BAB 2 TINJAUAN PUSTAKA - Sintesis Galaktomanan Ikat Silang Fosfat Dari Galaktomanan Kolang-Kaling (Arenga pinnata) dan Trinatrium Trimetafosfat

BAB 2 TINJAUAN PUSTAKA

2.1 Aren

  Aren (Arenga pinnata) merupakan salah satu sumber daya alam di daerah tropis, distribusinya tersebar luas, sangat diperlukan dan mudah didapatkan untuk keperluan sehari-hari oleh masyarakat setempat sebagai sumber daya yang berkesinambungan. Di Indonesia pohon aren (Gambar 2.1) sebagian besar secara nyata digunakan untuk melengkapi kebutuhan sehari-hari (Irawan et al, 2009).

  Pohon aren (Arenga pinnata) dapat tumbuh dengan baik di daerah beriklim sedang pada ketinggian 500 hingga 800 meter di atas permukaan dengan kondisi tanah yang beragam jika tidak terlalu asam dengan curah hujan 1200 mm per tahun (Iswanto, 2009).

  Aren termasuk suku Arecaceae (pinang-pinangan). Sistematika tanaman aren adalah sebagai berikut : Kingdom : Plantae (tumbuhan) Subkingdom : Tracheobionta (tumbuhan berpembuluh) Super Divisi : Spermatophyta (menghasilkan biji) Divisi : Magnoliophyta (tumbuhan berbunga) Kelas : Liliopsida (berkeping satu/ monokotil) Sub Kelas : Arecidae Ordo : Arecales Famili : Arecaceae (suku pinang-pinangan) Genus : Arenga Spesies : Arenga pinnata Merr

  Pohon aren hampir mirip dengan pohon kelapa. Pohon aren tingginya Aren merupakan tumbuhan biji tertutup karena biji buahnya terbungkus dengan daging buah. Daun aren majemuk menyirip seperti daun kelapa dengan panjang pelepah mencapai 5 meter dan tangkai daun mencapai 1,5 meter dengan warna hijau gelap di atas dan di sisi bawahnya berwarna keputih-putihan oleh karena adanya lapisan lilin di sisi bawahnya. Tanaman aren berkeping satu, dimana bunga jantan terpisah dari bunga-bunga betina dalam tongkol yang berbeda yang muncul di ketiak daun. Panjang tongkol dapat mencapai 2,5 meter. Buah aren berbentuk bulat peluru, dengan diameter sekitar 4 sentimeter, mempunyai tiga ruang dan memiliki tiga biji, tersusun dalam untaian seperti rantai. Setiap tandan mempunyai 10 tangkai atau lebih, dan setiap tangkai memiliki lebih kurang 50 butir buah berwarna hijau sampai cokelat kekuningan (Sunanto, 1993).

  Aren merupakan tumbuhan serbaguna, dimana setiap bagian pohon aren tersebut dapat diambil manfaatnya, mulai dari akar untuk obat tradisional, batang untuk berbagai macam peralatan dan bangunan, daun muda/janur untuk pembungkus kertas rokok. Hasil produksinya juga dapat dimanfaatkan, misalnya buah aren muda diolah menjadi kolang-kaling, air nira untuk bahan pembuatan gula merah/ cuka dan pati/ tepung dalam batang untuk bahan pembuatan berbagai macam makanan (Irawan et al, 2009).

  Setiap pohon dapat menghasilkan 15 liter nira per hari dengan rendemen

gula 12%. Selain itu, aren juga menghasilkan ijuk rata-rata 2 kg/pohon/tahun,

kolang-kaling 100 kg/pohon/tahun, dan tepung 40 kg/pohon bila tanaman tidak

disadap niranya. Kayu aren dapat diolah menjadi mebel atau kerajinan tangan,

seperti kayu kelapa (Anonim, 2009).

2.2 Kolang-kaling

  Kolang-kaling (buah atap) adalah nama cemilan kenyal berbentuk lonjong dan berwarna putih transparan dan mempunyai rasa yang menyegarkan. Kolang kaling

  (Gambar 2.2) yang dalam bahasa Belanda biasa disebut aren palm ini, dibuat dari biji pohon aren (Arenga pinnata) yang berbentuk pipih dan bergetah .

  Buah aren yang masih muda besifat keras dan melekat sangat erat pada untaian buah, sedangkan buah yang sudah masak daging buahnya agak lunak. Daging buah aren yang masih muda mengandung lendir yang sangat gatal jika mengenai kulit karena lendir tersebut mengandung asam oksalat. Kolang- kaling merupakan endosperm biji buah aren yang berumur setengah masak setelah melalui proses pengolahan (Sunanto, 1993).

  Untuk membuat kolang-kaling, biasanya dengan membakar buah aren sampai hangus, kemudian diambil bijinya untuk direbus selama beberapa jam. Biji yang sudah direbus tersebut kemudian direndam dengan larutan air kapur selama beberapa hari sehingga terfermentasi

  

. Setelah diolah menjadi kolang- kaling, maka benda ini akan

menjadi lunak, kenyal, dan berwarna putih agak bening (Sunanto, 1993).

Gambar 2.1 Kolang-kaling

  Kadar air kolang-kaling sangat tinggi, yakni mencapai 93,8%, sementara nilai gizinya rendah. Tiap 100 gram kolang-kaling, hanya mengandung 0,69 gram protein, 4 gram karbohidrat, 1 gram abu, dan 0,95 gram serat kasar.

  Selain memiliki rasa yang menyegarkan, mengkonsumsi kolang kaling juga membantu memperlancar kerja saluran cerna manusia. Kandungan karbohidrat yang dimiliki kolang kaling bisa memberikan rasa kenyang bagi orang yang mengkonsumsinya, selain itu juga menghentikan nafsu makan dan mengakibatkan konsumsi makanan jadi menurun, sehingga cocok dikonsumsi sebagai makanan diet

2.3 Polisakarida

  Suatu polisakarida adalah senyawa yang mana molekul-molekulnya mengandung banyak satuan monosakarida yang dipersatukan dengan ikatan glikosida. Hidrolisis akan mengubah suatu polisakarida menjadi monosakarida (Fessenden, 1986).

  Polisakarida semakin banyak diperhatikan untuk keperluan dalam industri makanan, farmasi dan kosmetik. Secara konvensional digunakan sebagai pengental dan pembuat gel. Karena struktur polihidroksi (poliol) sedemikian maka bahan ini mudah dikonsumsi oleh bakteri. Karena itu perlu modifikasi dari struktur sehingga dihasilkan suatu derivat yang dimungkinkan dengan mengurangi jumlah OH dari poliol dengan gugus organik (Kok, et al, 1999)

  Susunan dan fungsi suatu polisakarida ditentukan oleh jumlah monomer gula dan posisi ikatan glikosidiknya. Polisakarida bukan pati (Non Starch

  

Polysaccharides) , terdiri atas 3 kelompok besar yakni selulosa, polimer non

  selulosa, dan pektik polisakarida. Polimer non selulosa ini terdiri dari arabinoxylan, glukan, mannan, galaktan, dan xyloglukan (Anonim, 2008).

2.3.1 Manan

  Manan merupakan polisakarida yang banyak ditemukan di alam serta sumber yang murah untuk produksi manosa dan manooligosakarida. Manan dengan komponen utama D-manosa merupakan bahan penting dalam industri pangan dan diklasifikasikan menjadi 4 subfamili: manan, glukomanan, galaktomanan, galaktoglukomanan. Masing- masing polisakarida tersebut tersusun atas ikatan β-

  1-4 yang terdiri dari manosa atau kombinasi glukosa dan galaktosa. Manan dapat dihidrolisis menjadi manosa maupun manooligosakarida. Senyawa manan merupakan komponen utama dari endosperma kelapa sawit, kelapa, locust bean

  

gum (Ceratonia siliqua) biji kopi, akar konjak (Amorphophallus konjak) (Sigres

  dan Sutrisno, 2013) _{H OH H OH O HO H H H} OH _{O H}

_O

_{HO O H OH O H} H H

  n

Gambar 2.3 Manan (Manosa : Manosa) H OH OH H O H OH

  O _{H O * n}

• _{* O HO H H H}

  _{OH H}

  _O

  _HO

  _{H H}

Gambar 2.4 Glukomannan (Glukosa : Manosa) OH OH

  _{H O O H H}

_{HO H}

_H

H

_{O OH O O HO H OH O OH H H HO} H _{H O * O} H H _{H H n}

Gambar 2.5 Galaktomannan (Galaktosa : Manosa) OH OH

  _{H OH H}

_{HO H}

_{H H}

H

_{O OH H O * HO O H H} H _{O OH H}

_O

_{HO H H H OH O * H O n}

Gambar 2.6 Galaktoglukomannan (Glukosa : Galaktosa : Manosa)

2.4 Galaktomanan

  Galaktomanan salah satu bagian dari polisakarida, yang secara khusus dihasilkan dari tanaman jenis Leguminaceae. Butiran benih, yang menghasilkan galaktomanan pada umumnya tumbuh dari tanaman legume di daerah yang semi kering di dunia. Biosintesis galaktomanan adalah proses fotosintesis yang terjadi pada banyak tanaman legum. Proses ini in vitro dikatalisis oleh enzim tertentu (Mathur, 2012). Struktur dasar yang membangun galaktomanan adalah galaktosa dan manosa (Srivastava dan Kapoor, 2005).

  Polisakarida galaktomanan (Gambar 2.5) memiliki struktur umum yang linear, yang mana unit polimer (1 →4)-β-D-mannopiranosa, terikat (1→6) dengan

  α-D-galaktosa (Mathur, 2012). Galaktomanan dari tumbuhan yang berbeda akan menghasilkan berat molekul, rasio penyusun polisakarida (M:G), dan fungsi yang berbeda juga (Mathur, 2012). Galaktomanan yang memiliki bentuk cis-hidroksil pada cabang gula, mempunyai afinitas yang lebih tinggi dalam air, dibandingkan selulosa dan pati, yang polimer glukosanya membentuk trans-hidroksil (Mathur, 2012).

  Galaktomanan merupakan cadangan karbohidrat serta pengatur banyaknya air dalam biji selama perkecambahan. Galaktomanan juga bersifat pengental dan penstabil emulsi yang baik serta dapat mengurangi resiko masuknya racun jika digunakan sebagai bahan farmasi dan industri makanan (Stephen et al, 2006).

  Galaktomanan dari masing-masing tanaman berbeda-beda pada rasio manosa dan galaktosa, distribusi galaktosa pada rantai manosa dan berat molekulnya. Rasio rantai manosa dan galaktosa pada umumnya berkisar pada 1,1- 5,0 (Srivastava dan Kapoor, 2005). Sifat fisikokimia galaktomanan dapat dikarakterisasi dengan menggunakan beberapa peralatan dan teknik yang berbeda. Parameter-parameter yang penting dalam karakterisasi galaktomanan adalah perbandingan manosa dan galaktosa, rata-rata berat molekul, bentuk struktur, dan viskositas intrinsiknya (Cerqueira et al, 2009).

  Galaktomanan dengan rasio galaktosa yang besar umumnya mudah larut dalam air dan kecenderungannya untuk membentuk gel sangat rendah dibandingkan galaktomanan dengan rasio galaktosa yang rendah. Kelarutan yang sangat tinggi tersebut disebabkan oleh banyaknya rantai cabang sehingga rantai manosa menjadi sukar untuk berinteraksi secara intermolekuler (Srivastava dan Kapoor, 2005).

Tabel 2.1 menunjukkan beberapa jenis galaktomanan komersial dari beberapa tanaman dan rasio antara manosa dan galaktosa.Tabel 2.1 Jenis Galaktomanan Komersial

  Galaktomanan Sumber Tanaman Rasio M:G Guar Gum Guar Plant 2 : 1

  Fenugreek Gum Fenugreek Plant 1 : 1 Locust bean gum Carob Tree 4 : 1

  Tara gum Tara shrub 3 : 1 Cassia tora gum Cassia tora 5 : 1

  Daincha gum Sesbania bisipinosa 2 : 1

  Galaktomanan yang diperoleh dari masing-masing tanaman yang berbeda memiliki kadar yang berbeda, misalnya galaktomanan yang diperoleh dari ampas kelapa sebesar 20% (Zultiniar dan Casoni, 2009), pada kolang-kaling 4,58% (Tarigan, 2012), sedangkan pada Fenugreek kadar galaktomanan yang diperoleh berkisar 25-30% (Mathur dan Mathur, 2005).

  Kelebihan dari galaktomanan jika dibandingkan dengan jenis polisakarida yang lain adalah kemampuannnya untuk membentuk suatu larutan yang kental dalam kondisi konsentrasi yang sangat rendah, dan hanya sedikit dipengaruhi pH, kekuatan ionik dan pemanasan. (Anonim, 2008). Viskositas galaktomanan sangat konstan sekali pada kisaran pH 1-10,5 yang kemungkinan disebabkan oleh karakter molekulnya yang bersifat netral (Cerqueira et al, 2009). Namun dengan suhu yang tinggi, dan kondisi yang sangat asam atau basa, galaktomanan dapat terdegradasi (Anonim, 2008).

  Saat ini konsumsi galaktomanan sangat bervariasi tergantung pada penggunaannya. Menurut salah satu estimasi sekitar 90-100 ribu ton dipakai pertahun. Pemakaian terbesar adalah guar gum dengan 70-80 ribu ton, locust bean

  

gum dengan 12-14 ribu ton. Pemakaian galaktomanan bermanfaat untuk

  pembentukan viskositas yang sangat baik dan juga penggunaannya untuk penyerapan air atau pembentukan ikatan hidrogen membentuk formasi gel (Kok et

  al , 1999).

  Galaktomanan ini telah banyak diaplikasikan dalam industri makanan, bidang farmasi, kosmetik, penghasil kertas, bahkan sebagai bahan peledak (Torio, Saez, dan Merca, 2006). Pada bidang farmasi dari sumber komersial dan nonkomersial, telah dipelajari secara ekstensif selama waktu tertentu. Ada berbagai sumber galaktomanan dan berbagai bentuk aplikasi dalam farmasi, seperti tablet atau kapsul, hidrogel, dan film. Selain penggunaan untuk hal sederhana, polisakarida ini berperan dalam modifikasi obat sebagai bahan matriks atau pelapis (Silveira, 2011). Galaktomanan digunakan di daerah usus tertentu sebagai penghantar obat yang berawal dari proses degradasi enzimatik dalam usus besar manusia (Kabir et al, 1998).

  Pada industri makanan, galaktomanan biasa dipakai sebagai penggumpal. Pada industri es krim, galaktomanan juga digunakan untuk membuat es agar tidak cepat mencair (Zultiniar dan Casoni, 2009). Selain itu, galaktomanan juga digunakan oleh industri pembuatan keju (Cerqueira et al, 2010), kalengan, dan bumbu salad (Zultiniar dan Casoni, 2009).

  2.5 Galaktomanan dari Kolang-Kaling

  Salah satu sumber galaktomanan adalah kolang kaling, dimana saat ini pemanfaatannya masih sangat terbatas. Galaktomanan merupakan polisakarida terbesar di dalam kolang-kaling. Kolang-kaling yang digunakan untuk ekstraksi galaktomanan berbentuk lonjong agak pipih, berwarna putih agak bening, dan kenyal.

  Galaktomanan dari kolang-kaling memiliki aktivitas antioksidan sehingga dapat digunakan dalam aplikasi kehidupan manusia. Sifat antioksidan galaktomanan kolang-kaling ditentukan dengan menggunakan metoda DPPH dan menggunakan spektrofotometer ultra violet, pada bilangan gelombang maksimum 515 nm. Galaktomanan dari kolang-kaling diperoleh sebesar 4,58 % melalui proses ekstraksi pada kondisi netral dengan mengunakan pelarut etanol. Perbandingan galaktosa dan mannosa pada galaktomanan dari kolang-kaling adalah 1 : 1,331.

  Komponen kimia yang terdapat pada hasil ekstraksi kolang-kaling adalah protein 0,261%, galaktomanan 90,57 %, serat kasar 8,05%, dan lemak 0,101 %. Galaktomanan dari kolang-kaling berbentuk serbuk putih, memiliki sifat viskositas yang cukup besar dalam konsentrasi yang rendah (Tarigan, 2012).

  2.6 Ikat Silang

  Modifikasi polisakarida secara kimia dapat dilakukan seperti eterifikasi, esterifikasi, cross-linked, grafting, dekomposisi asam, hidrolisa dengan

  Ikat silang merupakan metode lain yang dapat digunakan untuk memodifikasi polisakarida selain asetilasi. Prinsip dengan menggunakan metode ikat silang hampir sama dengan metode asetilasi yaitu sama-sama mengganti gugus OH- dengan gugus fungsi yang lain. Pada metode ikat silang gugus OH- diganti dengan gugus eter, gugus ester, atau gugus fosfat. Raina et al, 2006, menjelaskan keuntungan dari penggunaan metode ikat silang adalah dapat menghasilkan suatu pati dengan kemampuan mengembang yang rendah dimana hal ini akan memperkuat granula pati dan menjadikan pati lebih tahan terhadap medium asam dan panas sehingga tidak mudah pecah pada saat pemanasan. Selain itu metode ikat silang dapat meningkatkan tekstur, viskositas, kejernihan pasta (paste clarity), kekuatan gel (gel strength), dan sifat adhesif pati. Disisi lain, metode ini memiliki kekurangan yaitu dapt menurunkan

  

solubility, sediment volume, gel elasticity, dan freeze-thaw stability dari

polisakarida.

  Beberapa jenis zat pengikat silang yang dapat dipakai adalah Mononatrium Fosfat, Natrium Trimetafosfat, Natrium Tripolifosfat, Epichlorohydrin, dan Phosphoryl Cloride (Mao Gui-Jie, 2006).

  Reaksi ikat silang pada umumnya dipengaruhi oleh ukuran bahan pengikat silang. Jika ukuran molekul pengikat silang semakin kecil, maka reaksi ikat silang akan semakin cepat, karena proses difusi dalam larutan semakin mudah.

  Interaksi antara grup yang bermuatan positif dari bahan pengikat silang dan grup yang bermuatan negatif dari galaktomanan menunjukan adanya interaksi yang bersifat ionik. Sifat dari hasil ikat silang tergantung dari sifat pengikat silang (Rana et al, 2011).

2.7 Galaktomanan Ikat Silang

  Galaktomanan adalah polimer alam yang banyak digunakan dalam industri makanan, farmasi, dan kosmetik. Polimer alam secara konvensional digunakan sebagai pengental dan pembuat gel. Modifikasi galaktomanan menunjukkan peningkatan sifat fisika seperti kelarutannya didalam air, viskositas dan kemurniannya dibanding dengan yang aslinya (Kok et al, 1999).

  Modifikasi kimia pada galaktomanan pada umumnya untuk mengurangi sifat mengembangnya (swelling). Modifikasi galaktomanan, seperti guar gum, masih dikembangkan dengan mereaksikan guar gum dengan senyawa fosfat, borax , glutaraldehida, dan enzim pendegradasi (Kabir et al., 2000).

  

Salah satu pengikat silang dari senyawa fosfat adalah Trinatrium

Trimetafosfat yang digunakan untuk mereduksi sifat mengembang guar gum.

  Trinatrium Trimetafosfat merupakan suatu pengikat silang yang tidak bersifat racun. Pada pH basa, senyawa kompleks ester di-polimer fosfat dibentuk dari

  

guar gum dan Trinatrium Trimetafosfat yang mengalami reaksi ikat silang

  (Gambar 2.7). Sifat mengembang pada polimer yang terikat silang menurun secara jelas (29-35 kali lipat) (Gowda et al, 2012).

  O OH ONa P

  OH O O Galaktomanan O OH

  NaO P O P ONa NaO O Galaktomanan P

  OH O O O GIF Gal-OH TMP

Gambar 2.7 Reaksi Galaktomanan Ikat Silang

  

Senyawa borax juga dapat digunakan sebagai agen pengikat silang yang

mana senyawa ini akan mebentuk kompleks dengan galaktomanan (Gambar 2.8).

  Hal ini bukan merupakan hal yang aneh karena galaktomanan memiliki gugus hidroksil yang berlimpah dan bersebelahan membentuk posisi cis. Reaksi akan terjadi pada konsentrasi yang sangat rendah pada galaktomanan dan ion borat.

  Guar Borate Ion Guar Cross-linked OH C H OH C H OH C O H O H C HO B OH B H C OH H C OH H C O O H C OH

Gambar 2.8 Reaksi galaktomanan dan ion borat

  Pada reaksi ini, akan terbentuk gel dengan penambahan senyawa borat pada galaktomanan dan larutan alkali untuk membentuk suasana alkali, dengan pH optimum diantara 7,5-10,5. Sifat dari gel yang terbentuk berdasarkan jenis galaktomanan dan konsentarasi senyawa borax yang digunakan (Chudzikowski, 1971). Glutaraldehida juga telah digunakan secara luas untuk proses ikat silang polimer yang mengandung gugus hidroksil. Telah diketahui bahwa dengan peningkatan konsentrasi glutaraldehida maka terjadi peningkatan densitas hasil ikat silang dan penurunan kemampuan mengembang pada larutan penyangga. Jika jumlah glutaraldehida yang digunakan untuk reaksi ikat silang makin tinggi maka efisiensi ikat silang rendah. Glutaraldehida merupakan pengikat silang yang bersifat racun, tetapi sifat racun itu dapat direduksi secara signfikan setelah proses ikat silang (Kabir et al,1998).

  O O OH OH OH OH

• HC(CH ) CH

  2H

  2

  3 HC(CH ) CH HC(CH ) CH

  2

  3

  2

  3 OH OH OH OH

• 2H O

  H H OH O O ^{2 O} CH(CH ) HC O

  

2

  3 C(CH ) C

  2

  3 OH HC(CH ) CH OH HO O

  2

  3 O

Gambar 2.9 Proses isomerisasi glutaraldehida dalam suasan asam dan reaksi antara gluteraldehida dan gugus hidroksil

  Sifat dari galaktomanan ikat silang tergantung dari densitas pengikat silang yang digunakan, yaitu perbandingan mol bahan pengikat silang dan mol dari unit polimer yang berulang. Selain itu, nilai kritis dari ikat silang yang terjadi per rantai diperlukan untuk membentuk suatu jaringan polimer.

  Galaktomanan ikat silang saat ini semakin dikembangkan sebagai bahan yang digunakan untuk membawa obat ke bagian usus yang bermasalah. Kemampuan mengembang dari suatu galaktomanan di dalam cairan gastrointestinal menurun dari 100-200 kali menjadi 10-35 kali tergantung jumlah bahan pengikat silang yang digunakan. Galaktomanan akan kehilangan sifat non- ioniknya disebabkan oleh proses ikat silang dan menjadi bermuatan negatif (Rana

  et al , 2011).