NANOENKAPSULASI ASAP CAIR DALAM KITOSAN DAN MALTODEKSTRIN MENGGUNAKAN TEKNIK SPRAY DRYING

Satrijo Saloko, Prof. Dr. Purnama Darmadji, M.Sc

2014 | Disertasi | S3 Ilmu Pangan

Asap cair (AC) diperoleh melalui proses pemurnian asap cair kasar dari tempurung kelapa, yang mempunyai potensi sebagai pengawet pangan karena mengandung senyawa antioksidan dan antibakteri. Bentuk cairan dari AC mempunyai keterbatasan dalam handling dan mudah mengalami perubahan fisikokimia selama penyimpanan. Oleh karena itu diupayakan untuk merubah bentuk wujud AC tersebut menjadi bentuk bubuk dan dengan memberikan perlakuan perlindungan (enkapsulasi) terhadap komponen bioaktif dari AC. Proses enkapsulasi senyawa bioaktif AC bersifat unik dan memerlukan teknik khusus, mengingat AC bersifat asam dan sebagian besar komponennya berupa air sehingga proses enkapsulasinya berlangsung melalui sistem dispersi yang melibatkan banyak komponen. Tujuan umum dari penelitian ini yaitu nanoenkapsulasi AC dalam kitosan (KS) dan maltodekstrin (MD) menggunakan teknik spray drying untuk menghasilkan bubuk nanokapsul asap cair yang mempunyai daya pengawet pangan alami sehingga mempunyai dampak pengawetan yang sinergis. Adapun tujuan khusus dari penelitian ini adalah 1). Mengetahui dan mengevaluasi karakteritik dispersi nanopartikel pada berbagai formulasi perlakuan dan kombinasi enkapsulan pada berbagai suhu pemanasan, kecepatan homogeniser dan waktu homogenisasi sehingga didapatkan dispersi nanopartikel yang stabil (menggunakan Nano Zetasizer dan Transmission Electron Microscopy), 2). Mengetahui dan mengevaluasi karakteristik fisikokimia nanokapsul asap cair yang dihasilkan melalui proses pengeringan menggunakan teknik spray drying melalui perlakuan suhu inlet dan laju alir bahan (menggunakan GC-MS), dan 3). Mengetahui dan mengevaluasi efektifitas penggunaan nanokapsul AC sebagai antioksidan dan antibakteri pada daging giling ikan tuna segar sebagai sistem model pengawetan pangan. Penelitian ini terdiri atas 3 tahap, Tahap I (pertama) adalah optimasi proses dispersi nanopartikel yang terdiri atas 2 faktor. Faktor pertama terdiri atas 5 formulasi perlakuan dispersi nanopartikel, (i). F1 = Asam asetat (AA) 1%+KS 0,5%+MD 9,5%; (ii). F2 = AC+KS 0%+MD 10%; (iii). F3 = AC+KS 0,5 %+MD 9,5%; (iv). F4 = AC+KS 1,0 %+MD 9,0%; (v). F5 = AC+KS 1,5 %+MD 8,5%. Faktor kedua kondisi homogenisasi, terdiri atas 3 perlakuan, yang masing-masing terdiri atas 2 taraf, yaitu (i). suhu pemanasan (T = 40oC dan 50oC); (ii). kecepatan homogeniser (P = 4000 rpm dan 5200 rpm); (iii). lama homogenisasi (L = 2,5 menit dan 5 menit). Pada tahap ini dibuat kontrol perlakuan tanpa pemanasan (T0), tanpa homogenisasi (P0) dan tanpa lama homogenisasi (L0) dengan kode sampel F0T0P0L0. Tahap II (kedua) adalah penentuan optimasi proses nanoenkapsulasi menggunakan teknik spray drying dengan 2 perlakuan yang masing-masing terdiri atas 2 taraf yaitu (i). suhu inlet (T = 130oC dan 150oC); (ii). laju alir bahan (L = 2,4 ml/min dan 5,1 ml/min). Tahap III (ketiga) adalah aplikasi nanokapsul pada daging giling ikan tuna segar sebagai sistem model pengawetan pangan. Faktor yang diujikan terdiri atas 2 perlakuan yang masingmasing terdiri atas 4 taraf, yaitu (i). konsentrasi nanokapsul (K = 2,5%; 5%; 7,5% dan 10%); (ii). Lama penyimpanan suhu kamar (T = 12 jam; 24 jam; 36 jam dan 48 jam). Penyimpanan sampel dilakukan dalam kemasan plastik klip, dan kontrol dibuat pada daging giling ikan tuna segar tanpa perlakuan seperti di atas dengan kode sampel K0. Rancangan yang digunakan dalam penelitian ini adalah rancangan acak lengkap faktorial menggunakan 3 ulangan kecuali untuk uji sensoris. Hasil penelitian ini menunjukkan bahwa karakteristik dispersi nanopartikel AC diperoleh menggunakan suhu pemanasan homogenisasi 50oC, kecepatan homogeniser 4000 rpm dengan lama homogenisasi 2,5 menit menghasilkan morfologi partikel berbentuk bulat dengan pola distribusi yang homogen, mempunyai ukuran dispersi partikel 1,3 nm, dan mempunyai muatan permukaan partikel +1,25 mV mengindikasikan bahwa dispersi nanopartikel asap cair stabil. Pembuatan nanokapsul dengan menggunakan teknik spray drying pada suhu inlet 150oC dengan laju alir 5,1 ml/min mampu menghasilkan efisiensi enkapsulasi fenol 65,64% dan kandungan senyawa total fenol 5,46%. Nanokapsul AC yang dihasilkan berwujud bubuk berwarna putih sedikit kekuningan, berbentuk smooth spherical berukuran 13,34 nm dengan pola distribusi yang homogen, dan mengandung komponen senyawa-senyawa volatil lebih spesifik yaitu asam asetat dan fenol dibandingkan dalam bentuk dispersi nanopartikel, serta mempunyai aktivitas antioksidan yang tinggi 58,97% menggunakan metode DPPH. Penggunaan nanokapsul AC pada sistem model pengawetan pangan mampu menghambat kuat aktivitas antibakteri Gram negatif, pada konsentrasi di atas 2,5% menghasilkan tingkat kesegaran produk dengan nilai TVB-N di bawah 30 mg/100g dan konsentrasi 7,5% menghasilkan kandungan total mikrobia di bawah 6,0 log CFU/g pada penyimpanan suhu kamar selama 48 jam, dan memberikan tingkat penerimaan bau oleh panelis dengan kriteria agak suka. Dari hasil penelitian ini dapat disimpulkan bahwa nanokapsul AC tempurung kelapa dalam kitosan dan maltodektrin sebagai enkapsulan mempunyai kemampuan untuk digunakan sebagai pengawet pangan alami.

Liquid smoke (LS) produced through refining process from crude coconut shell liquid smoke, and potentially as food preservative because of some chemical composition roles as antioxidative and antibacterial. However, the liquid form of LS has limited point for handling and the physicochemical properties are easy to change during storage. So that, there is a need to convert liquid to solid (powder) and protected its bioactive compound using encapsulation technique. This process is unique and has special technique, because the major proportion of LS are composed of water and acids. Therefore, the encapsulation process occurs from dispersion system that involves appropriate technique. The general objective of this research was to bring the nanoencapsulation technology of LS using chitosan (CS) and maltodextrin (MD) as encapsulants which is expected to high potency as a natural food preservative. In addition, the specific objectives were (i). to determine appropriate consentration of LS as a core and chitosan and maltodextrin as an encapsulants to get dispersion nanoparticle properties (by Nano Zetasizer and Transmission Electron Microscopy), (ii). to evaluate the optimation process of nanoencapsulation by using spray drying technique on physicochemical properties (by GC-MS), (iii). to evaluate the applications of LS nanocapsules as food preservative in model system. This research consisted of three stages namely the first stage was the determination of optimation dispersion nanoparticle processed that consisted of two experimental factors i.e. first factor was the treatment formulation which had five formulation dispersion nanoparticles (F1 = CS 0.5% in acetic acid (AA) 1%+MD 9.5%; F2 = LS+CS 0%+MD 10%; F3 = LS+CS 0.5 %+MD 9.5%; F4 = LS+KS 1.0 %+MD 9.0%; F5 = LS+CS 1.5 %+MD 8.5%. Second factor homogenization condition which had three threatments with each consisted of 2 levels. That were (i). heat temperature (T = 40oC and 50oC); (ii). speed homogenizer (P = 4000 rpm and 5200 rpm); (iii). time homogenization (L = 2.5 min and 5.0 min). Control was used for unthreatment sample which had F0T0P0L0 as sample code. The second stage of this research was determination of optimation nanoencapsulation processed by using spray drying technique that consisted of two threatment with each consisted of 2 levels i.e. (i). inlet air temperature (T = 130oC and 150oC); (ii). feed flow rate (L = 2.4 ml/min and 5.1 ml/min). And the third stage of this research was the application of nanocapsules in fresh tuna minced as a model system of food preservative. The experimental factor that used to evaluated in this stage were nanocapsule concentration (K = 2.5%; 5%; 7.5% and 10%) and storage time (T = 12 h; 24 h; 36 h and 48 h). The sample keep stored in plastic cling at room temperature, and control used in fresh tuna minced without threated with K0 sample code. The research had been performed using factorial Completely Randomized Design (CRD). All experiments were done in three replications, except in sensory test. The results showed that the charactheristic of LS dispersion nanoparticle obtained by using heat threatment 50oC, speed homogenizer 4000 rpm during 2.5 min resulted spherical shape of particle with good distribution homogenity, particle size 1.3 nm, zeta potential +1.25 mV that indicated the stability. The nanocapsule product that produced by spray drying technique in inlet air temperature 150oC and feed flow rate 5.1 mil/min resulted encapsulation efficiency 65.64% with phenol content 5.46%. Nanocapsule of LS was white yellowish powder with smooth spherical shape, size particle 13.34 nm, and consisted more specific volatile compound i.e. acetic acid and phenol comparing with dispersion nanoparticle also highly antioxidant activity 58.9% with DPPH method. The application of nanocapsules LS for food preservative model system could strong inhibited antibacterial activity especially Gram negative. The evluation of TVB-N value resulted under standard limit 30 mg/100 g at 2.5% concentration, and total microbial under 6.0 log CFU/g up to 7.5% concentration at 48 h strorage. Based on sensory value, the panelists score was neither like nor dislike for all consentration during storage. The results indicated that liquid smoke nanocapsules was an effective preservative agent for fresh tuna fish therefore these encapsulating methods are a promising technique for food applications.

Kata Kunci : Asap cair tempurung kelapa, nanoenkapsulasi, kitosan, maltodekstrin, spray drying.