Khamidah, Aniswatul and Dr. Widya Dwi Rukmi Putri,, STP, MP and Wenny Bekti Sunarharum,, STP., M.Food St., Ph.D (2022) Optimasi Amplitudo dan Waktu Ekstraksi Betasianin Kulit Buah Naga Merah Menggunakan Metode Ultrasonik serta Uji Stabilitasnya Selama Pemanasan. Magister thesis, Universitas Brawijaya.
Abstract
Popularitas pewarna alami saat ini meningkat karena konsumen semakin memperhatikan isu kesehatan dari pewarna sintetik. Kulit buah naga mengandung betasianin yang merupakan sumber pewarna alami penghasil warna merah-violet. Aplikasinya sebagai pewarna alami diperoleh dengan cara ekstraksi. Ekstraksi konvensional memerlukan waktu yang lama dan perolehan rendemen yang rendah. Solusinya maka ekstraksi dilakukan dengan cara ultrasonik. Intensitas ultrasonik bergantung pada jumlah energi yang ditransmisikan ke medium. Energi ini dipengaruhi oleh amplitudo dan waktu yang dihasilkan transduser. Amplitudo dan waktu ekstraksi yang terlalu rendah menyebabkan hasil ekstrak yang rendah. Namun jika amplitudo dan waktu ekstraksi semakin tinggi, bukannya dapat menghasilkan ekstrak yang tinggi melainkan dapat menyebabkan kerusakan yang cepat pada transduser bahkan menyebabkan transmisi ultrasonik yang buruk serta terdegradasinya senyawa yang terekstrak. Oleh karena itu dilakukan optimasi amplitudo dan waktu ekstraksi agar dihasilkan ekstrak yang optimal. Ekstrak hasil optimasi ini lalu dienkapsulasi serta diuji kestabilannya pada berbagai suhu pemanasan. Penelitian dilakukan dua tahap, tahap 1 bertujuan untuk menentukan nilai optimal amplitudo dan waktu ekstraksi serta mengetahui karakteristik mikrokapsul ekstrak hasil optimasi. Optimasi menggunakan Response Surface Methodology-Central Composit Design di aplikasi Design Expert dengan nilai batas bawah yaitu amplitudo 72% waktu 10 menit; batas atas amplitudo 96% waktu 22 menit yang ditentukan berdasar penelitian pendahuluan. Respon yang diamati pada tahap ini yaitu kandungan betasianin, nilai kemerahan dan rendemen. Ekstrak hasil optimasi selanjutnya dienkapsulasi menggunakan maltodekstrin : gum arab melalui freeze drying kemudian dilakukan pengamatan terhadap karakteristik mikrokapsul meliputi kadar air, efisiensi enkapsulasi, recovery betasianin, warna (L,a,b), densitas kamba, daya serap uap air dan kelarutan. Penelitian tahap 2 bertujuan untuk menentukan kestabilan, energi aktivasi (Ea) dan waktu paruh mikrokapsul betasianin selama pemanasan. Mikrokapsul betasianin yang dihasilkan dari tahap pertama lalu dipanaskan pada suhu 65, 115, 165°C selama 15, 30, 45 menit, yang mewakili proses pemanasan pada pasteurisasi, pengukusan dan pemanggangan. Energi aktivasi merupakan energi minimum yang harus dilampaui agar reaksi (degradasi) dapat terjadi. Ea yang rendah artinya reaksi berjalan makin cepat maka makin cepat pula memberikan kontribusi kerusakan mikrokapsul. Waktu paruh yakni waktu yang dibutuhkan untuk terdegradasi menjadi separuhnya. Informasi kestabilan, Ea dan waktu paruh diperlukan sebagai acuan dalam aplikasi betasianin sebagai pewarna karena sering melibatkan suhu dalam proses pengolahan. Nilai Ea digunakan sebagai indikator kerusakan mikrokapsul yang ditentukan berdasarkan parameter yang mempunyai nilai energi aktivasi terkecil. Hasil optimasi tahap 1 yakni amplitudo 86,51% dengan lama waktu ekstraksi 16,11 menit, menghasilkan kadar betasianin sebesar 335,96 ± 8,78 mg/L; nilai kemerahan 50,83 ± 2,23 dan rendemen 26,50 ± 0,29. Betasianin hasil optimasi lalu dienkapsulasi yang menghasilkan mikrokapsul dengan karakteristik yaitu kadar air 7,12 ± 0,11%; efisiensi enkapsulasi 99,75 ± 0,14%; recovery 89,42 ± 2,05%; nilai kecerahan (L) 59,47 ± 0,55; nilai kemerahan (a) 48,7 ± 0,56; nilai kekuningan (b) 0,87 ± 0,06; densitas kamba 0,44 ± 0,01; daya serap uap air 18,60 ± 0,83%; kelarutan 86,77 ± 0,85 %. Kandungan betasianin, nilai kemerahan dan kekuningan mikrokapsul tetap stabil sampai pemanasan pada suhu 65°C selama 30 menit. Nilai kecerahan mikrokapsul tidak menunjukkan perbedaan yang nyata antara sebelum dipanaskan dengan sesudah dipanaskan sampai pemanasan pada suhu 65°C selama 45 menit, sedangkan jika dipanaskan pada suhu 115°C mulai terdapat perbedaan yang nyata. Ea yang dihasilkan untuk tiap parameter dari yang terendah hingga tertinggi berturut-turut adalah nilai kemerahan (4484,78 kal/mol K); kekuningan (7075,52 kal/mol K); kadar betasianin (11.513,24 kal/mol K); dan tingkat kecerahan (12.311,81 kal/mol K). Waktu paruh betasianin dan tingkat kemerahan pada iii pemanasan suhu 65°C berturut-turut adalah 693 dan 2,31 menit, pada suhu 115°C adalah 46,2 dan 1,15 menit, sedangkan pada suhu 165°C adalah 14,44 dan 0,49 menit.
English Abstract
The popularity of natural dyes is currently increasing because consumers are paying attention to the health issues of synthetic dyes. Dragon fruit peels contain betacyanin pigment, which produces a red-violet color. This pigment can be extracted for further use as a natural dye. Extraction can be performed by a conventional method. However, it requires a long extraction time and a low yield. One green extraction method that has been recently used was using ultrasound. The ultrasonic intensity depends on the amount of energy transmitted to the medium. This energy is affected by the amplitude and time generated by the generator. The amplitude and extraction time are too low, causing low extract yields. However, if the amplitude and extraction time are higher, instead of producing a high extract, it can cause rapid damage to the ultrasonic transducer and even cause poor ultrasonic transmission and degradation of the extracted compounds. Therefore, it is necessary to optimize the amplitude and time of extraction to produce an optimal extract. The optimized extract was then encapsulated and tested for stability at various heating temperatures. The research was carried out in two stages. Stage 1 was aimed to determine the optimal value of the amplitude and extraction time and to determine the characteristics of the microcapsules of the optimized extract. Optimization using Response Surface Methodology-Central Composite Design (RSM-CCD) in the Design Expert application with a lower limit value of 72% amplitude in 10 minutes; the upper limit of 96% amplitude at 22 minutes determined based on preliminary research. The responses observed at this stage were betacyanin content, redness value, and yield. The optimized extract was then encapsulated using maltodextrin: gum arabic through freeze-drying and then observed on the characteristics of the microcapsules, including water content, encapsulation efficiency, betacyanin recovery, color (L, a, b), bulk density, water vapor absorption, and solubility. Stage 2 research was aimed to determine the stability, activation energy (Ea), and half-life of betacyanin microcapsules during heating. Betacyanin microcapsules were produced from the first stage were then heated at 65, 115, and 165°C for 15, 30, and 45 minutes, representing the heating process of pasteurization, steaming, and baking. Activation energy is the energy that must be exceeded so that the reaction (degradation) can occur, or it can also be interpreted as the energy required to start a degradation reaction due to the influence of temperature. A low value of Ea means that the reaction goes faster, the faster it contributes to microcapsule damage. Half-life is the time it takes to be degraded by half. Information on stability, Ea, and the half-life are needed to reference betacyanin as a dye because it often involves temperature in the processing process. The value of Ea is used as an indicator of microcapsule damage which is determined based on the parameter with the smallest activation energy value. Based on the results, the optimum treatment was 86.51% amplitude with an extraction time of 16.11 minutes, resulting in betacyanin levels of 335.96 ± 8.78 mg/L; the redness value of 50.83 ± 2.23, and the yield of 26.50 ± 0.29. The optimized betacyanin was then encapsulated and analyzed. The betacyanin microcapsule had water content of 7.12 ± 0.11%; encapsulation efficiency at 99.75 ± 0.14%; recovery of 89.42 ± 2.05%; brightness value (L) of 59.47 ± 0.55; redness value (a) of 48.7 ± 0.56; yellowness value (b) of 0.87 ± 0.06; bulk density of 0.44 ± 0.01; water vapor absorption of 18.60 ± 0.83%; and solubility of 86.77 ± 0.85%. The betacyanin content, the redness, and the yellowness of the microcapsules remained stable until heating at 65°C for 30 minutes. Heating for more than 45 minutes significantly affects stability compared to before heating. The brightness value of the microcapsules showed a significant difference when heated at a temperature of 115°C. The resulting Ea value for each parameter from the lowest to the highest was for the redness value (4484.78 cal/mol K), yellowness value (7075.52 cal/mol K), betacyanin levels (11,513.24 cal/mol K); and the brightness value (12,311.81cal/mol K). The half-life of betacyanin and the redness value at a heating temperature of 65°C were 693 and 2.31 minutes; at a temperature of 115°C were 46.2 and 1.15 minutes, while at a temperature of 165°C were 14,44 and 0.49 minutes, respectively.
| Item Type: | Thesis (Magister) |
|---|---|
| Identification Number: | 0422100001 |
| Uncontrolled Keywords: | betasianin, ekstraksi, ultrasonik, waktu paruh, energi aktivasi,betacyanin, extraction, ultrasonic, half-life, activation energy |
| Subjects: | 300 Social sciences > 338 Production > 338.1 Agriculture > 338.16 Production efficiency |
| Divisions: | S2/S3 > Magister Teknologi Hasil Pertanian, Fakultas Teknologi Pertanian |
| Depositing User: | soegeng sugeng |
| Date Deposited: | 25 Apr 2022 05:08 |
| Last Modified: | 25 Apr 2022 05:08 |
| URI: | http://repository.ub.ac.id/id/eprint/190132 |
![[thumbnail of DALAM MASA EMBARGO]](http://repository.ub.ac.id/style/images/fileicons/text.png) |
Text (DALAM MASA EMBARGO)
Aniswatul Khamidah.pdf Restricted to Registered users only until 31 December 2024. Download (1MB) |
Actions (login required)
 |
View Item |