PENGARUH PERBANDINGAN DAN KONSENTRASI HIDROKOLOID

28

VI. HASIL DAN PEMBAHASAN

Gel pengharum ruangan merupakan produk rumah tangga dalam bentuk sediaan gel yang melepaskan wangi ke ruangan melalui udara. Gel adalah sistem padat atau setengah padat dari paling sedikit dua konstituen yang terdiri atas massa seperti pagar yang rapat matriks dan diselusupi oleh cairan Ansel 1989. Minyak atsiri yang dicampur ke dalam gel akan menjadi droplet dan terikat bersama air di antara matriks gel. Minyak akan berdifusi dari tengah gel ke permukaan gel dan menguap secara perlahan.

4.1. PENGARUH PERBANDINGAN DAN KONSENTRASI HIDROKOLOID

Gel mungkin mengandung 99.9 bahan cair tetapi mempunyai sifat yang lebih khas seperti padatan, khususnya sifat elastisitas dan kekakuan Winarno 1992. Sifat ini memengaruhi kecepatan difusi dan penguapan minyak atsiri. Selain kekuatan gel, kestabilan gel juga menjadi faktor yang memengaruhi kemampuan gel dalam mengikat cairan. Gel yang kurang stabil akan mudah melepas cairan. Adapun kekuatan dan kestabilan gel dipengaruhi oleh jenis dan konsentrasi hidrokoloid serta bahan tambahan seperti propilen glikol yang berfungsi sebagai emulsifier. Berbagai jenis bahan penyusun hidrokoloid menghasilkan mekanisme interaksi yang berbeda-beda sehingga menghasilkan fungsi tertentu pada gel. Hal ini dimanfaatkan untuk mendapatkan sifat gel tertentu. Mekanisme fisikokimia tersebut dapat dilihat pada Tabel 10. Tabel 10. Mekanisme fisikokimia utama yang terjadi pada bahan-bahan penyusun hidrokoloid Campuran bahan Mekanisme fisika-kimia yang terjadi Makromolekul dengan pelarut Pelarutan, pengembangan Penambahan kekentalan dan kepadatan Pengikatan Stabilisasi Makromolekul dengan makromolekul Gelasi Pengikatan Stabilisasi Surfaktan atau makromolekul dengan Droplet minyak Adsorpsi, emulsifikasi Partikel solid Pengentalan, stabilisasi Sumber : Eliasson, 1996. Pada penelitian ini, kappa karagenan dan glukomanan berperan sebagai makromolekul, aquades sebagai pelarut, propilen glikol sebagai emulsifier, dan natrium benzoat sebagai partikel solid yang juga memiliki fungsi khusus sebagai bahan anti kapang. Minyak atsiri dicampur ke dalam hidrokoloid dan diaduk sehingga membentuk droplet minyak. Aquades dipanaskan kemudian dicampur dengan kappa karagenan, glukomanan, dan natrium benzoat yang telah dicampur terlebih dahulu. Pemanasan dilakukan sebelum proses pencampuran karena makromolekul memiliki sifat yang sangat mudah menyerap air. Apabila bahan kering dicampur terlebih dahulu oleh air yang bersuhu ruangan, makromolekul akan cepat mengalami gelasi sehingga gel terbentuk di bagian dasar gelas dan sulit tercampur hingga homogen. Selain itu, glukomanan lebih cepat mengalami gelasi daripada karagenan sehingga antara gel glukomanan dan 29 karagenan sulit tercampur. Sebaliknya, apabila air dipanaskan terlebih dahulu, makromolekul akan larut terlebih dahulu sebelum membentuk gel sehingga diperoleh hidrokoloid yang lebih homogen. Makromolekul dituangkan sedikit demi sedikit sambil terus diaduk. Apabila bahan dituangkan sekaligus atau terlalu banyak, permukaan karagenan dan glukomanan yang kontak dengan air akan cepat mengalami gelasi sehingga bagian dalamnya masih kering. Akibatnya, terjadi gumpalan- gumpalan yang sulit dilarutkan sehingga terbentuk gel yang kurang homogen. Natrium benzoat tidak memiliki daya hidrasi sehingga dapat larut dan tercampur baik dengan hidrokoloid. Setelah terbentuk hidrokoloid, propilen glikol dicampur ke dalam hidrokoloid. Setelah propilen glikol tercampur, minyak atsiri kemudian dicampur ke dalam hidrokoloid. Pada pembuatan gel yang dilakukan oleh Rahmaisni 2011, propilen glikol dicampur ke dalam minyak atsiri sebelum minyak atsiri dituangkan ke dalam hidrokoloid. Perbedaan tahap ini dilakukan karena prinsip pencampuran adalah menggabungkan senyawa sejenis terlebih dahulu polar dengan polar dan non-polar dengan non-polar kemudian senyawa polar dengan non-polar. Propilen glikol merupakan senyawa polar berupa cairan kental, jernih, tidak berwarna, tidak berbau, rasa agak manis, dan higroskopik. Propilen glikol dapat campur dengan air, dengan etanol 95 dan dengan kloroform, larut dalam 6 bagian eter, tidak dapat campur dengan eter minyak tanah dan dengan minyak lemak Depkes RI 1979. Oleh karena itu, propilen glikol dicampur dengan hidrokoloid karena akan bercampur dengan air, bukan dicampur dengan minyak atsiri. Namun demikian, propilen glikol tidak bisa dicampur dengan air sebelum karagenan dan glukomanan membentuk gel karena propilen glikol bersifat menghambat gelasi. Hasil percobaan menunjukkan bahwa tepung karagenan dan glukomanan yang dicampur dengan propilen glikol kemudian dicampur dengan air tidak mengalami gelasi, namun kembali mengendap.

4.1.1. Hasil Uji Kekuatan Gel

Kekuatan gel dinyatakan dalam kilogram force kgf atau gram force gf, didefinisikan sebagai gaya maksimum yang dibutuhkan untuk memecahkan matriks polimer pada daerah yang ditekan Suheti 2000. Prinsip alat ini berhubungan dengan rumus tekanan, yaitu : � �� 2 = � � � � 2 dimana tekanan gfmm 2 berbanding lurus dengan gaya gf dan berbanding terbalik dengan luas permukaan mm 2 penekan probe. Probe yang digunakan pada setiap pengujian memiliki luas permukaan yang sama sehingga faktor ini dapat diabaikan. Gaya yang digunakan diatur pada komputer sebesar 100 gf. Nilai kekuatan gel rata-rata hasil uji dapat dilihat pada Gambar 8. Kekuatan gel tertinggi dihasilkan oleh perbandingan 60 : 40 dengan konsentrasi 5 A1B3, kemudian diikuti oleh konsentrasi 4 A1B2. Dari grafik terlihat bahwa perbandingan 60 : 40 A1 paling efektif dalam meningkatkan kekuatan gel. Perbandingan 70 : 30 juga memberikan kekuatan gel yang lebih besar daripada 100 : 0 pada setiap konsentrasi. Maka, dapat diketahui bahwa campuran glukomanan memberikan pengaruh positif pada peningkatan kekuatan gel. Hal ini terjadi karena adanya sinergisme antara glukomanan dengan 30 Gambar 8. Rata-rata kekuatan gel pada semua jenis perbandingan dan konsentrasi kappa karagenan yang memiliki sifat gel yang berbeda, dimana gel kappa karagenan bersifat rapuh sedangkan gel glukomanan bersifat elastis dan tidak membentuk gel yang solid. Larutan glukomanan tidak akan membentuk gel karena gugus asetilnya mencegah rantai panjang glukomanan untuk bertemu satu sama lain. Larutan yang terbentuk merupakan larutan pseudoplastik Widjanarko 2008. Pseudoplastik merupakan fluida dengan tipe eksponensial dimana pengurang viskositas terlihat jelas dengan adanya peningkatan gaya geser Landau and Liftshitz, 1997. Glukomanan tidak dapat membentuk gel kecuali dengan adanya kappa karagenan dan xanthan gum, dimana asosiasi antar rantai mendukung gelasi atau pengentalan Thomas 1997. Glukomanan memiliki sifat yang dapat menurunkan tegangan permukaan gel campuran kappa karargenan-glukomanan sehingga terbentuk gel yang lebih elastis. Elastisitas menurunkan sifat kerapuhan gel sehingga gel lebih kuat. Menurut Morris 1998, kappa karagenan yang dicampurkan dengan tepung konjak atau glukomanan yang tidak dapat membentuk gel akan berinteraksi secara sinergis untuk menghasilkan gel yang lebih elastis. Gel elastis yang terbentuk bersifat reversible setelah pemanasan dan pendinginan Ozu et al 1993. Saat pendinginan, polimer karagenan membentuk struktur double helix pilinan ganda yang menghasilkan titik-titik pertemuan junction points dari rantai polimer dan rongga-rongga di antara rantainya Glicksman 1979. Rantai glukomanan akan mengisi rongga-rongga antar rantai kappa karagenan. Semakin banyak kandungan glukomanan, rongga karagenan akan semakin banyak terisi larutan yang kental dan bersifat pseudoplastik tersebut sehingga gel semakin elastis. William, et al 1993 meneliti interaksi antara kappa karagenan dan glukomanan menggunakan Differential Scaning Calorimetry DSC dan Electron Spin Resonance ESR, dari penelitian ini diketahui bahwa glukomanan diserap ke atas permukaan agregat kappa karagenan. Kohayama, et al 1993 juga meneliti efek dari peneltian ini diketahui bahwa ada dua bagian kristalin dalam gel campuran, bagian pertama terdiri dari kappa karagenan sendiri dan yang lainnya berupa asosiasi antara glukomanan dan kappa karagenan yang memberikan kontribusi terhadap sifat gel. Menurut Akesowan 2002, gabungan antara glukomanan-karagenan lebih disukai dari gabungan karagenan- karagenan karena molekul glukomanan tidak bermuatan. 1331.0 3056.2 4581.3 1105.1 1425.2 1705.0 1035.5 1165.2 1418.8 500 1000 1500 2000 2500 3000 3500 4000 4500 5000 3 4 5 K ekua ta n ge l gf Konsentrasi hidrokoloid 60 : 40 70 : 30 100 : 0 Perbandingan karagenan- glukomanan : 31 Selain karena adanya sinergisme, glukomanan memiliki daya serap zat cair yang lebih besar daripada kappa karagenan. Proporsi glukomanan yang lebih tinggi menyebabkan semakin banyak air yang terserap pada gel sehingga lebih elastis. Pada faktor konsentrasi, terlihat bahwa konsentrasi hidrokoloid memberikan pengaruh positif pada kekuatan gel, dimana semakin tinggi konsentrasi hidrokoloid maka semakin tinggi kekuatan gelnya. Pada grafik terlihat bahwa konsentrasi 5 menghasilkan kekuatan gel yang lebih besar daripada konsentrasi 4 dan 3 pada setiap perbandingan, begitu pun konsentrasi 4 terhadap 3. Hal ini terjadi karena semakin tinggi konsentrasi hidrokoloid, semakin banyak air yang terserap oleh makromolekul dan rantai heliks yang terbentuk semakin banyak sehingga gel semakin padat. Enifia 2009 menjelaskan bahwa tekstur suatu produk dipengaruhi oleh jumlah air yang ada dalam produk, semakin tinggi konsentrasi karagenan dan semakin kecil proporsi kandungan air dalam suatu produk maka tingkat kekerasannya akan semakin tinggi. Hasil evaluasi data menggunakan rancangan acak lengkap faktorial pada Lampiran 3 menunjukkan bahwa faktor perbandingan dan konsentrasi memiliki pengaruh yang nyata terhadap kekuatan gel, begitu pula interaksi keduanya. Rancangan acak lengkap dipilih karena pengujian ini terdiri dari dua faktor perbandingan dan konsentrasi dimana kedua faktor memiliki hubungan yang saling bersilang tiap perbandingan mengandung tiap konsentrasi. Evaluasi dilanjutkan dengan Uji Duncan untuk melihat perbedaan nyata signifikansi kekuatan gel pada faktor perbandingan, konsentrasi, serta interaksi keduanya. Pada faktor perbandingan, diperoleh bahwa setiap perbandingan memiliki kekuatan gel yang berbeda signifikan, dengan urutan dari yang terbesar ke yang terkecil adalah 60 : 40, 70 : 30, dan 100 : 0 Lampiran 4. Begitu pula dengan faktor konsentrasi hidrokoloid, konsentrasi 5 menghasilkan kekuatan gel yang signifikan lebih besar dari konsentrasi 4 , dan konsentrasi 4 signifikan lebih besar dari konsentrasi 3 Lampiran 5. Maka, dari pengujian ini dapat diketahui bahwa kekuatan gel terbaik adalah pada perbandingan 60 : 40 konsentrasi 5 . Kekuatan gel yang baik pada gel pengharum ruangan bertujuan untuk mempertahankan bentuk gel setelah dicetak sehingga gel tidak patahrusak selama proses pascaproduksi, seperti penyimpanan, pendistribusian, dan pada saat gel digunakan. Semakin tinggi konsentrasi hidrokoloid, gel akan semakin kuat. Namun,apabila konsentrasi terlalu tinggi, gel akan sulit dibentukdicetak karena hidrokoloid yang terbentuk sangat kental sehingga aliran fluidanya lambat. Akibatnya, hidrokoloid tidak dapat mengisi ruang kosong dalam cetakan dengan sempurna. Selain itu, semakin tinggi konsentrasi hidrokoloid, semakin cepat gel mengeras.

4.1.2. Hasil Uji Kestabilan Gel

Sineresis adalah peristiwa keluarnya air dari dalam gel yang disebabkan oleh agregasi rantai karagenan saat pendinginan. Pada suhu di atas titik cair pemanasan, polimer-polimer kappa karagenan dalam larutan membentuk susunan acak. Saat pendinginan, formasi acak berubah menjadi rantai heliks ganda yang memungkinkan terbentuknya ikatan-ikatan silang yang membentuk jala atau jaringan matriks secara kontinyu. Pendinginan selanjutnya menyebabkan polimer-polimer menjadi terikat silang secara kuat dan terbentuk agregat yang membentuk gel kuat. Pembentukan agregrat ini menyebabkan rantai gel mendorong air yang tidak terikat sehingga air keluar dari gel Fardiaz 1989. Lee et al. 2008 menyatakan bahwa jumlah zona ikatan dapat menjadi satu alasan tingginya tingkat sineresis. Jumlah zona ikatan yang lebih banyak dapat menyebabkan peningkatan sineresis. Hal ini disebabkan pembentukan heliks dan pembentukan agregat yang terus terjadi selama penyimpanan sehingga ikatan rantai gel semakin banyak dan rapat, sedangkan rongga antar ikatan menjadi semakin sempit yang mengakibatkan air yang tidak terikat terdorong ke luar. Pada penelitian 32 ini, sineresis menunjukkan kestabilan gel dalam mempertahankan air yang terperangkap di dalamnya. Rata-rata sineresis hasil pengujian dapat dilihat pada Gambar 9. Gambar 9. Kestabilan gel pada semua jenis perbandingan dan konsentrasi. Semakin rendah tingkat sineresis maka gel semakin stabil Dari grafik terlihat bahwa perbandingan karagenan-glukomanan 60 : 40 menghasilkan sineresis yang lebih tinggi daripada perbandingan 70 : 30 kecuali pada konsentrasi 3 , dan perbandingan 70 : 30 menghasilkan sineresis yang lebih tinggi daripada perbandingan 100 : 0. Dari data tersebut, dapat diketahui bahwa semakin tinggi kandungan glukomanan maka semakin tinggi sineresis yang dihasilkan. Hal ini terjadi karena meskipun glukomanan memiliki kemampuan menyerap air yang tinggi, glukomanan tidak dapat membentuk gel yang solid, melainkan cairan yang sangat kental. Oleh karena itu, aliran fluida yang dihasilkan gel glukomanan lebih tinggi daripada aliran fluida gel karagenan. Selain itu, semakin rendah kandungan karagenan pada gel, semakin sedikit matriksjalakerangka gel yang terbentuk karena glukomanan tidak memiliki kemampuan untuk membuat matriks. Karagenan yang lebih banyak akan lebih kuat memerangkap air dan hidrokoloid glukomanan dalam rongga-rongga rantainya. Semakin tinggi proporsi glukomanan pada pengujian ini, semakin kurang stabil gel yang dihasilkan meskipun kekuatan gelnya lebih tinggi. Pada faktor konsentrasi, dapat diketahui bahwa konsentrasi 3 menghasilkan tingkat sineresis yang lebih tinggi daripada konsentrasi 4 , dan konsentrasi 4 menghasilkan tingkat sineresis yang lebih tinggi daripada konsentrasi 5 . Dari hasil ini dapat disimpulkan bahwa tingkat sineresis berbanding terbalik dengan tingkat konsentrasi, dimana semakin tinggi konsentrasi maka semakin rendah sineresis yang dihasilkan. Hal ini terjadi karena gel dengan konsentrasi yang lebih tinggi mengandung karagenan dan glukomanan yang lebih banyak sehingga mampu menyerap air lebih banyak dan kuat sehingga gel menjadi lebih stabil. Menurut Bhattacharya 2011 sineresis air pada gel merupakan fenomena yang alami dimana air tidak terikat yang berlebih keluar dari matriks gel. Kejadian ini dapat diminimalisasi dengan penentuan proporsi dan konsentrasi bahan penyusun hidrokoloid yang tepat serta penambahan bahan penyusun gel yang mendukung. Sineresis berkurang dengan bertambahnya konsentrasi hidrokoloid pada gel. 0.806 0.526 0.522 1.007 0.412 0.358 0.657 0.266 0.147 0,0 0,2 0,4 0,6 0,8 1,0 1,2 3 4 5 S in er esi s Konsentrasi hidrokoloid 60 : 40 70 : 30 100 : 0 Perbandingan karagenan- glukomanan : 33 Gel yang diharapkan pada penelitian ini adalah gel dengan sineresis di bawah 1 . Dari grafik dapat diketahui bahwa hampir semua tingkat sineresis berada di bawah 1 . Artinya, semua jenis gel memiliki tingkat sineresis yang baik, kecuali gel perbandingan 70 : 30 dengan konsentrasi 3 yang menghasilkan sineresis sebesar 1.007 . Gel perbandingan 60 : 40 dengan konsentrasi 3 saja, sudah baik dalam mempertahankan kestabilannya karena menghasilkan sineresis sesuai standar, yaitu di bawah 1 . Pada penelitian sebelumnya yang dilakukan oleh Wicaksono 1999, dibuat gel berbasis kappa karagenan, iota karagenan, dan LBG Locus Bean Gum. Iota karagenan dan LBG memiliki kesamaan sifat dengan glukomanan, yaitu memberikan sifat elastis pada gel dan tidak mampu membentuk gel tanpa dicampur bahan lain. Hasil penelitian Wicaksoso terdapat pada Tabel 11. Tabel 11. Perbandingan nilai sineresis pada gel berbasis kappa karagenan, iota karagenan, dan LBG Perbandingan Tingkat sineresis Kappa karagenan Iota karagenan dan LBG 1.5 1 1.3 tinggi 2.5 1 0.29 rendah Sumber : Bambang, 1999. Dari penelitian tersebut, didapatkan bahwa perbandingan karagenan dan bahan pemberi sifat elastis sebesar 1.5 : 1 menghasilkan sineresis yang besar lebih tinggi dari 1 . Perbandingan 1.5 : 1 ini sebanding dengan 60 : 40, dimana pada penelitian ini dihasilkan sineresis yang lebih rendah dari 1. Maka, dapat dikatakan bahwa campuran kappa karagenan dengan glukomanan menghasilkan sineresis yang lebih baik. Selain faktor perbandingan dan konsentrasi karagenan-glukomanan, sineresis juga dipengaruhi oleh kehigienisan bahan dan proses, kemasan gel, dan suhu bahan gel saat pencetakan. Bahan dan proses yang kurang higienis dapat meningkatkan sineresis, oleh karena itu, aquades dididihkan terlebih dahulu sebelum digunakan dan gel sebaiknya tidak tersentuh oleh tangan selama proses. Hasil pengujian saat penelitian menunjukkan bahwa kemasan gel yang berupa wadah plastik dapat meningkatkan sineresis hingga 2 . Oleh karena itu, setelah gel mengeras, gel dipindahkan ke dalam plastik resealeable untuk mengurangi kontak gel langsung dengan plastik, sedangkan wadah plastik digunakan hanya untuk mencetak gel hingga mengeras. Selain itu, suhu perlu diperhatikan saat pencetakan dan pemindahan gel dari cetakan. Apabila gel dikemas dalam keadaan yang masih panas, akan terbentuk embun pada permukaan gel sehingga menambah kadar air gel. Sineresis yang terlalu tinggi menyebabkan air menggenang di dalam wadah plastik sehingga merusak struktur gel dan berpotensi menimbulkan pertumbuhan kapang. Sama seperti uji kekuatan gel, data hasil uji sineresis diolah menggunakan rancangan acak lengkap faktorial untuk mengevaluasi pengaruh faktor perbandingan dan konsentrasi karagenan- glukomanan terhadap sineresis. Hasil sidik ragam anova menunjukkan bahwa faktor perbandingan, konsentrasi, dan interaksi keduanya memberikan pengaruh yang nyata pada sineresis Lampiran 3. Pengujian dilanjutkan dengan uji Duncan. Pada faktor perbandingan diperoleh bahwa sineresis yang dihasilkan gel dengan perbandingan 60 : 40 tidak berbeda signifikan dengan 70 : 30, sedangkan perbandingan 100 : 0 berbeda signifikan lebih rendah dari 60 : 40 maupun 70 : 30 Lampiran 6. Pada faktor konsentrasi, diperoleh bahwa sineresis yang dihasilkan gel dengan konsentrasi 3 berbeda signifikan lebih besar dari konsentrasi 4 maupun 5 , sedangkan konsentrasi 4 tidak berbeda signifikan dari konsentrasi 5 Lampiran 7. 34 Dari penelitian pendahuluan ini dapat diketahui bahwa perbandingan karagenan dan glukomanan sebesar 60 : 40 menghasilkan peningkatkan kekuatan gel yang paling efektif, sedangkan perbandingan 100 : 0 menghasilkan sineresis paling rendah. Konsentrasi 5 menghasilkan kekuatan gel yang paling tinggi dan sineresis yang paling rendah. Namun demikian, sineresis juga tidak boleh terlalu rendah karena dapat menghambat pelepasan aroma dari minyak atsiri yang berada di dalam matriks gel sehingga wangi kurang tersebar di ruangan. Konsentrasi 3 pada perbandingan 60 : 40 masih berada dalam batas sineresis yang dapat diterima, yaitu di bawah 1 . Oleh karena itu, pada penelitian selanjutnya dipilih gel dengan perbandingan 60 : 40 dan 100 : 0 dengan konsentrasi masing- masing sebesar 3 dan 5 .

4.2. PENGARUH JENIS HIDROKOLOID DAN MINYAK NILAM TERHADAP KETAHANAN WANGI DAYA SIMPAN GEL