BUKU AJAR - TEKNOLOGI BAHAN ALAM

Buku Ajar: Teknologi Bahan Alam

i


BUKU AJAR

TEKNOLOGI BAHAN ALAM

Agung Nugroho Diterbitkan oleh: Lambung Mangkurat University Press, 2017 d.a. Perpustakaan Pusat Universitas Lambung Mangkurat Jl. H. Hasan Basry, Kayu Tangi, Banjarmasin 70123 Telp/Faks. 0511-3305195 Hak cipta dilindungi oleh Undang-Undang. Dilarang Memperbanyak buku ini sebagian atau seluruhnya, dalam bentuk dan cara apa pun, baik secara mekanik maupun elektronik, termasuk fotokopi, rekaman, dan lain-lain tanpa izin tertulis dari penerbit. xiv-155 h 18,2 x 25 cm Cetakan pertama, Februari 2017 Lay out : Agung Nugroho

ISBN 978-602-6483-12-6

9

786026

483126

ii


PRAKATA Buku Ajar Teknologi Bahan Alam ini disusun sebagai bahan pengajaran pada mata kuliah Teknologi Minyak Atsiri, Rempah, dan Fitofarmaka bagi mahasiswa Teknologi Industri Pertanian. Buku ini juga dapat dijadikan sebagai bahan bantu bagi mahasiswa Farmasi dan Kimia untuk memahami tentang kimia bahan alam, teknologi sediaan bahan alam, dan farmakognosi. Bahan alam sendiri dapat didefinisikan sebagai substansi kimia golongan metabolit sekunder yang dapat berupa senyawa tunggal maupun campuran beberapa senyawa dalam bentuk ekstrak atau sediaan kering, yang berasal dari bagian tertentu atau keseluruhan tubuh suatu agen hayati (tumbuhan, mikroorganisme,

ataupun

hewan)

yang

dimanfaatkan

karena

efek

farmakologisnya. Bahan alam memiliki potensi yang luar biasa untuk dikembangkan menjadi produk yang bernilai tinggi baik sebagai produk farmasetik, nutrasetik, makanan fungsional, maupun kosmetik. Pengelolaan bahan alam melalui kegiatan industri membutuhkan landasan pengetahuan yang kuat mengenai karakteristik bahan yang menjadi material utamanya. Untuk itu buku ini disusun guna membekali mahasiswa dengan pengetahuan mengenai karakteristik bahan alam beserta teknologi ekstraksi dan proses lanjutannya. Buku ini terdiri dari delapan bab yang dimulai dari pengetahuan tentang bahan alam dan metabolit sekunder, pengetahuan mengenai kelompok-kelompok metabolit sekunder, pengetahuan tentang ragam produk dan pemanfaatan bahan alam, dilanjutkan dengan teknik seleksi dan penyiapan bahan, teknik ekstraksi, teknik fraksinasi dan isolasi, kemudian secara

iii

Buku Ajar: Teknologi Bahan Alam lebih khusus disampaikan mengenai teknik-teknik ekstraksi minyak atsiri beserta pengelompokkan dan sifat-sifatnya. Dengan memahami delapan bab tersebut, diharapkan mahasiswa memiliki landasan yang cukup tentang pengetahuan bahan alam beserta cara penanganannya dalam rangka mengembangkan potensi bahan alam Indonesia menjadi produk-produk yang bernilai tinggi yang bermanfaat baik secara fungsional maupun ekonomi bagi masyarakat luas. Terima kasih kepada semua pihak yang telah berperan dalam mewujudkan buku ini, baik secara langsung maupun tidak langsung. Semoga buku ini bermanfaat dan berkontribusi bagi perkembangan dan kemajuan dalam pengelolaan bahan alam di Indonesia.

Banjarbaru, Januari 2017. Penulis

iv


DAFTAR ISI PRAKATA

iii

DAFTAR TABEL

ix

DAFTAR GAMBAR

x

1. BAHAN ALAM DAN METABOLIT SEKUNDER 1.1. Deskripsi Singkat 1.2. Relevansi 1.3. Kompetensi 1.4. Pengantar 1.5. Pengertian Bahan Alam (Natural Products) 1.6. Metabolit Sekunder dan Fitokimia 1.7. Agroindustri Bahan Alam 1.8. Rangkuman 1.9. Latihan 1.10. Bacaan Lanjutan yang Dianjurkan

2. KELOMPOK SENYAWA METABOLIT SEKUNDER 2.1. Deskripsi Singkat 2.2. Relevansi 2.3. Kompetensi 2.4. Pengantar 2.4.1. Terpenoid 2.4.1.1. Monoterpene 2.4.1.2. Sesquiterpene 2.4.1.3. Diterpene 2.4.1.4. Triterpene 2.4.1.5. Tetraterpene 2.4.1.6. Saponin

2.4.2. Alkaloid 2.4.3. Fenolik 2.4.3.1. Flavonoid 2.4.3.2. Non-flavonoid

2.5. Rangkuman 2.6. Latihan 2.7. Bacaan Lanjutan yang Dianjurkan

3. RAGAM PRODUK BAHAN ALAM

1 1 2 2 3 3 6 8 10 11 11 13 13 13 14 14 14 16 17 18 19 20 21 22 24 25 32 38 38 39 40

v

Buku Ajar: Teknologi Bahan Alam 3.1. Deskripsi Singkat 3.2. Relevansi 3.3. Kompetensi 3.4. Pengantar 3.5. Minyak Atsiri (Essential Oils) 3.5.1. Pengertian dan Karakteristik Minyak Atsiri 3.5.2. Sumber Minyak Atsiri 3.5.3. Pemanfaatan Minyak Atsiri 3.6. Produk Farmasetik (Pharmaceuticals) 3.7. Produk Kosmetik (Cosmetics) 3.8. Produk Nutrasetik (Nutraceuticals) 3.9. Produk Herbal di Indonesia 3.9.1. Jamu 3.9.2. Obat Herbal Terstandar (OHT) 3.9.3. Obat Fitofarmaka 3.10. Rangkuman 3.11. Latihan 3.12. Bahan Bacaan yang Dianjurkan

4. PEMILIHAN DAN PENYIAPAN BAHAN

58 58 59 59 59 60 60 61 61 61 63 66 67 68 69

4.1. Deskripsi Singkat 4.2. Relevansi 4.3. Kompetensi 4.4. Pengantar 4.5. Pemilihan Bahan 4.5.1. Seleksi 4.5.2. Identifikasi 4.6. Penyiapan Bahan 4.6.1. Pemanenan (Koleksi) Bahan 4.6.2. Pengeringan 4.6.3. Pengecilan Ukuran 4.7. Rangkuman 4.8. Latihan 4.9. Bahan Bacaan yang Dianjurkan

5. TEKNIK EKSTRAKSI BAHAN ALAM

70 70 71 71 72 72 74 76

5.1. Deskripsi Singkat 5.2. Relevansi 5.3. Kompetensi 5.4. Pengantar 5.5. Prinsip Ekstraksi 5.5.1. Maserasi 5.5.2. Perkolasi

40 40 41 41 41 41 42 44 45 48 50 51 52 53 54 55 57 57

vi

Buku Ajar: Teknologi Bahan Alam 5.5.3. Ekstraksi dengan Reflux 5.5.4. Ekstraksi dengan Soxhlet 5.5.5. Ekstraksi dengan Ultrasonikasi 5.5.6. Ekstraksi dengan Pelarut Bertekanan (Pressurized Solvent Extraction) 5.6. Menentukan Teknik Ekstraksi dan Pelarut yang Tepat 5.7. Rangkuman 5.8. Latihan 5.9. Bahan Bacaan yang Dianjurkan

6. TEKNIK FRAKSINASI DAN ISOLASI BAHAN ALAM 6.1. Deskripsi Singkat 6.2. Relevansi 6.3. Kompetensi 6.4. Pengantar 6.5. Fraksinasi Ekstrak Bahan Alam 6.5.1. Fraksinasi dengan liquid-iquid extraction. 6.5.2. Fraksinasi dengan kolom kromatografi 6.6. Isolasi Senyawa Metabolit Sekunder 6.6.1. Prinsip Kromatografi 6.6.2. Tipe Kromatografi 6.6.3. Kromatografi Kolom 6.6.4. Kromatografi Lapis Tipis 6.7. Rangkuman 6.8. Latihan 6.9. Bahan Bacaan yang Dianjurkan

7. TEKNIK EKSTRAKSI MINYAK ATSIRI 7.1. Deskripsi Singkat 7.2. Relevansi 7.3. Kompetensi 7.4. Pengantar 7.5. Ekstraksi dengan Destilasi 7.5.1. Destilasi dengan air (water destillation) 7.5.2. Destilasi dengan air dan uap (water and steam destillation) 7.5.3. Destilasi dengan uap (steam destillation) 7.6. Ekstraksi dengan Teknik Pengepresan 7.7. Ekstraksi dengan Pelarut Organik 7.8. Enfleurasi (Ekstraksi dengan lemak dingin) 7.9. Ekstraksi dengan metode maserasi (lemak panas) 7.10. Rangkuman 7.11. Latihan 7.12. Bahan Bacaan yang Dianjurkan

vii

78 79 81 83 86 87 88 89

90 90 90 91 91 92 93 95 96 100 103 105 110 115 116 116 117 117 118 118 118 119 119 121 123 124 125 126 129 130 131 132

Buku Ajar: Teknologi Bahan Alam 8. KELOMPOK DAN SIFAT FISIKOKIMIA MINYAK ATSIRI 8.1. Deskripsi Singkat 8.2. Relevansi 8.3. Kompetensi 8.4. Pengantar 8.5. Pengelompokkan Minyak Atsiri 8.5.1. Terpene 8.5.2. Ester 8.5.3. Aldehida 8.5.4. Ketone 8.5.5. Alkohol 8.5.6. Fenol 8.6. Sifat Fisik Minyak Atsiri 8.6.1. Aroma yang khas. 8.6.2. Berat Jenis 8.6.3. Indeks Bias 8.6.4. Putaran Optik 8.6.5. Kelarutan dalam Alkohol 8.6.6. Warna 8.7. Sifat Kimia Minyak Atsiri 8.7.1. Bilangan Asam 8.7.2. Bilangan Ester 8.8. Reaksi yang Mempengaruhi Sifat Kimia Minyak Atsiri 8.8.1. Reaksi Oksidasi 8.8.2. Reaksi Hidrolisis 8.8.3. Reaksi Resinifikasi 8.9. Proses yang Mempengaruhi Perubahan Sifat Fisik dan Kimia Minyak Atsiri 8.9.1. Penyimpanan Bahan 8.9.2. Proses Ekstraksi 8.10. Rangkuman 8.11. Latihan 8.12. Bahan Bacaan yang Dianjurkan

133 133 134 134 134 135 135 136 136 137 137 137 138 138 139 139 140 141 142 143 143 143 144 144 144 144 145 145 145 145 146 146

DAFTAR PUSTAKA

147

GLOSARIUM

149

INDEX

152

PROFIL PENULIS

155

viii


DAFTAR TABEL Tabel 3.1. Sejumlah senyawa aktif metabolit sekunder beserta sumber tanaman dan efek farmakologisnya

46

Tabel 3.2. Contoh bahan alam yang dimanfaatkan sebagai produk perawatan kulit.

49

Tabel 3.3. Contoh bahan alam yang dimanfaatkan sebagai produk perawatan rambut.

49

Tabel 5.1. Sifat fisik dan kimia beberapa pelarut organik yang digunakan pada ekstraksi bahan alam

87

Tabel 8.1. Standar mutu fisik dan kimia minyak nilam berdasarkan SNI 06-2385-2006.

ix

143


DAFTAR GAMBAR Gambar 1.1. Akar kuning dan bentuk ekstraknya.

5

Gambar 1.2. Jalur biosintesis metabolit sekunder pada tumbuhan.

7

Gambar 1.3. Pemanfaatan bahan alam dalam industri.

9

Gambar 2.1. Stuktur senyawa terpenoid myrcene yang tersusun atas dua sturktur isoprene.

15

Gambar 2.2. Struktur kimia geranyl pyrophosphate.

16

Gambar 2.3. Struktur kimia limonen.

17

Gambar 2.4. Rimpang jaher dan struktur kimia zingiberene.

18

Gambar 2.5. Retinol, sebuah contoh diterpen.

19

Gambar 2.6. Ginseng dan ginsenoside.

20

Gambar 2.7. Beta-karoten, sebuah tetraterpen yang penting.

21

Gambar 2.8. Saponin dan busa saponin pada teh.

22

Gambar 2.9. Kafein dalam biji kopi.

23

Gambar 2.10. Struktur umum flavonoid.

25

Gambar 2.11. Flavonol (kiri) dan flavone (kanan).

26

Gambar 2.12. Quercetin (kiri) dan kaempferol (kanan).

27

Gambar 2.13. Hyperoside, glukosida dari quercetin.

28

Gambar 2.14. Flavone (kiri) dan isoflavone (kanan).

29

Gambar 2.15. Struktur umum isoflavone serta hesperidin (isoflavone pada buah jeruk).

30

Gambar 2.16. Struktur kimia catechin.

31

Gambar 2.17. Struktur umum anthocyanidin (aglicone dari anthocyanin).

32

Gambar 2.18. Tiga kemungkinan posisi hidroksil pada hydroxybenzoic acid.

33

Gambar 2.19. Gallic acid (trihydroxybenzoic acid).

34

Gambar 2.20. Hydroxycinnamic acid (kiri) dan cinnamic acid (kanan).

35

x

Buku Ajar: Teknologi Bahan Alam Gambar 2.21. Caffeic acid (kanan) dan coumaric acid (kiri).

35

Gambar 2.22. Salah satu contoh tanin (tannic acid).

37

Gambar 3.1. Beberapa pemanfaatan minyak atsiri sebagai produk kesehatan.

44

Gambar 3.2. Perbedaan produk farmasetik dan nutrasetik.

50

Gambar 3.3. Logo jamu, obat herbal terstandar, dan fitofarmaka.

52

Gambar 3.4. Logo jamu.

53

Gambar 3.5. Logo obat herbal terstandar.

54

Gambar 3.6. Logo obat fitofarmaka.

55

Gambar 4.1. Pemanenan (koleksi) bahan tanaman untuk ekstraksi.

62

Gambar 4.2. Proses pengeringan bahan alam dalam ruangan.

63

Gambar 4.3. Pengeringan bahan di dalam oven.

64

Gambar 4.4. Pengeringan menggunakan sebuah freeze dryer.

65

Gambar 4.5. Pengecilan ukuran dengan mortar.

66

Gambar 5.1. Proses maserasi skala kecil.

74

Gambar 5.2. Proses perkolasi menggunakan beberapa perkolator.

76

Gambar 5.3. Ekstraksi skala kecil dengan reflux.

78

Gambar 5.4. Esktraksi dengan soxhlet.

80

Gambar 5.5. Contoh ekstraksi maserasi dengan bantuan alat ultrasonikasi (Power Sonic 420).

82

Gambar 5.6. Mekanisme ekstraksi dengan bantuan ultrasonikasi.

83

Gambar 5.7. Bagian-bagian alat ekstraksi dengan pelarut bertekanan.

84

Gambar 6.1. Proses fraksinasi pada sebuah labu pemisah dan terbentuknya dua fase yang terpisah.

94

Gambar 6.2. Proses evaporasi dengan rotary vacuum evaporator.

95

Gambar 6.3. Contoh proses isolasi beberapa senyawa flavonoid dari ekstrak metanol daun pepaya (Carica papaya).

99

Gambar 6.4. Struktur kimia dan nama senyawa flavonoid hasil isolasi dari ekstrak daun pepaya.

100

Gambar 6.5. Prinsip kromatografi dalam pemisahan senyawa.

101

Gambar 6.6. Contoh kromatografi kolom dengan tekanan medium (MPLC).

104

Gambar 6.7. Proses packing kromatografi kolom.

106

xi

Buku Ajar: Teknologi Bahan Alam Gambar 6.8. Kolom kromatografi dengan sampel yang siap dielusi.

107

Gambar 6.9. Koleksi fraksi dari hasil elusi kromatografi kolom.

109

Gambar 6.10. Pengerjaan (spotting) TLC.

110

Gambar 6.11. Contoh TLC diamati di bawah sinar UV.

111

Gambar 6.12. Perbedaan prinsip normal phase dan reversed phase pada kromatografi lapis tipis.

112

Gambar 7.1. Metode ekstraksi melalui destilasi dengan air.

120

Gambar 7.2. Metode ekstraksi melalui destilasi dengan air dan uap.

121

Gambar 7.3. Penyulingan minyak atsiri dengan teknik destilasi air dan uap.

122

Gambar 7.4. Metode ekstraksi melalui destilasi dengan uap.

123

Gambar 7.5. Metode ekstraksi melalui pengepresan.

124

Gambar 7.6. Metode ekstraksi dengan pelarut organik.

125

Gambar 7.7. Metode ekstraksi dengan enfleurasi.

128

Gambar 7.8. Metode ekstraksi dengan maserasi lemak panas.

130

xii


1. BAHAN ALAM DAN METABOLIT SEKUNDER 1.1. Deskripsi Singkat Bahan alam secara khusus diartikan sebagai segala material organik yang dihasilkan oleh alam yang telah dipelajari dan dibuktikan baik secara empiris maupun secara tradisional melalui pengalaman penggunaan turun temurun memiliki khasiat tertentu untuk kesehatan baik dalam bentuk segar, sediaan kering, ekstrak, maupun senyawa tunggal hasil pemurnian. Pada era modern ini ada kecenderungan pola hidup yang mengarah pada penggunaan bahan-bahan alami sebagai zat berkhasiat baik untuk pengobatan, perawatan kesehatan dan kebugaran, kosmetika, makanan fungsional, maupun untuk produk perawatan tubuh sehari-hari. Fenomena ini semakin meningkatkan pamor bahan alam sebagai pilihan karena dinilai lebih aman atau memiliki efek negatif yang lebih rendah. Nilai ekonomis beberapa bahan alam pun semakin meningkat yang diikuti dengan semakin berkembangnya berbagai penelitian untuk mengembangkan produk-produk yang berbasis pada bahan alam. Saat ini, bidang penelitian dan industri bahan alam menjadi salah satu bidang yang prospektif dan memiliki masa depan yang baik karena kebutuhan akan bahan ini semakin meningkat. Untuk itu, pengenalan mengenai teknologi, metode-metode atau teknikteknik dasar penelitian dan pemanfaatan bahan alam menjadi produk yang lebih 1

Buku Ajar: Teknologi Bahan Alam bernilai tinggi menjadi sangat perlu untuk mahasiswa teknologi industri pertanian. Sudah barang tentu, pengenalan dasar-dasar bahan alam ini perlu diberikan sebagai landasan dalam mempelajari proses lanjut dari pemanfaatan bahan alam. Pada bab ini dijelaskan mengenai pengertian dasar bahan alam dan juga metabolit sekunder atau fitokimia yang merupakan komponen utama dari bahan alam. Selain itu juga dijelaskan mengenai agroindustri pengolahan bahan alam beserta contoh dan prospeknya.

1.2. Relevansi Bab tentang pengetahuan dasar bahan alam dan metabolit sekunder ini penting disajikan sebagai landasan untuk memahami metabolit sekunder sebagai komponen utama bahan alam serta bagaimana mekanisme kerja metabolit sekunder sehingga dapat memberikan manfaat bagi manusia.

1.3. Kompetensi Setelah menyelesaikan bab ini, mahasiswa akan mampu memahami dan menjelaskan kembali beberapa hal sebagai berikut: 1. Pengertian bahan alam 2. Pengertian metabolit sekunder 3. Prinsip kerja metabolit sekunder sebagai komponen utama bahan alam 4. Jenis-jenis bahan alam 5. Contoh-contoh pemanfaatan bahan alam 6. Agroindustri bahan alam dan manfaatnya dalam peningkatan nilai tambah.

2


1.4. Pengantar Bahan alam memiliki spektrum yang sangat luas. Mentimun yang kita santap sebagai lalapan yang kita tujukan sebagai bahan serat yang akan memperlancar pencernaan dan juga untuk menjaga tekanan darah dari potensi darah tinggi adalah sebuah contoh pemanfaatan bahan alam, yaitu mentimun. Senyawa menthol yang diformulasikan menjadi sebuah produk balsam yang digunakan untuk melegakan dan menyegarkan dada dan tenggorokan juga merupakan pemanfaatan bahan alam. Untuk itu pada bab ini dijelaskan mengenai pengertian bahan alam, komponen utamanya, bagaimana komponen utama tersebut bekerja dan apa saja efek-efeknya, serta bagaimana pemanfaatan bahan alam sebagai komoditas agroindustri untuk dikembangkan menjadi produk dengan nilai tambah lebih tinggi.

1.5. Pengertian Bahan Alam (Natural Products) Secara harfiah bahan alam dapat diartikan sebagai bahan-bahan yang bersumber dari alam (natural resources), seperti hasil budidaya pertanian, hasil perikanan darat dan laut, hasil hutan, ataupun hasil tambang atau bahan mineral. Tetapi dalam bidang-bidang ilmu terkait kimia organik, farmasi, dan ilmu pangan, bahan alam (natural products) pada umumnya mengacu pada metabolitmetabolit sekunder baik dalam bentuk sediaan kering, ekstrak, ataupun senyawa tunggal yang bersumber dari makhluk hidup, baik tumbuhan, hewan (terutama hewan laut), maupun mikroorganisme. Di Indonesia, istilah ‘bahan alam’ lebih umum digunakan daripada ‘produk alam’ atau ‘produk alami’ sebagai padanan untuk natural products. Samuelsson (1999) mendefinisikan natural products sebagai produk yang dihasilkan oleh alam yang meliputi: (1) seluruh organisme (tumbuhan, hewan, dan mikroorganisme) yang telah diproses secara sederhana dengan tujuan untuk

3

Buku Ajar: Teknologi Bahan Alam pengawetan, seperti pengeringan, (2) bagian dari organisme, seperti daun, bunga, atau organ tertentu dari hewan, (3) ekstrak dari organisme atau bagian organisme, serta (4) komponen tunggal (alkaloids, coumarins, flavonoids, lignans, glycosides, terpenoids, steroids, dll.). Dalam praktiknya, istilah natural products lebih banyak didefinisikan sebagai senyawa metabolit sekunder, dengan bobot molekul (BM) rendah yang dihasilkan oleh organisme tertentu yang tidak diperuntukkan sebagai nutrisi pokok dalam proses pertumbuhannya, tetapi lebih bersifat sebagai komponen penunjang, seperti sebagai alat perlindungan atau sebaliknya sebagai media penarik perhatian terhadap organisme lain (Cannell, 1998). Dengan demikian, bahan alam dapat didefinisikan sebagai komponen atau substansi kimia yang merupakan metabolit sekunder (secondary metabolites) yang dapat berupa komponen tunggal/murni hasil isolasi maupun yang masih berupa campuran komponen dalam bentuk ekstrak, sediaan kering dari bagian tertentu atau keseluruhan dari suatu organisme baik tumbuhan, mikroba, ataupun hewan yang dieksplorasi dan dimanfaatkan karena efek farmakologis (pharmacological effect), efek terapi (therapeutic effect), antioksidan (antioxidative effect), antibakteri (antibacterial), atau kemampuannya sebagai bahan pewarna (coloring agent), penyedap (flavoring agent), pengharum (parfuming agent), pengikat (fixative agent), serta karena aktivitas biologis (biological activity) lainnya seperti kemampuan sebagai pestisida alami (natural pesticide). Sebagai contoh yang mudah adalah bahan pewarna alami, yaitu produk pewarna yang dihasilkan dari proses isolasi, ekstraksi, ataupun pengeringan bagian tertentu dari suatu bagian tumbuhan. Contoh pewarna alami dalam bentuk senyawa tunggal adalah berberine, sumber warna kuning yang dapat diisolasi dari beberapa tanaman, seperti akar kuning (Arcangelisia flava, Gambar 1.1) atau berberry (Berberis vulgaris). Selain memberikan efek warna kuning,

4

Buku Ajar: Teknologi Bahan Alam berberine juga memiliki kemampuan memberikan berbagai efek farmakologi dan terapi (Imanshahidi and Hosseinzadeh, 2008).

Gambar 1.1. Akar kuning dan bentuk ekstraknya. Ekstrak kunyit yang mengandung curcuminoids juga dapat digunakan sebagai pewarna kuning dalam bentuk ekstrak selain juga memberikan efek farmakologi (Anand et al., 2007). Selain itu serbuk cabe kering juga merupakan contoh pewarna merah dalam bentuk sediaan kering yang mengandung capsaicin sebagai bahan aktifnya yang juga memiliki efek farmakologi. Bahan alam tidak terbatas pada sumber-sumber organisme di darat saja tapi juga dari organisme yang hidup di air, sebagai contohnya beberapa senyawa terpenoids, flavonoids, dan saponins juga telah diisolasi dari timun laut (Stichopus japonicus) serta memiliki berbagai macam efek farmakologi (Husni, 2011). Dalam pemanfaatannya, komponen atau substansi-substansi kimia bahan alam diproses menjadi produk lanjutan baik sebagai bahan baku untuk produk lanjutannya atau produk jadi dengan standarisasi, keamanan, serta kepraktisan dalam penggunaan dan cara konsumsinya untuk meningkatkan nilai ekonominya.

5

Buku Ajar: Teknologi Bahan Alam Obat, bahan obat, neutraceuticals, functional foods, nutritional supplements, produk herbal, aroma terapi, pewarna alami, bumbu alami, parfum serta berbagai produk lokal dengan istilah tertentu seperti jamu di Indonesia, merupakan contoh pemanfaatan bahan alam dengan memberikan sentuhan teknologi untuk meningkatkan guna (function) dan nilainya (value). Dari segi pemanfaatannya bahan alam berbeda dengan bahan alam lainnya, seperti bahan pangan (food atau nutritional food), di mana ditujukan untuk memenuhi kebutuhan nutrisi pokok (karbohidrat, lemak, protein, asam amino), atau produk perikanan, produk kerajinan, bahan tambang, produk minyak dan gas, dan lain sebagainya, di mana sama-sama menggunakan bahan yang dihasilkan oleh alam. Inilah yang membedakan bahan alam dengan bahan dari alam (natural sources) lainnya.

1.6. Metabolit Sekunder dan Fitokimia Seperti telah dijelaskan sebelumnya bahwa komponen utama dari bahan alam adalah metabolit sekunder, maka metabolit sekunder sendiri dapat didefinisikan sebagai senyawa dengan berat molekul rendah yang ditemukan dalam jumlah minor pada organisme yang memproduksinya karena tidak berfungsi sebagai komponen esensial dalam metabolisme atau penopang pokok dari kelangsungan hidup dari organisme tersebut, melainkan lebih berfungsi sebagai penunjang seperti agen pertahanan diri, perlawanan terhadap penyakit atau kondisi kritis, ataupun berperan sebagai hormon. Sementara itu, ada istilah lain yaitu fitokimia (phytochemicals). Dari asal usul katanya, maka terdiri dari phyto dan chemicals. Fito (phyto) dalam bahasa latin berarti tumbuhan, sedangkan chemicals berarti bahan-bahan kimia. Secara harfiah dapat dikatakan fitokimia adalah bahan-bahan atau senyawa-senyawa kimia yang dihasilkan oleh tumbuhan. Dalam penggunaannya terutama dalam bidang kimia bahan alam, fitokimia diartikan sebagai metabolit sekunder yang 6

Buku Ajar: Teknologi Bahan Alam khusus dihasilkan oleh tumbuhan. Dengan demikian dapat didefinisikan bahwa fitokimia adalah senyawa kimia non nutrisi yang memiliki fungsi-fungsi proteksi atau pertahanan yang diproduksi di dalam sel tumbuhan. Gambar 1.2 memperlihatkan kelompok-kelompok metabolit sekunder yang dihasilkan oleh tumbuhan melalui beberapa jalur biosintesis yang bersumber atau berawal dari metabolit primer hasil proses fotosintesis.

(http://science.marshall.edu/)

Gambar 1.2. Jalur biosintesis metabolit sekunder pada tumbuhan. Sementara itu, metabolit primer adalah molekul dengan BM tinggi serta memiliki struktur yang relatif sama di setiap organisme, seperti karbohidrat, lemak, protein, vitamin, dan asam nukleat. Meskipun metabolit primer juga merupakan bahan yang diproduksi oleh alam, tetapi secara umum tidak disebut sebagai bahan alam, namun lebih dekat sebagai nutrisi atau bahan pangan (foods). 7

Buku Ajar: Teknologi Bahan Alam Metabolit sekunder dipelajari dalam bidang ilmu Kimia Bahan Alam atau Kimia Organik Bahan Alam, sedangkan metabolit primer dipelajari pada bidang ilmu Biokimia. Metabolit primer menjadi bahan dasar dalam biosintesis beberapa kelompok metabolit sekunder, seperti terlihat pada Gambar 1.2.

1.7. Agroindustri Bahan Alam Seorang petani yang menanam jahe, kemudian memanen dan membersihkannya, lalu menjualnya, sudah dapat dikatakan melakukan kegiatan industri (industri primer). Seorang ibu yang membeli jahe di pasar, kemudian mengolahnya menjadi ekstrak jahe instan lalu menjualnya dalam kemasan yang sederhana tentunya juga merupakan kegiatan industri, dan dapat diklasifikasikan dalam industri sekunder. Sebuah pabrik jamu yang mendatangkan jahe dalam skala besar kemudian mengolahnya menjadi minuman jahe instan dengan kemasan modern yang menarik juga termasuk dalam industri sekunder. Sebuah laboratorium yang menyediakan jasa analisis kualitas produk (kandungan nutrisi atau metabolit) kepada perusahaan pengolahan jahe tadi juga dikategorikan sebagai sebuah industri (industri jasa/industri tersier). Lebih jauh lagi, sebuah laboratorium yang melakukan riset mendalam untuk meneliti mengenai senyawa metabolit sekunder dari jahe, aktivitas biologis atau efek farmakologisnya, kemudian menciptakan sebuah formula produk yang terstandar dan kemudian menjualnya kepada perusahan lain untuk diproduksi dalam skala besar maka laboratorium tadi telah melakukan kegiatan industri kuarter (quaternary industry). Dari ilustrasi dan penjelasan di atas, dapat ditarik sebuah benang merah bahwa industri merupakan sebuah kegiatan untuk memperoleh pendapatan (income) baik dengan menjual produk maupun jasa, termasuk di dalamnya lisensi atau disain produk. Industri sekunder dicirikan dengan adanya usaha pengolahan (processing) untuk menciptakan nilai tambah (added value) dari bahan bakunya. 8

Buku Ajar: Teknologi Bahan Alam Sedangkan industri primer tidak melakukannya, kalaupun ada nilai tambah yang diciptakan, persentasenya sangat kecil. Industri tersier memberikan pelayanan jasa (service), sedangkan industri kuarter menghasilkan dan menjual lisensi atau disain produk. Dengan demikian, agroindustri atau industri agro atau industri pertanian dalam lingkup khusus pemanfaatan bahan alam ini dapat didifinisikan sebagai kegiatan industri yang ditujukan untuk menghasilkan pendapatan dengan cara menciptakan nilai tambah dari suatu bahan alam, baik yang diperoleh melalui proses budidaya/pertanian ataupun dengan cara mengambil secara langsung dari alam (ekstraktif). Dengan demikian produk bahan alam adalah salah satu output atau produk dari kegiatan agroindustri.

(http://www.nutraceuticalsworld.com/)

Gambar 1.3. Pemanfaatan bahan alam dalam industri. Di sisi lain, produk bahan alam juga dapat berperan sebagai input atau material agroindustri, jika produk tersebut diproses lanjut menjadi produk dengan nilai tambah yang lebih tinggi. Dengan demikian, berdasarkan bahan bakunya, maka agroindustri dapat mencakup area yang sangat luas, yaitu produk kimia non

9

Buku Ajar: Teknologi Bahan Alam pangan (karet, lipid, fiber beserta turunan-turuanannya), produk pangan, produk bioindustri (enzim), produk perikanan dan peternakan, produk hasil hutan, dan juga produk bahan alam atau natural product (pharmaceuticals, herbal medicine, neutraceuticals, functional foods, nutritional supplements serta berbagai produk bahan dasar). Gambar 1.3 memperlihatkan tiga kelompok utama produk pemanfaatan bahan alam yang menghasilkan tiga kombinasi kelompok produk turunan lainnya. Kegiatan industri memiliki lingkup yang sangat luas, yaitu mencakup material, teknologi pengolahan, mesin dan peralatan, sumber daya manusia, modal, manajemen, perencanaan, sampai pemasaran. Teknologi industri ditujukan untuk menciptakan sistem produksi, baik dari sisi manajemen maupun teknologi prosesnya, yang efektif dan efisien atau dengan kata lain memiliki produktivitas tinggi dalam kegiatan menghasilkan nilai tambah dari bahan yang diprosesnya. Untuk mencapai tujuan itu, maka pemahaman mengenai segala aspek yang berkaitan dengan sistem produksi itu harus dikuasai, mulai dari sifat dan jenis material, teknologi proses, mesin dan peralatan, pengendalian mutu, riset dan pengembangan, sampai dengan spesifikasi sumber daya manusia yang dibutuhkan.

1.8. Rangkuman 1. Bahan alam adalah substansi kimia yang merupakan metabolit sekunder yang dapat berupa komponen tunggal/murni hasil isolasi maupun yang masih berupa campuran komponen dalam bentuk ekstrak, sediaan kering dari bagian tertentu atau keseluruhan dari suatu organisme baik tumbuhan, mikroba, ataupun hewan yang dimanfaatkan karena efek farmakologisnya. 2. Pemanfaatan bahan alam antara lain: sebagai obat, bahan obat, neutraceuticals, functional foods, nutritional supplements, produk herbal,

10

Buku Ajar: Teknologi Bahan Alam aroma terapi, pewarna alami, bumbu alami, parfum serta berbagai produk lokal dengan istilah tertentu seperti jamu di Indonesia. 3. Metabolit sekunder adalah senyawa dengan berat molekul rendah yang ditemukan dalam jumlah minor pada suatu organisme yang tidak berfungsi sebagai komponen esensial dalam metabolisme tersebut, melainkan sebagai komponen penunjang seperti agen pertahanan diri, perlawanan terhadap penyakit atau kondisi kritis, dll. 4. Bahan alam dapat berperan sebagai input atau material agroindustri untuk diproses lebih lanjut menjadi produk dengan nilai tambah yang lebih tinggi. 5. Pemahaman mengenai sifat bahan/material merupakan faktor penting dalam merekayasa produk maupun proses dalam suatu kegiatan industri.

1.9. Latihan 1. Jelaskan secara mendalam mengenai bahan alam, bagaimana karakteristik dan penyusunnya! 2. Sebut dan jelaskan contoh-contoh pemanfaatan bahan alam baik secara tradisional maupun modern! 3. Jelaskan yang dimaksud dengan senyawa metabolit sekunder dan senyawa fitokimia! 4. Sebut dan jelakan beberapa kelompok produk yang memanfaatkan senyawa metabolit sekunder atau fitokimia! 5. Jelaskan pentingnya pemahaman dan pengetahun mengenai bahan alam dalam pengembangan agroindustri!

1.10. Bacaan Lanjutan yang Dianjurkan Untuk memahami lebih dalam dan untuk mengembangkan pengetahuan maka beberapa bahan bacaan berikut sangat dianjurkan untuk dibaca. 11

Buku Ajar: Teknologi Bahan Alam Agoes, G., 2007. Teknologi Bahan Alam. ITB, Bandung. Agusta, A., 2000. Minyak Atsiri Tumbuhan Tropis Indonesia. ITB, Bandung. Anand, P., Kunnumakkara, A.B., Newman, R.A., dan Aggarwal, B.B., 2007. Bioavailability of Curcumin: Problems and Promises. Molecular Pharmaceutics, 4: 807-818. Ardiansyah., 2003. Atlas Tumbuhan Obat Indonesia. Trubus Agriwidya, Jakarta. Cannell, R.J.P., 1998. Natural Product Isolation. Humana Press, New Jersey. Dias, D.A., Urban, S., dan Roessner, U., 2012. A Historical Overview of Natural Products in Drug Discovery. Metabolites, 2: 303-336. Hariana, A., 2005. Tumbuhan Obat dan Khasiatnya Seri 2. Penebar Swadaya, Jakarta. Harris, R., 1987. Tanaman Minyak Atsiri. Penebar Swadaya, Jakarta. Husni, A., 2011. Tyrosinase Inhibition by Water and Ethanol Extracts of A Far Eastern Sea Cucumber Stichopus japonicus. Journal of The Science of Food and Agriculture, 9: 1541-1547. Imanshahidi, M. dan Hosseinzadeh, H., 2008. Pharmacological and Therapeutic Effects of Berberis vulgaris and Its Active Constituent, Berberine. Phytotherapy Research, 22: 999-1012. Kabera, J.N., Semana, E., Mussa, A.R., dan He., X., 2014. Plant Secondary Metabolites: Biosynthesis, Classification, Function and Pharmacological Properties. Journal of Pharmacy and Pharmacology, 2:377-392. Kapoor, V.P., 2005. Herbal Cosmetics for Skin and Hair Care. Natural Product Radiance, 4: 306-314. Lahlou, M., 2013. The Success of Natural Products in Drug Discovery. Pharmacology and Pharmacy, 4: 17-31. Pandey, N., dkk., 2011. Medicinal Plants Derived Nutraceuticals: A Re-emerging Health Aid. International Journal of Pharma and Bio Sciences. 4: 419441. Rusli S, Nurdjanah, N., Soediarto, Sitepu, D., Ardi, dan Sitorus. D.T., 1985. Penelitian dan Pengembangan Minyak Atsiri Indonesia. Bogor: Balai Penelitian Tanaman Rempah dan Obat. Samuelsson, G., 1999. Drug of Natural Origin: A Textbook of Pharmacognosy. Swedish Pharmaceutical Press, Stockholm, Sweden. Sarker, S.D., Latif, Z., dan Gray, A.I., 2006. Natural Product Isolation 2nd edition. Humana Press, New Jersey, USA.

12

BUKU AJAR - TEKNOLOGI BAHAN ALAM

Recommend Documents