Pengaruh Waktu Pemetikan Pagi, Siang dan Sore terhadap Kadar Nitrat dan Nitrit pada Bayam (Amaranthus Tricolor L.)
BAB II
TINJAUAN PUSTAKA
2.1
Siklus Nitrogen
Sumber utama nitrogen didalam tanah berasal dari berbagai sumber.
Sumber utama adalah dari nitrogen bebas di atmosfir, hasil dekomposisi bahan
organik, loncatan listrik di udara (petir) dan pupuk buatan dan pupuk organik
(Damanik, dkk., 2010).
Nitrogen yang terdapat di atmosfer bumi jumlahnya sangat banyak, namun
ketersediaannya untuk organisme terutama tumbuhan sering kurang karena hanya
mikroorganisme tertentu saja yang mampu mengikat molekul nitrogen dan
mengubahnya menjadi bentuk yang dapat digunakan tumbuhan. Nitrogen yang
terdapat dalam tanah sebagian besar berupa organik hasil pembusukan organisme,
sedangkan lainnya berasal dari pelarutan bantuan air hujan (dalam bentuk nitrat
dan ammonia) serta aktivitas gunung berapi (Harahap, 2012).
Nitrogen bebas di atmosfir menempati 78% dari volume atmosfir. Namun
dalam bentuk unsur tidak dapat langung digunakan. Nitrogen harus diubah dulu
menjadi bentuk ammonium atau nitrat melalui proses-proses tertentu. Cara utama
nitrogen bebas masuk kedalam tanah melalui kegiatan-kegiatan jasad renik
mengikat nitrogen dari udara, baik yang bebas atau yang bersimbiosis dengan
tanaman seperti bintil akar tanaman leguminosa dengan bakteri rhizobium,
kemudian nitrogen yang diikat digunakan dalam sintesa asam amino dan protein
oleh tanaman induk. Jika tanaman atau jasad pengikat nitrogen mati, bakteribakteri pembusuk membebaskan asam amino dari protein. Bakteri amonifikasi
Universitas Sumatera Utara
membebaskan ammonium dari gugus amino, yang kemudian dilarutkan dalam
larutan tanah (Damanik, dkk., 2010). Siklus nitrogen di dalam tanah dapat dilihat
pada Gambar 2.1.
Gambar 2.1 Siklus Nitrogen (Pidwirny, 2014)
2.2
Tranformasi Nitrogen
Transformasi
utama
nitrogen
yaitu
fiksasi
nitrogen,
nitrifikasi,
denitrifikasi, asimilasi dan amoninifikasi. Transformasi nitrogen adalah kunci
untuk produktivitas dalam biosfer dan sangat tergantung pada kegiatan kumpulan
beragam mikroorganisme, seperti bakteri, archaea, dan jamur (Bernhard, 2010).
Fiksasi nitrogen adalah suatu proses mengubah gas Nitrogen menjadi
nitrogen biologis yang tersedia disebut fiksasi nitrogen. Gas nitrogen adalah
senyawa yang sangat stabil karena kekuatan ikatan rangkap tiga antara atom
nitrogen, dan membutuhkan energi yang cukup besar untuk memecah ikatan ini.
Sebagian besar fiksasi nitrogen dilakukan oleh bakteri pengikat nitrogen seperti
rhizobium, azotobacter dan Frankia (Bernhard, 2010).
Amoniafikasi suatu organisme mengeluarkan limbah atau mati, nitrogen
dalam jaringan adalah berupa nitrogen organik (asam amino misalnya, DNA).
Universitas Sumatera Utara
Berbagai jamur dan prokariota kemudian membusuk di jaringan dan melepaskan
nitrogen anorganik kembali ke dalam ekosistem sebagai ammonia (Bernhard,
2010).
Nitrifikasi adalah proses yang mengubah amonia menjadi nitrit dan
kemudian menjadi nitrat dan merupakan langkah penting dalam siklus nitrogen
global. Kebanyakan nitrifikasi terjadi aerobik dan dilakukan secara eksklusif oleh
prokariota. Ada dua langkah yang berbeda dari nitrifikasi yang dilakukan oleh
jenis yang berbeda dari mikroorganisme (Bernhard, 2010).
Denitrifikasi adalah proses yang mengubah nitrat menjadi gas nitrogen,
sehingga menghilangkan nitrogen dan kembali ke atmosfer. Gas dinitrogen (N)
adalah produk akhir utama dari denitrifikasi (Bernhard, 2010).
2.3
Nitrat dan Nitrit
Nitrat dan nitrit adalah senyawa alami yang ditemukan dalam lingkungan
yang sering dikonsumsi oleh manusia melalui sayuran, daging dan air
minum.Nitrat dan nitrit terjadi secara alami dalam sayuran sebagai bagian dari
siklus nitrogen (Maynard, dkk., 1976).
Kalium/natrium nitrit dan kalium/natrium nitrat telah digunakan dalam
daging olahan (curing) sebagai bahan tambahan makanan dalamdaging yang
diawetkan selama bertahun-tahun terutama untuk mencegah pertumbuhan dan
produksi racun Clostridium botulinum (Silalahi, 2005).
Nitrat memegang peranan penting dalam nutrisi dan fungsi tanaman
karena potensinya untuk terakumulasi. konsentrasi nitrat dalam tanaman
dipengaruhi olehkelembaban tanah, intensitas cahaya suhu udara, pupuk, varietas
Universitas Sumatera Utara
tanaman, dan strategi proteksi tanaman. Nitrat umumnya ditemukan di sel vakuola
dan dibawa ke dalam xilem. Xilem membawa air dan nutrisi dari akar ke daun,
kemudian floem membawa produk fotosintesis daridaun pertumbuhan tanaman
(EFSA, 2008).
Nitrat ditemukan dalam jumlah yang besar pada sayuran, yaitu berkisar
70-90% dari asupan nitrat. Diantara sayuran, daun hijau mengandung kadar nitrat
yang sangat tinggi. Bayam adalah salah satu dari sayuran yang ditunjukkan dari
beberapa penelitian mengandung kadar nitrat yang tinggi, dibandingkan dengan
sayuran yang lain. Jumlahnya bisa mencapai 5 gram nitrat per kilogram pada
bayam segar (Keshavarz, dkk., 2015). klasifikasi kadar nitrat yang terkandung
pada sayuran dapat dilihat pada Tabel 2.1.
Tabel 2.1 Klasifikasi Kadar Nitrat pada Sayuran
Jenis Sayur
Rentang
Rentang
KadarNitrat (mg/kg)
Kadar Nitrit(mg/kg)
Asparagus
3-700
0,2-0,9
Bit
100-4500
0-4,5
Brokoli
140-2300
0-1
Kubis
0-2700
0,16-0,4
Wortel
0-2800
0-0,6
Kembang Kol
53-4500
0-1,1
Seledri
50-5300
0,4-0,5
Ketimun
17-570
0,16-0,8
Kubis
30-5500
0,16-1,4
Selada
90-13000
0-94
Peterseli
0-4100
0,4-2,6
Kacang Polong 20-100
0-2,1
Kentang
57-1000
0-3,5
Lobak
60-9000
0-162
Bayam
2-6700
0,16-1,6
Tomat
0-170
0,2-0,9
Sumber: (Walters, 1996)
Kelas
1
5
2
3
3
2
5
2
3
5
4
1
1
5
5
1
Universitas Sumatera Utara
2.4
Efek Toksik Nitrat dan Nitrit
Nitrit dapat bereaksi dengan zat-zat yang ada dalam saluran pencernaan.
Nitrit juga dapat terbentuk melalui reduksi nitrat oleh bakteri pada infeksi kelenjar
kemih. Sintesa nitrit dan nitrat juga terjadi di dalam jaringan tubuh mamalia oleh
bakteri heterotrop. Jika pH lambung meningkat, bakteri akan berkembang yang
kemudian dapat mereduksi nitrat menjadi nitrit. Nitrat diabsorbsi dengan cepat
pada saluran pencernaan bagian atas, dan sebagian besar dikeluarkan melalui urin.
Pengeluaran melalui urin mempunyai waktu paruh sekitar 5 jam. Sebagian nitrat
yang diangkut dalam darah dikeluarkan melalui kelenjar ludah. Nitrat yang berada
dalam rongga mulut dapat direduksi menjadi nitrit oleh mikroba rongga mulut dan
kemudian tertelan. Sebanyak 25% dari asupan nitrat dikeluarkan melalui kelenjar
ludah. Sekitar 20% dari nitrat dalam kelenjar ludah direduksi menjadi nitrit,
dengan demikian sekitar 5% dari seluruh asupan nitrat akan direduksi menjadi
nitrit dalam ludah dan tertelan kembali (Silalahi, 2005).
Methaemoglobin adalah hemoglobin yang di dalamnya ferro (Fe2+) telah
diubah menjadi ferri (Fe3+) dan kemampuannya untuk mengangkut oksigen telah
berkurang dan menyebabkan warna darah menjadi coklat. Methaemoglobin dapat
terjadi jika hemoglobin terpapar terhadap oksidator, termasuk nitrit. Sebenarnya
darah manusia secara normal mengandung methaemoglobin pada konsentrasi
tidak melebihi 2%. Tetapi, jika kadarnya meningkat menjadi 20% dapat
menyebabkan gangguan pada pengangkutan oksigen yang nyata, namun masih
dapat ditoleransi. Darah yang mengandung methaemoglobin yang tinggi disebut
methaemoglobinemia, terjadi gejala kulit biru (sianosis), sesak napas, mual dan
Universitas Sumatera Utara
muntah, serta shock. Kematian dapat terjadi jika kadar methaemoglobin mencapai
70% (Silalahi, 2005).
2.5
Fotosintesis
Proses sintesis karbohidrat dari bahan-bahan anorganik (CO2 dan H2O)
pada tumbuhan berpigmen dengan bantuan energi cahaya matahari disebut
fotosintesis dengan persamaan reaksi kimia berikut ini.
cahaya matahari
6 CO2+ 6 H2O
C6H12O6 + 6 O2
pigmen fotosintesis
Berdasarkan reaksi fotosintesis di atas, CO2 dan H2O merupakan substrat
dalam reaksi fotosintesis dan dengan bantuan cahaya matahari dan pigmen
fotosintesis (berupa klorofil dan pigemen-pigmen lainnya) akan menghasilkan
karbohidrat dan melepaskan oksigen. Cahaya matahari meliputi semua warna dari
spektrum tampak dari merah hingga ungu, tetapi tidak semua panjang gelombang
dari spektrum tampak diserap (diabsorpsi) oleh pigmen fotosintesis. Atom O pada
karbohidrat berasal dari CO2 dan atom H pada karbohidrat berasal dari H2O
(Fitriana, 2008).
2.6
Tanaman Bayam
Bayam merupakan tanaman sayuran yang dikenal dengan nama ilmiah
Amaranthus spp. Kata amaranth dalam bahasa yunani berarti everlasting (abadi).
Tanaman bayam berasal dari daerah Amerika tropis. Tanaman bayam semula
Universitas Sumatera Utara
dikenal sebagai tumbuhan hias. Dalam perkembangan selanjutnya, tanaman
bayam dipromosikan sebagai bahan pangan sumber protein, terutama untuk
Negara-negara berkembang. Diduga tanaman bayam masuk keindonesia pada
abad XIX, ketika lalu lintas perdagangan orang luar negeri masuk ke wilayah
Indonesia (Ramdani, 2013).
2.6.1 Klasifikasi Bayam
Menurut Herbarium Medanese (2016), klasifikasi taksonomi tanaman
bayam yaitu:
2.6.2
Kerajaan
: Plantae
Divisi
: Spermatophyta
Subdivisi
: Angiospermae
Kelas
: Dicotiledonae
Ordo
: Caryophyllales
Famili
: Amaranthaceae
Genus
: Amaranthus
Spesies
: Amaranthus tricolor L.
Jenis-Jenis Bayam
Menurut Bandini dan Azis (1997), bayam terdiri atas dua jenis yaitu
bayam liar dan bayam dan bayam budidaya.
a.
Bayam Liar
Bayam liar dapat dijumpai pada lahan-lahan kosong tidak terurus sebagai
gulma di lahan pertanian, atau di tempat-tempat lembab. Bayam ini dapat
dikonsumsi, tetapi rasanya agak getir (Bandini dan Azis, 1997).Jenis bayam liar
diantaranya sebagai berikut:
Universitas Sumatera Utara
1. Bayam tanah (Amaranthus blitum L.)
Ciri utamanya terletak pada batang yang berwarna merah dan berduri.
Daunnya berbentuk lancip dan kecil, rasanya agak keras dan kasar
(Bandini dan Azis, 1997).
2. Bayam berduri (Amaranthus spinosus L.)
Ciri-ciri bayam tanah hampir sama dengan bayam tanah , yaitu daun kecil
dan daun berwarna merah dan keras, namun pada batangnya terdapat duri
yang keluar dari buku-bukunya (Bandini dan Azis, 1997).
b.
Bayam Budidaya
Bayam ini sengaja di budidayakan untuk di konsumsi karena rasa
daunnya yang enak dan mempunyai kandungan gizi yang tinggi (Bandini
dan Azis, 1997). Jenis bayam budidaya diantaranya sebagai berikut:
1. Bayam cabut (Amaranthus tricolor L.)
Bayam cabut disebut juga bayam sekul atau bayam putih. Cirinya, daun
agak bulat dengan daging yang tebal dan lemas. Bunga keluar dari bagian
ketiak cabang. Batang berwarna hijau keputih-putihan sampai merah. Dari
warna batang dan daun dikenal jenis bayam putih dan bayam merah
(Bandini dan Azis, 1997).
2. Bayam petik atau bayam tahunan (Amaranthus hybridus L.)
Tanaman ini tumbuh besar dan tingginya dapat mencapai 2 m. Tanaman
berdaun lebar, berbatang tegap, rasanya getir dan agak keras. Bijinya
berwarna hitam sampai putih. Daunnya diambil dengan cara dipetik atau
dipangkas cabang atau daunnya yang masih muda secara terus menerus.
Universitas Sumatera Utara
Pemetikan ini dapat berlangsung hingga tahunan sehingga disebut bayam
tahunan (Bandini dan Azis, 1997).
2.6.3
Manfaat dan Kandungan Gizi Bayam
Ditinjau dari kandungan gizinya, bayam merupakan jenis sayuran hijau
yang banyak manfaatnya bagi kesehatan dan pertumbuhan badan, terutama bagi
anak-anak dan para ibu yang sedang hamil. Didalam daun bayam terdapat cukup
banyak kandungan protein, mineral, kalsium, zat besi, dan vitamin yang
dibutuhkan oleh tubuh manusia (Bandini dan Azis, 1997). Pada Tabel 2.2
diuraikan mengenai komposisi gizi selengkapnya yang terkandung dalam daun
bayam.
Tabel 2.2 Kandungan Gizi 100 gram Bayam
Kandungan
Zat Gizi
Nutrisi
Protein
2,86 gram
Karbohidrat
3,5 gram
Vitamin C
28,1 gram
Vitamin B1 (Thiamin)
0,078 gram
Viamin B2 (Riboflavin)
0,189 mg
Vitamin B3 (Niasin)
0,724 mg
Vitamin E
1,89 mg
Kalsium (Ca)
99 mg
Besi (Fe)
2,71 mg
Magnesium
79 mg
Fosfor (P)
49 mg
Kalium (K)
558 mg
Sodium (Na)
79 mg
Seng (Zn)
0,53 mg
Mangan (Mn)
0,897 mg
(Sumber : Kaleka, 2013)
2.6.4
Syarat Tumbuh Tanaman Bayam
Untuk memperoleh hasil yang berkualitas tinggi, suatu usaha tani perlu
memperhatikan syarat tumbuh tanaman yang akan mendukung pertumbuhan dan
hasil. Bayam dapat tumbuh pada berbagai jenis tanah dan ketinggian tempat,mulai
Universitas Sumatera Utara
dari dataran rendah hingga tinggi, tetapi bayam dapat tumbuh optimal pada
ketinggian 300-700 m dpl. Bayam dapat tumbuh dengan baik pada tanah dengan
pH 6-7, tanah yang gembur dan banyak mengandung bahan organik. Bayam
toleran terhadap kekeringan, tetapi agak rentan terhadap kondisi drainase yang
buruk(Tafajani, 2011).
2.7
Penetapan Kadar Nitrat dan Nitrit dalam Makanan
2.7.1
Kromatografi Cair Kinerja Tinggi (KCKT)
Penggunaan KCKT untuk analisa nitrit dan nitrat telah berkembang.
Kedua anion dapat dianalisa dalam waktu yang bersamaan. Metode KCKT telah
dilaporkan untuk pengukuran kadar nitrat dan nitrit pada daging, sayuran dan air
(Massey, 1996).
Penetapan Kadar nitrat dan nitrit dengan KCKT menggunakan kolom C18
Water Spherisorb® (250 x 4,6) mm dengan fase gerak oktilamin 0,015 M pH 6,5
didalam methanol 30%. Laju alir optimal 0,8 mL/menit, volume injeksi 0,5 µL
kemudian dideteksi dengan UV 213 nm (Keshavarz, dkk.,2015).
Batas deteksi nitrat dan nitrit dengan metode KCKT berada pada kisaran
0,01 - 0,1 mg/L untuk air dan antara 0,1 – 1,0 mg/Kg untuk makanan. Pada
prakteknya batas deteksi tergantung pada reagen blanko (Massey, 1996).
2.7.2 Kromatografi Gas
Kromatografi merupakan teknik pemisahan yang mana solute yang mudah
menguap bermigrasi melalui kolom yang mengandung fase diam dengan suatu
kecepatan yang tergantung pada rasio distribusinya. Fase gerak yang berupa gas
akan mengelusi solute dari ujung kolom menghantarkannya ke detektor.
Universitas Sumatera Utara
Penggunaan suhu yang meningkat bertujuan untuk menjamin bahwa solute akan
menguap dan terelusi (Gandjar dan Rohman, 2009).
Metode kromatografi gas telah digunakan untuk pengujian nitrat dan nitrit
pada air dan makanan. Prosedur ini melibatkan pembentukan derivatif volatile,
ekstraksi dengan pelarut organik dan pengukuran oleh kromatografi gas dengan
menggunakan detektor selektif. Pengukuran dengan kromatografi gas dilakukan
dengan metode nitrasi dari benzen dalam kondisi asam untuk nitrat pada daging
(Hill, 1996). Reaksi nitrasi dari benzen dapat dilihat pada Gambar 2.2.
Gambar 2.2 Reaksi Nitrasi dari Benzen (Sumber : McMurry, 2008)
Pengembangan metode kromatografi gas untuk pengukuran kadar nitrit
telah dilakukan. Cara yang dilakukan adalah mereaksikan pentaflourobenzil
dengan nitrit sehingga diperoleh derivatif volatile, sedangkan pengukuran kadar
nitrat dilakukan terlebih dahulu dengan mereduksi nitrat menjadi nitrit, kemudian
diukur sebagai nitrit. Pengukuran kadar nitrat dan nitrit dengan kromatografi gas
menggunakan fase gerak Helium dengan tekanan 50 kPa, fused-sillica capillary
Universitas Sumatera Utara
coloum (OV1701, 25 m x 0,36 mm) yang dikondisikan pada suhu 60oC selama 2
menit kemudian suhu dinaikkan sampai 100oC dengan laju 5oC per menit dan
suhu dinaikkan kembali sampai 250oC
dengan laju 30oC per menit (Tsikas,
dkk.,1994).
2.7.3 Spektrofotometri Sinar Tampak
Radiasi elektromagnetik, yang mana sinar ultraviolet dan sinar tampak
merupakan salah satunya, dapat dianggap sebagai energi yang merambat dalam
bentuk gelombang (Gandjar dan Rohman, 2012). Radiasi di daerah UV/visibel
diserap melalui eksitasi elektron-elektron yang terlibat dalam ikatan-ikatan antara
atom-atom pembentuk molekul sehingga awan elektron menahan atom bersamasama mendistribusikan kembali atom-atom itu sendiri dan orbital yang ditempati
oleh elektron-elektron pengikat tidak lagi bertumpang tindih (Watson, 2010).
Prinsip pengukuran kadar nitrit berdasarkan pembentukan warna kemerahmerahan yang terjadi bila mereaksikan nitrit dengan asam sulfanilat dan N-(1naftil) etilendiamin dihidroklorida pada pH 2,0 sampai pH 5,2 kemudian diukur
pada panjang gelombang 540 nm (SNI, 2006). Reaksi pembentukan garam diazo
dan reaksi pengkoplingan dengan NED dapat dilihat pada Gambar 2.3.
Reaksi Diazotasi
HSO3
NH2+HNO2+ HCl
HSO3
N
+
+ Cl- + 2H2O
N
Asam sulfanilat
Garam diazonium
Universitas Sumatera Utara
HSO3
N+
+ Cl
+
NHCH2CH2NH2
N
Garam diazonium
HSO3
N=N
NED
NHCH2CH2NH2 + HCl
Senyawa azo (merah)
Gambar 2.3Reaksi antara nitrit dengan asam sulfanilat dan NED (Roth dan
Gottfried, 1998).
Pengukuran nitrit dengan cara mereaksikan nitrit dengan asam sulfanilat
dalam suasanan asam sehingga terbentuk garam diazo, kemudian dikopling
dengan NED sehingga membentuk larutan yang berwarna. Larutan berwarna
inilah yang diukur secara spektrofotometri sinar tampak pada panjang
gelombang 540 nm (Gandjar dan Rohman, 2009).
Kebanyakan metode dikembangkan berdasarkan prosedur diazotasi
Griess. Prosedur ini terjadi pembentukan garam diazo antara nitrit dan sulfanilat.
Kemudian diazo direaksikan dengan senyawa amin aromatis atau fenol aromatis
membentuk senyawa berwarna. Penentuan kadar nitrat dilakukan terlebih dahulu
mereduksinya menjadi nitrit, kemudian diukur sebagai nitrit. Jika didalam
sampel juga terdapat nitrit maka kadar nitrat dikurangkan dari kadar nitrit yang
ditentukan sebelum direduksi (Silalahi, dkk., 2007).
Universitas Sumatera Utara
2.8
Validasi Metode
Validasi adalah suatu tindakan penilaian terhadap parameter tertentu pada
prosedur penetapan yang dipakai untuk membuktikan bahwa parameter tersebut
memenuhi persyaratan untuk penggunaannya (Harmita, 2004).
Proses validasi dimulai dengan perangkat lunak yang tervalidasi dan
sistem yang terjamin, lalu metode yang divalidasi menggunakan sistem yang
terjamin dikembangkan. Akhirnya, validasi total diperoleh dengan melakukan
kesesuaian sistem. Masing-masing tahap dalam proses validasi inimerupakan
suatu proses yang secara keseluruhan bertujuan untuk mencapai kesuksesan
validasi (Gandjar dan Rohman, 2009).
2.8.1 Ketepatan (Akurasi)
Akurasi merupakan ketelitian metode analisis atau kedekatan antara nilai
terukur dengan nilai yang diterima baik nilai konvensi, nilai sebenarnya atau nilai
rujukan. Akurasi diukur sebagai banyaknya analit yang diperoleh kembali pada
suatu pengukuran dengan melakukan spiking pada suatu sampel (Gandjar dan
Rohman, 2009).
Menurut Harmita (2004) persen perolehan kembali dapat dihitung dengan
rumus sebagai berikut:
% perolehan kembali =
��−��
�∗�
x 100 %
Keterangan:
CF = konsentrasi analit dalam sampel setelah penambahan baku
CA = konsentrasi analit dalam sampel sebelum penambahan baku
C*A = konsentrasi bahan baku yang ditambahkan ke dalam sampel
Universitas Sumatera Utara
2.8.2 Presisi
Presisi merupakan ukuran keterulangan metode analisis dan biasanya
diekspresikan sebagai simpangan baku relatif dari sejumlah sampel yang berbeda
signifikan secara statistik (Gandjar dan Rohman, 2009).
2.8.3 Batas Deteksi dan Batas Kuantitasi
Batas deteksi didefinisikan sebagai konsentrasi analit terendah dalam
sampel yang masih dapat dideteksi, meskipun tidak selalu dapat dikuantifikasi.
Sedangkan batas kuantitasi didefinisikan sebagai konsentrasi analit terendah
dalam sampel yang dapat ditentukan dengan presisi dan akurasi yang dapat
diterima pada kondisi operasional metode yang digunakan (Gandjar dan Rohman,
2009).
Universitas Sumatera Utara
TINJAUAN PUSTAKA
2.1
Siklus Nitrogen
Sumber utama nitrogen didalam tanah berasal dari berbagai sumber.
Sumber utama adalah dari nitrogen bebas di atmosfir, hasil dekomposisi bahan
organik, loncatan listrik di udara (petir) dan pupuk buatan dan pupuk organik
(Damanik, dkk., 2010).
Nitrogen yang terdapat di atmosfer bumi jumlahnya sangat banyak, namun
ketersediaannya untuk organisme terutama tumbuhan sering kurang karena hanya
mikroorganisme tertentu saja yang mampu mengikat molekul nitrogen dan
mengubahnya menjadi bentuk yang dapat digunakan tumbuhan. Nitrogen yang
terdapat dalam tanah sebagian besar berupa organik hasil pembusukan organisme,
sedangkan lainnya berasal dari pelarutan bantuan air hujan (dalam bentuk nitrat
dan ammonia) serta aktivitas gunung berapi (Harahap, 2012).
Nitrogen bebas di atmosfir menempati 78% dari volume atmosfir. Namun
dalam bentuk unsur tidak dapat langung digunakan. Nitrogen harus diubah dulu
menjadi bentuk ammonium atau nitrat melalui proses-proses tertentu. Cara utama
nitrogen bebas masuk kedalam tanah melalui kegiatan-kegiatan jasad renik
mengikat nitrogen dari udara, baik yang bebas atau yang bersimbiosis dengan
tanaman seperti bintil akar tanaman leguminosa dengan bakteri rhizobium,
kemudian nitrogen yang diikat digunakan dalam sintesa asam amino dan protein
oleh tanaman induk. Jika tanaman atau jasad pengikat nitrogen mati, bakteribakteri pembusuk membebaskan asam amino dari protein. Bakteri amonifikasi
Universitas Sumatera Utara
membebaskan ammonium dari gugus amino, yang kemudian dilarutkan dalam
larutan tanah (Damanik, dkk., 2010). Siklus nitrogen di dalam tanah dapat dilihat
pada Gambar 2.1.
Gambar 2.1 Siklus Nitrogen (Pidwirny, 2014)
2.2
Tranformasi Nitrogen
Transformasi
utama
nitrogen
yaitu
fiksasi
nitrogen,
nitrifikasi,
denitrifikasi, asimilasi dan amoninifikasi. Transformasi nitrogen adalah kunci
untuk produktivitas dalam biosfer dan sangat tergantung pada kegiatan kumpulan
beragam mikroorganisme, seperti bakteri, archaea, dan jamur (Bernhard, 2010).
Fiksasi nitrogen adalah suatu proses mengubah gas Nitrogen menjadi
nitrogen biologis yang tersedia disebut fiksasi nitrogen. Gas nitrogen adalah
senyawa yang sangat stabil karena kekuatan ikatan rangkap tiga antara atom
nitrogen, dan membutuhkan energi yang cukup besar untuk memecah ikatan ini.
Sebagian besar fiksasi nitrogen dilakukan oleh bakteri pengikat nitrogen seperti
rhizobium, azotobacter dan Frankia (Bernhard, 2010).
Amoniafikasi suatu organisme mengeluarkan limbah atau mati, nitrogen
dalam jaringan adalah berupa nitrogen organik (asam amino misalnya, DNA).
Universitas Sumatera Utara
Berbagai jamur dan prokariota kemudian membusuk di jaringan dan melepaskan
nitrogen anorganik kembali ke dalam ekosistem sebagai ammonia (Bernhard,
2010).
Nitrifikasi adalah proses yang mengubah amonia menjadi nitrit dan
kemudian menjadi nitrat dan merupakan langkah penting dalam siklus nitrogen
global. Kebanyakan nitrifikasi terjadi aerobik dan dilakukan secara eksklusif oleh
prokariota. Ada dua langkah yang berbeda dari nitrifikasi yang dilakukan oleh
jenis yang berbeda dari mikroorganisme (Bernhard, 2010).
Denitrifikasi adalah proses yang mengubah nitrat menjadi gas nitrogen,
sehingga menghilangkan nitrogen dan kembali ke atmosfer. Gas dinitrogen (N)
adalah produk akhir utama dari denitrifikasi (Bernhard, 2010).
2.3
Nitrat dan Nitrit
Nitrat dan nitrit adalah senyawa alami yang ditemukan dalam lingkungan
yang sering dikonsumsi oleh manusia melalui sayuran, daging dan air
minum.Nitrat dan nitrit terjadi secara alami dalam sayuran sebagai bagian dari
siklus nitrogen (Maynard, dkk., 1976).
Kalium/natrium nitrit dan kalium/natrium nitrat telah digunakan dalam
daging olahan (curing) sebagai bahan tambahan makanan dalamdaging yang
diawetkan selama bertahun-tahun terutama untuk mencegah pertumbuhan dan
produksi racun Clostridium botulinum (Silalahi, 2005).
Nitrat memegang peranan penting dalam nutrisi dan fungsi tanaman
karena potensinya untuk terakumulasi. konsentrasi nitrat dalam tanaman
dipengaruhi olehkelembaban tanah, intensitas cahaya suhu udara, pupuk, varietas
Universitas Sumatera Utara
tanaman, dan strategi proteksi tanaman. Nitrat umumnya ditemukan di sel vakuola
dan dibawa ke dalam xilem. Xilem membawa air dan nutrisi dari akar ke daun,
kemudian floem membawa produk fotosintesis daridaun pertumbuhan tanaman
(EFSA, 2008).
Nitrat ditemukan dalam jumlah yang besar pada sayuran, yaitu berkisar
70-90% dari asupan nitrat. Diantara sayuran, daun hijau mengandung kadar nitrat
yang sangat tinggi. Bayam adalah salah satu dari sayuran yang ditunjukkan dari
beberapa penelitian mengandung kadar nitrat yang tinggi, dibandingkan dengan
sayuran yang lain. Jumlahnya bisa mencapai 5 gram nitrat per kilogram pada
bayam segar (Keshavarz, dkk., 2015). klasifikasi kadar nitrat yang terkandung
pada sayuran dapat dilihat pada Tabel 2.1.
Tabel 2.1 Klasifikasi Kadar Nitrat pada Sayuran
Jenis Sayur
Rentang
Rentang
KadarNitrat (mg/kg)
Kadar Nitrit(mg/kg)
Asparagus
3-700
0,2-0,9
Bit
100-4500
0-4,5
Brokoli
140-2300
0-1
Kubis
0-2700
0,16-0,4
Wortel
0-2800
0-0,6
Kembang Kol
53-4500
0-1,1
Seledri
50-5300
0,4-0,5
Ketimun
17-570
0,16-0,8
Kubis
30-5500
0,16-1,4
Selada
90-13000
0-94
Peterseli
0-4100
0,4-2,6
Kacang Polong 20-100
0-2,1
Kentang
57-1000
0-3,5
Lobak
60-9000
0-162
Bayam
2-6700
0,16-1,6
Tomat
0-170
0,2-0,9
Sumber: (Walters, 1996)
Kelas
1
5
2
3
3
2
5
2
3
5
4
1
1
5
5
1
Universitas Sumatera Utara
2.4
Efek Toksik Nitrat dan Nitrit
Nitrit dapat bereaksi dengan zat-zat yang ada dalam saluran pencernaan.
Nitrit juga dapat terbentuk melalui reduksi nitrat oleh bakteri pada infeksi kelenjar
kemih. Sintesa nitrit dan nitrat juga terjadi di dalam jaringan tubuh mamalia oleh
bakteri heterotrop. Jika pH lambung meningkat, bakteri akan berkembang yang
kemudian dapat mereduksi nitrat menjadi nitrit. Nitrat diabsorbsi dengan cepat
pada saluran pencernaan bagian atas, dan sebagian besar dikeluarkan melalui urin.
Pengeluaran melalui urin mempunyai waktu paruh sekitar 5 jam. Sebagian nitrat
yang diangkut dalam darah dikeluarkan melalui kelenjar ludah. Nitrat yang berada
dalam rongga mulut dapat direduksi menjadi nitrit oleh mikroba rongga mulut dan
kemudian tertelan. Sebanyak 25% dari asupan nitrat dikeluarkan melalui kelenjar
ludah. Sekitar 20% dari nitrat dalam kelenjar ludah direduksi menjadi nitrit,
dengan demikian sekitar 5% dari seluruh asupan nitrat akan direduksi menjadi
nitrit dalam ludah dan tertelan kembali (Silalahi, 2005).
Methaemoglobin adalah hemoglobin yang di dalamnya ferro (Fe2+) telah
diubah menjadi ferri (Fe3+) dan kemampuannya untuk mengangkut oksigen telah
berkurang dan menyebabkan warna darah menjadi coklat. Methaemoglobin dapat
terjadi jika hemoglobin terpapar terhadap oksidator, termasuk nitrit. Sebenarnya
darah manusia secara normal mengandung methaemoglobin pada konsentrasi
tidak melebihi 2%. Tetapi, jika kadarnya meningkat menjadi 20% dapat
menyebabkan gangguan pada pengangkutan oksigen yang nyata, namun masih
dapat ditoleransi. Darah yang mengandung methaemoglobin yang tinggi disebut
methaemoglobinemia, terjadi gejala kulit biru (sianosis), sesak napas, mual dan
Universitas Sumatera Utara
muntah, serta shock. Kematian dapat terjadi jika kadar methaemoglobin mencapai
70% (Silalahi, 2005).
2.5
Fotosintesis
Proses sintesis karbohidrat dari bahan-bahan anorganik (CO2 dan H2O)
pada tumbuhan berpigmen dengan bantuan energi cahaya matahari disebut
fotosintesis dengan persamaan reaksi kimia berikut ini.
cahaya matahari
6 CO2+ 6 H2O
C6H12O6 + 6 O2
pigmen fotosintesis
Berdasarkan reaksi fotosintesis di atas, CO2 dan H2O merupakan substrat
dalam reaksi fotosintesis dan dengan bantuan cahaya matahari dan pigmen
fotosintesis (berupa klorofil dan pigemen-pigmen lainnya) akan menghasilkan
karbohidrat dan melepaskan oksigen. Cahaya matahari meliputi semua warna dari
spektrum tampak dari merah hingga ungu, tetapi tidak semua panjang gelombang
dari spektrum tampak diserap (diabsorpsi) oleh pigmen fotosintesis. Atom O pada
karbohidrat berasal dari CO2 dan atom H pada karbohidrat berasal dari H2O
(Fitriana, 2008).
2.6
Tanaman Bayam
Bayam merupakan tanaman sayuran yang dikenal dengan nama ilmiah
Amaranthus spp. Kata amaranth dalam bahasa yunani berarti everlasting (abadi).
Tanaman bayam berasal dari daerah Amerika tropis. Tanaman bayam semula
Universitas Sumatera Utara
dikenal sebagai tumbuhan hias. Dalam perkembangan selanjutnya, tanaman
bayam dipromosikan sebagai bahan pangan sumber protein, terutama untuk
Negara-negara berkembang. Diduga tanaman bayam masuk keindonesia pada
abad XIX, ketika lalu lintas perdagangan orang luar negeri masuk ke wilayah
Indonesia (Ramdani, 2013).
2.6.1 Klasifikasi Bayam
Menurut Herbarium Medanese (2016), klasifikasi taksonomi tanaman
bayam yaitu:
2.6.2
Kerajaan
: Plantae
Divisi
: Spermatophyta
Subdivisi
: Angiospermae
Kelas
: Dicotiledonae
Ordo
: Caryophyllales
Famili
: Amaranthaceae
Genus
: Amaranthus
Spesies
: Amaranthus tricolor L.
Jenis-Jenis Bayam
Menurut Bandini dan Azis (1997), bayam terdiri atas dua jenis yaitu
bayam liar dan bayam dan bayam budidaya.
a.
Bayam Liar
Bayam liar dapat dijumpai pada lahan-lahan kosong tidak terurus sebagai
gulma di lahan pertanian, atau di tempat-tempat lembab. Bayam ini dapat
dikonsumsi, tetapi rasanya agak getir (Bandini dan Azis, 1997).Jenis bayam liar
diantaranya sebagai berikut:
Universitas Sumatera Utara
1. Bayam tanah (Amaranthus blitum L.)
Ciri utamanya terletak pada batang yang berwarna merah dan berduri.
Daunnya berbentuk lancip dan kecil, rasanya agak keras dan kasar
(Bandini dan Azis, 1997).
2. Bayam berduri (Amaranthus spinosus L.)
Ciri-ciri bayam tanah hampir sama dengan bayam tanah , yaitu daun kecil
dan daun berwarna merah dan keras, namun pada batangnya terdapat duri
yang keluar dari buku-bukunya (Bandini dan Azis, 1997).
b.
Bayam Budidaya
Bayam ini sengaja di budidayakan untuk di konsumsi karena rasa
daunnya yang enak dan mempunyai kandungan gizi yang tinggi (Bandini
dan Azis, 1997). Jenis bayam budidaya diantaranya sebagai berikut:
1. Bayam cabut (Amaranthus tricolor L.)
Bayam cabut disebut juga bayam sekul atau bayam putih. Cirinya, daun
agak bulat dengan daging yang tebal dan lemas. Bunga keluar dari bagian
ketiak cabang. Batang berwarna hijau keputih-putihan sampai merah. Dari
warna batang dan daun dikenal jenis bayam putih dan bayam merah
(Bandini dan Azis, 1997).
2. Bayam petik atau bayam tahunan (Amaranthus hybridus L.)
Tanaman ini tumbuh besar dan tingginya dapat mencapai 2 m. Tanaman
berdaun lebar, berbatang tegap, rasanya getir dan agak keras. Bijinya
berwarna hitam sampai putih. Daunnya diambil dengan cara dipetik atau
dipangkas cabang atau daunnya yang masih muda secara terus menerus.
Universitas Sumatera Utara
Pemetikan ini dapat berlangsung hingga tahunan sehingga disebut bayam
tahunan (Bandini dan Azis, 1997).
2.6.3
Manfaat dan Kandungan Gizi Bayam
Ditinjau dari kandungan gizinya, bayam merupakan jenis sayuran hijau
yang banyak manfaatnya bagi kesehatan dan pertumbuhan badan, terutama bagi
anak-anak dan para ibu yang sedang hamil. Didalam daun bayam terdapat cukup
banyak kandungan protein, mineral, kalsium, zat besi, dan vitamin yang
dibutuhkan oleh tubuh manusia (Bandini dan Azis, 1997). Pada Tabel 2.2
diuraikan mengenai komposisi gizi selengkapnya yang terkandung dalam daun
bayam.
Tabel 2.2 Kandungan Gizi 100 gram Bayam
Kandungan
Zat Gizi
Nutrisi
Protein
2,86 gram
Karbohidrat
3,5 gram
Vitamin C
28,1 gram
Vitamin B1 (Thiamin)
0,078 gram
Viamin B2 (Riboflavin)
0,189 mg
Vitamin B3 (Niasin)
0,724 mg
Vitamin E
1,89 mg
Kalsium (Ca)
99 mg
Besi (Fe)
2,71 mg
Magnesium
79 mg
Fosfor (P)
49 mg
Kalium (K)
558 mg
Sodium (Na)
79 mg
Seng (Zn)
0,53 mg
Mangan (Mn)
0,897 mg
(Sumber : Kaleka, 2013)
2.6.4
Syarat Tumbuh Tanaman Bayam
Untuk memperoleh hasil yang berkualitas tinggi, suatu usaha tani perlu
memperhatikan syarat tumbuh tanaman yang akan mendukung pertumbuhan dan
hasil. Bayam dapat tumbuh pada berbagai jenis tanah dan ketinggian tempat,mulai
Universitas Sumatera Utara
dari dataran rendah hingga tinggi, tetapi bayam dapat tumbuh optimal pada
ketinggian 300-700 m dpl. Bayam dapat tumbuh dengan baik pada tanah dengan
pH 6-7, tanah yang gembur dan banyak mengandung bahan organik. Bayam
toleran terhadap kekeringan, tetapi agak rentan terhadap kondisi drainase yang
buruk(Tafajani, 2011).
2.7
Penetapan Kadar Nitrat dan Nitrit dalam Makanan
2.7.1
Kromatografi Cair Kinerja Tinggi (KCKT)
Penggunaan KCKT untuk analisa nitrit dan nitrat telah berkembang.
Kedua anion dapat dianalisa dalam waktu yang bersamaan. Metode KCKT telah
dilaporkan untuk pengukuran kadar nitrat dan nitrit pada daging, sayuran dan air
(Massey, 1996).
Penetapan Kadar nitrat dan nitrit dengan KCKT menggunakan kolom C18
Water Spherisorb® (250 x 4,6) mm dengan fase gerak oktilamin 0,015 M pH 6,5
didalam methanol 30%. Laju alir optimal 0,8 mL/menit, volume injeksi 0,5 µL
kemudian dideteksi dengan UV 213 nm (Keshavarz, dkk.,2015).
Batas deteksi nitrat dan nitrit dengan metode KCKT berada pada kisaran
0,01 - 0,1 mg/L untuk air dan antara 0,1 – 1,0 mg/Kg untuk makanan. Pada
prakteknya batas deteksi tergantung pada reagen blanko (Massey, 1996).
2.7.2 Kromatografi Gas
Kromatografi merupakan teknik pemisahan yang mana solute yang mudah
menguap bermigrasi melalui kolom yang mengandung fase diam dengan suatu
kecepatan yang tergantung pada rasio distribusinya. Fase gerak yang berupa gas
akan mengelusi solute dari ujung kolom menghantarkannya ke detektor.
Universitas Sumatera Utara
Penggunaan suhu yang meningkat bertujuan untuk menjamin bahwa solute akan
menguap dan terelusi (Gandjar dan Rohman, 2009).
Metode kromatografi gas telah digunakan untuk pengujian nitrat dan nitrit
pada air dan makanan. Prosedur ini melibatkan pembentukan derivatif volatile,
ekstraksi dengan pelarut organik dan pengukuran oleh kromatografi gas dengan
menggunakan detektor selektif. Pengukuran dengan kromatografi gas dilakukan
dengan metode nitrasi dari benzen dalam kondisi asam untuk nitrat pada daging
(Hill, 1996). Reaksi nitrasi dari benzen dapat dilihat pada Gambar 2.2.
Gambar 2.2 Reaksi Nitrasi dari Benzen (Sumber : McMurry, 2008)
Pengembangan metode kromatografi gas untuk pengukuran kadar nitrit
telah dilakukan. Cara yang dilakukan adalah mereaksikan pentaflourobenzil
dengan nitrit sehingga diperoleh derivatif volatile, sedangkan pengukuran kadar
nitrat dilakukan terlebih dahulu dengan mereduksi nitrat menjadi nitrit, kemudian
diukur sebagai nitrit. Pengukuran kadar nitrat dan nitrit dengan kromatografi gas
menggunakan fase gerak Helium dengan tekanan 50 kPa, fused-sillica capillary
Universitas Sumatera Utara
coloum (OV1701, 25 m x 0,36 mm) yang dikondisikan pada suhu 60oC selama 2
menit kemudian suhu dinaikkan sampai 100oC dengan laju 5oC per menit dan
suhu dinaikkan kembali sampai 250oC
dengan laju 30oC per menit (Tsikas,
dkk.,1994).
2.7.3 Spektrofotometri Sinar Tampak
Radiasi elektromagnetik, yang mana sinar ultraviolet dan sinar tampak
merupakan salah satunya, dapat dianggap sebagai energi yang merambat dalam
bentuk gelombang (Gandjar dan Rohman, 2012). Radiasi di daerah UV/visibel
diserap melalui eksitasi elektron-elektron yang terlibat dalam ikatan-ikatan antara
atom-atom pembentuk molekul sehingga awan elektron menahan atom bersamasama mendistribusikan kembali atom-atom itu sendiri dan orbital yang ditempati
oleh elektron-elektron pengikat tidak lagi bertumpang tindih (Watson, 2010).
Prinsip pengukuran kadar nitrit berdasarkan pembentukan warna kemerahmerahan yang terjadi bila mereaksikan nitrit dengan asam sulfanilat dan N-(1naftil) etilendiamin dihidroklorida pada pH 2,0 sampai pH 5,2 kemudian diukur
pada panjang gelombang 540 nm (SNI, 2006). Reaksi pembentukan garam diazo
dan reaksi pengkoplingan dengan NED dapat dilihat pada Gambar 2.3.
Reaksi Diazotasi
HSO3
NH2+HNO2+ HCl
HSO3
N
+
+ Cl- + 2H2O
N
Asam sulfanilat
Garam diazonium
Universitas Sumatera Utara
HSO3
N+
+ Cl
+
NHCH2CH2NH2
N
Garam diazonium
HSO3
N=N
NED
NHCH2CH2NH2 + HCl
Senyawa azo (merah)
Gambar 2.3Reaksi antara nitrit dengan asam sulfanilat dan NED (Roth dan
Gottfried, 1998).
Pengukuran nitrit dengan cara mereaksikan nitrit dengan asam sulfanilat
dalam suasanan asam sehingga terbentuk garam diazo, kemudian dikopling
dengan NED sehingga membentuk larutan yang berwarna. Larutan berwarna
inilah yang diukur secara spektrofotometri sinar tampak pada panjang
gelombang 540 nm (Gandjar dan Rohman, 2009).
Kebanyakan metode dikembangkan berdasarkan prosedur diazotasi
Griess. Prosedur ini terjadi pembentukan garam diazo antara nitrit dan sulfanilat.
Kemudian diazo direaksikan dengan senyawa amin aromatis atau fenol aromatis
membentuk senyawa berwarna. Penentuan kadar nitrat dilakukan terlebih dahulu
mereduksinya menjadi nitrit, kemudian diukur sebagai nitrit. Jika didalam
sampel juga terdapat nitrit maka kadar nitrat dikurangkan dari kadar nitrit yang
ditentukan sebelum direduksi (Silalahi, dkk., 2007).
Universitas Sumatera Utara
2.8
Validasi Metode
Validasi adalah suatu tindakan penilaian terhadap parameter tertentu pada
prosedur penetapan yang dipakai untuk membuktikan bahwa parameter tersebut
memenuhi persyaratan untuk penggunaannya (Harmita, 2004).
Proses validasi dimulai dengan perangkat lunak yang tervalidasi dan
sistem yang terjamin, lalu metode yang divalidasi menggunakan sistem yang
terjamin dikembangkan. Akhirnya, validasi total diperoleh dengan melakukan
kesesuaian sistem. Masing-masing tahap dalam proses validasi inimerupakan
suatu proses yang secara keseluruhan bertujuan untuk mencapai kesuksesan
validasi (Gandjar dan Rohman, 2009).
2.8.1 Ketepatan (Akurasi)
Akurasi merupakan ketelitian metode analisis atau kedekatan antara nilai
terukur dengan nilai yang diterima baik nilai konvensi, nilai sebenarnya atau nilai
rujukan. Akurasi diukur sebagai banyaknya analit yang diperoleh kembali pada
suatu pengukuran dengan melakukan spiking pada suatu sampel (Gandjar dan
Rohman, 2009).
Menurut Harmita (2004) persen perolehan kembali dapat dihitung dengan
rumus sebagai berikut:
% perolehan kembali =
��−��
�∗�
x 100 %
Keterangan:
CF = konsentrasi analit dalam sampel setelah penambahan baku
CA = konsentrasi analit dalam sampel sebelum penambahan baku
C*A = konsentrasi bahan baku yang ditambahkan ke dalam sampel
Universitas Sumatera Utara
2.8.2 Presisi
Presisi merupakan ukuran keterulangan metode analisis dan biasanya
diekspresikan sebagai simpangan baku relatif dari sejumlah sampel yang berbeda
signifikan secara statistik (Gandjar dan Rohman, 2009).
2.8.3 Batas Deteksi dan Batas Kuantitasi
Batas deteksi didefinisikan sebagai konsentrasi analit terendah dalam
sampel yang masih dapat dideteksi, meskipun tidak selalu dapat dikuantifikasi.
Sedangkan batas kuantitasi didefinisikan sebagai konsentrasi analit terendah
dalam sampel yang dapat ditentukan dengan presisi dan akurasi yang dapat
diterima pada kondisi operasional metode yang digunakan (Gandjar dan Rohman,
2009).
Universitas Sumatera Utara