1
OPTIMISASI EKSTRAKSI FLAVONOID TOTAL DAUN JATI BELANDA
FARAH UMAR
DEPARTEMEN KIMIA FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM INSTITUT PERTANIAN BOGOR BOGOR 2008
2
ABSTRAK FARAH UMAR. Optimisasi Ekstraksi Flavonoid Total Daun Jati Belanda. Dibimbing oleh LATIFAH KOSIM DARUSMAN dan UTAMI DYAH SYAFITRI. Salah satu tanaman yang biasa digunakan sebagai obat tradisional adalah jati belanda (Guazuma ulmifolia Lamk.). Daun jati belanda ini dapat digunakan sebagai obat pelangsing tubuh. Sebagian besar obat tradisional disajikan dalam bentuk ekstrak karena penyajiannya dinilai lebih efisien dan praktis. Salah satu upaya yang dilakukan untuk mengurangi besarnya biaya produksi ialah dengan mengoptimumkan ekstrak yang diperoleh. Bermacam-macam upaya telah dilakukan untuk mengekstraksi flavonoid dari daun jati belanda. Dalam penelitian ini, daun jati belanda diekstraksi dengan metode refluks, pelarut etanol, dan dengan meragamkan 3 parameter ekstraksi, yaitu konsentrasi pelarut 50, 70, dan 90%; waktu ekstraksi 3, 5, dan 7 jam; dan nisbah bahan baku pelarut 1:5, 1:10, dan 1:15. Dalam hal ini dapat dilihat pengaruh konsentrasi pelarut, waktu ekstraksi, dan nisbah bahan baku pelarut terhadap kadar flavonoid total yang dihasilkan. Penelitian menggunakan rancangan fraksional faktorial. Kadar ditentukan dengan menggunakan metode AlCl3 dan diukur dengan spektrofotometer berkas ganda, kadar optimumnya ditentukan dengan metode permukaan respons menggunakan perangkat lunak SAS 9.1. Persamaan kadar flavonoid total yang diperoleh adalah Kadar = -1.20208 – 0.06167(waktu) + 0.00125(waktu)2 + 0.04208(konsentrasi) – 0.0003 (konsentrasi)2 + 0.04383(nisbah) – 0.0034(nisbah)2 + 0.00650(nisbah*waktu) dengan R2 = 99.67%. Kondisi optimum ekstraksi teramati pada konsentrasi pelarut 70%, nisbah bahan bakupelarut 1:10, dan waktu ekstraksi 3 jam.
ABSTRACT FARAH UMAR. Extraction Optimization of Total Flavonoid from Daun Jati Belanda. Supervised by LATIFAH KOSIM DARUSMAN and UTAMI DYAH SYAFITRI. One of many plants used for traditional medicine is jati belanda. It can be used as an antiobesity. Most of traditional medicine are available practically as an extract ion. One of the efforts to reduce the production cost is optimizing the extract. Various treatments were applied to extract flavonoid from jati belanda leaves. In the research, jati belanda was extracted using reflux method with ethanol as a solvent, at concentrations of 50, 70, and 90%, for 3, 5, and 7 hours, with sample to solvent ratio of 1:5, 1:10, and 1:15. All of this conditions were used to study the effect of solvent’s concentrations, time, and sample to solvent ratio to total flavonoid content. The data were analyzed designed using fractional factorial design. Determination of total flavonoid content was conducted with AlCl3 method and measured with double beam spectrophotometer, and the optimum content was determined by response surface method using SAS 9.1 software. The obtained model was Content = -1.20208 – 0.06167(time) + 0.00125(time)2 + 0.04208(concentration) – 0.0003 (concentration)2 + 0.04383(material ratio) – 0.0034(material ratio)2 + 0.00650(material ratio*time) with R2 = 99.67%. The optimum condition of extraction was obtained at 70% for solvent concentration, 3 hours for extraction time, and 1:10 for the ratio of sample to solvent.
3
OPTIMISASI EKSTRAKSI FLAVONOID TOTAL DAUN JATI BELANDA
FARAH UMAR
Skripsi sebagai salah satu syarat memperoleh gelar Sarjana Sains pada Departemen Kimia
DEPARTEMEN KIMIA FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM INSTITUT PERTANIAN BOGOR BOGOR 2008
4
Judul Skripsi : Optimisasi Ekstraksi Flavonoid Total Daun Jati Belanda Nama : Farah Umar NIM : G44203001
Disetujui:
Pembimbing I,
Pembimbing II,
Prof. Dr. Ir. Latifah K Darusman, MS NIP 13053668
Utami Dyah Syafitri, M.Si NIP 132311922
Diketahui: Dekan Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam
Dr. drh. Hasim, DEA NIP 131578806
Tanggal lulus:
5
PRAKATA Bismillahirrohamanirrohim. Alhamdulillahirabbil ‘alamin, segala puji dan syukur penulis panjatkan ke hadirat Allah SWT atas limpahan rahmat dan karunia-Nya sehingga penulis dapat menyelesaikan karya ilmiah ini. Shalawat dan salam semoga selalu tercurahkan kepada nabi Muhammad SAW, keluarga, sahabat, dan umatnya hingga akhir zaman. Tema yang dipilih dalam karya ilmiah ini adalah optimisasi ekstraksi, dengan judul Optimisasi Ekstraksi Flavonoid Total Daun Jati Belanda. Penulis mengucapkan terima kasih kepada Ibu Tuti Setiawati Sudjana (almh), Ibu Latifah K Darusman, dan Ibu Utami Dyah Syafitri yang telah membimbing penulis dalam menyelesaikan karya ilmiah ini. Ungkapan terima kasih juga disampaikan kepada seluruh keluarga atas segala doa, semangat, dan kasih sayang; segenap staf pengajar di Departemen Kimia FMIPA IPB atas pengajaran yang diberikan; seluruh staf pegawai Departemen Kimia FMIPA IPB khususnya Pak Eman, Pak Dede, Pak Ridwan, Pak Engkos, dan Bu Nunung yang selalu setia mendampingi dan membantu segala keperluan yang menyangkut penyelesaian karya ilmiah ini. Penulis juga berterima kasih kepada rekan-rekan Analitik 40, Kimia 40, B-14, Al-Ghifari atas dukungan dan inspirasinya; MSC atas doa, semangat, dan ukhuwah; Pusat Studi Biofarmaka dan Departemen Statistika IPB. Semoga karya ilmiah ini dapat bermanfaat.
Bogor, Juni 2008
Farah Umar
6
RIWAYAT HIDUP Penulis dilahirkan di Tegal pada tanggal 14 Oktober 1984 dari ayah Umar Said Basalamah dan ibu Zubaedah Umar Al-Kathiri. Penulis merupakan putri pertama dari dua bersaudara. Tahun 2003 penulis lulus dari SMU Sekolah Indonesia Jeddah dan pada tahun yang sama lulus seleksi masuk IPB melalui jalur Undangan Seleksi Masuk IPB. Penulis memilih Program Studi Kimia, Departemen Kimia, Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam. Selama mengikuti perkuliahan, penulis menjadi asisten mata kuliah Kimia Dasar pada tahun ajaran 2005/2006, 2006/2007, dan 2007/2008, mata kuliah Kimia Analitik II pada tahun ajaran 2006/2007, serta mata kuliah Kimia Analitik I pada tahun ajaran 2007/2008. Penulis pernah aktif di kegiatan organisasi kemahasiswaan, yaitu sebagai salah satu staf Departemen Kajian dan Jurnalistik Islam DKM Al-Ghifari pada tahun 2006 dan 2007. Pada Juli-Agustus 2006 penulis melaksanakan praktik lapangan di PT Indofarma Cibitung dengan judul Kualifikasi Mesin Dissolution Tester Hanson Research Tipe Sr-8 Plus Menggunakan Metode Spektrofotometri.
7
DAFTAR ISI Halaman DAFTAR TABEL .......................................................................................................... viii DAFTAR GAMBAR ..................................................................................................... viii DAFTAR LAMPIRAN .................................................................................................. viii PENDAHULUAN .........................................................................................................
1
TINJAUAN PUSTAKA Jati Belanda .......................................................................................................... Flavonoid ............................................................................................................. Ekstraksi .............................................................................................................. Rancangan Fraksional Faktorial .......................................................................... Optimisasi Ekstraksi ...........................................................................................
1 2 3 3 4
BAHAN DAN METODE Bahan dan Alat ..................................................................................................... Metode Penelitian ................................................................................................
4 4
HASIL DAN PEMBAHASAN Ciri Fitokimia ...................................................................................................... Hasil Rancangan Fraksional Faktorial.................................................................. Kondisi Ekstraksi.................................................................................................. Kurva Standar Flavonoid dan Kadar Contoh........................................................ Model dan Analisis Regresi.................................................................................. Kadar Flavonoid Total Optimum .........................................................................
6 6 7 7 7 9
SIMPULAN DAN SARAN Simpulan .............................................................................................................. Saran ....................................................................................................................
9 9
DAFTAR PUSTAKA .....................................................................................................
9
LAMPIRAN ................................................................................................................... 11
8
DAFTAR TABEL Halaman 1 Hasil uji fitokimia daun jati belanda ............................................................................
6
2 Kombinasi perlakuan yang dicobakan dari hasil fraksionasi.......................................
6
3 Perbandingan kadar flavonoid total hasil percobaan dengan dugaan ..........................
8
4 Hasil pendugaan kadar flavonoid total untuk kombinasi perlakuan yang tidak dicobakan ..................................................................................................................
8
DAFTAR GAMBAR Halaman 1 Daun jati belanda .........................................................................................................
2
2 Struktur umum senyawa flavonoid ..............................................................................
2
3 Kurva standar flavonoid total.......................................................................................
7
4 Kurva hubungan antara nisbah, konsentrasi, dan waktu terhadap kadar flavonoid total ..............................................................................................................
8
5 Kurva permukaan respons kadar terhadap konsentrasi pelarut dan nisbah bahan baku-pelarut .....................................................................................................
9
6 Peta kontur kadar terhadap konsentrasi pelarut dan nisbah bahan baku-pelarut ................................................................................................................
9
DAFTAR LAMPIRAN Halaman 1 Diagram alir penelitian .............................................................................................. 12 2 Diagram alir ekstraksi flavonoid ............................................................................... 13 3 Hasil penentuan kadar air .......................................................................................... 14 4 Kombinasi perlakuan berdasarkan pengacakan dengan SAS 9.1 ............................... 15 5 Rendemen ekstrak daun jati belanda dari perlakuan yang dicobakan......................... 16 6 Absorbans standar flavonoid total............................................................................... 16 7 Kadar flavonoid total dari ekstrak daun jati belanda dari perlakuan yang dicobakan 17 8 Uji keragaman dengan menggunakan chi-square untuk Δ kadar................................ 18 9 Keluaran SAS 9.1 dalam pembuatan model kadar flavonoid total ............................. 19 10 Keluaran SAS 9.1 dalam penentuan titik optimum ekstraksi flavonoid total ............ 20
1
PENDAHULUAN Indonesia kaya akan keanekaragaman hayati yang dapat dimanfaatkan dalam semua segi kehidupan manusia. Obat tradisional adalah salah satu bentuk nyata pemanfaatan sumber daya alam hayati tersebut. Sebagai salah satu negara hutan hujan tropis, Indonesia kaya akan keanekaragaman flora yang dapat digunakan sebagai obat tradisional. Hal ini mendorong para ahli untuk menggali sumbersumber komponen bahan alam dari tumbuhan yang bermanfaat dalam pengobatan berbagai penyakit. Salah satu tanaman yang lazim digunakan sebagai obat tradisional adalah jati belanda (Guazuma ulmifolia Lamk.). Tanaman ini dimanfaatkan antara lain sebagai pelangsing tubuh, obat sakit perut/diare, perut kembung, perut nyeri, batuk, batuk rejan, dan kaki bengkak gatal berair. Bagian tanaman yang digunakan adalah daun, buah, dan biji. Kegunaan jati belanda sebagai obat tidak lepas dari keberadaan senyawa-senyawa kimia yang bertanggung jawab terhadap respons hayati. Senyawa golongan flavonoid merupakan salah satu senyawa yang berperan dalam respons tersebut. Sebagian besar obat tradisional kini disajikan dalam bentuk ekstrak, karena seiring perkembangan zaman, selera konsumen terhadap sediaan obat tradisional telah mengalami pergeseran. Dulu sediaan jamu yang diseduh dengan air panas banyak diminati masyarakat karena aromanya yang kuat dan karena adanya fragmen ampas serbuk yang menurut sebagian konsumen dapat menambah cita rasa jamu. Hal ini merupakan pilihan yang menguntungkan karena biaya produksi lebih murah. Namun, masyarakat dewasa ini menghendaki sediaan jamu dengan kemasan yang lebih praktis karena penyajiannya dinilai lebih efisien. Karena itu, sehingga para pelaku industri obat tradisional kini banyak melirik sediaan ekstrak, untuk dapat mengikuti perkembangan selera konsumen tersebut. Adanya beberapa senyawa aktif dalam tanaman yang tidak larut sempurna dalam air seperti flavonoid nonpolar (golongan flavonon, flavonol, dan isoflavon), juga membuat penggunaan pelarut organik menjadi salah satu pilihan yang dapat dipertimbangkan meskipun biaya produksi menjadi lebih mahal. Salah satu upaya yang dilakukan untuk mengurangi besarnya biaya ekstraksi flavonoid ialah dengan mengoptimumkan proses ekstraksinya. Kondisi ekstraksi yang berbeda dapat
menghasilkan senyawa golongan flavonoid dalam jumlah dan jenis yang berbeda pula. Beberapa penelitian telah dilakukan untuk mencari kondisi ekstraksi yang dapat menghasilkan ekstrak yang optimum dalam jumlah dan mutu. Xu et al. (2005) mencari kondisi optimum untuk ekstraksi flavonoid dengan meragamkan 4 faktor, yaitu konsentrasi pelarut, suhu, nisbah bahan bakupelarut, dan waktu ekstraksi. Masing-masing faktor ini memiliki 3 taraf. Pengaruh dari tiap faktor tersebut diteliti secara sendiri-sendiri baru kemudian dihasilkan kondisi yang optimum, yaitu pada konsentrasi pelarut 95%, suhu 80 °C, nisbah bahan baku-pelarut 1:10, dan waktu ekstraksi 3 jam. Pada tahun 2005 Badan Penelitian Tanaman Obat Tawangmangu juga telah melakukan penelitian mengenai pengaruh konsentrasi etanol dan lamanya waktu ekstraksi terhadap kadar flavonoid total herba tapak liman. Kedua faktor yang digunakan memiliki 3 taraf sehingga terdapat 9 kombinasi perlakuan yang dicobakan, karena dalam penelitian tersebut digunakan rancangan faktorial lengkap. Kondisi optimum untuk ekstraksi flavonoid yang dihasilkan adalah pada konsentrasi etanol 90% dan waktu ekstraksi 6 jam. Penelitian ini bertujuan mengetahui pengaruh konsentrasi pelarut, waktu ekstraksi, dan nisbah bahan baku (g)-pelarut (ml) pada ekstraksi daun jati belanda terhadap kadar flavonoid total. Kondisi ekstraksi yang optimum juga ditentukan.
TINJAUAN PUSTAKA Jati Belanda Jati belanda (G. ulmifolia Lamk.) yang dikenal juga dengan nama jati londo atau jatos landi telah lama digunakan sebagai obat pelangsing badan. Secara taksonomi, jati belanda diklasifikasikan dalam divisi Spermatophyta, subdivisi Angiospermae, kelas Dicotyledonae, bangsa Malvales, suku Sterculiaceae, marga Guazuma, dan jenis G. ulmifolia Lamk. Jati belanda adalah pohon yang dapat tumbuh dengan cepat mencapai 20 m dan didatangkan dari Amerika bagian tengah. Kini di Jawa pohon ini ditanam sebagai peneduh di pinggir-pinggir jalan. Tanaman ini mempunyai batang yang keras, dan bulat, dengan permukaan yang kasar, dan banyak alur, bercabang, serta berwarna hijau keputihputihan. Daunnya tunggal, bulat telur,
2
memiliki permukaan kasar dengan tepi bergerigi, berujung runcing, dengan pangkal berlekuk, pertulangan menyirip, dan berseling, panjangnya 10–16 cm, lebarnya 3–6 cm, dan berwarna hijau. Bunganya tunggal, bulat, dan terdapat di ketiak daun, berwarna hijau muda. Buahnya berbentuk bulat, kasar, dengan permukaan berduri, dan berwarna hitam. Bijinya kecil, keras, berdiameter sekitar 2 mm, dan berwarna cokelat muda. Akarnya tunggang dan berwarna putih kecoklatan. Bentuk morfologis daun jati belanda dapat dilihat pada Gambar 1.
semua bagian tumbuhan termasuk daun, akar, kulit kayu, tepung sari, nektar, bunga, buah, dan biji. Flavonoid juga terkandung pada hewan, misalnya dalam kelenjar bau berangberang, propolis (sekresi lebah), dan di dalam sayap kupu-kupu, dengan anggapan bahwa flavonoid tersebut tidak dibiosintesis di dalam tubuh mereka (Markham 1988). Flavonoid merupakan golongan terbesar dari senyawa fenolik di samping fenol sederhana, fenilpropanoid, dan kuinon fenolik (Harborne 1996). Sebanyak 2% dari seluruh karbon yang difotosintesis oleh tanaman diubah menjadi flavonoid atau senyawa yang berhubungan erat dengannya (Markham 1988). Dalam tumbuhan, aglikon flavonoid terdapat dalam berbagai bentuk struktur. Semuanya mengandung 15 atom C dalam inti dasarnya yang tersusun dalam konfigurasi C6C3-C6, yaitu dua cincin aromatik yang dihubungkan oleh 3 karbon yang dapat atau tidak dapat membentuk cincin ketiga. Struktur umum flavonoid dapat dilihat pada Gambar 2.
B Gambar 1 Daun jati belanda. Kandungan senyawa kimia yang telah ditemukan di dalam daun jati belanda adalah flavonoid, asam fenolat, tanin, steroid, triterpenoid, dan saponin. Fungsi senyawasenyawa dalam jati belanda yang telah diketahui antara lain sebagai pelindung kerusakan hati, antibakteri, antijamur, dan sebagai antioksidan.
Flavonoid Flavonoid berasal dari kata flavon yang merupakan nama dari salah satu jenis flavonoid yang terbesar jumlahnya dan sering ditemukan di alam. Beberapa golongan flavonoid yang bersifat polar merupakan senyawa yang larut dalam air. Golongan jenis flavonoid dalam jaringan tumbuhan yang didasarkan pada telaah sifat kelarutan dan reaksi warna meliputi antosianin, proantosianin, flavonol, flavon, glikoflavon, biflavonol, kalkon dan auron, flavonon, dan isoflavon. Flavonoid alam ditemukan dalam bentuk glikosida, yaitu suatu bentuk kombinasi antara gula dan alkohol. Flavonoid merupakan kandungan khas tumbuhan hijau. Flavonoid terdapat pada
A
C
Gambar 2 Struktur umum senyawa flavonoid (Markham 1988). Flavonoid mengandung sistem aromatik yang terkonjugasi sehingga menunjukkan pita serapan kuat pada daerah spektrum ultraviolet (UV) dan tampak (Vis). Pengelompokan flavonoid berdasarkan pada cincin heterosiklik-oksigen tambahan dan gugus hidroksil yang tersebar menurut pola yang berlainan (Robinson 1995). Golongan terbesar flavonoid memiliki cincin piran yang menghubungkan rantai tiga-karbon dengan salah satu cincin benzena. Pada umumnya ada 2 bentuk flavonoid, yaitu flavonoid yang terikat pada gula sebagai glikosida dan flavonoid bebas (aglikon). Bentuk-bentuk ini dapat berada pada satu tumbuhan dalam beberapa bentuk kombinasi glikosida (Harborne 1996). Metode yang biasa digunakan untuk analisis kualitatif dan kuantitatif flavonoid adalah kromatografi cair kinerja tinggi. Metode ini cukup baik untuk proses kuantitasi, tetapi sering kali penerapannya terhambat oleh keterbatasan standar autentik
