Kajian In Vitro Produk Enkapsulasi Nanoemulsi Ekstrak Jintan Hitam (Nigella sativa)
KAJIAN IN VITRO PRODUK ENKAPSULASI
NANOEMULSI EKSTRAK JINTAN HITAM (Nigella sativa)
ROVIE FARAH DIBA
SEKOLAH PASCASARJANA
INSTITUT PERTANIAN BOGOR
BOGOR
2014
PERNYATAAN MENGENAI TESIS DAN
SUMBER INFORMASI SERTA PELIMPAHAN HAK CIPTA*
Dengan ini saya menyatakan bahwa tesis berjudul Kajian In Vitro Produk
Enkapsulasi Nanoemulsi Ekstrak Jintan Hitam (Nigella sativa) adalah benar karya
saya dengan arahan dari komisi pembimbing dan belum diajukan dalam bentuk
apa pun kepada perguruan tinggi mana pun. Sumber informasi yang berasal atau
dikutip dari karya yang diterbitkan maupun tidak diterbitkan dari penulis lain telah
disebutkan dalam teks dan dicantumkan dalam Daftar Pustaka di bagian akhir
tesis ini.
Dengan ini saya melimpahkan hak cipta dari karya tulis saya kepada Institut
Pertanian Bogor.
Bogor, Februari 2014
Rovie Farah Diba
NRP F251100021
RINGKASAN
ROVIE FARAH DIBA. Kajian In Vitro Produk Enkapsulasi Nanoemulsi Ekstrak
Jintan Hitam (Nigella sativa). Dibimbing oleh SEDARNAWATI YASNI dan SRI
YULIANI.
Jintan hitam (Nigella sativa) adalah tanaman herbal yang banyak tumbuh
di negara Mediteranea dan dapat mengobati berbagai penyakit. Penelitian telah
banyak dilakukan terhadap ekstrak jintan hitam, yaitu fraksi minyak atsiri dan
oleoresin, serta khasiat jintan hitam. Beberapa hasil penelitian secara in vitro dan
in vivo menyatakan bahwa jintan hitam dapat menghambat pertumbuhan mikroba,
menurunkan kadar gula darah (hipoglikemi), dan meningkatkan imunitas tubuh.
Banyak senyawa bioaktif yang bersifat lipofilik dan kelarutannya rendah dalam
air memiliki penyerapan yang terbatas dalam saluran pencernaan. Sistem
pengantaran enkapsulasi berbasis nanoemulsi minyak dalam air merupakan
pendekatan yang efektif dalam memasukkan senyawa bioaktif. Enkapsulasi
nanoemulsi dapat melindungi senyawa bioaktif terhadap degradasi selama
penyimpanan, mengurangi dampak terhadap sifat organoleptik makanan dan
meningkatkan bioavailabilitasnya. Ekstrak jintan hitam yang terdispersi dalam
fase air menggunakan pengemulsi yang sesuai dapat dihasilkan dengan metode
energi rendah, yaitu teknik emulsifikasi spontan. Penelitian ini bertujuan untuk
memproduksi nanoemulsi dan enkapsulasi nanoemulsi ekstrak jintan hitam serta
kajian sifat fungsional secara in vitro.
Metode penelitian yang dilakukan meliputi ekstraksi, pembuatan dan
karakterisasi nanoemulsi ekstrak jintan hitam, proses enkapsulasi nanoemulsi
ekstrak jintan hitam, pengujian disolusi untuk mengkaji kelarutan senyawa aktif
(senyawa fenolik) dalam medium asam (buffer klorida) dan medium basa (buffer
fosfat), serta mengkaji kemampuan ekstrak jintan hitam, nanoemulsi dan produk
enkapsulasi dalam menurunkan kadar gula darah secara in vitro melalui uji
penghambatan enzim alfa glukosidase. Dalam formulasi nanoemulsi digunakan
fase organik ekstrak jintan hitam yang terlarut dalam pelarut organik etanol 70%,
serta fase air terdiri dari Tween 80 dan pelarut air. Konsentrasi Tween 80 sebagai
surfaktan yang digunakan meliputi 1%, 2%, dan 3% (w/w). Nanoemulsi terbaik
ditentukan berdasarkan ukuran, kehomogenan, dan kestabilan partikel. Proses
enkapsulasi menggunakan bahan penyalut maltodekstrin atau disebut M (100%)
dan campuran maltodekstrin dengan isolat protein kedelai pada rasio 80 dan 20
(w/w), untuk kemudian disebut MSP.
Hasil penelitian menunjukkan bahwa nanoemulsi jintan hitam dengan
Tween 80 sebanyak 3% memiliki kehomogenan, kestabilan yang baik, serta
ukuran partikel terkecil, yakni 10.93 nm. Produk enkapsulasi nanoemulsi yang
telah dilakukan rekonstitusi lebih banyak berbentuk bulat yang menunjukkan
proses enkapsulasi cukup efisien. Hasil pengukuran kapasitas antioksidan dan
kandungan fenol ekstrak jintan hitam, nanoemulsi, produk enkapsulasi MSP dan
M masing-masing sebesar satu gram kandungan ekstrak, menunjukkan produk
enkapsulasi MSP memiliki kapasitas antioksidan dan kandungan senyawa fenolik
yang tinggi. Hal tersebut menunjukkan bentuk enkapsulasi MSP dapat menjaga
senyawa fenolik dari reaksi oksidasi selama proses pembuatan. Hasil pengujian
penghambatan enzim alfa-glukosidase ekstrak jintan hitam, nanoemulsi, produk
enkapsulasi menunjukkan kemampuan penghambatan enzim alfa-glukosidase
produk enkapsulasi MSP masih lebih tinggi dari produk enkapsulasi M.
Hasil uji disolusi pada medium asam menunjukkan bahwa pada 15 menit
awal, sampel ekstrak jintan hitam, nanoemulsi, dan produk enkapsulasi M sudah
mengalami pelepasan total fenol yang tinggi, sedangkan produk enkapsulasi MSP
memiliki pelepasan total fenol terkendali pada medium asam dan pelepasan total
fenol lebih tinggi pada medium basa.
Hasil penelitian ini menyatakan bahwa penerapan teknologi nano pada
pembuatan nanoemulsi, produk enkapsulasi nanoemulsi jintan hitam dengan
bahan pengisi maltodekstrin (M) dan campuran maltodekstrin dengan isolat
protein kedelai (MSP) memiliki sistem pelepasan senyawa fenolik yang berbeda.
Pelepasan senyawa fenol produk enkapsulasi MSP lebih terkendali pada medium
asam dan lebih tinggi pada medium basa.
Kata kunci : ekstraksi, enkapsulasi, jintan hitam, nanoemulsi, uji disolusi.
SUMMARY
ROVIE FARAH DIBA. In Vitro Analysis Nanoemulsion Encapsulation Product
of Black Cumin Extract (Nigella sativa). Supervised by SEDARNAWATI
YASNI dan SRI YULIANI.
Black cumin (Nigella sativa) is a medicinal plant that grows in
Mediterranean countries and have been able to treat variety of diseases. Research
has been widely carried out on the extraction of black cumin, especially in
fraction of essential oil and oleoresin, then efficacy of black cumin. Black cumin
had capability to inhibit microbial growth, lowering blood sugar levels
(hypoglycemia), and enhancing the body's immunity based on in vitro and in vivo
studies. Most of bioactive compounds had a certain characteristic of lipophilic and
low solubility of water absorption in the digestive tract. Encapsulation delivery
system based on oil in water nanoemulsion is an effective approach to incorporate
bioactive compounds. Nanoemulsion encapsulation of bioactive compound has
ability to protect against degradation during storage, reducing the impact on the
organoleptic properties of the food and improving the bioavailability. Black cumin
extract which dispersed in the water phase using suitable emulsifiers can be
generated by a low energy method, namely the spontaneous emulsification
technique. The purpose of this study is to produce nanoemulsion and process of
encapsulation nanoemulsion of black cumin extract then study of their functional
properties based on in vitro test.
This research method consisted of extraction, manufacturing and
characterization nanoemulsion of black cumin extract, encapsulation process of
nanoemulsion of black cumin extract, and dissolution test of encapsulation
products to determine bioactive compound (phenolic compound) release in acidic
medium (chloride buffer) and alkaline medium (phosphate buffer). Furthermore,
the inhibition activity of alpha-glucosidase is measured in lowering blood sugar.
Nanoemulsion is made from a mixture of extract ethanol 70% of black cumin and
liquid phase of Tween 80 solution with concentration of 1%, 2%, and 3% (w/w).
The best nanoemulsion is determined based on the size, homogeneity, and
stability of the particles. Furthermore the best nanoemulsion is encapsulated using
maltodextrin 100% (namely M) and mixture of maltodextrin with soy protein
isolate at a ratio 80:20 (w/w, namely MSP) as a carrier material.
Results showed that black cumin nanoemulsion with 3% Tween 80 has
homogeneity, good stability, and the smallest particle size, that is 10.93 nm.
Reconstitution of nanoemulsion encapsulation product that has more spherical
globula, indicated efficiently encapsulation process. Based on antioxidant capacity
and phenolic content of black cumin extract, nanoemulsion, encapsulation product
in each 1 gram extract content, showed that encapsulation product of MSP has
high antioxidant capacity and phenolic content. These results indicated that form
of encapsulation product of MSP can protect phenolic compounds from oxidation
reaction during manufacturing process. The inhibition activity of alphaglucosidase demonstrated the ability of encapsulation product of MSP was higher
than encapsulation product of M.
Based on dissolution test in acid medium, the black cumin extract,
nanoemulsion, and encapsulation product of M have highly release of total phenol
at early 15 minutes, whereas encapsulation product of MSP has controlled release
of total phenol in acid medium and more higher release of total phenol in alkaline
medium.
The results of this study stated that application of nanotechnology in
manufacturing of nanoemulsion and encapsulation products of black cumin
nanoemulsion with maltodextrin and mixture of maltodextrin and soy protein
isolate (80:20 w/w) carrier have different active compounds (phenolic) release
system. The release of phenolic compounds encapsulation product of MSP more
controllable in acid medium and more higher in alkaline medium.
Keywords: black cumin, dissolution test, encapsulation, extraction, nanoemulsion
© Hak Cipta Milik IPB, Tahun 2014
Hak Cipta Dilindungi Undang-Undang
Dilarang mengutip sebagian atau seluruh karya tulis ini tanpa mencantumkan
atau menyebutkan sumbernya. Pengutipan hanya untuk kepentingan pendidikan,
penelitian, penulisan karya ilmiah, penyusunan laporan, penulisan kritik, atau
tinjauan suatu masalah; dan pengutipan tersebut tidak merugikan kepentingan
IPB
Dilarang mengumumkan dan memperbanyak sebagian atau seluruh karya tulis ini
dalam bentuk apa pun tanpa izin IPB
i
KAJIAN IN VITRO PRODUK ENKAPSULASI
NANOEMULSI EKSTRAK JINTAN HITAM (Nigella sativa)
ROVIE FARAH DIBA
Tesis
sebagai salah satu syarat untuk memperoleh gelar
Magister Sains
pada
Program Studi Ilmu Pangan
SEKOLAH PASCASARJANA
INSTITUT PERTANIAN BOGOR
BOGOR
2014
ii
Penguji Luar Komisi Pada Ujian Tesis : Dr. Ir. Hanifah Nuryani Lioe, MSi
iii
Judul Tesis : Kajian In Vitro Produk Enkapsulasi Nanoemulsi Ekstrak Jintan
Hitam (Nigella sativa)
Nama
: Rovie Farah Diba
NIM
: F251100021
Disetujui oleh
Komisi Pembimbing
Prof. Dr Ir Sedarnawati Yasni, MAgr
Ketua
Dr Ir Sri Yuliani, MT
Anggota
Diketahui oleh
Ketua Program Studi
Ilmu Pangan
Dekan Sekolah Pascasarjana
Prof Dr Ir Ratih Dewanti-Hariyadi, MSc
Dr Ir Dahrul Syah, MScAgr
Tanggal Ujian: 24 Desember 2013
Tanggal Lulus:
iv
PRAKATA
Puji dan syukur penulis panjatkan kepada Allah subhanahu wa ta’ala atas
segala karunia-Nya karya ilmiah ini berhasil diselesaikan. Tema yang dipilih
dalam penelitian yang dilaksanakan sejak bulan April 2012 adalah pembuatan
nanoemulsi jintan hitam, dengan judul Kajian In Vitro Produk Enkapsulasi
Nanoemulsi Ekstrak Jintan Hitam.
Terima kasih penulis ucapkan kepada Ibu Prof. Dr. Ir. Sedarnawati Yasni,
M.Agr dan Ibu Dr. Ir. Sri Yuliani, MT selaku pembimbing, serta Ibu Dr. Ir.
Hanifah N Lioe, MSi selaku penguji luar komisi yang telah banyak memberikan
saran yang konstruktif. Di samping itu, ucapan terimakasih penulis sampaikan
kepada Bapak Yahya, mba Yane, mba Nurul, mba Vera, Bu Antin, mba Ari, pak
Rojak, pak Wahid, pak Adi, pak Taufiq, pak Sobirin, bu Rubiah, pak Gatot dan
seluruh laboran di Laboratorium Departemen ITP IPB beserta Bapak Tri, Bu Dini,
mba Citra, mba Dwi, serta seluruh staf di Laboratorium Pengolahan Pangan Balai
Besar Pascapanen Pertanian Bogor.
Ungkapan terima kasih penulis sampaikan kepada keluarga besar IPN 2010,
Umi, bu Irdha, bu Rara, bu Maria, bu Mardhiyah, bu Inneke, Tika, Fahma, Ame,
Ayu, Intan, mba Fitri, Putu, Pak Cecep, Pak Ramlan, mba Diana, bu Sri, dan
rekan-rekan lainnya yang tidak dapat disebutkan satu per satu atas dorongan,
inspirasi, semangat, motivasi, doa, dan kebersamaan kepada penulis selama
menjalankan kuliah dan penelitian. Ungkapan terima kasih juga penulis
sampaikan kepada keluarga besar LPPOM MUI Pusat, mba Muti, bu Uning, Pak
Lukman, bu Atik, bu Liesbet, mba Suryani, mba Bembi, bu Mira Suprayatmi, bu
Mira Sofyaningsih, bu Lia, bu Susi, bu Tetty, bu Sri Muljani, mba Tina, mba
Riasti, mba Yuni, pak Sri Harsojo, pak Zaenal, Ivon, Ratna, Rizka, Evrin, Catur,
Aang, Heri, serta seluruh pengurus, auditor, dan staf yang tak dapat disebutkan
satu per satu, atas dukungan, motivasi, semangat, doa kepada penulis selama
menjalankan kuliah dan penelitian.
Terakhir, terima kasih tak terhingga kepada suami tercinta Harry Alexander,
SH, MH, LLM dan anakku tersayang Yusuf Fatha Mubina, Yasmin Nada Shaliha,
Yahya Adam Alexander, Yasmin Nisa Sakina atas kebersamaan, doa, motivasi
dan kasih sayangnya. Kepada bapak ibu tercinta, Bapak Abduh Atmadiwirya dan
Ibu Ida Azizah beserta ibu mertua Ibu Novemy Latin, terima kasih tak terhingga
atas dukungan, motivasi, dan doa hingga penulis dapat menyelesaikan studi.
Semoga karya ilmiah ini bermanfaat.
Bogor, April 2014
Rovie Farah Diba
v
DAFTAR ISI
DAFTAR TABEL
vi
DAFTAR GAMBAR
vi
DAFTAR LAMPIRAN
vi
1 PENDAHULUAN
Latar Belakang
Perumusan Masalah
Tujuan Penelitian
Manfaat Penelitian
Hipotesis
1
1
2
3
4
4
2 TINJAUAN PUSTAKA
Jintan Hitam
Tekonologi Nano
4
4
6
3 METODE
Waktu dan Tempat Penelitian
Bahan dan Alat
Metode penelitian
9
9
9
10
4 HASIL DAN PEMBAHASAN
Penelitian pendahuluan
Penelitian utama
Pembuatan dan karakterisasi nanoemulsi
Pembuatan dan karakterisasi produk enkapsulasi nanoemulsi
Uji disolusi ekstrak, nanoemulsi, dan produk enkapsulasi nanoemulsi
Penghambatan enzim alfa-glukosidase
18
18
24
24
26
29
33
5 SIMPULAN DAN SARAN
Simpulan
Saran
35
35
35
DAFTAR PUSTAKA
36
LAMPIRAN
43
RIWAYAT HIDUP
56
vi
DAFTAR TABEL
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
Komposisi biji jintan hitam
Komposisi mineral biji jintan hitam
Profil asam lemak jintan hitam
Hasil analisis proksimat jintan hitam
Komposisi komponen volatil minyak atsiri biji jintan hitam
menggunakan SDE Lickens Nickerson
Rendemen ekstrak jintan hitam
Karakteristik ekstrak jintan hitam
Komponen kimia oleoresin jintan hitam
Ukuran partikel nanoemulsi jintan hitam berdasarkan konsentrasi
surfaktan
Ukuran partikel produk enkapsulasi nanoemulsi jintan hitam
Nilai kapasitas antioksidan dan nilai total fenol ekstrak, nanoemulsi,
dan produk enkapsulasi nanoemulsi jintan hitam
Nilai penghambatan enzim alfa-glukosidase
4
5
6
18
20
21
21
23
25
27
29
34
DAFTAR GAMBAR
1
2
3
4
5
Diagram alir penelitian pendahuluan
Diagram alir penelitian utama
Foto SEM produk enkapsulasi nanoemulsi
Hubungan waktu dan pelepasan total fenol pada medium asam
Hubungan waktu dan pelepasan total fenol pada medium basa
11
13
28
30
32
DAFTAR LAMPIRAN
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
Hasil minyak atsiri jintan hitam dengan metode destilasi air
Hasil ekstrak jintan hitam dengan metode refluks tiga jam
Pembuatan nanoemulsi jintan hitam dengan pengaduk magnetik
Produk enkapsulasi nanoemulsi dengan
bahan penyalut (a)
maltodekstrin, (b) kombinasi maltodekstrin dan isolat protein kedelai
Uji statistik hasil ekstraksi
Uji statistik ukur an partikel nanoemulsi
Uji statistik kapasitas antioksidan
Uji statistik nilai total fenol
Hasil uji ukuran partikel nanoemulsi dengan konsentrasi 1% surfaktan
Hasil uji ukuran partikel nanoemulsi dengan konsentrasi 2% surfaktan
Hasil uji ukuran partikel nanoemulsi dengan konsentrasi 3% surfaktan
Kesetaraan ekstrak dgn nanoemulsi dan powder
Hasil uji penghambatan enzim alfa-glukosidase
Riwayat hidup
43
43
43
43
44
45
46
47
48
49
50
51
52
56
1 PENDAHULUAN
Latar Belakang
Seiring dengan perkembangan teknologi, terjadi peningkatan kuantitas
obat dan terapi herbal. Sebagian masyarakat banyak yang memilih untuk
menyembuhkan penyakit dengan terapi herbal karena khawatir terhadap efek
samping obat yang dapat membahayakan tubuh. Terapi herbal bertujuan untuk
mencegah dan atau mengobati penyakit menggunakan bahan alami yang berasal
dari tanaman. Tanaman dapat menghasilkan suatu bahan fitokimia yang sangat
bermanfaat karena mengandung lemak rendah, bebas kolesterol, protein tinggi,
serta mengandung serat larut dan tidak larut. Beberapa tanaman sayuran, buah,
dan rempah dapat berpotensi sebagai obat karena kandungan senyawa antioksidan
yang dimilikinya (Hernani 2006).
Masyarakat di Indonesia menggunakan rempah sebagai bumbu dalam
masakannya. Selain berfungsi menambah citarasa makanan, rempah juga
mengandung zat antioksidan. Beberapa tanaman rempah yang pernah diteliti
khasiatnya antara lain jahe, kunyit, temugiring, temumangga, laos, kapulaga,
cengkeh, temukunci, ketumbar, jintan, kencur, lada, pala, dan asam. Di antara
tanaman rempah tersebut, ada salah satu jenis rempah yang telah digunakan dalam
pengobatan sejak 3000 – 2000 tahun sebelum Masehi, yaitu jintan hitam, yang
termasuk salah satu jenis dari tanaman jintan (Junaedi et al. 2011).
Jintan hitam (Nigella sativa) merupakan salah satu spesies dari genus
Nigella yang memiliki 25 spesies tanaman yang termasuk dalam famili
Ranunculaceae. Tanaman jintan hitam banyak tumbuh di negara Mediterania,
Timur Tengah, Eropa Timur dan Asia Barat (Kumar 2011). Di beberapa negara,
jintan hitam digunakan dalam hidangan tradisional yang manis, seperti pasta
jintan hitam yang dimaniskan dengan madu atau sirup, dan bumbu makanan pada
produk roti dan keju (Rouhou et al. 2007).
Berbagai penelitian telah dilakukan tentang cara mengekstrak senyawa
aktif dan menguji khasiat yang terdapat dalam biji jintan hitam. Ekstraksi jintan
hitam dengan metode refluks selama 3 jam menggunakan pelarut etanol memiliki
kemampuan menghambat pertumbuhan mikroba (Yasni et al. 2009). Secara in
vivo, substitusi bubuk jintan hitam sebanyak 7.5 % dalam ransum tikus dapat
menurunkan tekanan darah, gula darah, dan serum kolesterol (Yasni et al. 2009 ;
Fararh et al. 2004; Tasawar et al. 2011). Pengaruh antidiabetes pada tanaman
telah dilaporkan oleh banyak peneliti, salah satunya jintan hitam (Ghorbani,
2013). Kemampuan jintan hitam dalam menurunkan kadar gula darah atau sebagai
antihiperglikemik juga telah diujikan secara in vitro melalui uji penghambatan
enzim alfa glukosidase dengan nilai IC50 172.81 µg/ml (Thirumurugan et al.
2011).
Saat ini teknologi nano banyak dikembangkan dalam upaya meningkatkan
kualitas pangan fungsional. Banyak senyawa bioaktif memiliki sifat lipofilik dan
kelarutan yang rendah dalam air, serta penyerapannya dalam saluran pencernaan
terbatas. Pada industri pangan, hal tersebut dapat di atasi dengan cara melakukan
enkapsulasi senyawa bioaktif sebagai sistem pengantaran ke dalam tubuh,
melindungi senyawa bioaktif yang kurang larut dalam air, dan mengatur pelepasan
2
senyawa bioaktif yang terjerap dalam pangan fungsional. Enkapsulasi berbasis
nanoemulsi minyak dalam air merupakan pendekatan yang efektif dalam
memasukkan senyawa bioaktif ke dalam bahan pangan (Silva et al. 2012).
Penelitian menggunakan teknologi nano dengan bahan baku jintan hitam
masih terbatas. Pada penelitian yang dilakukan oleh Ravindran et al. (2010),
nanoemulsi jintan hitam dibuat menggunakan energi rendah dengan komposisi
thymoquinone murni, asetonitril sebagai pelarut, pluronat F-68 sebagai surfaktan.
Penelitian yang dilakukan oleh AlHaj et al. (2010), pembuatan nanopartikel
menggunakan energi tinggi dengan komposisi ekstrak jintan hitam dengan metode
ekstraksi superkritik (supercritical fluid extraction / SFE), palm oil, 1% tween 80,
dan sorbitol. Tubesha et al. (2013) dalam penelitiannya melakukan pembuatan
nanoemulsi jintan hitam menggunakan energi tinggi dengan komposisi
thymoquinone murni, glyceroltrioleate, 2% tween 80, dan air demineralisasi. Pada
ketiga penelitian nanopartikel jintan hitam tersebut, penggunaan bahan baku
utama yang merupakan senyawa murni, ekstrak jintan hitam yang diperoleh
dengan metode ekstraksi superkritik, adanya penggunaan energi tinggi, masih
belum bernilai ekonomis apabila diaplikasikan pada industri pangan. Metode
ekstraksi dan penggunaan metode energi rendah pada pembuatan nanoemulsi
merupakan hal yang perlu dikaji agar dapat bersifat aplikatif. Selain itu, untuk
mengetahui ketersediaan senyawa aktif jintan hitam bagi tubuh dan fungsi jintan
hitam dalam menurunkan kadar gula darah (hipoglikemik), perlu dikaji pelepasan
senyawa aktif jintan hitam dalam medium asam dan basa serta uji penghambatan
enzim alfa glukosidase secara in vitro.
Perumusan Masalah
Sistem pengantaran berbasis emulsi merupakan cara yang mudah dalam
melindungi senyawa bioaktif yang kurang larut dalam air. Nanoemulsi yang berisi
partikel relatif kecil (r
NANOEMULSI EKSTRAK JINTAN HITAM (Nigella sativa)
ROVIE FARAH DIBA
SEKOLAH PASCASARJANA
INSTITUT PERTANIAN BOGOR
BOGOR
2014
PERNYATAAN MENGENAI TESIS DAN
SUMBER INFORMASI SERTA PELIMPAHAN HAK CIPTA*
Dengan ini saya menyatakan bahwa tesis berjudul Kajian In Vitro Produk
Enkapsulasi Nanoemulsi Ekstrak Jintan Hitam (Nigella sativa) adalah benar karya
saya dengan arahan dari komisi pembimbing dan belum diajukan dalam bentuk
apa pun kepada perguruan tinggi mana pun. Sumber informasi yang berasal atau
dikutip dari karya yang diterbitkan maupun tidak diterbitkan dari penulis lain telah
disebutkan dalam teks dan dicantumkan dalam Daftar Pustaka di bagian akhir
tesis ini.
Dengan ini saya melimpahkan hak cipta dari karya tulis saya kepada Institut
Pertanian Bogor.
Bogor, Februari 2014
Rovie Farah Diba
NRP F251100021
RINGKASAN
ROVIE FARAH DIBA. Kajian In Vitro Produk Enkapsulasi Nanoemulsi Ekstrak
Jintan Hitam (Nigella sativa). Dibimbing oleh SEDARNAWATI YASNI dan SRI
YULIANI.
Jintan hitam (Nigella sativa) adalah tanaman herbal yang banyak tumbuh
di negara Mediteranea dan dapat mengobati berbagai penyakit. Penelitian telah
banyak dilakukan terhadap ekstrak jintan hitam, yaitu fraksi minyak atsiri dan
oleoresin, serta khasiat jintan hitam. Beberapa hasil penelitian secara in vitro dan
in vivo menyatakan bahwa jintan hitam dapat menghambat pertumbuhan mikroba,
menurunkan kadar gula darah (hipoglikemi), dan meningkatkan imunitas tubuh.
Banyak senyawa bioaktif yang bersifat lipofilik dan kelarutannya rendah dalam
air memiliki penyerapan yang terbatas dalam saluran pencernaan. Sistem
pengantaran enkapsulasi berbasis nanoemulsi minyak dalam air merupakan
pendekatan yang efektif dalam memasukkan senyawa bioaktif. Enkapsulasi
nanoemulsi dapat melindungi senyawa bioaktif terhadap degradasi selama
penyimpanan, mengurangi dampak terhadap sifat organoleptik makanan dan
meningkatkan bioavailabilitasnya. Ekstrak jintan hitam yang terdispersi dalam
fase air menggunakan pengemulsi yang sesuai dapat dihasilkan dengan metode
energi rendah, yaitu teknik emulsifikasi spontan. Penelitian ini bertujuan untuk
memproduksi nanoemulsi dan enkapsulasi nanoemulsi ekstrak jintan hitam serta
kajian sifat fungsional secara in vitro.
Metode penelitian yang dilakukan meliputi ekstraksi, pembuatan dan
karakterisasi nanoemulsi ekstrak jintan hitam, proses enkapsulasi nanoemulsi
ekstrak jintan hitam, pengujian disolusi untuk mengkaji kelarutan senyawa aktif
(senyawa fenolik) dalam medium asam (buffer klorida) dan medium basa (buffer
fosfat), serta mengkaji kemampuan ekstrak jintan hitam, nanoemulsi dan produk
enkapsulasi dalam menurunkan kadar gula darah secara in vitro melalui uji
penghambatan enzim alfa glukosidase. Dalam formulasi nanoemulsi digunakan
fase organik ekstrak jintan hitam yang terlarut dalam pelarut organik etanol 70%,
serta fase air terdiri dari Tween 80 dan pelarut air. Konsentrasi Tween 80 sebagai
surfaktan yang digunakan meliputi 1%, 2%, dan 3% (w/w). Nanoemulsi terbaik
ditentukan berdasarkan ukuran, kehomogenan, dan kestabilan partikel. Proses
enkapsulasi menggunakan bahan penyalut maltodekstrin atau disebut M (100%)
dan campuran maltodekstrin dengan isolat protein kedelai pada rasio 80 dan 20
(w/w), untuk kemudian disebut MSP.
Hasil penelitian menunjukkan bahwa nanoemulsi jintan hitam dengan
Tween 80 sebanyak 3% memiliki kehomogenan, kestabilan yang baik, serta
ukuran partikel terkecil, yakni 10.93 nm. Produk enkapsulasi nanoemulsi yang
telah dilakukan rekonstitusi lebih banyak berbentuk bulat yang menunjukkan
proses enkapsulasi cukup efisien. Hasil pengukuran kapasitas antioksidan dan
kandungan fenol ekstrak jintan hitam, nanoemulsi, produk enkapsulasi MSP dan
M masing-masing sebesar satu gram kandungan ekstrak, menunjukkan produk
enkapsulasi MSP memiliki kapasitas antioksidan dan kandungan senyawa fenolik
yang tinggi. Hal tersebut menunjukkan bentuk enkapsulasi MSP dapat menjaga
senyawa fenolik dari reaksi oksidasi selama proses pembuatan. Hasil pengujian
penghambatan enzim alfa-glukosidase ekstrak jintan hitam, nanoemulsi, produk
enkapsulasi menunjukkan kemampuan penghambatan enzim alfa-glukosidase
produk enkapsulasi MSP masih lebih tinggi dari produk enkapsulasi M.
Hasil uji disolusi pada medium asam menunjukkan bahwa pada 15 menit
awal, sampel ekstrak jintan hitam, nanoemulsi, dan produk enkapsulasi M sudah
mengalami pelepasan total fenol yang tinggi, sedangkan produk enkapsulasi MSP
memiliki pelepasan total fenol terkendali pada medium asam dan pelepasan total
fenol lebih tinggi pada medium basa.
Hasil penelitian ini menyatakan bahwa penerapan teknologi nano pada
pembuatan nanoemulsi, produk enkapsulasi nanoemulsi jintan hitam dengan
bahan pengisi maltodekstrin (M) dan campuran maltodekstrin dengan isolat
protein kedelai (MSP) memiliki sistem pelepasan senyawa fenolik yang berbeda.
Pelepasan senyawa fenol produk enkapsulasi MSP lebih terkendali pada medium
asam dan lebih tinggi pada medium basa.
Kata kunci : ekstraksi, enkapsulasi, jintan hitam, nanoemulsi, uji disolusi.
SUMMARY
ROVIE FARAH DIBA. In Vitro Analysis Nanoemulsion Encapsulation Product
of Black Cumin Extract (Nigella sativa). Supervised by SEDARNAWATI
YASNI dan SRI YULIANI.
Black cumin (Nigella sativa) is a medicinal plant that grows in
Mediterranean countries and have been able to treat variety of diseases. Research
has been widely carried out on the extraction of black cumin, especially in
fraction of essential oil and oleoresin, then efficacy of black cumin. Black cumin
had capability to inhibit microbial growth, lowering blood sugar levels
(hypoglycemia), and enhancing the body's immunity based on in vitro and in vivo
studies. Most of bioactive compounds had a certain characteristic of lipophilic and
low solubility of water absorption in the digestive tract. Encapsulation delivery
system based on oil in water nanoemulsion is an effective approach to incorporate
bioactive compounds. Nanoemulsion encapsulation of bioactive compound has
ability to protect against degradation during storage, reducing the impact on the
organoleptic properties of the food and improving the bioavailability. Black cumin
extract which dispersed in the water phase using suitable emulsifiers can be
generated by a low energy method, namely the spontaneous emulsification
technique. The purpose of this study is to produce nanoemulsion and process of
encapsulation nanoemulsion of black cumin extract then study of their functional
properties based on in vitro test.
This research method consisted of extraction, manufacturing and
characterization nanoemulsion of black cumin extract, encapsulation process of
nanoemulsion of black cumin extract, and dissolution test of encapsulation
products to determine bioactive compound (phenolic compound) release in acidic
medium (chloride buffer) and alkaline medium (phosphate buffer). Furthermore,
the inhibition activity of alpha-glucosidase is measured in lowering blood sugar.
Nanoemulsion is made from a mixture of extract ethanol 70% of black cumin and
liquid phase of Tween 80 solution with concentration of 1%, 2%, and 3% (w/w).
The best nanoemulsion is determined based on the size, homogeneity, and
stability of the particles. Furthermore the best nanoemulsion is encapsulated using
maltodextrin 100% (namely M) and mixture of maltodextrin with soy protein
isolate at a ratio 80:20 (w/w, namely MSP) as a carrier material.
Results showed that black cumin nanoemulsion with 3% Tween 80 has
homogeneity, good stability, and the smallest particle size, that is 10.93 nm.
Reconstitution of nanoemulsion encapsulation product that has more spherical
globula, indicated efficiently encapsulation process. Based on antioxidant capacity
and phenolic content of black cumin extract, nanoemulsion, encapsulation product
in each 1 gram extract content, showed that encapsulation product of MSP has
high antioxidant capacity and phenolic content. These results indicated that form
of encapsulation product of MSP can protect phenolic compounds from oxidation
reaction during manufacturing process. The inhibition activity of alphaglucosidase demonstrated the ability of encapsulation product of MSP was higher
than encapsulation product of M.
Based on dissolution test in acid medium, the black cumin extract,
nanoemulsion, and encapsulation product of M have highly release of total phenol
at early 15 minutes, whereas encapsulation product of MSP has controlled release
of total phenol in acid medium and more higher release of total phenol in alkaline
medium.
The results of this study stated that application of nanotechnology in
manufacturing of nanoemulsion and encapsulation products of black cumin
nanoemulsion with maltodextrin and mixture of maltodextrin and soy protein
isolate (80:20 w/w) carrier have different active compounds (phenolic) release
system. The release of phenolic compounds encapsulation product of MSP more
controllable in acid medium and more higher in alkaline medium.
Keywords: black cumin, dissolution test, encapsulation, extraction, nanoemulsion
© Hak Cipta Milik IPB, Tahun 2014
Hak Cipta Dilindungi Undang-Undang
Dilarang mengutip sebagian atau seluruh karya tulis ini tanpa mencantumkan
atau menyebutkan sumbernya. Pengutipan hanya untuk kepentingan pendidikan,
penelitian, penulisan karya ilmiah, penyusunan laporan, penulisan kritik, atau
tinjauan suatu masalah; dan pengutipan tersebut tidak merugikan kepentingan
IPB
Dilarang mengumumkan dan memperbanyak sebagian atau seluruh karya tulis ini
dalam bentuk apa pun tanpa izin IPB
i
KAJIAN IN VITRO PRODUK ENKAPSULASI
NANOEMULSI EKSTRAK JINTAN HITAM (Nigella sativa)
ROVIE FARAH DIBA
Tesis
sebagai salah satu syarat untuk memperoleh gelar
Magister Sains
pada
Program Studi Ilmu Pangan
SEKOLAH PASCASARJANA
INSTITUT PERTANIAN BOGOR
BOGOR
2014
ii
Penguji Luar Komisi Pada Ujian Tesis : Dr. Ir. Hanifah Nuryani Lioe, MSi
iii
Judul Tesis : Kajian In Vitro Produk Enkapsulasi Nanoemulsi Ekstrak Jintan
Hitam (Nigella sativa)
Nama
: Rovie Farah Diba
NIM
: F251100021
Disetujui oleh
Komisi Pembimbing
Prof. Dr Ir Sedarnawati Yasni, MAgr
Ketua
Dr Ir Sri Yuliani, MT
Anggota
Diketahui oleh
Ketua Program Studi
Ilmu Pangan
Dekan Sekolah Pascasarjana
Prof Dr Ir Ratih Dewanti-Hariyadi, MSc
Dr Ir Dahrul Syah, MScAgr
Tanggal Ujian: 24 Desember 2013
Tanggal Lulus:
iv
PRAKATA
Puji dan syukur penulis panjatkan kepada Allah subhanahu wa ta’ala atas
segala karunia-Nya karya ilmiah ini berhasil diselesaikan. Tema yang dipilih
dalam penelitian yang dilaksanakan sejak bulan April 2012 adalah pembuatan
nanoemulsi jintan hitam, dengan judul Kajian In Vitro Produk Enkapsulasi
Nanoemulsi Ekstrak Jintan Hitam.
Terima kasih penulis ucapkan kepada Ibu Prof. Dr. Ir. Sedarnawati Yasni,
M.Agr dan Ibu Dr. Ir. Sri Yuliani, MT selaku pembimbing, serta Ibu Dr. Ir.
Hanifah N Lioe, MSi selaku penguji luar komisi yang telah banyak memberikan
saran yang konstruktif. Di samping itu, ucapan terimakasih penulis sampaikan
kepada Bapak Yahya, mba Yane, mba Nurul, mba Vera, Bu Antin, mba Ari, pak
Rojak, pak Wahid, pak Adi, pak Taufiq, pak Sobirin, bu Rubiah, pak Gatot dan
seluruh laboran di Laboratorium Departemen ITP IPB beserta Bapak Tri, Bu Dini,
mba Citra, mba Dwi, serta seluruh staf di Laboratorium Pengolahan Pangan Balai
Besar Pascapanen Pertanian Bogor.
Ungkapan terima kasih penulis sampaikan kepada keluarga besar IPN 2010,
Umi, bu Irdha, bu Rara, bu Maria, bu Mardhiyah, bu Inneke, Tika, Fahma, Ame,
Ayu, Intan, mba Fitri, Putu, Pak Cecep, Pak Ramlan, mba Diana, bu Sri, dan
rekan-rekan lainnya yang tidak dapat disebutkan satu per satu atas dorongan,
inspirasi, semangat, motivasi, doa, dan kebersamaan kepada penulis selama
menjalankan kuliah dan penelitian. Ungkapan terima kasih juga penulis
sampaikan kepada keluarga besar LPPOM MUI Pusat, mba Muti, bu Uning, Pak
Lukman, bu Atik, bu Liesbet, mba Suryani, mba Bembi, bu Mira Suprayatmi, bu
Mira Sofyaningsih, bu Lia, bu Susi, bu Tetty, bu Sri Muljani, mba Tina, mba
Riasti, mba Yuni, pak Sri Harsojo, pak Zaenal, Ivon, Ratna, Rizka, Evrin, Catur,
Aang, Heri, serta seluruh pengurus, auditor, dan staf yang tak dapat disebutkan
satu per satu, atas dukungan, motivasi, semangat, doa kepada penulis selama
menjalankan kuliah dan penelitian.
Terakhir, terima kasih tak terhingga kepada suami tercinta Harry Alexander,
SH, MH, LLM dan anakku tersayang Yusuf Fatha Mubina, Yasmin Nada Shaliha,
Yahya Adam Alexander, Yasmin Nisa Sakina atas kebersamaan, doa, motivasi
dan kasih sayangnya. Kepada bapak ibu tercinta, Bapak Abduh Atmadiwirya dan
Ibu Ida Azizah beserta ibu mertua Ibu Novemy Latin, terima kasih tak terhingga
atas dukungan, motivasi, dan doa hingga penulis dapat menyelesaikan studi.
Semoga karya ilmiah ini bermanfaat.
Bogor, April 2014
Rovie Farah Diba
v
DAFTAR ISI
DAFTAR TABEL
vi
DAFTAR GAMBAR
vi
DAFTAR LAMPIRAN
vi
1 PENDAHULUAN
Latar Belakang
Perumusan Masalah
Tujuan Penelitian
Manfaat Penelitian
Hipotesis
1
1
2
3
4
4
2 TINJAUAN PUSTAKA
Jintan Hitam
Tekonologi Nano
4
4
6
3 METODE
Waktu dan Tempat Penelitian
Bahan dan Alat
Metode penelitian
9
9
9
10
4 HASIL DAN PEMBAHASAN
Penelitian pendahuluan
Penelitian utama
Pembuatan dan karakterisasi nanoemulsi
Pembuatan dan karakterisasi produk enkapsulasi nanoemulsi
Uji disolusi ekstrak, nanoemulsi, dan produk enkapsulasi nanoemulsi
Penghambatan enzim alfa-glukosidase
18
18
24
24
26
29
33
5 SIMPULAN DAN SARAN
Simpulan
Saran
35
35
35
DAFTAR PUSTAKA
36
LAMPIRAN
43
RIWAYAT HIDUP
56
vi
DAFTAR TABEL
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
Komposisi biji jintan hitam
Komposisi mineral biji jintan hitam
Profil asam lemak jintan hitam
Hasil analisis proksimat jintan hitam
Komposisi komponen volatil minyak atsiri biji jintan hitam
menggunakan SDE Lickens Nickerson
Rendemen ekstrak jintan hitam
Karakteristik ekstrak jintan hitam
Komponen kimia oleoresin jintan hitam
Ukuran partikel nanoemulsi jintan hitam berdasarkan konsentrasi
surfaktan
Ukuran partikel produk enkapsulasi nanoemulsi jintan hitam
Nilai kapasitas antioksidan dan nilai total fenol ekstrak, nanoemulsi,
dan produk enkapsulasi nanoemulsi jintan hitam
Nilai penghambatan enzim alfa-glukosidase
4
5
6
18
20
21
21
23
25
27
29
34
DAFTAR GAMBAR
1
2
3
4
5
Diagram alir penelitian pendahuluan
Diagram alir penelitian utama
Foto SEM produk enkapsulasi nanoemulsi
Hubungan waktu dan pelepasan total fenol pada medium asam
Hubungan waktu dan pelepasan total fenol pada medium basa
11
13
28
30
32
DAFTAR LAMPIRAN
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
Hasil minyak atsiri jintan hitam dengan metode destilasi air
Hasil ekstrak jintan hitam dengan metode refluks tiga jam
Pembuatan nanoemulsi jintan hitam dengan pengaduk magnetik
Produk enkapsulasi nanoemulsi dengan
bahan penyalut (a)
maltodekstrin, (b) kombinasi maltodekstrin dan isolat protein kedelai
Uji statistik hasil ekstraksi
Uji statistik ukur an partikel nanoemulsi
Uji statistik kapasitas antioksidan
Uji statistik nilai total fenol
Hasil uji ukuran partikel nanoemulsi dengan konsentrasi 1% surfaktan
Hasil uji ukuran partikel nanoemulsi dengan konsentrasi 2% surfaktan
Hasil uji ukuran partikel nanoemulsi dengan konsentrasi 3% surfaktan
Kesetaraan ekstrak dgn nanoemulsi dan powder
Hasil uji penghambatan enzim alfa-glukosidase
Riwayat hidup
43
43
43
43
44
45
46
47
48
49
50
51
52
56
1 PENDAHULUAN
Latar Belakang
Seiring dengan perkembangan teknologi, terjadi peningkatan kuantitas
obat dan terapi herbal. Sebagian masyarakat banyak yang memilih untuk
menyembuhkan penyakit dengan terapi herbal karena khawatir terhadap efek
samping obat yang dapat membahayakan tubuh. Terapi herbal bertujuan untuk
mencegah dan atau mengobati penyakit menggunakan bahan alami yang berasal
dari tanaman. Tanaman dapat menghasilkan suatu bahan fitokimia yang sangat
bermanfaat karena mengandung lemak rendah, bebas kolesterol, protein tinggi,
serta mengandung serat larut dan tidak larut. Beberapa tanaman sayuran, buah,
dan rempah dapat berpotensi sebagai obat karena kandungan senyawa antioksidan
yang dimilikinya (Hernani 2006).
Masyarakat di Indonesia menggunakan rempah sebagai bumbu dalam
masakannya. Selain berfungsi menambah citarasa makanan, rempah juga
mengandung zat antioksidan. Beberapa tanaman rempah yang pernah diteliti
khasiatnya antara lain jahe, kunyit, temugiring, temumangga, laos, kapulaga,
cengkeh, temukunci, ketumbar, jintan, kencur, lada, pala, dan asam. Di antara
tanaman rempah tersebut, ada salah satu jenis rempah yang telah digunakan dalam
pengobatan sejak 3000 – 2000 tahun sebelum Masehi, yaitu jintan hitam, yang
termasuk salah satu jenis dari tanaman jintan (Junaedi et al. 2011).
Jintan hitam (Nigella sativa) merupakan salah satu spesies dari genus
Nigella yang memiliki 25 spesies tanaman yang termasuk dalam famili
Ranunculaceae. Tanaman jintan hitam banyak tumbuh di negara Mediterania,
Timur Tengah, Eropa Timur dan Asia Barat (Kumar 2011). Di beberapa negara,
jintan hitam digunakan dalam hidangan tradisional yang manis, seperti pasta
jintan hitam yang dimaniskan dengan madu atau sirup, dan bumbu makanan pada
produk roti dan keju (Rouhou et al. 2007).
Berbagai penelitian telah dilakukan tentang cara mengekstrak senyawa
aktif dan menguji khasiat yang terdapat dalam biji jintan hitam. Ekstraksi jintan
hitam dengan metode refluks selama 3 jam menggunakan pelarut etanol memiliki
kemampuan menghambat pertumbuhan mikroba (Yasni et al. 2009). Secara in
vivo, substitusi bubuk jintan hitam sebanyak 7.5 % dalam ransum tikus dapat
menurunkan tekanan darah, gula darah, dan serum kolesterol (Yasni et al. 2009 ;
Fararh et al. 2004; Tasawar et al. 2011). Pengaruh antidiabetes pada tanaman
telah dilaporkan oleh banyak peneliti, salah satunya jintan hitam (Ghorbani,
2013). Kemampuan jintan hitam dalam menurunkan kadar gula darah atau sebagai
antihiperglikemik juga telah diujikan secara in vitro melalui uji penghambatan
enzim alfa glukosidase dengan nilai IC50 172.81 µg/ml (Thirumurugan et al.
2011).
Saat ini teknologi nano banyak dikembangkan dalam upaya meningkatkan
kualitas pangan fungsional. Banyak senyawa bioaktif memiliki sifat lipofilik dan
kelarutan yang rendah dalam air, serta penyerapannya dalam saluran pencernaan
terbatas. Pada industri pangan, hal tersebut dapat di atasi dengan cara melakukan
enkapsulasi senyawa bioaktif sebagai sistem pengantaran ke dalam tubuh,
melindungi senyawa bioaktif yang kurang larut dalam air, dan mengatur pelepasan
2
senyawa bioaktif yang terjerap dalam pangan fungsional. Enkapsulasi berbasis
nanoemulsi minyak dalam air merupakan pendekatan yang efektif dalam
memasukkan senyawa bioaktif ke dalam bahan pangan (Silva et al. 2012).
Penelitian menggunakan teknologi nano dengan bahan baku jintan hitam
masih terbatas. Pada penelitian yang dilakukan oleh Ravindran et al. (2010),
nanoemulsi jintan hitam dibuat menggunakan energi rendah dengan komposisi
thymoquinone murni, asetonitril sebagai pelarut, pluronat F-68 sebagai surfaktan.
Penelitian yang dilakukan oleh AlHaj et al. (2010), pembuatan nanopartikel
menggunakan energi tinggi dengan komposisi ekstrak jintan hitam dengan metode
ekstraksi superkritik (supercritical fluid extraction / SFE), palm oil, 1% tween 80,
dan sorbitol. Tubesha et al. (2013) dalam penelitiannya melakukan pembuatan
nanoemulsi jintan hitam menggunakan energi tinggi dengan komposisi
thymoquinone murni, glyceroltrioleate, 2% tween 80, dan air demineralisasi. Pada
ketiga penelitian nanopartikel jintan hitam tersebut, penggunaan bahan baku
utama yang merupakan senyawa murni, ekstrak jintan hitam yang diperoleh
dengan metode ekstraksi superkritik, adanya penggunaan energi tinggi, masih
belum bernilai ekonomis apabila diaplikasikan pada industri pangan. Metode
ekstraksi dan penggunaan metode energi rendah pada pembuatan nanoemulsi
merupakan hal yang perlu dikaji agar dapat bersifat aplikatif. Selain itu, untuk
mengetahui ketersediaan senyawa aktif jintan hitam bagi tubuh dan fungsi jintan
hitam dalam menurunkan kadar gula darah (hipoglikemik), perlu dikaji pelepasan
senyawa aktif jintan hitam dalam medium asam dan basa serta uji penghambatan
enzim alfa glukosidase secara in vitro.
Perumusan Masalah
Sistem pengantaran berbasis emulsi merupakan cara yang mudah dalam
melindungi senyawa bioaktif yang kurang larut dalam air. Nanoemulsi yang berisi
partikel relatif kecil (r