Trimetil kitosan klotida (TMC)/ Fe (III) Nanopartikel

sebagai Anion Exchanger pada Pemisahan Polifenol dan

Protein dalam Biji Kokoa

Makalah ini disusun untuk memenuhi tugas mata kuliah yang dibimbing oleh

Dr. Ani Mulyasuryani, Ms.

Disusun oleh :

Ayu Rahayu Anggraeni

125090200111047

JURUSAN KIMIA

FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM

UNIVERSITAS BRAWIJAYA

2015

Pendahuluan

Kakao merupakan salah satu hasil pertanian utama di Indonesia. Biji kakao yang biasa

diolah pada umumnya mengandung 54 % lemak (asam oleat, asam strearat, asam palmiat,dan

lainnya), 31 % karbohidrat (glukosan dan serat), 11 % protein (arginin, glutamin, dan leusin),

3 % polifenol (flavanol dan proansianidin) dan kurang dari 1 % mineral (Zack, 2012). Kakao

mengandung senyawa polifenol, yang dapat bertindak sebagai antioksidan yang bermanfaat

bagi kesehatan manusia. Kelompok senyawa polifenol yang banyak terdapat pada kakao

adalah flavonoid golongan flavanol. Flavanol umumnya terdapat dalam bentuk senyawa

tunggal seperti katekin dan epikatekin dan juga berbentuk senyawa oligomer seperti

prosianidin (Paembong, 2012)

Gambar 1. Struktur Catechin, Epicatechin, dan Prosianidin (Kofink, Papagianopoulos,

& Galensa, 2007)

Ekstraksi senyawa polifenol telah dilakukan dengan berbagai cara diantaranya ekstraksi

konvensional (ekstraksi cai-cair) dan dengan kromatograficair kinerja tinggi, HPLC (Budi,

2005; Jin dan Row, 2007). Ekstraksi cair-cair merupakan metode yang paling sering

digunakan dikarenakan memiliki tidak membutuhkan instrumentasi yang rumit (Budi, 2005)

dan memiliki tingkat perolehan yang baik yaitu sekitar (72-76%) (Ritter, Zimmermann, &

Galensa, 2009). Metode ekstraksi fasa padat, SPE, dapat digunakan sebagai metode alernatif

2

untuk pemisahan senyawa polifenol dalam kokoa. Sebagai perbandingan dengan ekstraksi

cair-cair, metode SPE memiliki perolehan sebesar 90-97 % dan hasil pengulangan yang baik.

Selain itu metode SPE dapat digunakan untuk memisahkan senyawa polifenol dengan protein

pada kokoa untuk pemekatan senyawa katekin (Ritter, Zimmermann, & Galensa, 2009).

Prinsip Pemisahan

Pemisahan katekin dari biji kokoa dengan metode ekstraksi fasa padat didasarkan pada

adsorbsi anion yang terbentuk pada pH 10 oleh resin anion dan kemudian di desorbsi kembali

dengan asam klorida pada pH 6,5, pH 5 dan pH 2. Pada pH tinggi, katekin (pKa1 = 8,64,

pKa2= 9,741) dan Epikatekin (pKa1= 8,69, pKa2 = 9,49) (Muzolf-Panek, Gliszczyn´ska-S

´wigło, Szymusiak, & Tyrakowska, 2012) akan melpaskan ikatan -H pada –OH dan

membentuk anion R-O- dengan penambahan ion OH- dari basa (Bo, JianMin, YuQi, &

HuiZhou, 2008). Sehingga memungkinkan katekin mengangalami pertukaran ion dalam

catridge. Disamping polifenol, biji kokoa juga mengandung protein arginin (pI = 11,15)

(Kirste, Arginin, 1998), glutamin (pI = 3,22) (Kirste, 1998) dan leusin (pI = 5,98) (Kirste,

Leucine, 1998), asam amino tersebut (glutamin dan leusin) akan membentuk muatan negatif

pada pH 10. Sehingga menyebabkan kedua fraksi ini akan ikut tertahan di dalam kolom.

Maka dari itu dilakukan pemisahan lebih lanjut pada tahapan desorpsi dengan menggunakan

asam klorida pH 6,5, 5dan 2, sehingga ketiga fraksi, katekin dan epikatekin, glutamin dan

leusin, akan terelusi secara bertahap sesuai dengan perubahan muatan yang terjadi pada

masing-masing molekul.

Gambar 2. Struktur (a) leusin, (b) arginin dan (c) glutamin (Kirste, 1998)

Pada penelitian ini digunakan kitosan termodifikasi amina quatentener, N,N,N-trimetil

kitosan klorida (TMC) yang terkapsulasi nanopartikel Fe. Modifikasi pada kitosan mampu

meningkatkan biokompabilitas, biodegradabilitas dan tingkat toksisitas yang rendah, TMC

juga menunjukkan aktivitas antimikroba, E.coli. TMC terkpsulasi Fe menunjukkan

peningkatan pengikatan anion dibandingkan polimer tanpa kapsulasi. Menurut penelitian yang

telah dilakukan, TMC-Fe menunjukkan tingkat retensi 2 kali lebih besar dibandingkan

polimer asli. Hal ini disebabkan oleh kemampuan solubilitas air yang meningkat dari TMC

sehingga analit terdifusi lebih baik (Sayed & Jardine, 2015).

3

Mekanisme

a. Adsorpsi

b. Desorpsi

4

Teknik

1. Pembuatan TMC-Fe (III) nanopartikel

TMC disintesis menggunakan metode yang dilaporkan oleh Polnok et al (2004).

kitosan (1,09 gram), NaI (2,41 gram) dan 20% NaOH (5 mL) ditambahkan ke dalam

larutan N-metil-2-pirolidin (NMP) (30mL). Reaksi homogenasi dilakukan pada suhu

60 oC selama 20 menit. Kemudian ditambahkan MeI (6 mL) dan direfluks selama 1

jam. Padatan mengendap setelah didinginkan dan penambahan campuran etanol dan

dietil eter (100 mL, 1:1). Endapan yang dihasilkan disaring dan dikeringkan pada

kondisi vakum.

Sintesis enkapsul TMC-Fe (III) nanopertikel dilakukan engan metode yang dilaporkan

oleh Trasi et al (2010).TMC (0,43 gram) dilarutkan dalam 0,5% asam asetat (200 mL)

dan ditambahkan FeCl3.6H2O (2,95 gram). Kemudian larutan amonium hidroksida

25% (200 mL) ditambahkan dengan cepat ke dalam larutan coklat dibawah sonikasi

pada 50 oC, dan disonikasi lebih lanjut selama 40 menit. Endapan coklat disaring dan

dicuci dengan air.

5

2. Pembuatan larutan polifenol standar

Larutan standar katein dan epikatein (0,2mg/mL) dipersiapkan dengan melarutkan

standar dalam metanol 70%. Larutan standar (10 mL) ditambahkan buffer amino etil

alkohol pH 10 (5 mL) (Gottumukkala, Nadimpalli, Sukala, & Subbaraju, 2014).

3. Preparasi Biji Kakao

Biji kakao dikeringkan dan dihaluskan. Sebuk kakao (100 mg) ditambahkan metanol

70 % (20 mL). Larutan dihomogenkan dengan vortex selama 90 menit dan

disentrifugasi dengan kecepatan 5000 rpm selama 10 menit. Larutan dipisahkan dari

endapannya dengan dekantasi. Ditambahkan buffer amino etil alkohol pH 10 (5 tetes)

ke dalam filtrat (10mL) (Gottumukkala, Nadimpalli, Sukala, & Subbaraju, 2014).

4. Aplikasi pemisahan polifenol dengan SPE

a. Tahap Adsorpsi

Kolom dicuci sebanyak 3 kali dengan metanol 70% pH 10 (5mL). Larutan standar

0,2 mg/mL pH 10 disimpan dalam tempat sampel dan dialirkan kedalam kolom

yang berisi cartridge dengan kecepatan alir 25 mL per menit. Hasil elusi

ditampung dalam tabung reaksi.

b. Tahap Desorpsi

Larutan HCl dengan konsentrasi 3.10-7 M (pH 6,5, 10 mLs) dialirkan kedalam

kolom dengan kecepatan alir 25 mL per menit, hasil elusi ditampung pada tabung

reaksi 1. Desorpsi dengan HCl konsentrasi 10-5 M (pH 5) ditampung pada tabung

2dan desorpsi dengan HCl konsentrasi 10-2 M (pH 2) ditampung pada tabung 2.

Tahap 4a dan 4b dilakukan juga pada larutan sampel.

5. Analisis kadar hasil ekstraksi

Larutan hasil delusi pada tabung 1 diukur serapannya dengan spektrofotometer UV

pada panjang gelombang maksimum, 279 nm (BPPI, 2000)

%katekin= Et 279Ec 279

×WsW

× 100 %

Dimana

Et 279 adalah absorban larutan contoh pada panjang gelombang 279 nm

Ec 279 adalah absorban larutan standar pada panjang gelombang 279 nm

Ws adalah berat katekin standar dinyatakan dalam mg

W adalah berat contoh gambir dinyatakan dalam mg

6

Design

7

Analit

TMC-Fe nanopartikel

Ekstrak

DAFTAR PUSTAKA

Bo, Z., JianMin, X., YuQi, L., & HuiZhou, L. (2008). Synthesis of amino-silane modified magnetic silica adsorbents and application for adsorption of flavonoids from Glycyrrhiza uralensis Fisch. Science in China Series B : chemistry, 51, 145-151.

BPPI. (2000). uji flavonoid dalam gambir. Standar Nasional Indonesia (SNI).Gottumukkala, R. V., Nadimpalli, N., Sukala, K., & Subbaraju, G. V. (2014). Determination

of Catechin and Epicatechin Content in Chocolates by High-Performance Liquid Chromatography. International Scholarly Research Notices, 2014, 1-5.

Kirste, B. (1998, 01 23). Arginin. Dipetik 10 2, 2015, dari http://www.chemie.fu-berlin.de/chemistry/bio/aminoacid/arginin_en.html

Kirste, B. (1998, 01 23). Glutamic acid. Dipetik 10 02, 2015, dari http://www.chemie.fu-berlin.de/chemistry/bio/aminoacid/glu_en.html

Kirste, B. (1998, 02 02). Leucine. Dipetik 10 02, 2015, dari http://www.chemie.fu-berlin.de/chemistry/bio/aminoacid/leucin_en.html

Kofink, M., Papagianopoulos, M., & Galensa, R. (2007). (-)-Catechin in cocoa and chocolate : occurance and analysis of atypical flavan-3-ol enansiomer. molecules, 12, 1274-1288.

Muzolf-Panek, M., Gliszczyn´ska-S´wigło, A., Szymusiak, H., & Tyrakowska, B. (2012). The influence of stereochemistry on the antioxidant properties of catechin. Eur Food Res Technol, 235, 1001–1009.

Paembong, A. (2012). Mempelajari perubahan kandungan polifenol biji kakao (Theobroma cacao L) dari hasil fermentasi yang diberi perlakuan larutan kapur. Dalam Skripsi. Makassar: Universitas Hasanudin.

Polnok, A., Borchard, G., Verhoef, J., Sarisuta, N., & Junginger, H. (2004). Influence of methylation process on the degree of quaternization of N-trimethyl chitosan chloride. Eur. J. Pharm. Biopharm, 57, 77–83.

Ritter, C., Zimmermann, B. F., & Galensa, R. (2009). Chiral separation of (+)/(−)-catechin from sulfated and glucuronidated metabolistes in human plasma after cocoa consumption. Anal Bio Chem.

Sayed, S., & Jardine, A. (2015). Chitosan Derivatives as Important Biorefinery Intermediates.Quaternary Tetraalkylammonium Chitosan Derivatives Utilized in Anion Exchange Chromatography for Perchlorate Removal. International Journal of Molecular Sciences, 16, 9064-9077.

Treutter, D. (2006). Significane of flavonoid in plant resistance : A review. Environ. Chem. Lett., 4, 147-157.

Tsai, Z., Wang, J., Kuo, H., Shen, C., Wang, J., & Yen, T. (2010). Preparation and characterization of ferrofluid stabillized with biocompatible chitosan and dextran sulfate hybrid biopolymer as a potential magnetic resonance imaging (MRI) T2 contrast agent. J. Magn. Mater, 322, 208-213.

Zack, J. (2012). Raw chocolate health benefits & profile. Dipetik 10 2, 2015, dari builtlean: http://www.builtlean.com/2012/04/12/raw-chocolate

8