasarkan ha1 itu, diduga dedak padi
dalarn pelarut organik mempunyai aktivitas gliserolisis terhadap minyak kelapa dan
dapat menggantikan lipase komersil &lam biosintesis MAG. Praduga tersebut di
dasarkan atas kandungan lipase dedak yang aktif menghidrolisis minyak dedak
selarna penyimpanan (Fox, 1991; Champagne dan Hron, 1992; Elaine dan Hron,
1994; Woolley dan Petersen, 1994), sifat pelarut organik yang mempunyai daya
pengharnbatan pertumbuhan mikroba kontaminan selarna reaksi berlangsung (Gupta
1992; Hariyadi, 1996) dan sifat kelarutan dedak yang sangat terbatas dalarn minyak
maupun campuran minyaWgliserollpelarut organik non polar.
B. Tujuan Penelitian
1. Menyeleksi varietas padi yang menghasilkan dedak dengan aktivitas gliserolisis
minyak kelapa relatif tinggi.
2. Melakukan penentuan kondisi optimum biosintesis MAG minyak kelapa
menggunakan biokatalis dedak padi.
3. Melakukan analisis asam lemak dan uji aktivitas antimikroba MAG hasil
pemurnian dm berbagai waktu reaksi dan dari produk fraksinasi MAG murni.
4. Melakukan penentuan rendemen dan derajat kemurnian MAG hasil pemisahan
produk reaksi dari hasil produksi pada kondisi terbaik serta menentukan nilai
HLB dan daya pengemulsi MAG hasil pemisahan dalam santan kelapa.
C. Hipotesis
1. Dedak padi mengandung lipase yang &pat dimanfaatkan sebagai biokatalis dalam
reaksi gliserolisis minyak kelapa untuk menghasilkan MAG yang bersifat
antimikroba dengan rendemen produksi di atas 40 % pada kondisi optimum
biosintesis MAG.
2. Pada awal reaksi gliserolisis minyak kelapa dengan biokatalis dedak padi, akan
menghasilkan MAG yang mempunyai aktivitas antimikroba yang relatif tinggi
dan didominasi oleh MAG rantai pendek dan menengah (MC8 - MC14).
3. Monoasilgliserol dari reaksi gliserolisis minyak kelapa yang paling berperanan
sebagai antimikroba adalah monolaurin yang dapat ditingkatkan konsentrasinya
melalui pemisahan dengan metode pemusingan dingin.
IL TINJAUAN PUSTAKA
A. Monoasilgliserol
1. Biosintesis Monoasilgliserol
Biosintesis monoasilgliserol (MAG) berlangsung melalui reaksi gliserolisis
secara enzimatik menggunakan bahan dasar minyak (McNeill et al., 1992; Yang et
al., 1993a, 1993b; Yang dan Parlun, 1994), asam lemak bebas (FFA)(Lie dan Molin,
1992; Singh et a/., 1994) dm ester asam lemak (Berger et al., 1992; Akoh et al.,
1992). Enzim yang berperanan sebagai biokatalis adalah enzim lipase yang pada
umumnya bersumber dari mikroba (lipase mikroba).
Gliserolisis secara enzimatik termasuk reaksi orde 2 (Pecnik dan Knez, 1992;
Malcata et al., 1992) yang melibatkan substrat gliserol dan minyakllemak atau asarn
lemak bebas atau ester asarn lemak, sehingga rendemen MAG dipengaruhi oleh
konsentrasi gliserol dalam sistem reaksi. Faktor lain yang turut berpengaruh terhadap
rendemen MAG produk biosintesis antara lain kadar air sistem reaksi, jenis pelarut
organik (polaritas pelarut) dan sifat kespesifikan lipase serta faktor-faktor yang
berpengaruh terhadap aktivitas lipase, s e w pH, suhu d m konsentrasi substrat.
Air dalam sistem reaksi gliserolisis berpengaruh terhadap arah dan laju reaksi
yang berdampak terhadap rendemen MAG. Perubahan rendemen MAG oleh kadar
air sistem reaksi mengikuti h g s i kuadratik (pola perubahannya mengikuti kurva
parabola) (Yang et al., 1993b; Yang dan Parkin, 1994), yang berarti rendemen MAG
mencapai optimum pada kadar air tertentu. Kadar air sistem reaksi saat rendemen
MAG mencapai optimum dipengaruhi oleh jenis lipase atau sumber lipase. Yang et
al., (1993b) melaporkan gliserolisis minyak mentega dengan lipase PS-30
menghasilkan MAG dengan rendemen optimum pada kadar air 0,8 %, sedangkan
pada penggunaan lipase AK rendemen MAG mencapai optimum pada kadar air 0,6
%. Rendemen MAG untuk kedua jenis lipase relatif sama, yaitu sebesar 55 %.
Pengaruh jenis pelarut (sifat polaritas pelarut) terhadap rendemen MAG
&laporkan oleh Li dm Ward (1993) pada reaksi gliserolisis konsentrat asam lemak
omega -3 minyak ikan menggunakan lipase PS-30 dan lipase IM-60. Derajat sintesis
dalarn satuan persen yang sebanding dengan rendemen MAG relatif lebih rendah
dalarn pelarut organik yang bersifat lebih polar (benzena, aseton dan klorofom)
dibandingkan dalam pelarut organik yang bersifat lebih non polar (hidrokarbon).
Pengaruh tersebut tidak sarna untuk lipase PS-30 dan lipase IM-60 seperti terlihat
pada Tabel 2.1.
Pola perubahan rendemen MAG terhadap gliserol dipengaruhi oleh jenis lipase,
kadar air sistem reaksi dan pelarut organik. Yang dan Parkin (1994) melaporkan pola
perubahan rendemen MAG terhadap rasio mole gliseroVminyak mentega dengan
Iipase PS-30 dalam gel ENTP-4000 mengikuti kurva parabola (Garnbar 2,l) untuk
kadar air sistem reaksi yang tidak tetap (berubah terhadap perubahan gliserol),
sedangkan untuk kadar air yang tetap (tidak berubah terhadap perubahan gliserol)
cenderung menghti kurva linier (Gambar 2.1). Yang et al., (1993a) melaporkan
peningkatan rasio molar gliseroVminyak mentega dalam pelarut 2-metil-2-propanol
dengan lipase PS-30 menghasilkan rendemen MAG yang pola perubahannya
mengikuti kurva parabola (Gambar 2.2), sedangkan pada penggunaan lipase AK pola
perubahan rendemen MAG tidak mengikuti kurva parabola (Gambar 2.2), akan tetapi
cenderung mengikuti kurva linier. Gliserolisis minyak mentega tanpa pelarut
menghasilkan pola perubahan rendemen MAG yang sama antara lipase PS-30 dan
lipase A . (Garnbar 2.3) (Yang et al., 1993b).
Tabel 2.1. Pengaruh jenis pelarut organik terhadap aktivitas lipase PS-30 dan
lipase IM-60 pa& reaksi gliserolisis konsentrat asarn lemak omega-3
minyak ikan (Li dan Ward, 1993)
Jenis pelarut organik
Derajat sintesis (%) untuk
Lipase PS-30
Lipase IM-60
Pentana
41,l
84,2
Heksana
85,5
87,6
Heptana
72,l
85,2
Isooktana
89,4
92,2
Dekana
65,8
64,2
Benzena
22,l
11,2
Aseton
34,2
0,o
Kloroform
24,9
34,2
-
Pengaruh suhu dan pH sistem reaksi gliserolisis mempunyai pola yang sama
dengan reaksi hidrolisis, yaitu rendemen MAG mencapai optimum pada suhu dan pH
optimum. Akan tetapi pengaruh suhu reaksi gliserolisis terhadap rendemen MAG
tidak sepenuhnya disebabkan karena inaktivasi lipase (McNeill et al., 1992).
Kespesifikan lipase dalam reaksi gliserolisis menurut McNeill et al., (1992) berbeda
pada suhu reaksi yang berbeda. Hal tersebut terarnati dari komposisi asam lemak
MAG yang dihasilkan dari suhu reaksi yang berbeda (Tabel 2.2). Pada suhu reaksi
yang lebih rendah, lipase Pseudomonas fluorescens lebih aktif terhadap asam lemak
jenuh dibandingkan dengan asam lemak tidak jenuh, sedangkan pada suhu reaksi
yang lebih tinggi, lipase lebih aktif terhadap asam lemak tidak jenuh.
1,57
-+TAG
+DAG
+FFA
1,57
0,36
1.06
0,64
0,46
Rasio molar asiVgliserol
1,04
/./A
,-&--.--
0,64
0,46
0,36
Rasio molar asiVglisero1
Gambar 2.1. Pengaruh gliserol terhadap rendemen MAG pada reaksi gliserolisis
minyak mentega dengan lipase PS-30 pada kadar air yang berubah
(A) dan kadar air yang tetap (B) (Yang dan Parkin, 1994).
Rasio molar gugus asiVglisero1
Rasio molar p p asiVgliscrol
-
0.0
1 .O
0.5
l .S
Gliserol (g)
Gliserol (g)
Gambar 2.2. Pengaruh gliserol terhadap rendemen MAG pada reaksi gliserolisis
minyak mentega dalam pelamt 2-metil-2-propanol dengan lipase PS
-30 (A) dan lipase AK (B) (Yang et al., 1993a).
Rasio molar gugus asiYgIisero1
Rasio molar gugus asiVgIisero1
000
7'4?
70
MAC
(Yc-
-.
"-l
w
r-
0
0
' 9 q v !
0
60
MAC
10
0.0 0.5 1.0 1.5 2.0 2.5 3.0
Gliserol (g)
i.0 0.5 1.0 1.5 2.0 215 3.0
Gliserol (g)
Gambar 2.3. Pengaruh gliserol terhadap rendemen MAG pada reaksi gliserolisis
minyak mentega tanpa pelarut organik dengan lipase PS-30 (A) dan
lipase AK (B) (Yang et al., 1993b).
Tabel 2.2. Komposisi asam lemak MAG produk reaksi gliserolisis minyak /
lemak dengan lipase Pseudomonas fluorescens pada suhu reaksi
yang berbeda (McNeill et a]., 1992)
Komposisi asarn lemak (% berat)
Lemaklminyak
16:O
16:l
18.0
18:l
18:2
18:3 20:O
27.3
2.3
22.8
35
2.4
0.3
0.3
3
27.3
2.2
21.3
33.2
2.7
0.6
0.2
MAG 40°C
3.0
38.2
1.1
31.6
17.0
1.2
0.2
0.3
Lard
1.5
26.4
2.2
17.5
39.0
9.5
0.9
0.3
MAG 60°C
1.5
24.5
2.1
14.9
41.1
9.8
1.0
0.4
MAG 40°C
1.7
35.7
1.7
20.6
29.0
6.9
0.8
0.3
Minyakkacangkedelai
0.0
10.4
0.0
3.6
23.1
55.8
4.5
0.4
MAG 40°C
0.0
10.8
0.1
3.5
21.9
55.4
4.9
0.4
MAG 5°C
0.0
26.2
0.0
8.1
18.2
39.4
3.8
0,7
14:O
Lemak
sapi
tallow)
MAG 60°C
(beef 3.1
Waktu reaksi selain berpengaruh terhadap rendemen MAG, juga berpengaruh
terhadap komposisi asam lemak MAG atau jenis MAG yang terbentuk. Pada daerah
waktu reaksi tertentu, perubahan rendemen MAG sebanding dengan perubahan waktu
reaksi, diikuti dengan keadaan dimana rendemen MAG tidak berubah terhadap
waktu. Waktu saat rendemen MAG tidak berubah terhadap waktu dikenal dengan
istilah waktu reaksi kesetimbangan, sedangkan rendemen MAG pada waktu itu
mencapai maksimum (Myrnes et al., 1995).
Temuan beberapa peneliti memberikan indikasi waktu reaksi kesetimbangan
dipengaruhi oleh jenis dan keadaan lipase (bebas atau imobil), pelarut dan suhu
reaksi. Yang et al., (1993a) melaporkan kesetimbangan reaksi gliserolisis minyak
mentega dalam pelarut 2-metil-2-propanol dengan lipase AK tercapai pada waktu
reaksi selutar 5 jam ,sedangkan dengan lipase PS-30 sekitar 10jam dengan rendernen
MAG berkisar 55 % untuk kedua jenis lipase. Akan tetapi gliserolisis minyak
mentega tanpa pelarut reaksi kesetimbangan tercapai pada waktu reaksi sekitar 10
jam untuk kedua jenis lipase dengan rendemen MAG sekitar 55 %. Yang dan Parkin
(1994) melaporkan kesetimbangan gliserolisis minyak mentega dalam pelarut terbutanol dengan lipase PS-30 dalam gel ENTP-4000 tercapai pada waktu reaksi sekitar
72 jam dengan rendemen MAG sekitar 60 %. Myrnes et al., (1995) melaporkan
kesetimbangan gliserolisis minyak ikan pada suhu 5°C dengan lipase Rhizopus nivem
(lipase N ) tercapai pada waktu reaksi sekitar 192 jam, sedangkan dengan lipase AK
tercapai pada waktu reaksi sekitar 96 jam.
McNeill et a/.,(1992) melaporkan komposisi asam lemak MAG clan DAG pada
reaksi gliserolisis lemak sapi (beef tallow) dengan lipase Pseudomonas JIuorescens
berubah terhadap waktu reaksi (Gambar 2.4).
Asam palmitat MAG atau
monopalmitin (MC16) memperlihatkan pola perubahan yang tidak teratur terhadap
waktu reaksi, MC18 (dari asam stearat) pada awal reaksi meningkat kemudian
menurun setelah reaksi berjalan relatif lama, yaitu pada waktu reaksi di atas 5 jam,
MC18:l (dari asam oleat) mengalami penurunan yang diikuti dengan keadaan yang
tetap terhadap waktu reaksi. Gejala tersebut nampaknya tidak hanya terjadi pada
reaksi gliserolisis, akan tetapi ditemukan pula pada reaksi asidolisis (Gioielli et al.,
1994)
0
5
10
15
20
25
30
Waktu inkubasi (jam)
Gambar 2.4. Perubahan komposisi asam lemak MAG dan DAG produk
reaksi gliserolisis lemak sapi dengan lipase Pseudomoms
fluorescens. Garis penuh = MAG, C 18:O @), C16:O (m),
C18:l (V ); garis tidak penuh = DAG, C18:0(0), C16:O ),
C18:l (V) fMcNeill et al., 1992).
Menurut Myrnes et al., (1995),
perubahan komposisi asam lemak MAG
berkaitan erat dengan sifat kespesifikan substrat lipase dalarn reaksi gliserolisis. Hal
tersebut didasarkan atas hasil pengamatan komposisi asam lemak MAG produk
gliserolisis minyak ikan (Tabel 2.3) yang menunjukkan total asam lemak jenuh dm
tidak jenuh berbeda pada penggunaan lipase yang berbeda.
Tabel 2.3. Komposisi asam lemak (%) minyak ikan dan MAG produk
gliserolisis pada suhu reaksi 5 "C dengan beberapa jenis
lipase asal mikroba (Myrnes et al., 1995)
Jenis asarn
lemak
Produk MAG dengan lipase
Minyak
ikan
R niveus R delemar C. vzscosum Pseudomonas
C14:O
4 $5
2,8
4,o
6,7
C16:O
1074
16,5
23,2
34,4
C18:O
2,6
73
11,l
6,3
3,7
Total Jenuh
17,6
27,l
383
47,4
10,8
C16:l
1074
60
5,3
5,3
3,7
C18:l
2173
2073
14,O
14,l
18,6
C20:1
12,O
16,8
1077
9,7
20,3
C22: 1
570
776
5,o
4,o
11,2
Total monoena
48,7
50,7
35,O
33,l
53,8
C18:3n-3
0,s
077
173
076
077
C20:5n-3
8,8
4,9
5,3
4, 1
8,o
C22:5n-3
1,o
0,7
0,7
075
1,o
C22:6n-3
11,9
72
6,9
5,7
93
Total PUFA
22,5
13,s
14J
10,9
19,s
075
'
6,6
--
2. Sifat Pengemulsi MAG
Monoasilgliserol mengandung dua gugus yang bersifat polar dan satu gugus
yang bersifat non polar atau mengandung gugus hidrofilik dan hidrofobik. Adanya
kedua gugus tersebut menyebabkan MAG berfungsi sebagai pengemulsi dan
digolongkan sebagai bahan aditif pangan (Taylor, 1980; Igoe dan Hui, 1996). Gugus
hidrofobik MAG dalam campuran yang tidak saling melarut berorientasi pada fase
organik (fase non polar), sedangkan gugus hidrofilik berorientasi pada fase air atau
fase polar. Orientasi kedua gugus tersebut menyebabkan campuran yang tidak saling
melarut tidak nampak terpisah satu terhadap yang lain (membentuk ernulsi).
Sifat pengemulsi MAG relatif lebih tinggi dibandingkan DAG yang mempunyai
dua gugus hidrofobik dan satu gugus hidrofilik. Perbedaan tersebut teramati pada
struktur molekd kedua senyawa yang tersaji pada Garnbar 2.5.
H-C-OH
H-C-0-C-R
a-MAG (1-MAG) P-MAG (2-MAG)
H-C-0-C-R
H-C-OH
1,2 DAG
1,3 DAG
Gambar 2.5. Struktur molelcul mono dan diasilgliserol.
Struktur molekul bentuk a (a-MAG) dan bentuk
P
(P- MAG) senantiasa
ditemukan dalam MAG komersil (MAG yang telah dipasarkan). Bentuk a-MAG
relatif lebih aktif dibandingkan dengan bentuk 9-MAG ditinjau dari aspek sifat
fungsionalnya (Smith, 1991). Kandungan a-MAG komersil berkisar antara 40 dan
90 %, nilai bilangan iodium antara 1 dan 100, titik leleh berkisar antara 40 dan 70 "C,
dan bentuk produknya bervariasi, yaitu produk yang bent&,nya serbuk (powder),
serpih (flakes), flastis dan bentuk a i r . Komposisi MAG komersial yang berbasis
asam stearat sebagai contoh disajikan pada Tabel 2.4, sedangkan karakteristik
beberapa jenis MAG komersial tersaji pada Tabel 2.5.
Monoasilgliserol (MAG) dalam industri pangan digunakan sebagai pengemulsi
pada pengolahan margarin, mentega kacang (peanut butter), whitener, pudding, roti,
biskuit dan kue-kue kering berlemak lainnya (Ronsivalli dan Vieira, 1990; Malundo
dan Resurreccion, 1994; Igoe dan Hui, 1996; Elizabeth dan Boyle, 1997). Twillman
dan White (1988) melaporkan MAG memperbaiki reologi adonan dan
memperpanjang masa simpan tekstur (textural shelf life) tortilla jagung.
Monoasilgliserol dalam adonan bereaksi dengan amilopektin membentuk senyawa
kompleks yang berfungsi
memperbaiki adonan, volume dan tekstur roti serta
memperpanjang masa simpan produk roti (Chung, 1986; Batres dan White, 1996;
Huang dan White, 1993; Mettler dan Seibel, 1995). Menurut Sanches et al., (1995),
lemak rendah kalori dapat mensubsitusi 35 % lemak dalam adonan dengan adanya
pengemulsi mono dan diasilgliserol pada tingkat kepekatan 0,5 %. Nur Rahrnan
(1997) menemukan tepung singkong dapat mensubsitusi tepung terigu sampai 40 %
pada penambahan 1 % gliseril monostearat. Mudjisihono et al., (1994) melaporkan
penambahan gliseril monostearat 1 % dapat memperbaiki adonan dalam pembuatan
gelek menggunakan tepung sorgum.
Tabel 2.4. Kompsisi MAG komersial yang berbasis asam stearat (Smith, 1991)
Kompsisi (%)
I Total monoasilgliserol
/
Destilled
1
95,o
High mono
1
65,O
Low Mono
1
50,O
a-monoasilgliserol (a-MAG)
92
60
40-45
Diasilgliserol (DAG)
3,5
34
45-50
Triasilgliserol (TAG)
0,1
3,5
5-10
Asam lemak bebas (FFA)
0,8
1,o
1-2
Asam miristat (14:O)
3
3
1
Asam palmitat (16:O)
33
30
10
Asam stearat (18:O)
62
65
85-90
Asarn oleat (18: 1)