Karakteristik Sifat Fungsional Bawang Hitam (Allium Sativum L.) Varietas Lumbu Hijau Dan Produk Serbuk Bawang Hitam Sebagai Anti Diabetes Dan Imunomodulator

Wijayanti, Novita and Prof. Dr. Ir. Tri Dewanti Widyaningsih,, M.Kes and Prof. Muhaimin Rifai,, S.Si., PhD.Med.Sc and Dr. Siti Narsito Wulan,, S.TP., MP., M.Sc (2023) Karakteristik Sifat Fungsional Bawang Hitam (Allium Sativum L.) Varietas Lumbu Hijau Dan Produk Serbuk Bawang Hitam Sebagai Anti Diabetes Dan Imunomodulator. Doktor thesis, Universitas Brawijaya.

Abstract

Bawang putih termasuk bumbu dapur yang memiliki kandungan senyawa bioaktif yang bermanfaat dalam kesehatan dan diketahui dapat mengatasi beberapa masalah penyakit. Pengolahan bawang putih menjadi bawang hitam akan meningkatkan kandungan senyawa bioaktif terutama senyawa yang mengandung sulfur, polifenol, dan flavonoid. Bawang hitam memiliki aroma dan rasa yang spesifik dan tidak semua orang suka. Pengolahan bawang hitam menjadi serbuk merupakan alternatif baru olahan bawang hitam yang lebih praktis dan lebih luas aplikasinya. Selanjutnya senyawa bioaktif dalam produk tersebut dilakukan identifikasi dengan menggunakan LC-HRMS (Liquid Chromatography High Resolution Mass Spechtrometry) dan diuji khasiatnya secara in vivo untuk mengetahui potensinya sebagai anti diabetes, anti inflamasi, dan imunomodulator pada hewan model diabetes. Diabetes merupakan penyakit yang disebabkan oleh faktor genetik, gangguan hormon insulin, kelebihan berat badan, kurang beraktivitas fisik, dan kebiasaan konsumsi makanan tinggi gula. Kondisi diabetes dapat mengubah komponen sistem kekebalan tubuh. Perubahan imunologis ini meliputi perubahan kadar sitokin dan kemokin spesifik. Peningkatan produksi sitokin menentukan profil inflamasi sehingga patogenesis diabetes juga dapat menyebabkan inflamasi. Tujuan penelitian ini adalah menghasilkan produk serbuk bawang hitam dengan kondisi proses yang optimal untuk mendapatkan senyawa bioaktif dan aktivitas antioksidan yang tinggi, mengetahui senyawa bioaktif yang terkandung dalam ekstrak air bawang hitam dan mengetahui potensi bawang hitam sebagai antidiabetes. Percobaan tahap pertama adalah ekstraksi bawang hitam dengan pelarut air dan enkapsulasi ekstrak bawang hitam dengan menggunakan spray dryer. Rancangan percobaan dalam percobaan ekstraksi bawang hitam adalah Rancangan Acak Kelompok (RAK) terdiri dari dua faktor yaitu suhu dan waktu ekstraksi. Respon yang diukur adalah aktivitas antioksidan (DPPH, ABTS, FRAP), kadar total flavonoid dan kadar total fenol. Perlakuan terbaik dari ekstrak air bawang hitam Lumbu Hijau juga dilakukan identifikasi senyawa bioaktif dengan menggunakan LC-HRMS (Liquid Chromatography High Resolution Mass Spechtrometry). Penelitian tahap dua dilaksanakan dengan menggunakan ekstrak air bawang hitam dengan perlakuan terbaik dilanjutkan dengan proses enkapsulasi yang terdiri dari satu faktor yaitu suhu inlet spray drying (165, 180, 195, 210, dan 225oC) dengan menggunakan Rancangan Acak Lengkap (RAL). Parameter yang diukur adalah rendemen, kadar air, higroskopisitas, densitas kamba dan densitas nyata, wettability, kadar total fenol, kadar total flavonoid dan aktivitas antioksidan. Penelitian tahap tiga menggunakan model penelitian Rancangan Acak Lengkap (RAL) dengan satu faktor yakni perlakuan pemberian produk bawang hitam dan serbuk bawang hitam kepada mencit diabetes yang diinduksi aloksan 200 mg/kg berat badan. Rancangan penelitian yang digunakan adalah the post test only with control group design. Parameter yang diuji pada tahap ketiga ini antara lain: kadar gula darah puasa, berat badan, insulin-GLP1, sel T CD4+, sel T CD8+, sel CD4+CD62L+, sel CD8+CD62L+, sel CD11b+, sel B220 serta beberapa sitokin yaitu IL-6, TNF-α dan iFN-γ. Hasil penelitian tahap I menunjukkan bahwa ekstraksi bawang hitam secara infusa dengan menggunakan air sebagai pelarut diperoleh hasil yang paling baik jika menggunakan suhu 100 oC selama 60 menit. Ekstrak air bawang hitam dengan, menggunakan kondisi ini adalah kadar total fenol 8.732,635 μg GAE/mg, kadar total flavonoid 1.847,358 μg QE/mg, aktivitas antioksidan DPPH 278,384 μg TE/mg, aktivitas antioksidan ABTS 1.438,636 μg TE/mg, dan aktivitas antioksidan FRAP 715,738 μg TE/mg. Identifikasi senyawa bioaktif ekstrak air bawang hitam Lumbu Hijau dengan menggunakan metode LC-HRMS menunjukkan bahwa terdapat 140 jenis senyawa yang terkelompok menjadi 8 jenis yaitu vitamin B, gula, asam amino, nukleotida, senyawa berkhasiat obat, asam karboksilat, alkaloid, fenol dan ada beberapa senyawa yang belum diketahui namanya. Perlakuan terbaik dari proses ekstraksi ini kemudian digunakan untuk memproduksi serbuk bawang hitam. Hasil penelitian tahap 2 menunjukkan bahwa perlakuan terbaik dari proses spray drying yaitu dengan menggunakan suhu inlet 225 oC berdasarkan sebelas parameter yaitu rendemen 6,566 %; kadar air 2,580 %; higroskopisitas 2,655 %; densitas kamba 0,268 g/ml; densitas nyata 0,345 g/ml; wettability 405,333 detik; kadar total fenol 6.565,982 μg GAE/mg; kadar total flavonoid 1.657,843 μg QE/mg; aktivitas antioksidan dengan DPPH 338,826 μg TE/mg; ABTS 1327,943 μg TE/mg dan FRAP 504,372 μg TE/mg. Penelitian tahap 3 dilaksanakan secara in-vivo menggunakan 12 ekor hewan coba berupa mencit jantan yang dibagi ke dalam empat kelompok perlakuan. Keempat kelompok tersebut antara lain kelompok mencit normal, kelompok mencit diabetes, kelompok mencit diabetes yang diberi bawang hitam dosis 100 mg/kg berat badan dan mencit diabetes yang diberi serbuk bawang hitam dosis 100 mg/kg berat badan. Pemberian bawang hitam dilakukan selama 35 hari dengan cara disonde. Pengukuran berat badan dan kadar glukosa puasa dilakukan setiap minggu. Mencit diabetes yang mendapat bawang hitam menunjukkan penurunan kadar glukosa puasa sedangkan berat badan tidak menunjukkan perubahan yang signifikan untuk semua kelompok. Pada akhir pengujian, bagian pankreas dan limpa mencit dianalisis menggunakan metode flowcytometry. Bagian pankreas digunakan untuk analisa prosentase insulin dan GLP-1. Pemberian serbuk bawang hitam menunjukkan peningkatan jumlah insulin dan GLP-1 pada mencit diabetes. Bagian limpa digunakan untuk pengujian imunomodulator. Pemberian bawang hitam dan serbuk bawang hitam tidak memberikan pengaruh pada prosentase jumlah sel T CD4+ dan CD8+ serta sel makrofag. Pemberian bawang hitam menunjukkan penurunan jumlah sel T yang mengekspresikan sitokin pro inflamasi (TNF-α, IFN-γ dan IL-6). Dengan demikian dapat diketahui bahwa bawang hitam dan serbuk bawang hitam berpotensi sebagai antidiabetes dan imunomodulator.

English Abstract

Garlic is a spice that contains bioactive compounds that are beneficial for health and are known to overcome several disease problems. Processing raw garlic into black garlic will increase the content of bioactive compounds, especially sulfur-containing compounds, polyphenols, and flavonoids. Black garlic has a specific aroma and flavor that not everyone likes. Processing black garlic into powder is a new alternative to processed black garlic that is more practical and has a wider application. Furthermore, the bioactive compounds in the product were identified using LC-HRMS (Liquid Chromatography High Resolution Mass Spechtrometry) and tested for efficacy in vivo to determine their potential as anti-diabetes, anti-inflammatory, and immunomodulators in animal models of diabetes. Diabetes is a disease caused by genetic factors, insulin hormone disorders, being overweight, a lack of physical activity, and high sugar food consumption habits. Diabetes can alter components of the immune system. These immunological changes include changes in specific cytokine and chemokine levels. Increased cytokine production determines the inflammatory profile, so the pathogenesis of diabetes can also cause inflammation. The purpose of this study was to produce black garlic powder products with optimal process conditions to obtain bioactive compounds and high antioxidant activity, to determine the bioactive compounds contained in black garlic water extract, and to determine the potential of black garlic as an antidiabetic and immunomodulator. The first stage of the experiment was the extraction of black garlic with water solvent and the encapsulation of black garlic extract using a spray dryer. The experimental design in the black garlic extraction experiment is a group randomized design (GRD) consisting of two factors, namely temperature and extraction time. The measured responses were antioxidant activity (DPPH, ABTS, and FRAP), total flavonoid content, and total phenol content. The best treatment of Lumbu Hijau black garlic water extract was also carried out to identify bioactive compounds using LC-HRMS (Liquid Chromatography High Resolution Mass Spechtrometry). The second stage of the research was carried out by using black garlic water extract with the best treatment, followed by an encapsulation process consisting of one factor, namely spray drying inlet temperature (165, 180, 195, 210, and 225 oC) using a completely randomized design (CRD). The parameters measured were yield, moisture content, hygroscopicity, bulk density and tapped density, wettability, total phenol content, total flavonoid content, and antioxidant activity. The third stage of the study used a completely randomized design (CRD) research model with one factor, namely the treatment of diabetic mice with black garlic products and black garlic powder induced by alloxan at 200 mg/kg body weight. The research design used is the post-test only with a control group design. The parameters tested in this third stage include fasting blood sugar levels, body weight, insulin levels, GLP1 levels, CD4+ T cells, CD8+ T cells, CD4+CD62L+ cells,CD8+CD62L+ cells, CD11b+ cells, B220 cells and several cytokines (IL6, TNFα and interferon γ). The results of first-stage research showed that the extraction of black garlic by the infusion method using water as a solvent obtained the best results when using a temperature of 100 oC for 60 minutes. The water extract of black garlic using this condition has a total phenol content of 8.732,635 μg GAE/mg, a total flavonoid content of 1.847,358 μg QE/mg, DPPH antioxidant activity of 278,384 μg TE/mg, ABTS antioxidant activity of 1.438,636 μg TE/mg, and FRAP antioxidant activity of 715,738 μg TE/mg. The identification of bioactive compounds in the aqueous extract of Lumbu Hijau black garlic using the LC-HRMS method showed that there were 140 types of compounds that were grouped into 8 types, namely vitamins B, sugars, amino acids, nucleotides, medicinal compounds, carboxylic acids, alkaloids, phenols, and some unknown compounds. The best treatment from this extraction process is then used to produce black garlic powder. The results of the second stage showed that the best treatment of the spray drying process was using an inlet temperature of 225 oC based on eleven parameters, namely yield of 6,57%, moisture content of 2,58%, hygroscopicity of 2,66%, bulk density of 0,268 g/ml, tapped density of 0,345 g/ml, wettability of 405,333 seconds, total phenol content of 6.565,98 of μg GAE/mg, total flavonoid content of 1.657,843 μg QE/mg, antioxidant activity with DPPH 338,826 μg TE/mg, ABTS 1.327,943 μg TE/mg and FRAP 504,372 μg TE/mg. Third-stage research was carried out in vivo using 12 experimental animals in the form of male mice divided into four treatment groups. The four groups included normal mice, diabetic mice, diabetic mice administered with a dose of 100 mg/kg body weight of black garlic, and diabetic mice administered with a dose of 100 mg/kg body weight of black garlic powder. The black garlic treatment was done for 35 days by the intragastric method. Body weight measurements and fasting glucose levels were taken weekly. Diabetic mice that received black garlic showed a decrease in fasting glucose levels, while body weight did not show significant changes for all groups. At the end of the experiment, pancreas and spleen sections of mice were analyzed using the flow cytometry method. The pancreas was used to analyze insulin and GLP-1 levels. Administration of black garlic powder showed an increase in insulin and GLP-1 levels in diabetic mice. The spleen was used for immunomodulatory testing. Administered of black garlic and black garlic powder does not affect the percentage of the number of CD4+ and CD8+ T cells and macrophage cells. Administered of black garlic showed a decrease in the number of T cells expressing pro-inflammatory cytokines (TNF-α, IFN-γ, and IL-6). Thus, it was known that black garlic and black garlic powder have the potential to be antidiabetic and immunomodulatory.

Item Type:	Thesis (Doktor)
Identification Number:	062310
Uncontrolled Keywords:	bawang hitam, diabetes, ekstraksi, imunomodulator, spray drying
Divisions:	S2/S3 > Doktor Teknik Industri Pertanian, Fakultas Pertanian
Depositing User:	Unnamed user with username nova
Date Deposited:	06 Mar 2024 06:27
Last Modified:	06 Mar 2024 06:27
URI:	http://repository.ub.ac.id/id/eprint/216914

Text (DALAM MASA EMBARGO) Novita Wijayanti.pdf Restricted to Registered users only Download (11MB)

Actions (login required)

View Item