PALM STEARIN DAN PALM OLEIN- BASED NANOSTRUCTURED LIPID CARRIERS (NLC) UNTUK MENINGKATKAN STABILITAS, BIOAKSESIBILITAS DAN KAPASITAS ANTIOKSIDAN BETAKAROTEN SEBAGAI INGRIDIEN PANGAN FUNGSIONAL

MIFTAKHUR ROHMAH, Prof. Dr. Ir. Sri Raharjo, M.Sc; Dr. Chusnul Hidayat; Dr. Ronny Martien

2019 | Disertasi | DOKTOR ILMU PANGAN

Salah satu senyawa utama kelompok karotenoid adalah betakaroten yang banyak ditemukan pada buah dan sayuran yang berwarna kuning, oranye dan hijau tua. betakaroten dibutuhkan bagi tubuh karena manfaatnya bagi kesehatan. Manusia tidak dapat mensintesis betakaroten, diet betakaroten sebagai sumber nutrien diperoleh melalui penambahan betakaroten, sehingga dibutuhkan intake dari luar berupa makanan yang mengandung betakaroten. Namun penyerapan betakaroten seringkali tidak efisien dan sangat bervarisi, terkait daya larutnya yang rendah. Proses absorbsi komponen bioaktif pada tubuh manusia sangat penting untuk diketahui, karena berhubungan dengan bagaimana perannya bagi kesehatan. Salah satu upaya meningkatkan kelarutan betakaroten adalah dengan menggabungkannya dalam sistem pembawa. Nanostructured Lipid Carriers (NLC) adalah sistem pembawa berbasis lipida yang menggunakan kombinasi matrik berupa lipida padat dan cair yang distabilkan dengan surfaktan. Sistem pembawa NLC dikembangkan untuk memfasilitasi dispersi senyawa bioaktif hidrofobik dalam sistem hidrofilik. Penelitian ini bertujuan untuk ; (1) mengetahui karakteristik fisik (profil asam lemak, melting point, interaksi dan kristalinitas) palm stearin dan palm olein sebagai matrik lipida sistem pembawa NLC; (2) mendapatkan formula NLC betakaroten serta menentukan stabilitas fisikokimia selama penyimpanan; (3) menentukan bioaksesibilitas NLC betakaroten secara in vitro; (4) menentukan kapasitas antioksidan betakaroten dengan metode DPPH dan ABTS; (5) mengetahui laju difusi NLC betakaroten secara in vitro menggunakan sel difusi Franz Horizontal. Penelitian ini meliputi tahap-tahap sebagai berikut: (i) karakterisasi fisik palm stearin dan palm olein; (ii) formula NLC dan karakterisasi formula yang stabil terhadap sentrifugasi, pemanasan pendinginan dan penyimpanan; (iii) optimasi NLC betakaroten dengan Respon Surface Methode (RSM)-Box Behnken Design (BBD); (iv) penentuan bioaksesibilitas NLC betakaroten menggunakan sistem simulasi digesti secara in vitro dan pengujian aktivitas antioksidan, dan (v) uji difusi secara in vitro (metode Franz Difusi Horizontal). Hasil penelitian menunjukkan bahwa palm stearin dan palm olein berpotensi sebagai matrik lipida dalam sistem pembawa. Sistem pembawa NLC berhasil dibuat dengan menggunakan metode High Shear Homogenizer yang dilanjutkan dengan sonikasi dan menghasilkan formula yang stabil pada rasio lipida padat:lipida cair 5:5 s.d. 9:1 (b/b), rasio lipida: surfaktan 1:4 s.d.1:5 (b/b), dan rasio lipida + surfaktan / air 65, 70, 75 dan 80% (b/b). Formula yang stabil memiliki nilai pH pada kisaran 6,28 s.d. 6,44, nilai viskositas 18,17 s.d. 26,83 cp, ukuran partikel rata-rata 164 s.d. nm, indeks polidipersi 0,20 s.d. 0,53, dan zeta potensial (-21,25) s.d. (-33,70) mV. Optimasi NLC betakaroten dengan RSM-BBD menunjukkan formula optimal dengan ukuran partikel 166 nm, indeks polidispersitas 0,35, zeta potensial -26,9 mV dengan efisiensi enkapsulasi 91,2%. Secara in vitro pada sistem simulasi digesti sistem pembawa NLC memiliki kemampuan pelepasan betakaroten sebesar 233 µg/mL dan berimplikasi pada peningkatan bioaksesibilitas mencapai 60,78%. Sistem pembawa NLC betakaroten memiliki kemampuan menangkap radikal bebas ABTS dan DPPH 91,47 dan 24,72 dan memiliki nilai IC50 7 μg / ml dan 61,2 µg / mL. Aktivitas antioksidan NLC betakaroten pada sistem digesti lebih tinggi dibandingkan di awal sebelum dalam fase pencernaan. Difusi betakaroten dengan metode franz difusi horisontal secara in vitro menunjukkan betakaroten dalam NLC mampu terdifusi sebanyak 110,65 µg/mL selama 24 jam pengamatan dengan nilai fluks 1 µg/cm2/jam. Berdasarkan hasil tersebut NLC dengan matrik lipida palm stearin dan palm olein memiliki kemampuan meningkatkan stabilitas, bioaksesibilitas dan kapasitas antioksidan betakaroten. Kata kunci: Nanostructured Lipid Carriers; palm sterain; palm olein; betakaroten; antioksidan

Betacarotene is a member of the carotenoid group found in yellow, orange and dark green fruits and vegetables. Betacarotene plays an important role to benefit humans health. Since Betacarotene cannot synthesized by humans, betacarotene diet as a source of nutrients is obtained through betacarotene additions, so that external intake is needed in the form of foods containing betacarotene. However, absorption of betacarotene is often inefficient and very varied, due to its low solubility. The process of absorbing bioactive components in the human body is very important to understand, because it relates to how it plays a role in health. One effort to increase the solubility of betacarotene is by combining it in the carrier system. Nanostructured Lipid Carriers (NLC) is a lipid-based carrier system that uses a combination of matrices in the form of solid and liquid lipids stabilized with surfactants. The NLC carrier system was developed to facilitate the dispersion of hydrophobic bioactive compounds in hydrophilic systems. This research aims to ; (1) understand the physical properties (fatty acid profile, melting point, interaction and crystallinity) of palm stearin and palm olein as NLC carrier lipid matrix systems; (2) obtain the NLC betacarotene formula and determine the physicochemical stability during storage; (3) determine the bioaccessibility of NLC betacarotene in vitro; (4) determine the antioxidant capacity of betacarotene with the DPPH and ABTS method; (5) determine the rate of diffusion of NLC betacarotene in vitro using Franz Horizontal diffusion cells. This research includes the following stages: (i) characterization of the physical properties of palm stearin and palm olein; (ii) NLC formulation and stable formula characterization to centrifugation, heating, cooling and storage; (iii) optimization of betacarotene NLC with Response Surface Method (RSM)-Box Behnken Design (BBD); (iv) determination of bioaccessibility of NLC betacarotene using an in vitro digestion simulation system and testing of antioxidant activity, and (v) diffusion test in vitro (Franz Horizontal Diffusion method). The results showed that palm stearin and palm olein were potential lipid matrices in the carrier system. The NLC carrier system was successfully made using the High Shear Homogenizer method which was continued by sonication and produced a formula that was stable at the ratio of solid lipids: liquid lipids 5: 5 to 9: 1 (w/w), lipid: surfactant ratio 1: 4 to 1: 5 (w/w), and lipid + surfactant / water ratio 65, 70, 75 and 80% (w/w). A stable formula has a pH value in the range of 6.28 to 6.44, the viscosity value is 18.17 to 26.83 cp, the average particle size is 164 ± 6.6 to 340 nm, the polydipersion index is 0.20 to 0.53, and potential zeta (-21.25) to (-33.70) mV. Optimization of betacarotene NLC with RSM-BBD showed optimal formula with particle size of 166 nm, polydispersity index of 0.35, zeta potential of -26.9 mV with encapsulation efficiency of 91.2%. The in vitro simulation system of digestion of NLC carrier systems has the ability to release Betacarotene by 233 µg / mL and has implications in increasing bioaccessibility by 60.78%. The NLC betacarotene carrier system has the ability to capture free radicals ABTS and DPPH by 91.47 and 24.72 and has IC50 values of 7 μg / ml and 61.2 µg / mL. The NLC betacarotene antioxidant activity in the digestion system is higher than at the beginning before in the digestive phase. Diffusion of betacarotene with the horizontal diffusion franz method in vitro showed betacarotene in NLC capable of diffusing 110.65 µg / mL for 24 hours of observation with a flux value of 1 µg / cm2 / hour. Based on these results NLC with lipid palm stearin and palm olein matrix has the ability to increase the stability, bioaccessibility and antioxidant capacity of betacarotene. Keywords: Nanostructured Lipid Carriers; palm sterain; palm olein; betacarotene, antioxidants

Kata Kunci : Nanostructured Lipid Carriers, palm sterain, palm olein, Betakaroten, antioksidan