Waktu dan Tempat Penelitian Bahan dan Alat Derajat Putih Nanokalsium

3 METODOLOGI

3.1 Waktu dan Tempat Penelitian

Penelitian inidilaksanakan pada bulan Pebruari 2012 sampai bulan Mei 2012. Pembuatan nanokalsium untuk membuat tablet effervescent dilakukan di Laboratorium Biokimia Hasil Perairan, Departemen Teknologi Hasil Perairan, Fakultas Perikanan dan Ilmu Kelautan, Institut Pertanian Bogor. Pembuatan effervescent dilakukan di Laboratorium Lavial TNI-AU Jakarta. Uji derajat putih dilakukan di Laboratorium Pengolahan Pangan, Departeman Ilmu Teknologi Pangan. Uji atomic absorption spectrophotometry AAS dilakukan di Laboratorium Bersama Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam. Uji Scanning Electron Microscopy SEM dilakukan di Laboratorium Pusat Industri Nuklir, Batan Serpong.

3.2 Bahan dan Alat

Bahan yang digunakan dalam penelitian ini tebagi dalam 2 tahap, yaitu pembuatan nanokalsium dan pembuatan tablet effervescent. Bahan baku dalam pembuatan nanokalsium ini adalah cangkang rajungan. Bahan untuk ekstraksi nanokalsium adalah HCl. Bahan untuk presifitasi adalah NaOH 3N.Bahan yang digunakan dalam pembuatan tablet effervescent adalah natrium bikarbonat, asam sitrat, asam tartrat, dan sukrosa. Alat-alat yang digunakan pada penelitian ini antara lain alat gelas, tanur, toples, termometer, oven, hotplate, kertas saring, kertas pH dan timbangan.

3.3 Metode Penelitian

Penelitian ini dilakukan dalam 2 tahap, yaitu penelitian pendahuluan dan penelitian utama. Penelitian pendahuluan meliputi pembuatan nanokalsium, dan penelitian utama meliputi pembuatan effervescentdarinanokalsium terbaik yang diperoleh dari penelitian pendahuluan.

3.3.1 Produksi Nanokalsium

Tahap pertama merupakan tahap persiapan bahan baku dan produksi nanokalsium dengan prosedur sebagai berikut tepung cangkang selanjutnya dilakukan perendaman dalam HCl dengan perlakuan konsentrasi HCl berbeda yaitu 0,5N, 1N, dan 1,5N selama 24 jam. Cangkang yang telah direndam HCl kemudian diekstraksi pada suhu 90 C. Hasil ekstraksi selanjutnya dilakukan penyaringan dengan kertas saring sehingga diperoleh cairanfiltrat. Pembentukan kristal kalsium dilakukan dengan metode presipitasi melalui penambahan bertahap larutan ionik NaOH 3 N tetes demi tetes pada filtrat hingga terbentuk endapan jenuh kalium hidroksida CaOH 2 . Selanjutnya dilakukan proses pemisahan kristal dan netralisasi kristal dengan menggunakan akuades. Kristal CaOH 2 kemudian dinetralkan. Kristal yang diperoleh kemudian dioven pada suhu 105 °C hingga bobot endapan stabil, kemudian kristal tersebut dibakar menggunakan kompor listrik untuk menghilangkan kandungan organiknya. Selanjutnya kristal dipijarkan dalam tanur pada suhu 600 °C selama 6 jam sehingga terbentuk kalsium oksida CaO, kemudian kristal hasil ekstraksi dihaluskan dengan mortar. Nanokalsium yang telah diperoleh kemudian dilakukan analisis secara kimia analisis total mineral menggunakan AAS dan derajat keasaman menggunakan pH meter dan secara fisik analisis ukuran partikel menggunakan SEM dan derajat putih menggunakan whitness metre. Tepung cangkang rajungan Perendaman HCl 1:7 selama 24 jam Ekstraksi dengan pelarut HCl 90 °C, 1 jam Penyaringan filtrat Presipitasi dengan NaOH 3 N Dekantasi Netralisasi Gambar 2 Diagram alir pembuatan serbuk nanokalsium dari cangkang rajungan modifikasi metode Fernandez 1999. Keterangan : = Inputoutput = Proses

3.3.2 Pembuatan Tablet Effervescent

Bahan-bahan yang digunakan terlebih dahulu dicampur rata pada RH ruangan. Sebanyak 200 gram nanokalsium lebih awal dicampur dengan 40 natrium bikarbonat, kemudian ditambahkan 24 asam sitrat, 16 asam tartrat,dan 15 sukrosa diaduk hingga ratahingga diperoleh campuran yang homogen. Gambar 3 Diagram alir pembuatan tablet effervescent nanokalsium. Keterangan : = Inputoutput = Proses Serbuk nanokalsium dan effervescent mix Homogenisasi Pencampuran Pengepresan Effervescent nanokalsium Pengeringan dengan oven pada suhu 105 ◦C Pembakaran di atas hot plate Pengabuan dalam tanur pada suhu 600 ◦C Serbuk nanokalsium

3.3.3 Analisis

Perlakuan pemberian HCl pada cangkang rajungan menghasilkan nanokalsium, kemudian dilanjutkan dengan perhitungan rendemen nanokalsium, dan karakterisasi nanokalsium secara kimia dan fisik. Karakterisasi kimia nanokalsium meliputi analisis mineral menggunakan AAS serta analisis derajat keasaman menggunakan pH meter, sedangkan karakterisasi fisik nanokalsium meliputi analisis ukuran partikel menggunakan SEM dan derajat putih menggunakan whitness metre. Effervescent nanokalsium yang dibuat dilakukan analisis bioavailabilitas dengan perlakuan perbedaan menit selanjutnya dilakukan analisis penyerapan kalsium menggunakan AAS.

3.3.3.1 Pengukuran rendemen nanokalsium

Rendemen merupakan persentase dari perbandingan kadar bobot akhir nanokalsium terhadap bobot cangkang rajungan sebelum mengalami perlakuan. Banyaknya rendemen dapat dihitung dengan menggunakan persamaan: Rendemen = a gram x 100 b gram Keterangan: a = Berat hasil proses b = Berat awal bahan

3.3.3.2 Analisis total mineral nanokalsium dengan AAS

Atomic Absorption SpectrophotometerAPHA 2005 Prinsip pengujian total mineral yaitu mengetahui nilai absorpsi logam dengan menggunakan metode Atomic Absorpsion Spectrophotometer AAS. Sampel ditimbang sebanyak 2 gram, kemudian dimasukkan ke dalam erlenmeyer 150 ml. Sampel dalam erlenmeyer ditambahkan 5 ml HNO 3 65. Lalu ditempatkan di atas hot plate sampai semua sampel larut. Sampel ditambahkan 0,4 ml H 2 SO 4 , lalu dipanaskan diatas hot plate sampai larutan berkurang lebih pekat. Sampel dibiarkan dingin kemudian ditambahkan 2-3 tetes larutan campuran HClO 4 :HNO 3 2:1. Lalu kembali ditempatkan diatas hot plate sampai terjadi perubahan warna dari coklat menjadi kuning tua. Kemudian sampel didinginkan, kemudian sampel dimasukkan dalam labu takar 100 ml. Apabila ada endapan, sampel disaring dengan glass wool. Sejumlah laritan stok standar dari masing-masing mineral diencerkan dengan menggunakan akuades sampai konsentrasinya berada dalam kisaran kerja logam yang diinginkan. Larutan standar, blanko, dan contoh dialirkan ke dalam Atomic Absorption Spectrophotometer AAS merek Perkin Elmer Analyst 100 tipe flame emmision dengan panjang gelombang dari masing-masing jenis mineral, kemudian diukur absorbansi atau tinggi puncak standar, blanko dan contoh pada panjang gelombang dan parameter yang sesuai untuk masing-masing mineral. Perhitungan kadar mineral basis basah : Kadar mineral = ppm terbaca x faktorpengenceran bobot sampel

3.3.3.3 Analisis ukuran partikel nanokalsium dengan SEM Scanning

ElectronMicroscopy Lee 1993 Sampel ditimbang sebanyak 0,1 gram dan diletakkan pada plat aluminium hingga merata dan homogen serta dilapisi lapisan emas setebal 48 nm. Selanjutnya plat aluminium diletakkan di meja sampel. Sampel yang telah dilapisi emas dideteksi dengan menggunakan SEM pada tegangan 20 kV dan perbesaran 20.000x, 40.000x, 60.000x dan 80.000x. Sumber elektron dipancarkan menuju sampel untuk memindai permukaan sampel, kemudian emas sebagai konduktor akan memantulkan elektron ke detektor pada mikroskop SEM. Selanjutnya hasil pemindaian akan diteruskan oleh detektor menuju monitor.

3.3.3.4 Analisis derajat putih nanokalsium

Pengukuran derajat putih nanokalsium dari cangkang rajungan menggunakan alat photoelectric tube whitness metre for powder model C-1 berskala 0-100. Warna hitam menunjukkan nilai 0, sedangkan nilai 100 menunjukkan derajat putih yang setara dengan pembakaran pita magnesium. Pengukuran derajat putih dilakukan dengan cara meletakkan kristal dalam wadah tertentu, kemudian hasil pengukuran derajat putih terlihat pada monitor.

3.3.3.5 Analisis derajat keasaman effervescent nanokalsium

Sampel sebanayak 5 gram dicampurkan dengan 45 ml akuades dan dihomogenkan dengan homogenizer selama 10 menit. Selanjutnya alat pH meter dikalibrasi dengan menggunakan buffer pH standar pH 4 dan pH 7. Elektroda yang telah dibersihkan dicelupkan ke dalam sampel yang akan diperiksa. Selanjutnya pH meter dibiarkan selama beberapa menit sampai nilai yang tertera pada display pH meter stabil, setelah stabil nilai yang ditunjukan dicatat sebagai nilai pH.

3.3.3.6 Analisis bioavailabilitas effervescent nanokalsium

Tablet effervescent dilarutkan dalam 10 ml akuades dan diberikan kepada tikus dengan metode mouse oral. Pengambilan sampel darah dilakukan di bagian jantung tikus putih. Pengambilan sampel darah pada menit ke-0, 2, 4, 6, dan 8 sebanyak 2 ml darah. Sampel darah ditampung dalam botol fiol. Sampel darah yang sudah ditampung dalam botol fiol kemudian dianalisis AAS. Proses pengujian bioavailabilitas nanokalsium dapat dilihat pada Gambar 4. Gambar 4 Diagram alir analisis bioavailabilitas effervescent nanokalsium. Keterangan : = Inputoutput = Proses Effervescent nanokalsium Pemberian larutan effervescent nanokalsium dengan mouse oral Pengambilan sampel darah tikus putih pada menit ke- 0, 2, 4, 6, dan 8 Penampungan darah pada botol fiol Uji kalsium dengan AAS 4 HASIL DAN PEMBAHASAN 4.1 Rendemen Nanokalsium Rendemen adalah persentase bahan baku utama cangkang rajungan yang diproses menjadi produk akhir nanokalsium. Besarnya rendemen yang dihasilkan maka semakin tinggi nilai ekonomis atau nilai keefektivitasan suatu produk atau bahan tersebut Kusumawati et al. 2008. Rendemen merupakan persentase dari perbandingan kadar mineral terhadap bahan baku sebelum mengalami perlakuan. Perlakuan yang dilakukan pada penelitian ini adalah perbedaan konsentrasi HCl pada proses demineralisasi. Data rendemen nanokalsium disajikan pada Gambar 5. Gambar 5 Data rendemen nanokalsium. Hasil analisis ragam menunjukkan bahwa perlakuan perbedaan konsentrasi HCl tidak memberikan pengaruh nyata α=0,825 terhadap rendemen serbuk nanokalsium yang dihasilkan. Proses pembuatan nanokalsium dilakukan dengan melarutkan mineral yang terkandung dalam cangkang rajungan terutama mineral CaCO 3 . Cangkang rajungan sebelumnya dilakukan proses perendaman dengan HCl sebelum ekstraksi dan demineralisasi menghasilkan kalsium karbonat CaCO 3 . Pada awal proses pencampuran cangkang rajungan dengan HCl, terbentuk banyak buih dan gelembung-gelembung udara yang berlangsung sekitar 7,01 12,07 13,42 2 4 6 8 10 12 14 16 HCl 0,5N HCl 1N HCl 1,5N Re n d em en se rb u k n an ok alsi u m Konsentrasi HCl H 2 CO 3 H 2 CO 3 ±5 menit. Hal ini disebabkan oleh terbentuknya gas-gas CO 2 dan H 2 O di permukaan larutan.Proses perendaman cangkang dengan menggunakan HCl akan menyebabkan terbukanya pori-pori cangkang rajungan secara maksimal, sehingga ruang-ruang yang terbentuk akan memudahkan dicapai oleh pengekstrak HCl, dengan demikian mineral akan mudah tereksrak secara optimal Suptijah 2009. Pada akhir proses demineralisasi akan didapatkan limbah berupa kalsium klorida CaCl 2 . Reaksi pelepasan kalsium dari cangkang rajungan oleh larutan HCl melalui proses demineralisasi dapat dilihat pada Gambar 5. Kandungan kalsium pada cangkang rajungan yang berupa kalsium karbonat CaCO 3 dilakukan proses presipitasi dengan menggunakan NaOH. Proses presipitasi ini akan menghasilkan endapan berupa kalsium hidroksida dan larutan NaCl. Larutan garam NaCl yang terbentuk dipisahkan dengan cara dekantasi dan dinetralisasi dengan menggunakan akuades, sehingga diperoleh CaOH 2 yang selanjutnya dikeringkan dengan oven 105 ◦C dan selanjutnya dilakukan proses gravitasi. Proses pengabuan menggunakan suhu 600ºC akan menghasilkan kalsium oksida CaO sehingga produk akhir adalah serbuk nanokalsium oksida. Proses presipitasi kalsium dengan NaOH dapat dilihat pada Gambar 6. Proses demineralisasi dengan HCl : CaCO 3 + 2HCl CaCl 2 larut + H 2 CO 3 CO 2 H 2 O Proses presipitasi dengan NaOH : CaCl 2 larut + NaOH Ca OH 2 + NaCl CaO H 2 O Gambar 6 Proses presipitasi kalsium dengan NaOH. Nanokalsium yang dipilih untuk pengujian dan proses selanjutnya adalah nanokalsium dengan perlakuan perendaman HCl 1N. Hal ini dilihat secara visual nanokalsium yang diperoleh dengan perendaman HCl 1N memiliki warna lebih putih dibandingkan dengan nanokalsium dengan perendaman HCl lain. Menurut Estrela dan Holland 2003 derajat putih secara visual turut menentukan mutu nanokalsium yang diperoleh. Selain secara visual warna nanokalsium, pemilihan nanokalsium yang dijadikan analisis selanjutnya yaitu secara aspek ekonomi. Ca OH 2 Konsentrasi HCl 1 N dengan rendemen sebanyak 12,07 memiliki nilai lebih ekonomis dibandingkan dengan HCl 0,5 N dengan rendemen sebanyak 7,01 dan HCl 1,5 N dengan rendemen 13,42. Penggunaan HCl dengan konsentrasi yang rendah memiliki nilai rendemen yang rendah pula sehingga HCl yang diperlukan lebih banyak sedangkan penggunaan HCl dengan konsentrasi yang tinggi memiliki rendemen yang hamper sama, sehingga nanokalsium dengan perendaman HCl 1 N yang dilakukan analisis selanjutnya.

4.2 Derajat Putih Nanokalsium

Derajat putih merupakan aspek mutu pada bahan tambahan pangan. Pemanfaatan limbah demineralisasi kulit rajungan dapat dilanjutkan sebagai suplemen nanokalsium dan bahan tambahan pangan untuk memperbaiki kandungan kalsium. Nilai derajat putih serbuk nanokalsium yang dihasilkan adalah 63,63 skala 100. Penurunan nilai derajat putih serbuk nanokalsium disebabkan oleh adanya kandungan mineral lain selain kalsium. Komposisi mineral yang beragam pada hasil penelitian ini berpengaruh terhadap penurunan derajat putih. Kandungan magnesium yang tinggi dalam nanokalsium juga mempengaruhi nilai dari derajat putih nanokalsium. Mineral secara alami memiliki warna yang berbeda-beda. Mineral natrium Na dan kalium K memiliki warna keperakan, magnesium Mg memiliki warna putih keabu-abuan, fosfor P memiliki warna hitam dan merah, seng Zn memiliki warna putih mengkilap Cotton dan Wilkinson 2007. Karakteristik derajat putih serbuk nano kalsium dapat dilihat pada Gambar 7. Gambar 7 Karakteristik derajat putih serbuk nano kalsium.

4.3 Komposisi Total Mineral Nanokalsium