Perubahan Komponen Minor Dan Stabilitas Minyak Sawit Merah Selama Foto Oksidasi

PERUBAHAN KOMPONEN MINOR DAN STABILITAS
MINYAK SAWIT MERAH SELAMA FOTO-OKSIDASI

DEWI FORTUNA AYU

SEKOLAH PASCASARJANA
INSTITUT PERTANIAN BOGOR
BOGOR
2015

PERNYATAAN MENGENAI DISERTASI DAN
SUMBER INFORMASI SERTA PELIMPAHAN HAK CIPTA*
Dengan ini saya menyatakan bahwa disertasi berjudul Perubahan
Komponen Minor dan Stabilitas Minyak Sawit Merah selama Foto-oksidasi
adalah benar karya saya dengan arahan dari komisi pembimbing dan belum
diajukan dalam bentuk apapun kepada perguruan tinggi manapun. 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 disertasi ini.
Dengan ini saya melimpahkan hak cipta dari karya tulis saya kepada Institut
Pertanian Bogor.

Bogor, 27 Agustus 2015

Dewi Fortuna Ayu
NIM F261100021

RINGKASAN
DEWI FORTUNA AYU. Perubahan Komponen Minor dan Stabilitas Minyak
Sawit Merah selama Foto-oksidasi. Dibimbing oleh NURI ANDARWULAN,
PURWIYATNO HARIYADI, dan EKO HARI PURNOMO.
Penelitian pengembangan produk minyak kelapa sawit perlu diprioritaskan,
salah satunya berupa minyak sawit merah (MSM). Kandungan -karoten dan
tokoferol yang tinggi dalam MSM terbukti memberikan efek fungsional bagi
kesehatan. Akan tetapi, proses pengolahan MSM yang tanpa pemucatan tidak
hanya mampu mempertahankan kandungan -karoten dan tokoferol, tetapi juga
klorofil yang merupakan sensitizer reaksi foto-oksidasi. Keberadaan klorofil,
tokoferol, dan karoten berpengaruh terhadap stabilitas foto-oksidatif MSM.
Tujuan penelitian ini adalah : (1) mempelajari perubahan komponen minor
(klorofil, tokoferol, karoten) dan stabilitas oksidasi (bilangan peroksida, panisidin, total oksidasi) MSM akibat pengaruh paparan cahaya, (2) mendapatkan
parameter kinetika perubahan komponen minor dan stabilitas MSM selama fotooksidasi, dan (3) mempelajari peranan tokoferol, tokotrienol, -karoten, dan

klorofil terhadap stabilitas foto-oksidatif MSM. Penelitian dirancang dalam 2
tahapan menggunakan MSM dan sistem model, yang meliputi (1) kajian
perubahan komponen minor dan stabilitas oksidasi MSM akibat pengaruh
intensitas cahaya dan (2) kajian peranan tokoferol, tokotrienol, -karoten, dan
klorofil terhadap stabilitas foto-oksidatif MSM. Foto-oksidasi dilakukan dengan
mengekspos sampel minyak pada paparan cahaya intensitas 5000, 10000, dan
15000 lux di dalam kotak inkubator yang dilengkapi dengan lampu flouresen pada
suhu terkontrol (31±2 °C). Dua jenis kontrol yang digunakan pada penelitian ini
yaitu kontrol gelap dan kontrol cahaya normal pada intensitas 476.25-496.25 lux
dalam ruang laboratorium.
Minyak sawit merah yang diproduksi dari minyak sawit mentah (crude palm
oil, CPO) memiliki kandungan klorofil (4.36 mg/kg), tokoferol (1127.49 mg/kg),
dan karoten (559.39 mg/kg), dengan rasio komposisi asam lemak jenuh dan tidak
jenuh 45:55. Pemberian paparan cahaya dapat memicu reaksi foto-oksidasi dalam
MSM. Reaksi foto-oksidasi MSM diperlihatkan dengan menurunnya kandungan
klorofil dan tokoferol serta meningkatnya bilangan peroksida dan total oksidasi
(total oxidation, Totox). Klorofil mengalami penurunan tajam pada saat awal
paparan cahaya yang diikuti dengan peningkatan bilangan peroksida dan Totox.
Tokoferol mengalami penurunan langsung pada paparan intensitas 10000 dan
15000 lux, sedangkan karoten relatif konstan hingga 7 hari penyimpanan baik

pada kontrol gelap maupun perlakuan cahaya. Paparan cahaya mempercepat
peningkatan bilangan peroksida dan Totox mengikuti model kinetika ordo nol
dengan nilai konstanta laju (k) 0.81 (r2=0.99), 1.11 (r2=0.99), 1.47 mek O2/kg/hari
(r2=0.99), dan 1.93 (r2=0.95), 2.63 (r2=0.96), 3.83 per hari (r2=0.95) masingmasing pada intensitas 5000, 10000, dan 15000 lux. Korelasi negatif yang
signifikan antara perubahan bilangan peroksida dan kandungan tokoferol
menunjukkan bahwa pada penurunan kandungan tokoferol yang sama (>20%),
intensitas cahaya yang lebih tinggi menyebabkan peningkatan bilangan peroksida
yang lebih tinggi.

iv

Paparan intensitas cahaya 5000, 10000, dan 15000 lux pada suhu ruang
(31.60±0.69 oC) mempercepat degradasi klorofil, tokoferol, dan karoten dalam
MSM. Fotodegradasi klorofil, tokoferol, dan karoten selama penyimpanan dapat
dievaluasi untuk menghitung parameter kinetikanya.
Klorofil mengalami
fotodegradasi mengikuti model kinetika reaksi ordo pertama dalam dua periode;
yaitu periode fotodegradasi cepat selama penyimpanan 6 jam pertama dengan
nilai k 3.8110-2, 4.4510-2, 5.6410-2 per hari, diikuti periode fotodegradasi
lambat pada penyimpanan yang lebih lama dengan nilai k 1.4110-2, 3.0110-2,

4.5910-2 per hari, masing-masing pada intensitas 5000, 10000, dan 15000 lux.
Fotodegradasi tokoferol dan karoten juga mengikuti model kinetika reaksi ordo
pertama. Fotodegradasi tokoferol berlangsung dengan laju paling tinggi (nilai k
9.1010-2, 12.0210-2, 17.3310-2 per hari), sedangkan fotodegradasi karoten
berlangsung dengan laju paling rendah (nilai k 0.8010-2, 1.4010-2, 1.9810-2 per
hari) masing-masing pada perlakuan intensitas 5000, 10000, dan 15000 lux.
Konstanta intensitas cahaya (zi) dapat digunakan sebagai indikator ketergantungan
nilai k terhadap perubahan intensitas cahaya. Nilai zi klorofil, tokoferol, karoten
berturut-turut 20000, 33333, dan 25000 lux, mengindikasikan bahwa laju
degradasi klorofil paling sensitif terhadap perubahan intensitas cahaya.
Peranan tokoferol, tokotrienol, -karoten, dan klorofil terhadap stabilitas
foto-oksidatif MSM dipelajari menggunakan sistem model. Sistem model
dipersiapkan dari refined bleached deodorized palm (RBDP) olein dan MSM.
Sistem model terdiri dari TAG+Toc yang mengandung komponen tokol (704.72
mg/kg), TAG+Car yang mengandung -karoten (529.47 mg/kg), serta
TAG+Toc+Car yang mengandung komponen tokol (641.02 mg/kg) dan -karoten
(535.73 mg/kg). MSM yang mengandung komponen tokol (698.76 mg/kg), karoten (518.61 mg/kg), dan klorofil (3.44 mg/kg) diasumsikan sebagai sistem
model TAG+Toc+Car+Chlor. Komponen tokol dan -karoten yang terpisah
dalam sistem model TAG+Toc maupun TAG+Car mengalami degradasi selama 7
jam paparan intensitas 5000, 10000, dan 15000 lux. Peningkatan paparan

intensitas cahaya mempercepat laju degradasi komponen tokol dengan urutan T3>-T>-T3>-T3. Peningkatan paparan cahaya juga mempercepat laju
degradasi -karoten dengan nilai k 0.3710-2, 0.72x 10-2, dan 2.1910-2 per jam
masing-masing pada intensitas 5000, 10000, dan 15000 lux. Laju degradasi karoten paling sensitif terhadap perubahan intensitas cahaya diikuti tokotrienol
dan tokoferol dengan urutan -karoten>-Tγ>α-T3>-T3>-T. Keberadaan
komponen tokol dan -karoten secara bersama dalam sistem model
TAG+Toc+Car memperlihatkan efek perlindungan dan penghambatan fotooksidasi tertinggi. Keberadaan klorofil mempercepat degradasi komponen tokol
dan -karoten pada tahap awal foto-oksidasi serta laju foto-oksidasi MSM pada
intensitas cahaya yang sangat tinggi.
Kata kunci:

Foto-oksidasi, klorofil, minyak sawit merah, tokoferol, tokotrienol,
-karoten

SUMMARY
DEWI FORTUNA AYU. Changes of Minor Compounds and Stability of Red
Palm Oil during Photo-oxidation. Supervised by NURI ANDARWULAN,
PURWIYATNO HARIYADI, and EKO HARI PURNOMO.
Research development of palm oil products such as red palm oil (RPO) need
to be prioritized. The high content of -carotene and tocopherol in RPO has been
shown to give functional effect on health. However, RPO processing without

bleaching is not only able to maintain -carotene and tocopherol content, but also
chlorophyll content which is sensitizer in photo-oxidation reaction. The existence
of chlorophyll, tocopherol, and carotene affect the photo-oxidative stability of
RPO.
This research aims to (1) study the changes of minor compounds
(chlorophyll, tocopherol, carotene) and oxidative stability (peroxide, p-anisidine,
total oxidation values) of RPO due to influence of exposure to light, (2) determine
kinetics parameters of the minor compounds changes and oxidative stability of
RPO during photo-oxidation, and (3) study the effect of tocopherol, tocotrienol, carotene, and chloropyll on the photo-oxidative stability of RPO. The study was
designed into 2 stages using RPO and system models, which covered (1) study of
the minor compounds changes and photo-oxidative stability of RPO due to the
influence of light intensities and (2) study of the effect of tocopherols,
tocotrienols, -carotene, and chloropyll on the photo-oxidative stability of RPO.
Photo-oxidation is performed by exposing the samples to light on intensities of
5000, 10000, and 15000 lux in the incubator box equipped with fluoresence light
at controlled temperature (31±2 °C). Two different controls used in this research
are namely dark and normal light control on intensity of 476.25-496.25 lux in
laboratory room.
Red palm oil is produced from crude palm oil (CPO) having chlorophyll
(4.36 mg/kg), tocopherol (1127.49 mg/kg), and carotene (559.39 mg/kg) contents,

with ratio of saturated and unsaturated fatty acid composition of 45:55. Exposure
to light triggered photo-oxidation reaction in RPO. Photo-oxidation reactions
were shown by decrease on chlorophyll and tocopherol contents and increase on
peroxide (PV) and total oxidation (Totox) values. The chlorophyll experienced a
sharp decline at early stage of light exposure followed by an increase of PV and
Totox values. The tocopherol directly decreased on light intensities of 10000 and
15000 lux, while the carotene was relatively constant up to 7 days of storage both
on dark control and light treatments. Exposure to light accelerated the increase of
PV and Totox values that could be discribed using zero order kinetics model with
k value of 0.81 (r2=0.99), 1.11 (r2=0.99), 1.47 mequiv/kg/day (r2=0.99), and 1.93
(r2=0.95), 2.63 (r2=0.96), 3.83 per day (r2=0.95) on light intensities of 5000,
10000, and 15000 lux, respectively. A significant negative correlation between
the changes of PV and tocopherol content showed that at the same degradation of
tocopherol content (>20%), the higher light intensities have bigger effect on the
increase of PV.
Exposure to light on intensities of 5000, 10000, and 15000 lux at room
temperature (31.60±0.69 °C) accelerated degradation of chlorophyll, tocopherol,
and carotene in RPO. Photo-degradation of chlorophyll, tocopherol, and carotene

vi

during storage could be evaluated to determine its kinetics parameters.
Chlorophyll underwent photo-degradation following first order kinetics model in
two periods. The photo-degradation of chloropyll were fast photo-degradation
period during the first 6 hours of storage with k value of 3.8110-2, 4.4510-2,
5.6410-2 per day, followed by slow photo-degradation period in longer storage
duration with k value of 1.4110-2, 3.0110-2, 4.5910-2 per day on light
intensities of 5000, 10000, and 15000 lux, respectively. The photo-degradation of
tocopherol and carotene also followed first order kinetics model. The photodegradation of tocopherol occured with the highest rate (k values of 9.1010-2,
12.0210-2, 17.3310-2 per day), while the photo-degradation of carotene with the
lowest rate (k values of 0.8010-2, 1.4010-2, 1.9810-2 per day) on light
intensities of 5000, 10000, and 15000 lux, respectively. Light intensity
coefficient (zi) can be used as dependence indicator of k values to the changes of
light intensity. The zi values of chlorophyll, tocopherol, and carotene were
respectively of 20000, 33333, and 25000 lux, indicated that the degradation rate of
chlorophyll was the most sensitive to the changes of light intensity.
The effects of tocopherols, tocotrienols, -carotene, and chloropyll on
photo-oxidative stability of RPO were studied using model systems. The model
systems were prepared from refined bleached deodorized palm (RBDP) olein and
RPO. The model systems consist of TAG+Toc containing tocols compound

(704.72 mg/kg), TAG+Car containing -carotene (529.47 mg/kg), and
TAG+Toc+Car containing tocols compound (641.02 mg/kg) and -carotene
(535.73 mg/kg). RPO which contained tocols compound (698.76 mg/kg), carotene (518.61 mg/kg), and chlorophyll (3.44 mg/kg) was assumed as
TAG+Toc+Car+Chlor model system. The tocols compound and -carotene
which were separated in TAG+Toc or TAG+Car model systems showed
degradation during 7 hours of exposure to light on intensities of 5000, 10000, and
15000 lux. The increase of exposure to light accelerated the degradation rate of
tocols compound with the following order -T3>-T>-T3>-T3. The increase
of exposure to light also accelerated degradation rate of -carotene with k values
of 0.3710-2, 0.7210-2, and 2.1910-2 per h on intensities of 5000, 10000, and
15000 lux, respectively. The degradation rate of -carotene was the most
sensitive compound to an increase of light intensity followed by tocotrienols and
tocopherols with order -karoten>-Tγ>α-T3>-T3>-T. The existence of tocols
compound and -carotene together in TAG+Toc+Car model system showed the
highest protection and inhibitory effects on photo-oxidation. The presence of
chloropyll accelerated the degradation of tocols compound and -carotene at an
early stage of photo-oxidation and photo-oxidation rate of RPO on very high-light
intensity.
Keywords: Carotene, chlorophyll, photo-oxidation, red palm oil, tocopherol,
tocotrienol

© Hak Cipta Milik IPB, Tahun 2015
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

PERUBAHAN KOMPONEN MINOR DAN STABILITAS
MINYAK SAWIT MERAH SELAMA FOTO-OKSIDASI

DEWI FORTUNA AYU

Disertasi
sebagai salah satu syarat untuk memperoleh gelar
Doktor
pada

Program Studi Ilmu Pangan

SEKOLAH PASCASARJANA
INSTITUT PERTANIAN BOGOR
BOGOR
2015

Penguji pada Ujian Tertutup:
1. Dr Ir Feri Kusnandar, MSc
(Ketua Departemen Ilmu dan Teknologi Pangan, Fakultas Teknologi
Pertanian, Institut Pertanian Bogor)
2. Dr Nur Wulandari, STP MSi
(Staf Pengajar Departemen Ilmu dan Teknologi Pangan, Fakultas
Teknologi Pertanian, Institut Pertanian Bogor)
Penguji pada Sidang Promosi Terbuka:
1. Dr Anny Sulaswatty, MSc
(Peneliti Senior Pusat Penelitian Kimia LIPI)
2. Dr Nur Wulandari, STP MSi
(Staf Pengajar Departemen Ilmu dan Teknologi Pangan, Fakultas
Teknologi Pertanian, Institut Pertanian Bogor)

PRAKATA
Puji dan syukur penulis panjatkan kepada Allah subhanahu wa ta’ala atas
segala karunia-Nya sehingga disertasi dengan judul “Perubahan Komponen Minor
dan Stabilitas Minyak Sawit Merah selama Foto-oksidasi” dapat diselesaikan.
Bagian dari disertasi ini telah diajukan sebagai artikel imiah, yaitu: 1) “Photooxidative changes of red palm oil as affected by light intensity” pada International
Journal of Food Science and Technology (Wiley), β) “Kinetika fotodegradasi
klorofil, tokoferol, dan karoten dalam minyak sawit merah” pada jurnal
AGRITECH volume 36 nomor β pada bulan Mei β016, dan γ) “Effects of
tocopherols, tocotrienols, and -carotene on photo-oxidative stability of red palm
oil pada jurnal Food Science and Biotechnology (Springer).
Terima kasih penulis sampaikan kepada Prof Dr Ir Nuri Andarwulan MSi
selaku ketua Komisi Pembimbing, Prof Dr Ir Purwiyatno Hariyadi MSc, dan Dr
Eko Hari Purnomo STP MSi sebagai anggota Komisi Pembimbing, yang telah
memberikan bimbingan, arahan, dan dukungan hingga terselesainya disertasi ini.
Penulis juga mengucapkan terima kasih kepada Dr Didah Nur Faridah STP MSi,
Dr Ir Drajat Martianto MSi, Dr Ir Feri Kusnandar MSc, Dr Nur Wulandari STP
MSi, dan Dr Anny Sulaswatty MSc sebagai penguji luar komisi pada ujian prelim,
ujian tertutup dan ujian terbuka, serta kepada Prof Dr Ir Ratih Dewanti-Hariyadi
MSc (Ketua PS IPN), Dr Ir Endang Prangdimurti MSi (Sekretaris PS IPN), dan
Prof Dr Ir Slamet Budijanto MAgr (Wakil Dekan Fateta) yang telah memberikan
masukan mendasar pada keseluruhan isi disertasi ini.
Terima kasih kepada Rektor Universitas Riau dan Dekan Fakultas Pertanian
Universitas Riau, serta Rektor dan Dekan Sekolah Pascasarjana (SPs IPB) yang
telah memberikan ijin dan kesempatan kepada penulis untuk mengikuti
pendidikan Program Doktor di SPs IPB. Terima kasih kepada Ketua PS Ilmu
Pangan dan semua dosen atas ilmu dan keteladanan yang telah diberikan. Terima
kasih kepada Kementerian Pendidikan dan Kebudayaan Republik Indonesia atas
bantuan beasiswa BPPS tahun 2010-2014, Hibah Penelitian Bersaing tahun 2013
dan Penelitian Doktor tahun 2014, serta Yayasan Supersemar atas bantuan biaya
penelitian Program Pascasarjana tahun 2014. Terima kasih kepada Laboratorium
Seafast Center-IPB dan Laboratorium Ilmu dan Teknologi Pangan IPB serta
seluruh staf yang telah mengakomodir jalannya penelitian ini. Terima kasih juga
penulis sampaikan kepada Dr Ir Zita Letviany Sarunggallo MSi atas bantuannya
dalam analisis komposisi tokol menggunakan HPLC, Dody Dwi Handoko Phd
atas sumbangan pemikiran dalam penulisan publikasi internasional, serta Dr Ir
Mursalin Murod MSi yang telah memberikan saran dan berbagai pemikiran dalam
penyelesaian penelitian dan penulisan disertasi ini.
Ungkapan terima kasih yang mendalam juga disampaikan kepada bapak dan
ibu (Alm H Rawi Kunin SH dan Dra Hj Idar Rawi), bapak dan ibu mertua (H
Masri Simatupang dan Hj Artauli Tampubolon), suami Aricson Simatupang ST,
kedua putra tercinta (Dewaric Fadey Simatupang dan Raja Azka Simatupang),
kelima orang kakakku, serta seluruh keluarga, atas segala doa dan kasih
sayangnya. Terima kasih juga kepada teman-teman seperjuangan di PS Ilmu
Pangan 2009-2012 khususnya IPN 2010 (Shannora, Irda, Sri, Maria, Diana,

xiv

Hendra, Inneke, Syahrul, dan Andarini) atas kebersamaan, semangat, dukungan,
dan motivasi selama menempuh pendidikan.
Semoga karya ilmiah ini bermanfaat untuk pengembangan ilmu
pengetahuan dan teknologi serta bidang terkait lainnya.

Bogor, 27 Agustus 2015

Dewi Fortuna Ayu

DAFTAR ISI
DAFTAR TABEL
DAFTAR GAMBAR
DAFTAR LAMPIRAN
1 PENDAHULUAN
Latar Belakang
Perumusan Masalah
Tujuan Penelitian
Manfaat Penelitian
Ruang Lingkup Penelitian
2 TINJAUAN PUSTAKA

xvi
xvii
xix
1
1
3
3
4
4
5

3 METODE
Waktu dan Tempat
Bahan dan Alat
Metode Penelitian
Analisis Data
Prosedur Analisis

27
27
27
27
30
31

4 PERUBAHAN FOTO-OKSIDATIF MINYAK SAWIT MERAH
AKIBAT PENGARUH INTENSITAS CAHAYA

37

5 KINETIKA FOTODEGRADASI KLOROFIL, TOKOFEROL, DAN
KAROTEN DALAM MINYAK SAWIT MERAH

51

6 PERANAN TOKOFEROL, TOKOTRIENOL, BETA-KAROTEN,
DAN KLOROFIL TERHADAP STABILITAS FOTO-OKSIDATIF
MINYAK SAWIT MERAH

67

7 PEMBAHASAN UMUM

81

8 SIMPULAN DAN SARAN
Simpulan
Saran

89
89
90

DAFTAR PUSTAKA
LAMPIRAN
RIWAYAT HIDUP

91
97
103

DAFTAR TABEL
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15

Kandungan komponen minor dalam minyak sawit merah
Komposisi asam lemak minyak sawit merah
Karakteristik fisiko-kimia minyak sawit dan minyak sawit merah
Perbandingan karakteristik oksigen singlet dan triplet
Profil karoten minyak sawit yang diekstrak dari E. quineensis, E.
oleifera, hibrida, dan persilangannya
Komposisi vitamin E dalam minyak sawit merah
Kandungan klorofil (mg/kg) selama tahap perkembangan buah E.
quineensis
Karakteristik kimia minyak sawit mentah dan merah
Kinetika fotodegradasi klorofil
Kinetika fotodegradasi tokoferol
Kinetika fotodegradasi karoten
Parameter kinetika fotodegradasi klorofil, karoten, dan tokoferol dalam
MSM
Karakteristik kimia sistem model dan MSM
Parameter kinetika fotodegradasi tokoferol dan tokotrienol dalam
sistem model TAG+Toc serta -karoten dalam sistem model TAG+Car
Parameter kinetika peningkatan bilangan peroksida dalam sistem model

6
7
7
8
13
17
21
41
56
59
61
63
71
75
88

DAFTAR GAMBAR
1 Konversi -karoten (1) menjadi retinol (3) (Fernández-García et al.
2011)
2 Obital molekul (A) oksigen triplet dan (B) oksigen singlet (Min dan
Boff 2002)
3 Berbagai jalur pembentukan oksigen singlet (Min dan Boff 2002)
4 Pembentukan oksigen singlet dengan adanya photosensitizer, cahaya,
dan oksigen triplet (Choe dan Min 2005)
5 Pembentukan sensitizer triplet tereksitasi (3Sen*) dan reaksinya dengan
substrat melalui jalur tipe I dan II (Min dan Boff 2002)
6 Reaksi foto-oksidasi pembentukan hidroperoksida (Choe dan Min
2009)
7 Mekanisme dekomposisi asam lemak hidroperoksida (Choe dan Min
2006).
8 Mekanisme degradasi termal -karoten minyak jagung (Zeb dan
Murkovic 2011)
9 Struktur kimia tokoferol dan tokotrienol
10 Reaksi oksidasi tokoferol (Krieger-Liszkay dan Trebst 2006)
11 Mekanisme pro-oksidan tokoferol (Kim et al. 2007)
12 Dekomposisi klorofil
13 Pengaruh suhu terhadap foto-oksidasi metil linoleat yang disensitasi
oleh klorofil (Endo et al. 1984)
14 Pengaruh intensitas cahaya terhadap foto-oksidasi metil linoleat yang
disensitasi klorofil (Endo et al. 1984)
15 Kotak inkubator untuk penelitian foto-oksidasi (a) tampak atas dan (b)
tampak depan
16 Desain kotak inkubator untuk penelitian foto-oksidasi
17 Pengaruh intensitas cahaya terhadap retensi kandungan (a) klorofil, (b)
tokoferol, dan (c) karoten dalam MSM selama penyimpanan. Kontrol
adalah sampel yang disimpan pada kondisi gelap dan cahaya normal.
Error bars menunjukkan standard error of the mean (n =3)
18 Pengaruh intensitas cahaya terhadap perubahan bilangan peroksida
dalam MSM selama penyimpanan. Kontrol adalah sampel yang
disimpan pada kondisi gelap dan cahaya normal.
Error bars
menunjukkan standard error of the mean (n =3)
19 Pengaruh intensitas cahaya terhadap bilangan p-anisidin dalam MSM
selama penyimpanan. Kontrol adalah sampel yang disimpan pada
kondisi gelap dan cahaya normal. Error bars menunjukkan standard
error of the mean (n =3)
20 Pengaruh intensitas cahaya terhadap bilangan Totox dalam MSM
selama penyimpanan. Kontrol adalah sampel yang disimpan pada
kondisi gelap dan cahaya normal. Error bars menunjukkan standard
error of the mean (n =3)
21 Perubahan komponen minor dan stabilitas oksidasi MSM selama
penyimpanan pada (a) kontrol cahaya normal, (b) intensitas 5000 lux,
(c) 10000 lux, and (d) 15000 lux. Error bars menunjukkan standard
error of the mean (n =3)

6
8
9
9
10
11
12
14
17
18
20
21
22
23
29
39

42

43

44

45

46

xviii
22 Korelasi antara perubahan bilangan peroksida dan tokoferol dalam
MSM selama penyimpanan pada intensitas ○ 5000 lux, ▲ 10000 lux, □
15000 lux
23 (a) Degrasi klorofil MSM selama penyimpanan pada berbagai kondisi
cahaya, (b) fotodegradasi klorofil MSM selama penyimpanan 0-6 jam
pada intensitas cahaya tinggi, dan (c) fotodegradasi klorofil MSM
selama penyimpanan 6 jam-61 hari pada intensitas cahaya tinggi (
kontrol dalam botol gelap; ■ kontrol dalam botol transparan; ○
intensitas 5000 lux; ▲ intensitas 10000 lux; □ intensitas 15000 lux)
24 (a) Degradasi tokoferol MSM selama penyimpanan pada berbagai
kondisi cahaya dan (b) fotodegradasi tokoferol MSM selama
penyimpanan pada intensitas cahaya tinggi ( kontrol dalam botol
gelap; ■ kontrol dalam botol transparan; ○ intensitas 5000 lux; ▲
intensitas 10000 lux; □ intensitas 15000 lux)
25 (a) Degradasi karoten MSM selama penyimpanan pada berbagai kondisi
cahaya dan (b) fotodegradasi karoten MSM selama penyimpanan
dengan intensitas cahaya tinggi ( kontrol dalam botol gelap; ■ kontrol
dalam botol transparan; ○ intensitas 5000 lux; ▲ intensitas 10000 lux; □
intensitas 15000 lux)
26 Hubungan antara intensitas cahaya dan log k komponen minor dalam
MSM selama foto-oksidasi ( klorofil; □ tokoferol;  karoten)
27 Perubahan -T, -T3, -T3, dan -T3 dalam sistem model (a)
TAG+Toc, (b) TAG+Toc+Car, dan (c) MSM selama paparan cahaya
pada intensitas 5000, 10000, and 15000 lux. Error bars menunjukkan
standard error of the mean (SEM)
28 Perubahan -karoten dalam sistem model (a) TAG+Car, (b)
TAG+Toc+Car, dan (c) MSM selama paparan cahaya pada intensitas
5000, 10000, and 15000 lux. Error bars menunjukkan standard error
of the mean (SEM)
29 Pengaruh intensitas cahaya terhadap stabilitas foto-oksidatif sistem
model (a) TAG+Toc, (b) TAG+Car, (c) TAG+Toc+Car, dan (d) MSM.
Error bars menunjukkan standard error of the mean (SEM)
30 Perubahan peak kromatogram -karoten MSM selama (a) 0 jam dan (b)
7 jam pada paparan intensitas cahaya 5000 lux, (c) 10000 lux, dan (d)
15000 lux
31 Perubahan warna MSM (a) awal, (b) kontrol dalam botol gelap setelah
disimpan selama 182 hari, (c) kontrol dalam botol transparan setelah
182 hari, (d) intensitas cahaya 5000 lux setelah 130 hari, (e) 10000 lux
setelah 90 hari, dan (f) 15000 lux setelah 65 hari
32 Sistem model (a) TAG+Toc, (b) TAG+Car, (c) TAG+Toc+Car, dan (d)
MSM sebagai TAG+Toc+Car+Chlor
33 Penurunan
kandungan
klorofil
dalam
sistem
model
TAG+Toc+Car+Chlor selama paparan intensitas cahaya 5000, 10000,
dan 15000 lux

47

55

58

60
62

72

74

76

83

84
86

87

DAFTAR LAMPIRAN

1
2
3
4
5

Karakteristik kimia minyak sawit mentah dan minyak sawit merah
Kurva standar total tokoferol (spektrofotometer)
Kurva standar -tokoferol dan -tokoferol (HPLC)
Kurva standar -tokotrienol, -tokotrienol, dan -tokotrienol (HPLC)
Kurva standar -karoten (HPLC)

97
98
99
100
101

1

1

PENDAHULUAN
Latar Belakang

Indonesia merupakan salah satu negara penghasil minyak kelapa sawit terbesar
di dunia selain Malaysia. Hingga tahun 2013, total produksi minyak sawit mentah
(crude palm oil, CPO) Indonesia telah mencapai 26.9 juta ton dengan luas lahan
perkebunan besar 6,171,700 Ha dan perkebunan rakyat 4,415,800 Ha (BPS 2014).
Tingginya produksi minyak kelapa sawit di Indonesia mendorong prioritas penelitian
nasional lebih diarahkan pada pengembangan produk minyak kelapa sawit dalam
rangka peningkatan nilai tambah yang dimilikinya. Salah satu produk minyak kelapa
sawit yang memberikan efek fungsional bagi kesehatan adalah minyak sawit merah
(MSM).
Minyak sawit merah merupakan minyak hasil ekstraksi mesokarp buah kelapa
sawit yang dimurnikan tanpa proses pemucatan untuk mempertahankan kandungan
karotenoidnya. Kandungan karoten MSM berkisar 524-542 mg/kg (Yie et al. 2012;
Dauqan et al. 2011), didominasi -karoten yang secara in vivo dapat dikonversi
menjadi dua molekul vitamin A (Fernández-García et al. 2011). Beberapa penelitian
membuktikan bahwa konsumsi minyak sawit merah dapat memperbaiki status
vitamin A pada populasi yang beresiko kekurangan vitamin ini (Rice dan Burn
2010). Konsumsi MSM mampu meningkatkan kadar serum retinol pada anak usia 712 tahun (Zeba et al. 2006), pasangan ibu dan balita usia 1-3 tahun (Zagrè et al.
2003), wanita hamil dan menyusui (Lietz et al. 2001; 2006), serta bayi (Canfield et
al. 2001). Beberapa penelitian lain menyatakan bahwa konsumsi karoten dapat
mencegah gangguan penyakit jantung, kanker, katarak (Man dan Tan 2003),
meningkatkan fungsi kekebalan tubuh, dan menurunkan kejadian kanker (Chew dan
Park 2004).
Minyak sawit merah juga mengandung vitamin E 953-955 mg/kg dalam bentuk
α-tokoferol (171-β4β mg/kg), α-tokotrienol (266-294 mg/kg), -tokotrienol (367
mg/kg), dan -tokotrienol (80-126 mg/kg) (Yie et al. 2012; Dauqan et al. 2011).
Vitamin E minyak sawit berpotensi sebagai antioksidan biologis, melindungi
terhadap stress oksidatif, proses penyempitan pembuluh darah (Mukherjee dan Mitra
2009), dan melawan perkembangan penyakit aterosklerosis (Idris et al. 2014).
Namun demikian, -karoten dan tokoferol dapat mengalami kerusakan oksidasi yang
dipercepat oleh panas dan cahaya. Produk termal oksidasi -karoten berupa epoxy
-karoten terbukti bersifat mutagen pada S. Typhimurium (Puspitasari-Nienaber
2002), sedangkan tokoferol teroksidasi dapat membentuk berbagai radikal dan
senyawa teroksidasi -tocopherolquinone, 4a,5-epoksi--tocopherolquinone, dan
7,8-epoksi--tocopherolquinone yang bersifat pro-oksidan selama penyimpanan
(Kim et al. 2007).
Proses pengolahan CPO menjadi MSM yang tanpa mengalami tahap
pemucatan dan dalam kondisi terkontrol (Mayamol et al. 2007; Widarta et al. 2012;
Riyadi 2009) tidak hanya mampu mempertahankan kandungan -karoten dan
tokoferol, tetapi juga komponen warna lain seperti klorofil. Kandungan klorofil
dalam CPO 0.897-4.000 mg/kg (Sambanthamurthi et al. 2000), setelah mengalami
pemurnian dan pemucatan menjadi berkisar 0.579-0.583 mg/kg, tertinggi diikuti
minyak biji kapas, rami, safflower atau bunga matahari, jagung, dan kedelai (Usuki et

2

al. 1984). Menurut Choe dan Min (2006), klorofil merupakan sensitizer umum
pemicu foto-oksidasi, pada kisaran 0.070-1.200 mg/kg dalam minyak nabati dapat
menginisiasi dan mempercepat reaksi foto-oksidasi (Belitz et al. 2009). Setelah
menyerap energi dari cahaya, klorofil mentransfer energi ke triplet oksigen (3O2)
untuk membentuk oksigen singlet (1O2) yang lebih reaktif. Oksigen singlet bereaksi
cepat dengan rantai karbon tidak jenuh menghasilkan peroksida, menginisiasi autooksidasi radikal bebas konvensional untuk memproduksi lebih banyak
hidroperoksida. Selanjutnya minyak yang mengalami foto-oksidasi, produk oksidasi
akan mengkatalis rantai reaksi oksidasi menghasilkan penurunan mutu minyak. Laju
reaksi oksigen singlet dengan asam lemak oleat, linoleat dan linolenat lebih cepat
hingga 30,000, 1,450, dan 909 kali daripada oksigen triplet (Park et al. 2011).
Keberadaan -karoten, tokoferol, dan tokotrienol dengan kadar dan struktur
kimia yang berbeda memperlihatkan peranan yang unik selama foto-oksidasi.
Karoten bersifat antioksidan terutama sebagai quencher oksigen singlet pada minyak
kedelai (Jung dan Min 1991), zaitun (Rahmani dan Csallany 1998), dan biji evening
primrose (Hanyz et al. 2006) melalui transfer energi (Chen dan Liu 1998). Karoten
tidak memperlihatkan aktivitas antioksidan pada kondisi gelap (auto-oksidasi) (Yie et
al. 2011; Hall dan Cuppett 2000) maupun suhu tinggi (termal oksidasi) (Rahmani
dan Csallany 1998; Steenson dan Min 2000). Hilangnya ikatan ganda konjugasi
akibat pemanasan menyebabkan hilangnya kemampuan quenching oksigen singlet
dan mencegah foto-oksidasi pada minyak kedelai dan zaitun (Steenson dan Min
2000; Rahmani dan Csallany 1998). Produk oksidasi -karoten tidak bersifat
antioksidan pada foto-oksidasi minyak biji bunga matahari (Yanishlieva et al. 2001),
bahkan -karoten bertindak pro-oksidan pada minyak biji rapeseed (Haila dan
Heinonen 1994). Namun, keberadaan produk oksidasi -karoten atau -karoten
bersama tokoferol dalam minyak biji bunga matahari dan rapeseed memperlihatkan
aktivitas antioksidan yang efektif menghambat foto-oksidasi (Yanishlieva et al.
2001; Haila dan Heinonen 1994).
Tokoferol merupakan salah satu antioksidan paling efektif dalam sistem
pangan yang menyumbangkan atom hidrogen fenoliknya ke radikal peroksil selama
oksidasi (Kamel-Eldin 2006).
Aktivitas antioksidan -tokoferol selama fotooksidasi diperlihatkan pada minyak kedelai (Jung et al. 1991; Hall dan Cuppett
2000), zaitun (Rahmani dan Csallany 1998), rapeseed (Haila dan Heinonen 1994),
alga (Chang 2011), canola (Lee dan Choe 2011), dan lemak babi (King et al. 2011).
Mekanisme antioksidan tokoferol selama foto-oksidasi melibatkan quenching fisik
oksigen singlet melalui transfer muatan, dengan aktivitas tertinggi isomer -, dikuti
-, dan -tokoferol (Kim dan Choe 2013). Tokoferol juga bereaksi ireversibel
dengan oksigen singlet menghasilkan tokoferol hidroperoksidienon, tokoferil kuinon,
dan kuinon epoksida (Choe dan Min 2005; 2006). Walaupun berfungsi sebagai
antioksidan, tokoferol dapat kehilangan aktivitas antioksidan bahkan bertindak
sebagai pro-oksidan dalam bentuk tokoferol teroksidasi (Kim et al. 2007; Chapman
et al. 2009) dan pada konsentrasi tinggi (King 2007; Chang 2011).
Beberapa kajian terkait stabilitas MSM telah dilakukan pada kondisi auto- dan
termal oksidasi. Minyak sawit merah memiliki stabilitas auto-oksidasi (suhu 30 °C)
yang lebih rendah dibandingkan minyak sawit tanpa kandungan karoten (yellow palm
oil) (Yie et al. 2011). Beta-karoten MSM mengalami degradasi mengikuti kinetika
reaksi ordo nol selama penyimpanan gelap dengan waktu paruh (t1/2) selama 12
bulan, degradasi -karoten menjadi lebih cepat tanpa keberadaan tokoferol

3

(Puspitasari-Nienaber 2002). Perlakuan penyimpanan suhu 60, 75, dan 90 °C
meningkatkan laju degradasi karoten MSM mengikuti kinetika reaksi ordo 1 masingmasing dengan konstanta laju (nilai k) 9.1310-3, 2.1510-2, 4.7910-2 per hari
(Ayustaningwarno 2010). Menurut Sampaio et al. (2013), pemanasan suhu 170-230
°C mempercepat degradasi karoten MSM mengikuti kinetika reaksi ordo 1.3, dimana
hubungan antara peningkatan suhu dan nilai k dapat dijelaskan berdasarkan
persamaan Arrhenius dengan energi aktivasi 109.4 kJ/mol.
Cahaya merupakan salah satu faktor pemicu reaksi foto-oksidasi selain oksigen
triplet dan sensitizer (Min dan Boff 2002; Choe dan Min 2006). Pembentukan
oksigen singlet tertinggi pada minyak zaitun ekstra murni terjadi akibat aktivitas
klorofil-a dan feofitin-a pada panjang gelombang 417 dan 668 nm (Jung et al. 2011).
Penelitian foto-oksidasi menggunakan cahaya flouresen menunjukkan bahwa
paparan cahaya intensitas tinggi mampu menyebabkan penurunan mutu pada minyak
kelapa murni (Rukmini dan Rahardjo 2010), zaitun murni (Rahmany dan Csallany
1998; Psomiadou dan Tsimidou 2002), bunga matahari (Choe 2013), dan campuran
zaitun dan perilla (Kim dan Choe 2012; 2013). Sampai saat ini penelitian yang
mengkaji stabilitas foto-oksidatif sekaligus peranan komponen minor dalam MSM
belum pernah dilaporkan.
Melihat keunggulan dan potensi MSM sebagai pangan fungsional, perlu
dilakukan kajian stabilitas foto-oksidatif MSM terkait faktor-faktor yang
mempengaruhinya, antara lain intensitas cahaya dan kandungan komponen minor
terutama tokoferol, karoten, dan klorofil dalam MSM. Pada penelitian ini sampel
MSM diekspos cahaya flouresen intensitas tinggi untuk mempercepat reaksi fotooksidasi sehingga dapat menghitung parameter kinetikanya. Penggunaan cahaya
flouresen dilakukan dengan pertimbangan bahwa produk MSM diperdagangkan
dalam kemasan transparan yang mendapat paparan cahaya flouresen terutama selama
penyimpanan dan display di retailer. Hubungan antara intensitas cahaya dan laju
fotodegradasi serta stabilitas MSM dipelajari menggunakan pendekatan nilai zi, yang
menunjukkan ketergantungan laju perubahan komponen minor dan stabilitas MSM
terhadap intensitas cahaya selama foto-oksidasi.
Perumusan Masalah
Minyak sawit merah memiliki potensi sebagai pangan fungsional, sehingga
penelitian stabilitas foto-oksidatif terkait faktor-faktor yang mempengaruhinya,
antara lain intensitas cahaya dan kandungan komponen minor terutama tokoferol,
karoten, dan klorofil perlu dikaji lebih mendalam. Beberapa masalah yang diangkat
pada penelitian ini adalah sejauhmana intensitas cahaya berpengaruh terhadap
perubahan komponen minor dan stabilitas MSM selama foto-oksidasi, bagaimana
menghitung kinetika dan ketergantungan laju fotodegradasi komponen minor dan
stabilitas MSM terhadap intensitas cahaya, dan bagaimana peranan tokoferol,
tokotrienol, -karoten, dan klorofil terhadap stabilitas foto-oksidatif MSM.
Tujuan Penelitian
Penelitian ini bertujuan untuk : (1) mempelajari perubahan komponen minor
(klorofil, tokoferol, karoten) dan stabilitas oksidasi (bilangan peroksida, p-anisidin,
total oksidasi) MSM akibat pengaruh paparan cahaya; (2) mendapatkan parameter

4

kinetika perubahan komponen minor dan stabilitas MSM selama foto-oksidasi; dan
(3) mempelajari peranan tokoferol, tokotrienol, -karoten, dan klorofil terhadap
stabilitas foto-oksidatif MSM.
Manfaat Penelitian
Hasil penelitian memberikan informasi pengaruh intensitas cahaya, parameter
kinetika, serta peranan tokoferol, tokotrienol, -karoten, dan klorofil terhadap
stabilitas MSM selama foto-oksidasi. Informasi ini dapat menjadi masukan dalam
merancang proses pengolahan MSM, mulai dari penanganan pasca panen buah di
kebun, pengemasan, dan penyimpanan. Upaya ini mendukung komersialisasi MSM
sebagai produk pangan fungsional. Selain itu, hasil penelitian ini diharapkan dapat
membuka peluang alternatif pemanfaatan minyak sawit merah maupun komponen
minornya yang lebih luas terutama dalam bidang pangan.
Ruang Lingkup Penelitian
Penelitian ini terdiri dari serangkaian penelitian yang dilakukan menggunakan
fraksi olein MSM dan sistem model. Ruang lingkup penelitian adalah mengkaji
perubahan komponen minor dan stabilitas MSM akibat pengaruh paparan intensitas
cahaya, serta mempelajari peranan tokoferol, tokotrienol, -karoten, dan klorofil
terhadap stabilitas foto-oksidatif MSM. Kajian perubahan komponen minor dan
stabilitas MSM diawali dengan produksi dan karakterisasi kimia MSM yang
dilanjutkan dengan foto-oksidasi MSM.
Foto-oksidasi dilakukan dengan
mengekspos sampel pada paparan intensitas cahaya flouresen 5000, 10000, dan
15000 lux menggunakan kotak inkubator pada suhu yang tetap (31±2 °C). Kajian
peranan tokoferol, tokotrienol, -karoten, dan klorofil terhadap stabilitas fotooksidatif MSM diawali dengan pembuatan dan karakterisasi kimia sistem model dan
MSM yang dilanjutkan dengan foto-oksidasi pada intensitas cahaya 5000, 10000 dan
15000 lux.

5

2

TINJAUAN PUSTAKA
Minyak Sawit Merah

Minyak sawit merah (MSM) merupakan minyak dari sabut buah sawit (Elaeis
quineensis) yang dimurnikan tanpa proses pemucatan dan dalam kondisi terkontrol
untuk mempertahankan kandungan karotenoidnya.
Minyak sawit merah ini
diproduksi karena proses pemurnian minyak sawit secara konvensional tidak hanya
menyebabkan minyak menjadi tidak berasa dan berwarna, namun terjadi penurunan
sekitar 60-80% kandungan karoten dan 10-35% mikronutrien seperti tokol dan sterol
sebagai akibat kondisi proses ekstrim di atas suhu 200 °C (Mayamol et al. 2007).
Beberapa teknologi proses telah dikembangkan untuk menghasilkan MSM
skala pilot plant. Mayamol et al. (2007) mengembangkan proses netralisasi CPO
diikuti kristalisasi dengan kecepatan pendinginan dan tekanan vakum terkontrol
menghasilkan netralisasi dan winterisasi palm olein (WPOn) dengan kandungan
lebih dari 80% karoten (- dan -karoten 445 mg/kg), 85% tokol (739 mg/kg), dan
65% sterol alami (428 mg/kg). Mas’ud (β007) telah mengoptimasi proses
degumming dengan memanaskan CPO hingga 80 °C, menambahkan larutan asam
fosfat 85% sebanyak 0.15% berat CPO sambil diaduk selama 15 menit. Setelah
degumming, dilakukan proses deasidifikasi menggunakan larutan NaOH 11.1% pada
suhu 59 °C selama 20 menit menghasilkan neutralized red palm oil (NRPO) dengan
kandungan -karoten 390 mg/kg. Menurut Widarta (2008) dan Widarta et al. (2012),
proses deasidifikasi menggunakan larutan NaOH 11.1% dan excess 17.5% CPO pada
suhu 61±2 °C selama 26 menit memberikan recovery karoten terbaik sebesar
87.30%. Riyadi (2009) menyatakan bahwa proses deodorisasi dengan sistem batch
dalam tangki deodorizer pada suhu 140 °C selama 1 jam dengan laju alir gas N2 20
L/jam dan tekanan 20 mmHg direkomendasikan sebagai kondisi deodorisasi terbaik
karena mampu mempertahankan karoten hampir 70% (375.33 mg/kg) dan mereduksi
odor hingga 67%.
Kandungan karoten yang paling banyak dalam MSM adalah -karoten yang
yang dapat dikonversi menjadi vitamin A dan memainkan peranan penting dalam
proses visual, diferensiasi epitel seluler, dan regulasi genetik. Konversi -karoten
menjadi vitamin A melibatkan pemotongan secara oksidatif oleh enzim 15,15’dioxygenase dalam usus menjadi dua molekul vitamin A, senyawa isoprenoid
dengan cincin beranggotakan 6 karboksilat dan 11 karbon rantai samping
(Fernández-García et al. 2011). Gambar 1 menunjukkan konversi -karoten menjadi
retinol.
Beberapa studi membuktikan bahwa konsumsi MSM mampu memperbaiki
status vitamin A pada populasi yang beresiko kekurangan vitamin ini (Rice dan
Burn 2010). Penelitian di Burkina Faso, salah satu negara di sub-Sahara Afrika yang
mengalami kekurangan vitamin A menunjukkan bahwa konsumsi 15 mL MSM
sebanyak 3 kali per minggu pada anak usia 7-12 tahun menyebabkan prevalensi
kadar serum retinol rendah (