Sukardi (2016) Elektroporasi Membran Sel Untuk Meningkatkan Efisiensi Distilasi Minyak Nilam (Pogostemon Cablin, Benth). Doctor thesis, Universitas Brawijaya.
Abstract
Minyak nilam diekstrak dari daun dan batang tanaman nilam yang dilayukan atau dikeringkan, tanpa atau dengan fermentasi sebelum ekstraksi dengan teknik distilasi dan menghasilkan minyak relatif rendah. Tingginya variasi teknologi proses menyebabkan kualitas dan harga tidak stabil, pada akhirnya akan berdampak pada sistem produksi mulai dari hulu sampai hilir. Keunggulan kompetitif sebuah produk, kunci utamanya adalah teknologi dan rekayasa proses. Tanpa teknologi yang baik dan terstandarisasi, nilai tambah produk dan keunggulan bersaing tidak akan dapat dicapai dengan sempurna. Distilasi minyak atsiri nilam yang ada di industri (UKM) saat ini menggunakan distilator uap air langsung, dengan waktu proses kurang lebih 7-8 jam untuk 75-100 kg tanaman nilam kering, dengan hasil (yield) berkisar antara 1,5 - 1,8% dari total kandungan minyak atsiri yang ada ±3,2%. Kondisi di atas memperlihatkan adanya pemborosan dan ketidakefisienan proses produksi. Minyak atsiri sebagai produk yang mempunyai “nilai” berada di dalam sel tanaman, sehingga untuk mengambil minyak tersebut perlu perlakuan tertentu. Minyak nilam tersimpan dalam sel yang disebut glandular trichoma (GT) dan sel glandular mesophila (GM) pada daun, ranting maupun batang tanaman nilam. Perlakuan pendahuluan diperlukan untuk memecah sel tanaman, sehingga distilasi lebih mudah dan lebih cepat. Salah satu teknik yang dapat dilakukan untuk memecah (merusak) membran sel adalah Pulsed Electric Field (PEF = medan listrik berpulsa/berdenyut) dan dikenal dengan istilah elektroporasi. Elektroporasi sel adalah pemberian tegangan listrik pada sel, agar sel mengalami kerusakan (pecah/porous) tanpa merusak komponen bioaktif yang ada di dalam sel, seperti minyak atsiri. Perlakuan awal sebelum proses untuk ekstraksi bahan bioaktif tanaman dengan menggunakan PEF sudah diteliti, namun untuk distilasi minyak atsiri, khususnya minyak nilam, masih belum ditemukan laporan hasil penelitiannya. Penerapan medan listrik berpulsa sebagai perlakuan awal bertujuan untuk meningkatkan efisiensi penyulingan minyak nilam. Namun sebelum proses distilasi dilakukan, peneliti ingin mengetahui: 1). Kerusakan (porositas) sel yang mengandung minyak atsiri (sel GT) pada tanaman nilam (khususnya pada daun) akibat perlakuan PEF; 2). Berapa nilai optimal tegangan (medan listrik), frekuensi, paparan PEF dan jarak katoda-anoda yang diperlukan; 3). Apakah perlakuan PEF sebagai perlakuan awal sebelum proses distilasi dapat meningkatkan hasil (yield) dan efisiensi proses ekstraksi serta mempertahankan kualitas minyak nilam yang diperoleh. Dalam penelitian ini dibagi menjadi 4 (empat) tahapan. Tahapan pertama adalah percobaan eksplorasi untuk melihat karakteristik sel-sel penyimpan minyak xi atsiri. Tahapan kedua sampai ke empat menggunakan teknik eksperimen dengan analisis statistik (uji ANOVA). Adapun rangkaian penelitian seperti berikut: 1). Karakterisasi dan analisis keberadaan sel-sel glandular trichoma (GT) sebagai tempat menyimpan minyak atsiri nilam (tanpa perlakuan PEF) untuk melihat morfologi sel GT daun nilam basah, dilakukan pada 1 (satu) lembar daun nilam basah. Selanjutnya diperlakukan dengan tegangan listrik 500-1000 volt, frekuensi 500-1000 Hz dan waktu paparan PEF 2-4 detik, kemudian diamati perubahan struktur sel GT. Dilakukan juga pada tumpukan 5 dan 10 lembar daun basah dengan perlakuan tegangan listrik 1500 volt, frekuensi 1500 Hz dan paparan PEF 5, 10 dan 15 detik. Pengamatan sel GT secara mikroskopis (mikroskop optik dan SEM). Penelitian eksplorasi tanpa rancangan percobaan. 2). Pengaruh kombinasi perlakuan (tegangan listrik, frekuensi, paparan PEF dan jarak katoda-anoda) terhadap tingkat kerusakan sel GT pada satu lembar daun nilam basah. Penelitian dilakukan menggunakan teknik eksperimen dengan rancangan acak kelompok dan disusun secara faktorial dengan uji ANOVA. Penelitian dilakukan dengan langkah percobaan: a). Pengaruh tegangan listrik (500, 1000, 1500, 2000 volt) dan waktu paparan PEF (2 dan 3 detik) pada frekuensi tetap 1000 Hz. b). Pengaruh frekuensi (500, 1000, 1500, 2000 Hz) dan waktu paparan PEF (2, 3 detik) pada tegangan tetap 1000 volt. c). Pengaruh tegangan listrik (1000, 1500, 2000 volt) dan jarak katoda-anoda (10, 15 cm) pada frekuensi tetap 1000 Hz. d). Pengaruh tegangan listrik (600, 800, 1000, 1100, 1250, 1500, 2000), frekuensi (1000, 2000 Hz) dan paparan PEF (3 detik) terhadap struktur sel GT. Selanjutnya menghitung nilai medan listrik (E) dan nilai energi spesifik masukan (W) yang mampu merusak/memecah sel GT. 3). Pengaruh perlakuan PEF terhadap hasil (yield) minyak nilam yang diperoleh. Penelitian menggunakan rancangan acak kelompok (RAK) dan disusun secara faktorial kemudian dianalisis menggunakan uji ANOVA. Bahan baku adalah tanaman nilam umur 7 bulan, dikering angin sampai kadar air ±20%, ditimbang sejumlah 300 gr, kemudian melakukan distilasi dan menganalisis kualitas dan efisiensi proses baik tanpa maupun setelah diperlakukan dengan PEF (jarak katoda-anoda 15 cm, waktu paparan PEF 15 detik). Rangkaian penelitian yang dilakukan adalah: a). Pengaruh tegangan listrik (1500, 2250 volt) dan frekuensi (1000, 1250, 1500 Hz) terhadap hasil (yield) minyak nilam (distilasi 6 jam). b). Pengaruh tegangan listrik (1500, 2250 volt) dan paparan PEF (10, 15, 20, 25 detik) terhadap hasil (yield) minyak nilam (distilasi 6 jam). c). Pengaruh tegangan (1000, 1500, 2000 volt) dan frekuensi (1000, 2000 Hz) terhadap hasil (yield) minyak nilam (distilasi 6 jam). 4). Optimasi proses menggunakan rancangan komposit terpusat (Central Composite Design/CCD) dengan Response Surface Methodology (RSM). Hasil dari serangkaian penelitian yang telah dilakukan sebagai berikut: Sel glandular trikoma (GT) daun nilam berbentuk bulat sampai lonjong, berada pada jaringan epidermis atas dan epidermis bawah daun. Diamater sel GT rerata untuk permukaan daun atas 56,31 μm, permukaan daun bawah 59,75 μm, ketebalan dinding sel GT rerata 0,47 μm dan jumlah sel/kerapatan 1155 buah/cm2. Tegangan listrik, frekuensi, paparan PEF dan jarak katoda-anoda yang optimal untuk merusak jaringan/membran sel glandular trikoma (GT) daun nilam basah, xii berturut-turut adalah: 1250 volt (medan listrik 125 V/cm); 1000 Hz; 3 detik dan 10 cm. Voltase dan paparan PEF berpengaruh sangat nyata terhadap kerusakan dinding sel GT, sedangakan frekuensi berpengaruh nyata dan jarak katoda-anoda tidak berpengaruh terhadap kerusakan sel-sel GT daun nilam. Hasil optimasi kerusakan dinding sel GT daun nilam terjadi pada kuat medan listrik 133,33 V/cm dalam kurun waktu 15 detik. Kondisi tersebut setara dengan energi spesifik masukan (W) pada chamber sebesar 6,67 J/cm3. Dinding sel-sel GT dalam kondisi berkerut diperlukan energi spesifik masukan pada chamber sebesar 4,40 J/cm3. Kuat medan listrik sebesar 133 V/cm dan energi spesifik masukan 6,67 J/cm3 merupakan keterbaruan (novelty) dari penelitian. Untuk merusak sel-sel GT tanaman kering secara sempurna diperlukan energi spesifik masukan sebesar 95 J/cm3 atau medan listrik 100 V/cm selama 15 detik. Perlakuan kuat medan listrik sebesar 133,33 V/cm selama 15 detik atau setara energi spesifik masukan sebesar 0,095 kJ/cm3, sebelum distilasi dapat meningkatkan volume minyak nilam sebesar ±45% dibanding tanpa perlakuan PEF. Efisiensi distilasi yang diperoleh adalah ±85%. Kualitas minyak nilam mengalami perubahan dari segi kandungan komponen makro (patchouli alkohol dari 21,6% menjadi 18,5%), namun untuk komponen mikro terjadi peningkatan. Terdapat peningkatan sebanyak 8 macam komponen mikro yang ada. Warna minyak nilam cenderung kuning keemasan dan aroma lebih tajam. Hasil optimasi diperoleh bahwa sebelum disitilasi sebaiknya diperlakukan dengan PEF pada kondisi tegangan sebesar 1999 volt (setara kuat medan listrik E= 133 V/cm), frekuensi 1875 Hz, paparan PEF 15 detik, dan waktu distilasi selama 8 jam. Perhitungan secara absolut diperoleh kenaikan kandungan patchouli alkohol ±4,25%, epiglobulo
| Item Type: | Thesis (Doctor) |
|---|---|
| Identification Number: | DIS/571.64/SUK/e/2016/061611478 |
| Subjects: | 500 Natural sciences and mathematics > 571 Physiology and related subjects > 571.6 Cell biology |
| Divisions: | S2/S3 > Magister Teknik Elektro, Fakultas Teknik |
| Depositing User: | Nur Cholis |
| Date Deposited: | 12 Apr 2017 13:09 |
| Last Modified: | 12 Apr 2017 13:09 |
| URI: | http://repository.ub.ac.id/id/eprint/160492 |
Actions (login required)
 |
View Item |