KARAKTERISTIK FISIKOKIMIA DAN POTENSI PREBIOTIK EKSTRAK DAN HIDROLISAT ENZIMATIK LAMINARAN Sargassum crassifolium

IR.ANIES CHAMIDAH,MP, Prof. Dr. Ir. Y. Marsono, MS.

2013 | Disertasi | S3 Ilmu Pangan

Salah satu spesies alga coklat yang sangat potensial sebagai penghasil alginat adalah Sargassum. Pada saat pembuatan alginat, polisakarida larut air seperti laminaran dan fukoidan terbuang sebagai limbah. Fukoidan sudah banyak dimanfaatkan, tetapi laminaran belum ada pemanfaatan yang efisien, sehingga perlu penelitian untuk melihat potensinya. Tujuan umum dari penelitian ini adalah untuk mendapatkan prebiotik laminaran dari alga cokelat S. crassifolium. Adapun tujuan khususnya adalah (1) mendapatkan metode ekstraksi laminaran yang efisien (2) memperoleh karakteristik fisiko-kimia, kimia dan fungsional ekstrak kasar laminaran, (3) mengetahui pengaruh hidrolisis ekstrak laminaran secara enzimatik terhadap sifat bifidogenik oligosakarida laminaran yang dihasilkan, (4) mengetahui pengaruh proses pengolahan dan gastric juice terhadap stabilitas kimiawi oligosakarida laminaran, (5) mengetahui Indeks Prebiotik oligosakarida laminaran dibandingkan dengan laminaran komersial (sigma) dan prebiotik komersial (Inulin) dan (6) mengetahui kemampuan produk SCFA oligosakarida laminaran pada fermentasi in vitro dengan bakteri dari feses. Metode ekstraksi yang menggabungkan antara ekstraksi serbuk alga dengan asam sulfat kemudian filtratnya dipresipitasi dengan etanol dilanjukan dengan reekstraksi residu alga dengan akuades dan filtrat yang dihasilkan juga dipresipitasi dengan etanol merupakan metode terbaik berdasarkan yield, kadar glukosa dan total gulanya. Ekstrasi alga cokelat S. crassifolium dengan metode modifikasi Yvin menghasilkan dua jenis ekstrak yaitu ekstrak laminaran hasil lisis dengan asam sehingga masih banyak mengandung impuritis dari komponen dinding sel disebut LAE (Laminaran Acid Extraction) dan ekstrak laminaran hasil pencucian residu alga dengan akuades sehingga mayoritas kandungannya laminaran disebut LME (Laminaran Modified Extraction). Karakterisasi fisiko-kimia dan kimia menunjukkan bahwa ekstrak LAE mempunyai WHC dan kadar abu (11,54 mg/g; 25,7%) lebih tinggi daripada LME (10,74 mg/g; 14,89%). DP, serat pangan dan kadar laminaran dari ekstrak LAE (24; 31,0% dan31,0%) lebih rendah daripada LME (28; 53,6% dan 53,6%) sedangkan karakteristik yang lain tidak berbeda nyata. Ekstrak LME mempunyai finger print pada 884 cm -1 yang identik dengan β-(1,3)-D-Glukopiranosil atau laminaran sedangkan LAE mempunyai finger print pada 833 cm -1 adalah grup sulfat axial yang identik dengan fukoidan. LAE maupun LME menunjukkan keberadaan karbohidrat (laminaran), proton anomerik β-(1,3)- , ikatan β-(1,3) dan anomer β-reducing end tetapi tidak terdapat ikatan β-(1,6) dan tidak bercabang. Artinya laminaran S. crassifolium merupakan β-(1,3)-glukopiranosil dengan rantai linier. Baik LAE maupun LME bersifat prebiotik, dengan skor IP 0,94 – 1,15; skor AP untuk LME 0,26 dan 0,96 tetapi untuk LAE negatif. Pada substrat LME terjadi penurunan proporsi pembentukan asetat, peningkatan pada propionat namun stagnan pada butirat. Sifat prebiotik LAE dan LME lebih rendah dibandingkan inulin tetapi proporsi pembentukan butirat pada substrat inulin lebih rendah, sedangkan proporsi pembentukan asetatnya lebih tinggi. Hidrolisis ekstrak LAE dan LME menggunakan enzim endo-β-1,3-glukanase dengan waktu 20 menit mampu menurunkan DP (dari 24 dan 28 menjadi 11 dan 10) namun belum meningkatkan sifat bifidogeniknya. Hasil hidrolisis LAE dan LME yaitu OLAE (oligosaccharide laminaran acid extraction) dan OLME (oligosaccharide laminaran modified extraction) stabil terhadap pH rendah (3,0 - 6,0; suhu kamar), pH rendah dengan panas tinggi (4,0 - 7,0; 85ᴼC) dan pada kondisi gastrik juice (pH 3,0; suhu ruang, waktu 0 - 3 jam). Tetapi kurang stabil pada kondisi reaksi Maillard (pH 7,0; ada tambahan glysin 1%, suhu 85ᴼC). Nilai Indeks prebiotik OLAE dan OLME positif (0,82 dan 1,10) dan skor prebiotik OLAE dan OLME positif ( 0,56; 0,07 dan 0,01; 0,01) artinya masih bersifat prebiotik, tetapi lebih rendah dibandingkan laminaran komersial (sigma) maupun inulin. Total SCFA ekstrak OLAE lebih rendah daripada OLME, berturut-turut asetat : propionat : butirat (9,47 : 1,76 : 0,58 dengan 9,97 : 1,61 : 0,61) bahkan dari native-nya. Rasio molar ekstrak OLAE dan OLME berturut-turut asetat : propionat : butirat (80 : 15 : 5 dan 78 : 17 : 5) berbeda pada asetat dan propionat tetapi sebanding pada butiratnya, terjadi penurunan dibandingkan native-nya, dan dibandingkan dengan laminaran komersial (sigma) maupun inulinpun lebih rendah. Kesimpulan, baik LAE maupun LME laminaran potensial sebagai prebiotik, tetapi hidrolisis enzimatis tidak efektif meningkatkan sifat prebiotiknya.

One species of brown algae potential producer of alginate is Sargassum. In the making of alginate, water-soluble polysaccharides such as fucoidan and laminaran are dissipated as waste. Fucoidan has been used but laminaran has not been in efficient utilization, so to conduct a research is essential to find its potential. The general objective of this study was to obtain laminaran prebiotic of brown algae S.crassifolium. The specific objectives of this study were (1) to obtain an efficient laminaran extraction method and physico-chemical, chemical and functional characteristics of laminaran crude extract (2) to obtain the enzymatic hydrolysis or depolymerization time of laminaran crude extract producing laminaran oligosaccharides with DP less than equal 9 (bifidogenic), (3) to determine the effect of treatment process and gastric juice to chemical stability of laminaran prebiotic oligosaccharides, (4) to determine the index of laminaran prebiotic oligosaccharides compared with standard laminaran and commercial prebiotics (inulin) and (5) to determine the ability of laminaran oligosaccharides in producing SCFA on fermentation in vitro using bacteria from feces. The best extraction method was the method 5 (Yvin modification) that algae powder was extracted with acid filtrate asulfat then precipitated with ethanol followed by reextraction of algae residue with distilled water and the resulting filtrate was also precipitated with ethanol. The extraction of brown algae S. crassifolium using Yvin modification method produced two types of extracts i.e. is laminaran extract lysis with acid so that the result still contained many impurities from the cell wall components its names LAE (Laminaran Acid Extraction) and laminaran extracts resulted from the washing of algae residue with distilled water so that its main content was LME (Laminaran Modified Extraction). The physico-chemical characterization and chemical such as WHC and ash content LAE(11,54 mg/g; 25,7%) higher than LME (10,74 mg/g; 14,89%), DP, and levels of dietary fiber laminaran LAE (24; 31,0% dan31,0%) lower than LME (28; 53,6% dan 53,6%), while other characteristics were not significantly different. Extract LME has a finger print around 884 cm -1 were identical to the β-(1,3)-D-Glukopiranosil or laminaran. LAE has a finger print on 833 cm -1 was an axial sulfate group identical with fucoidan. LAE and LME showed the presence of carbohydrates (laminaran), proton anomeric β-(1,3)-, β - bond (1.3) and β-anomer reducing end but there was no β - (1,6) bond and this laminaran was not branched meaning that the S. crassifolium laminaran was a linear chain of β - (1,3) - glukopiranosil. Both LAE and the LME were a prebiotic, but their prebiotic index and prebiotic activity, and total SCFA were lower than inulin but molar rasio SCFA were higher than inulin. So, both LAE and LME laminaran were potential as a prebiotic. The hydrolysis of rough laminaran extract (LAE and LME) using enzyme endo-β-1,3 - glucanase with a time of 20 minutes produced affected the resulted DP which was not yet bifidogenik (from 24 and 28 to 11 and 10). Hydrolysis LAE and LME extract produced OLAE (oligosaccharide laminaran acid extraction) and OLME (oligosaccharide laminaran modified extraction). OLAE and OLME were stable to low pH (3.0 to 6.0 ; room temperature) , low pH with high heat ( from 4.0 to 7.0 ; 85 ᴼ C ) and the condition of gastric juice ( pH 3.0 ; room temperature , time of 0-3 hours ). However, they were less stable in Maillard reaction conditions (pH 7.0 ; additional glycine 1 % , temperature 85 ᴼC). Index values and prebiotic scores of OLAE and OLME were positive means that they are considered prebiotics, but lower than the standard laminaran and inulin. Total SCFA and molar ratios of OLAE extract was comparable to OLME but there was a decrease compared to their native, and was lower than the standard laminaran and inulin. As conclusion, both LAE and LME laminaran were potential as a prebiotic, but the use of enzymatic hydrolysis was not effective in improving their prebiotic properties.

Kata Kunci : laminaran kasar, hidrolisis, aktivitas prebiotik, indeks prebiotik, SCFA, Oligosakarida laminaran.