Post on 06-Mar-2019
1
BAB I
PENDAHULUAN
A. Latar Belakang
Tanaman buah merah (Pandanus Conoideus Lam) adalah tanaman khas
atau endemik yang tumbuh di pulau Papua. Minyak buah merah (MBM) dianggap
sebagai minyak fungsional karena selain dapat dikonsumsi sebagai diet juga dapat
digunakan sebagai agen pencegah berbagai penyakit, diantaranya sebagai
antikanker (Munim et al., 2006). Buah merah mengandung asam oleat dan linoleat
serta betakaroten dan tokoferol dalam jumlah tinggi (Budi & Paimin, 2004).
Selain itu, MBM juga mengandung vitamin dan mineral esensial yang cukup
lengkap.
Autentikasi MBM menjadi sangat penting karena harga MBM yang
terbilang mahal. Harga jual MBM di pasaran berkisar antara Rp 300.000,- sampai
dengan Rp 1.000.000,- per liter (Yuhono dan Pribadi, 2007). Oleh karena itu,
minyak ini sangat berpotensi untuk dipalsukan dengan minyak lain yang harganya
lebih murah seperti minyak jagung, minyak kedelai, kelapa sawit, minyak wijen,
dan minyak nabati lainnya untuk memperoleh keuntungan yang lebih tinggi.
Penentuan keaslian suatu minyak merupakan isu yang menarik tidak hanya bagi
produsen minyak tetapi juga bagi konsumen karena terkait dengan kesehatan
konsumen, dan dalam banyak hal terkait dengan larangan oleh agama tertentu
seperti pemalsuan dengan lemak babi (Rohman dan Che Man, 2008).
2
Beberapa metode fisika-kimia telah dikembangkan untuk analisis minyak
antara lain: electronic nose, differential scanning calorimetry (DSC),
kromatografi, metode-metode spektroskopik, dan metode kimia basah (Che Man
et al., 2010). Akan tetapi, metode-metode ini seringkali memerlukan waktu yang
lama, menggunakan banyak pelarut, dan kurang efektif. Oleh karena itu,
dibutuhkan metode yang mampu mendeteksi adanya pemalsuan minyak secara
cepat, sederhana, dan terpercaya.
Spektroskopi Inframerah Fourier Transform (FTIR) dikenal sebagai
teknik sidik jari (finger print) karena tidak ada 2 senyawa yang memiliki jumlah
puncak atau intensitas absorbansi yang sama. Spektroskopi FTIR merupakan
teknik analisis yang peka, reliabel, membutuhkan sampel yang sedikit, dan
operasionalisasinya mudah. Digabungkan dengan kemajuan komputer dan
perangkat lunak ―kemometrika‖, spektroskopi FTIR dapat memberikan informasi
kualitatif dan kuantitatif. Spektroskopi FTIR yang dikombinasikan dengan
kemometrika telah digunakan untuk mendeteksi adanya virgin coconut oil (VCO)
dalam campuran biner dengan minyak zaitun dan minyak sawit (Rohman et al.,
2010), lemak babi dalam minyak ikan (Rohman and Che Man, 2009), minyak
sawit dalam VCO (Rohman dan Che Man, 2009), minyak jagung dan minyak
bunga matahari dalam VCO (Rohman dan Che Man, 2011), serta minyak wijen
dalam minyak buah merah (Martsasi et al., 2012). Namun, melalui studi literatur
belum ada yang menjelaskan penggunaan spektroskopi FTIR untuk autentikasi
MBM dalam campuran dengan minyak jagung dan kedelai. Dalam penelitian ini,
3
kombinasi spektroskopi FTIR dan kemometrika digunakan untuk autentikasi
minyak merah dalam campuran dengan minyak jagung dan kedelai.
B. Rumusan Masalah
Minyak buah merah (MBM) tergolong minyak yang baru di pasaran.
Minyak ini memiliki harga hingga 10-15 kali lebih mahal dibanding minyak
nabati pada umumnya. Akibatnya, banyak produsen yang melakukan pemalsuan
MBM dengan menambahkan minyak yang lebih murah sebagai campuran untuk
memperoleh MBM oplosan. Berdasarkan latar belakang permasalahan diatas,
permasalahan yang diangkat dalam penelitian ini adalah sebagai berikut:
1. Apakah spektroskopi FTIR dihubungkan dengan kemometrika dapat
digunakan untuk autentikasi minyak buah merah dalam campuran dengan
minyak jagung dan minyak kedelai?
2. Bagaimana optimasi spektrofotometri FTIR dan kalibrasi multivariat
untuk menghasilkan model yang sesuai untuk autentikasi minyak buah
merah dalam campuran dengan minyak jagung dan minyak kedelai?
C. Pentingnya Penelitian Dilakukan
Sebagai salah satu minyak fungsional yang berkhasiat untuk mencegah
penyakit, autentikasi MBM dengan minyak lain yang harganya lebih rendah
merupakan suatu keniscayaan. Deteksi adanya minyak pemalsu dengan metode-
metode standar seperti kromatografi dirasakan terlalu lama dan membutuhkan
preparasi sampel yang cukup rumit. Oleh karena itu dibutuhkan metode instrumen
4
yang cepat, reliabel, serta reprodusibel. Kombinasi metode spektroskopi
inframerah (FTIR) dengan kemometrika diharapkan mampu menganalisis adanya
campuran pemalsu dalam minyak buah merah secara cepat dan terpercaya. Hal ini
dilakukan untuk melindungi konsumen karena terkait dengan kesehatan
konsumen.
Hasil penelitian ini dapat dimanfaatkan oleh industri minyak dan lemak
maupun pemerintah untuk menganalisis keaslian suatu minyak. Hasil penelitian
ini juga dapat dimanfaatkan sebagai bahan acuan dalam analisis yang sama oleh
peneliti lain.
D. Tujuan Penelitian
Tujuan penelitian ini adalah diperolehnya metode analisis yang cepat dan
akurat untuk mendeteksi adanya minyak kedelai dan minyak jagung dalam MBM.
Secara khusus, tujuan penelitian ini adalah:
1. Mengembangkan metode spektroskopi FTIR yang dikombinasikan dengan
kemometrika untuk autentikasi MBM dalam campuran dengan minyak
jagung dan minyak kedelai.
2. Melakukan optimasi spektroskopi FTIR dan kalibrasi multivariat untuk
menghasilkan model yang sesuai untuk autentikasi MBM dalam campuran
dengan minyak jagung dan minyak kedelai.
5
E. Tinjauan Pustaka
1. Minyak dan Lemak
Asam lemak merupakan suatu asam karboksilat berantai tinggi, semakin
panjang rantai C penyusunnya, semakin tinggi titik didihnya dan semakin sukar
larut dalam pelarut polar. Asam lemak tidak lain adalah asam alkanoat atau asam
karboksilat berderajat tinggi (rantai C lebih dari 6). Asam lemak bersama dengan
gliserol merupakan senyawa penyusun utama minyak nabati dan merupakan
bahan baku untuk semua lemak pada makhluk hidup. Secara alami, asam lemak
bisa terikat sebagai gliserida maupun berada dalam bentuk bebas karena lemak
yang terhidrolisis (Fessenden dan Fessenden, 1999).
Komponen minyak umumnya terdiri atas trigliserida yang memiliki asam
lemak jenuh dan asam-asam lemak tak jenuh, dengan satu atau lebih ikatan
rangkap di antara atom-atom karbonnya. Trigliserida merupakan senyawa hasil
kondensasi molekul gliserol dengan tiga molekul asam lemak. Reaksi hidrolisis
trigliserida dapat dilihat dalam persamaan berikut:
Gambar 1. Reaksi hidrolisis trigliserida (Winarno, 1986).
6
Menurut rantainya, asam lemak dibagi menjadi tiga yaitu: asam lemak
rantai pendek (Short Chain Fatty Acids/SCFA), asam lemak rantai sedang
(Medium Chain Fatty Acids/MCFA), dan asam lemak rantai panjang (Long Chain
Fatty Acids/LCFA). SCFA merupakan asam lemak dengan atom C kurang dari 8
dan terdapat dalam jumlah yang sedikit di alam, contohnya pada lemak susu.
MCFA yaitu asam lemak dengan atom C8-C12. Sekitar 92 % asam lemak yang
terkandung dalam minyak kelapa adalah asam lemak golongan rantai karbon
sedang (MCFA) yang terdiri dari 12 atom karbon jenuh. LCFA adalah asam
lemak dengan atom C lebih dari 12. Jenis asam lemak yang terdapat dalam
minyak nabati terdiri dari 18 atau lebih atom karbon, dan sebagian besar adalah
golongan asam lemak rantai panjang (LCFA) yang umumnya mempunyai ikatan
ganda (St-Onge dan Jones, 2002).
Berdasarkan ada tidaknya ikatan rangkap pada atom C, LCFA dapat
dibedakan menjadi asam lemak jenuh (Saturated Fatty Acids/SFA) dan asam
lemak tak jenuh (Unsaturated Fatty Acids/UFA) yang terdiri dari asam lemak tak
jenuh tunggal (Monounsaturated Fatty Acids/MUFA) dan asam lemak tak jenuh
poliena (Polyunsaturated Fatty Acids/PUFA). MUFA adalah asam lemak yang
mempunyai satu ikatan rangkap, contohnya asam oleat. PUFA adalah asam lemak
yang memiliki dua sampai enam ikatan rangkap, contohnya asam linoleat dan
asam linolenat (Wuryastuti, 1991).
7
2. Buah Merah (Pandanus conoideus Lam.)
Buah merah (Pandanus conoideus Lam) termasuk tanaman endemik yang
tumbuh liar di wilayah Maluku dan Papua (Bourke, 2005). P. conoideus Lam
termasuk tanaman keluarga pandan-pandanan (pandanus), pohon menyerupai
pandan, tinggi tanaman mencapai 16 m dengan tinggi batang bebas cabang
setinggi 5-8 m yang diperkokoh akar-akar tunjang pada batang sebelah bawah.
Gambar 2. Buah merah (Wijaya dan Pohan, 2009).
Buah merah berbentuk lonjong dengan kuncup tertutup buah, panjang
buah mencapai 96-102 cm, diameter 15-20 cm, dan bobot 7-8 kg. Saat matang
buahnya berwarna merah maroon terang, meskipun ada jenis buah tanaman ini
yang berwarna coklat dan coklat-kekuningan (Budi dan Paimin, 2004). Secara
umum, habitat asal tanaman ini adalah hutan sekunder dengan kondisi tanah
lembab. Tanaman buah merah ditemukan tumbuh di daerah dengan ketinggian 0-
2300 meter diatas permukaan laut (dpl). Adapun klasifikasi tanaman buah merah
menurut Brands (2000) dan Heyne (1987) adalah sebagai berikut :
8
Regnum : Plantae
Divisio : Spermatophyta
Sub divisio : Angiospermae
Classis : Liliopsida
Subclassis : Aridae
Ordo : Pandanales
Familia : Pandanaceae
Subfamilia : Pandanoidaeae
Genus : Pandanus
Species : Pandanus conoideus Lamk.
Secara empiris buah merah telah digunakan untuk pengobatan berbagai
macam penyakit antara lain kanker, liver, diabetes, dan HIV-AIDS. Menurut Budi
(2001), buah merah mengandung komponen gizi yang bermanfaat dalam kadar
tinggi, diantaranya betakaroten, tokoferol, asam oleat, asam linoleat, dan asam
linolenat. Rohman et al. (2010) melaporkan bahwa ekstrak etil asetat dan fraksi-
fraksinya mempunyai aktivitas antioksidan melalui penangkapan radikal bebas
DPPH dan daya reduksi terhadap ion besi (III). Salah satu fraksinya bahkan
menunjukkan aktivitas antioksidan yang lebih tinggi dibanding tokoferol. Etil
asetat merupakan pelarut yang bersifat semi-polar, sehingga zat aktif yang
terdapat dalam minyak dapat terekstrak oleh etil asetat.
Berdasar penelitian yang dilakukan oleh I Made Budi (2005), buah merah
dapat berfungsi seperti obat antiretrovirus yang amat dibutuhkan penderita
HIV/AIDS. Kandungan vitamin E (tokoferol) dan betakaroten yang sangat tinggi
9
diyakini mampu memperbaiki keadaan pasien AIDS karena kedua kandungan ini
berfungsi sebagai antioksidan dan dapat meningkatkan sistem kekebalan tubuh.
Tabel I. Kandungan senyawa aktif dalam minyak buah merah (Budi dan Paimin, 2004).
Senyawa Aktif Kandungan
Total karotenoid 12.000 ppm
Total tokoferol 11.000 ppm
β-karoten 700 ppm
α-tokoferol 500 ppm
Asam oleat 58 %
Asam linoleat 8,8 %
Asam linolenat 7,8 %
Asam dekanoat 2,0 %
Tabel II. Komposisi zat gizi per 100 gram buah merah (Budi dan Paimin, 2004).
Senyawa Aktif Kandungan
Energi 394 kalori
Protein 3.300 mg
Lemak 28.100 mg
Serat 20.900 mg
Kalsium 54.000 mg
Fosfor 30 mg
Besi 2,44 mg
Vitamin B1 0,9 mg
Vitamin C 25,7 mg
Niasin 1,8 mg
Air 34,9 %
Penelitian terkait dengan antikanker buah merah telah dilakukan oleh
Meiyanto et al. (2005), yang mana ekstrak MBM memiliki potensi sitotoksik
terhadap sel miolema, sel kanker leher rahim (HeLa) dan sel kanker payudara
(T47D) dengan IC50 berturut-turut sebesar 5637 ppm, 1355 ppm, dan 914 ppm.
Penelitian lebih lanjut dilakukan oleh Munim et al. (2006) yang menunjukkan
bahwa pemberian sari buah merah pada dosis 0,21 mL / 200 g BB mampu
menghambat pertumbuhan kanker pada paru-paru tikus hasil induksi 7,12-
10
dimetilbenz(a)antrasen (DMBA). Sedangkan menurut Moeljopawiro et al. (2007),
sari buah merah mempunyai kemampuan menghambat proliferasi sel kanker
payudara, rahim, dan usus besar.
Tokoferol yang terkandung dalam buah merah merupakan antioksidan
yang diduga mampu memperbaiki kerja pankreas sehingga sekresi insulin oleh sel
β pulau langerhans dapat meningkat (Budi, 2005). Penelitian yang dilakukan oleh
Febriyanti et al. menunjukkan bahwa pemberian ekstrak buah merah dapat
menurunkan kadar glukosa darah secara signifikan. Pemberian ekstrak buah
merah dengan dosis 0,13 dan 0,54 ml/ekor/hari/O mampu menurunkan kadar
glukosa darah dan pemberian ekstrak buah merah dosis 0,13 dan 0,54
ml/ekor/hari/O selama 14 hari tidak bersifat toksik (Febriyanti et al., 2010).
Buah merah juga dapat menunjukkan aktivitas hepatoprotektif melawan
kerusakan hati yang diinduksi oleh CCl4. Penelitian yang dilakukan oleh Maulita
menunjukkan bahwa pemberian ekstrak buah merah secara signifikan mampu
menurunkan kadar SGPT dan SGOT. Berdasarkan pemeriksaan histopatologi,
pemberian ekstrak buah merah mampu menghambat kerusakan dan mengurangi
degenerasi dan nekrosis sel hati (Maulita, 2010). Buah merah memiliki
kemampuan hepatoprotektif yang lebih baik dibandingkan dengan obat standar
dalam mencegah terjadinya kerusakan sel hati yang ditunjukkan dengan tingkat
aktivitas SGOT dan SGPT dan persentase kerusakan sel hati yang lebih rendah
(Nugraha et al., 2008).
11
3. Minyak Kedelai
Minyak kedelai adalah minyak yang diperoleh dari ekstraksi biji kedelai
(Glycine max L) dengan metode maserasi. Pelarut yang banyak digunakan dalam
proses ekstraksi adalah etanol, heksana, etilen diklorida, aseton, isopropanol, dan
metanol (Koswara, 2007). Isa (1996) telah mengekstraksi minyak dari biji kedelai
dengan variasi pelarut (n-heksan, petroleum eter, kloroform, campuran petroleum
eter dengan kloroform) dan diperoleh kadar minyak yang paling tinggi yaitu
18,83-20,36% menggunakan campuran petroleum eter dengan kloroform. Hasil
analisis komponen penyusun minyak kedelai dengan kromatografi gas
menunjukkan bahwa komponen dominan yang menyusun minyak kedelai adalah
asam linoleat, asam oleat, asam palmitat, asam linolenat, dan asam stearat.
Asam lemak dalam minyak kedelai sebagian besar terdiri dari asam lemak
essensial yang dibutuhkan oleh tubuh. Minyak kedelai yang sudah dimurnikan
dapat digunakan sebagai minyak goreng serta untuk segala keperluan pangan
seperti margarin. Hampir 90% produksi minyak kedelai digunakan di bidang
pangan dalam bentuk telah dihidrogenasi, karena minyak kedelai mengandung
lebih kurang 85% asam lemak tak jenuh (Ketaren, 1986). Kandungan asam lemak
tak jenuh yang tinggi pada minyak kedelai dapat mencegah timbulnya
atherosclerosis atau penyumbatan pembuluh darah (Rismunandar, 1978). Minyak
kedelai juga digunakan untuk pembuatan lilin, sabun, semir, insektisida, pernis,
dan cat.
12
Menurut Ketaren (1986), kadar minyak dalam kedelai relatif lebih rendah
dibandingkan dengan jenis kacang-kacangan lainnya. Perbedaan kadar minyak
dan komposisi asam lemak dalam kedelai sangat bergantung pada varietas dan
keadaan iklim tempat tumbuh. Komposisi asam lemak yang terkandung dalam
minyak kedelai disajikan dalam tabel III.
Tabel III. Komposisi asam lemak dalam minyak kedelai (Herschdoefer, 1986).
No. Asam Lemak Jumlah Karbon Kadar (%)
1. Asam miristat C14:0 < 0,5
2. Asam palmitat C16:0 7,0-12
3. Asam palmitoleat C16:1 0,0-0,5
4. Asam stearate C18:0 2,0-5,5
5. Asam oleat C18:1 19-30
6. Asam linoleat C18:2 48-58
7. Asam linolenat C18:3 < 4-10
8. Asam arakidonat C20:0 < 1,0
9. Asam gadoleat C20:1 < 1,0
10. Asam behenat C22:0 < 0,5
Menurut Bailey (1951), berat jenis minyak kedelai yang diukur pada
temperatur 25oC adalah sebesar 0,916-0,922 dengan indeks bias sebesar 1,471-
1,475. Angka penyabunan minyak kedelai berkisar antara 189-195 dengan
kandungan asam lemak bebas sebesar 1,5%; bilangan asam sebesar 0,2-0,6; dan
bilangan iod sebesar 189-195 (Allan dan Hamilton, 1983).
4. Minyak Jagung
Minyak jagung merupakan salah satu minyak nabati yang diperoleh dari
biji jagung (Zee mays L) dan telah mengalami proses pemurnian dengan atau
tanpa penambahan bahan tambahan yang diizinkan. Minyak jagung diperoleh
dengan cara mengekstrak bagian lembaga. Sistem ekstraksi yang digunakan
13
biasanya sistem pres (pressing) atau kombinasi sistem pres dan pelarut menguap
(pressing and solvent extraction). Lemak jagung terutama terdapat dalam lembaga
dengan kadar lemak sekitar 30 %. Kadar lemak biji jagung secara keseluruhan
yaitu 4,2-5 %. Minyak jagung berwarna merah gelap dan setelah dimurnikan akan
berwarna kuning keemasan (Ketaren, 1986).
Presentase trigliserida pada minyak jagung sekitar 98,6%, sedangkan
sisanya adalah bahan non lemak seperti zat warna atau pigmen dan abu. Minyak
jagung merupakan minyak yang stabil (tahan terhadap ketengikan) karena adanya
tokoferol yang larut dalam minyak. Minyak jagung dapat digunakan sebagai
bahan dalam industri, misalnya obat-obatan, bahan kimia, insektisida, dan bahan
pangan seperti salad, mentega putih, dan lainnya. Dalam produk farmasi, minyak
jagung digunakan untuk sediaan injeksi seperti injeksi tamoxifen (Hayashi dan
McMahon, 2002).
Minyak jagung mempunyai nilai gizi yang tinggi yaitu sekitar 25.000
kilokalori/gram. Dalam minyak jagung terdapat banyak asam lemak esensial yang
dibutuhkan pada pertumbuhan sel. Minyak jagung lebih disukai konsumen karena
selain harganya yang murah juga mengandung sitosterol yang dapat mencegah
terjadinya atheroschlerosis melalui pembentukkan kompleks antara sitosterol dan
Ca2+
dalam darah (Ketaren, 1986).
Salah satu mutu minyak jagung adalah terkait dengan bilangan iodium
yang dikandungnya. Bilangan iod menunjukkan besarnya tingkat ketidakjenuhan
suatu minyak atau lemak. Asam lemak tidak jenuh yang terkandung pada minyak
14
jagung sangat tinggi yaitu sekitar 86%. Mutu minyak juga dipengaruhi oleh kadar
asam lemak bebas, karena jika kadar asam lemak bebasnya tinggi, maka akan
timbul bau tengik. Adapun faktor-faktor yang dapat menyebabkan naiknya asam
lemak bebas dalam minyak antara lain adalah kadar air yang terkandung dan
enzim-enzim seperti peroksidase dan lipase yang terdapat dalam minyak tersebut.
Data fisika dan kimia minyak jagung tersaji dalam tabel IV.
Tabel IV. Data fisika dan kimia minyak jagung (Sumber: Corn Refines Association, 2006 dan
Swern, 1964).
CRA, 2006 Swern, 1964
Bilangan Iod (Wijs) 122-131 103-128
Bilangan penyabunan 189-195 187-193
Indeks bias (25oC) 1,470-1,474 1,470-1,474
Spesific gravity (25oC) 0,922-0,928 0,915-0,920
Tabel V. Profil asam lemak minyak jagung (Sumber: Corn Refines Association, 2006).
Profil asam lemak gram/100 gram minyak % berat
Asam linoleat 54-60 34-62
Asam palmitat 11-13 8-12
Asam stearate 2-3 2-5
Asam oleat 25-31 19-49
Asam lemak yang menyusun minyak jagung terdiri dari asam lemak jenuh
dan asam lemak tak jenuh. Kandungan asam lemak jenuh pada minyak jagung
relatif rendah, yaitu asam palmitat 8-12% dan asam stearat 2-5%. Sebaliknya,
kandungan asam lemak tidak jenuhnya cukup tinggi, terutama asam linoleat yang
mencapai 34-62%.
15
5. Spektroskopi Inframerah Fourier Transform (FTIR)
Metode spektrofotometri mengukur jumlah radiasi elektromagnetik yang
diserap oleh larutan sampel. Spektroskopi inframerah merupakan salah satu jenis
spektroskopi vibrasional. Bila radiasi IR dilewatkan melalui suatu cuplikan, maka
molekul akan menyerap energi sehingga terjadi perubahan tingkat vibrasi/rotasi,
tetapi hanya transisi vibrasi/rotasi yang dapat menyebabkan perubahan momen
dipol yang aktif mengabsorpsi sinar IR (Hendayana et al. 1994). Disamping itu,
frekuensi sinar yang datang harus sama dengan salah satu frekuensi vibrasi/rotasi
molekulnya.
Secara umum spektra serapan inframerah dapat dibagi menjadi tiga daerah
kerja, yaitu daerah inframerah (IR) jauh (400 – 50 cm-1
), daerah IR tengah (4000 -
400 cm-1
), dan daerah IR dekat (14000 – 4000 cm-1
). Daerah yang paling penting
untuk analisis minyak adalah inframerah tengah karena mampu memberikan
berbagai macam jenis ikatan molekul (gugus fungsional) yang terdapat dalam
minyak (Reid et al., 2006). Selain itu, spektroskopi IR juga dapat digunakan untuk
analisis kuantitatif karena intensitas (absorbansi) dalam spektra IR berbanding
lurus dengan gugus fungsional yang bersesuaian sebagaimana ditunjukkan dalam
hukum Lambert-Beer (Guillen dan Cabo, 1997).
Sebagaimana jenis absorpsi energi yang lain, pada spektroskopi IR,
molekul-molekul dieksitasikan ke tingkat energi yang lebih tinggi ketika molekul-
molekul ini menyerap radiasi IR. Absorpsi radiasi inframerah, sebagaimana
proses absorpsi yang lain, merupakan suatu proses kuantisasi yang berarti bahwa
16
hanya frekuensi (energi) tertentu dari radiasi IR yang dapat diserap oleh suatu
molekul. Absorpsi radiasi IR bersesuaian dengan perubahan energi yang berkisar
antara 2-10 kkal/mol. Radiasi pada kisaran energi ini bersesuaian dengan kisaran
frekuensi vibrasi regangan dan ulur suatu ikatan dalam kebanyakan ikatan kovalen
molekul. Dalam proses absorpsi, frekuensi-frekuensi radiasi inframerah yang
bersesuaian dengan frekuensi vibrasi molekul akan diserap dan akan
meningkatkan amplitudo gerakan-gerakan vibrasional ikatan dalam molekul.
(Pavia et al., 2009).
Saat ini dengan perkembangan transformasi Fourier, spektroskopi FTIR
digunakan secara luas dalam bidang farmasi, makanan, lingkungan dan
sebagainya (Che Man et al., 2010). Spektroskopi FTIR memiliki beberapa
keuntungan di antaranya non-destruktif, dapat menganalisis multikomponen
secara cepat, tidak perlu penyiapan contoh yang ekstensif, dan gangguan dapat
diminimumkan selama penentuan suatu senyawa (Rohman dan Che Man, 2008).
Spektroskopi IR juga dikenal sebagai teknik sidik jari (finger print), yang berarti
bahwa tidak ada 2 senyawa/sampel yang mempunyai jumlah puncak atau
intensitas absorbansi yang sama (Guillen dan Cabo, 1997). Skema instrumentasi
spektrofotometer FTIR disajikan pada Gambar 3.
17
Gambar 3. Skema instrumentasi spektrofotometer FTIR (Silverstein dan Webster, 1998).
Bagian pokok dari spektrofotometer inframerah adalah sumber cahaya,
detektor dan monokromator. Cahaya dari sumber dilewatkan melalui cuplikan,
dipecah menjadi frekuensi-frekuensi individunya dalam monokromator dan
intensitas relatif dari frekuensi individu diukur oleh detektor. Pada
spektrofotometer FTIR, monokromator digantikan dengan interferometer.
Interferometer ini mengatur intensitas sumber sinar inframerah dengan mengubah
posisi cermin pemantul yang memantulkan sinar dari sumber sinar ke sampel.
Jadi, keberadaan interferometer membuat spektrofotometer mampu mengukur
semua frekuensi optik secara serempak dengan mengatur intensitas dari semua
frekuensi tunggal sebelum sinyal mencapai detektor. Hasil scanning
interferometer yang berupa interferogram (pengaluran antara intensitas dan posisi
cermin) ini tidak dapat diinterpretasikan dalam bentuk aslinya. Proses matematika
transformasi Fourier akan mengubah interferogram menjadi spektra antara
18
intensitas dan frekuensi (George & McIntyre 1987). Kebanyakan prisma yang
digunakan terbuat dari materi seperti KBr dan NaCl yang tidak menyerap radiasi
inframerah (Harvey 2000). Kelemahan NaCl adalah sifatnya yang higroskopis
sehingga cermin-cermin harus dilindungi dari kondensasi uap.
Perajahan (plotting) antara frekuensi atau bilangan gelombang dengan
intensitas sinar yang ditransmisikan perlu dilakukan karena detektor merekam
rasio intensitas 2 berkas sinar. Dalam beberapa bagian spektra, transmitan yang
dihasilkan hampir 100 % yang berarti bahwa sampel hampir transparan terhadap
frekuensi radiasi (tidak menyerap pada frekuensi tersebut). Seringkali, spektra
senyawa diperoleh dengan melarutkannya dalam pelarut tertentu sehingga
diperlukan pelarut murni sebagai referen dalam suatu sel sampel yang identik.
Instrumen secara otomatis akan mengurangi sektrum sampel dengan spektra
pelarut (Pavia et al., 2009).
6. Kemometrika
Kemometrika didefinisikan sebagai cabang ilmu pengetahuan yang
mengaplikasikan ilmu statistika dan matematika untuk mengolah data kimia
(dalam spektroskopi, data tersebut adalah spektra IR). Salah satu aplikasi
kemometrika adalah aplikasi analisis multivariat, yang mana beberapa variabel
(spektra dalam banyak bilangan gelombang) diukur untuk suatu sampel yang
dituju (Miller and Miller, 2000). Kemometrika di dalam analisis secara
spektrofotometri inframerah terdiri atas tiga aspek berikut: (1) pra-pengolahan
19
data spektra, (2) membangun model kalibrasi untuk analisis kuantitatif, (3)
transfer model (Dea, 2012).
Salah satu analisis kemometrik yang terpenting adalah membentuk model
kalibrasi melalui metode pengenalan pola untuk mengidentifikasi kemiripan dan
pola utama data. Selanjutnya, model ini digunakan untuk memprediksi sampel
yang tidak diketahui (Maharani, 2007). Analisis multivariat yang sering
digunakan adalah principal component analysis (PCA), sementara kalibrasi
mutivariat yang sering digunakan adalah regresi kuadrat terkecil sebagian (partial
least square atau PLS) dan regresi komponen utama (principal component
regression atau PCR).
a. Principal Component Analysis (PCA)
PCA merupakan salah satu metode multivariat yang dapat digunakan
untuk menyederhanakan data dengan mengurangi sejumlah variabel ke jumlah
variabel ortogonal yang lebih kecil. PCA berfungsi sebagai teknik pengurangan
jumlah data ketika muncul korelasi antar data. Ketika variabel tidak saling
berhubungan maka teknik ini tidak berguna (Miller dan Miller, 2000).
Secara umum, tujuan penggunaan PCA untuk analisis multivariat dapat
dibagi menjadi dua. Pertama, PCA melibatkan pemutaran dan pengubahan data
asli, n. Transformasi ini dilakukan sedemikian rupa sehingga sumbu baru terletak
di sepanjang arah varian maksimum data dengan batasan bahwa sumbu-sumbu
tersebut ortogonal, dengan kata lain variabel yang baru tidak berkorelasi. Hal ini
biasanya terjadi pada kasus ketika jumlah variabel baru, p, yang diperlukan untuk
20
menggambarkan sebagian besar varian data sampel kurang dari n. Jadi, PCA
menghasilkan metode dan teknik untuk mengurangi dimensi dari parameter ruang.
Kedua, PCA dapat menampakkan variabel-variabel tersebut, atau kombinasi
variabel, yang menentukan beberapa struktur yang melekat dalam data yang dapat
ditafsirkan dalam terminologi kimia atau fisika-kimia (Adams, 2004).
Ide yang mendasari PCA adalah dengan menemukan komponen utama Z1,
Z2,. . . , Zn yang merupakan kombinasi linear dari variabel asli yang
menggambarkan masing-masing bahan percobaan, X1,X2,...,Xn, misalkan:
Z1 = a11X1 + + a12X2 a13X3 + · · · a1nXn
Z2 = a21X1 + + a22X2 a23X3 + · · · a2nXn
Koefisien, a11, a12, dll dipilih sedemikian rupa sehingga variabel-variabel
baru, tidak seperti variabel awal, tidak berkorelasi satu sama lain. Membuat
serangkain variabel baru dengan cara ini nampaknya tidak bernilai, karena akan
diperoleh n variabel baru yang menggantikan n variabel asal, dan karenanya tidak
ada reduksi atau pengurangan terhadap banyaknya data. Meskipun demikian,
komponen utama dipilih sehingga Principal component pertama (PC1), Z1,
memiliki variasi paling besar dari serangkaian data. PC2, Z2, memiliki variasi
terbesar kedua terhadap serangkaian data, dan seterusnya. Nilai Z1 yang memiliki
variasi paling besar memungkinkan digunakan untuk mengurangi jumlah data
yang ditangani, yaitu dengan bekerja pada satu dimensi Z1 daripada dalam banyak
dimensi X1,X2,..Xn. Principal components diperoleh dari matriks kovarian
(gabungan dari dua variasi) (Miller and Miller, 2000).
21
Variabel laten yang paling tepat untuk menggambarkan jarak relatif antara
obyek, diberikan dalam suatu arahan dengan varian maksimum. Arahan ini
disebut komponen utama pertama (PC1). PC1 adalah kombinasi linear dengan
varian maksimal; pada dasarnya mencari dimensi sepanjang mana pengamatan
terpisah atau menyebar secara maksimal. Komponen utama kedua (PC2) adalah
kombinasi linear dengan varian maksimal dalam arah ortogonal terhadap
komponen utama pertama, dan sebagainya. Secara umum, komponen utama
menentukan dimensi yang berbeda dari yang didefinisikan oleh fungsi
diskriminan atau varian resmi (Rencher, 2002).
Gambar 4 menunjukkan bahwa PCA setara dengan rotasi sumbu asli
sedemikian rupa sehingga PC1 berada dalam arah variasi maksimum, dengan
sudut antar sumbu tidak berubah, PC2 ke arah variasi terbesar berikutnya, dan
sebagainya. Dengan lebih dari 2 variabel, tidak mungkin untuk menggambarkan
metode ini secara grafik, akan tetapi sekali terfikir bahwa PCA merupakan suatu
pemutaran sumbu sedemikian rupa sehingga PC1 berada pada variasi maksimum,
maka PC2 merupakan pemutaran pada arah yang memberikan variasi maksimum
selanjutnya, dan seterusnya. Sebagai hasilnya, data dapat digambarkan dalam
hanya 2 dimensi sebagai ganti dari sejumlah n data asal (Miller dan Miller, 2000).
22
Gambar 4. (a) Diagram yang menggambarkan dua komponen utama, PC1 dan PC2, untuk
dua variabel X1 dan X2. (b) Titik-titik yang menunjuk pada sumbu-sumbu komponen utama.
● menunjukkan titik-titik data, sementara ○ merupakan proyeksinya ke dalam sumbu.
b. Partial Least Square (PLS )
Metode regresi kuadrat terkecil parsial atau sering disebut partial least
square (PLS) digunakan untuk memperkirakan serangkaian variabel tidak bebas
(respons) dari variabel bebas (prediktor) yang jumlahnya sangat banyak, memiliki
struktur sistematik linear, dengan atau tanpa data yang hilang, dan memiliki
kolinearitas yang tinggi. Dalam PLS, variabel yang menunjukkan korelasi yang
tinggi dengan respon variabel diberikan bobot ekstra karena akan lebih efektif
dalam prediksi. Dalam hal ini kombinasi linear variabel prediktor dipilih yang
berkorelasi tinggi dengan variabel respon dan yang menjelaskan variasi dalam
variabel prediktor (Miller dan Miller, 2000).
Menurut Maharani (2007), metode ini membentuk model dari variabel
yang ada untuk merangkai respon dengan menggunakan regresi kuadrat terkecil
23
dalam bentuk matriks. Metode PLS mengkombinasikan analisis komponen utama
dan regresi ganda. Tujuannya adalah untuk memprediksi suatu gugus peubah
respon (Y) berdasarkan gugus peubah prediktor (X). Dalam PLS, regresi dihitung
dengan algoritma kuadrat terkecil yang menghubungkan antara 2 matriks, data
spektra pada matriks X dan nilai referens pada matriks Y. PLS sering digunakan
dalam spektroskopi FTIR untuk mengekstraks informasi dari spektra yang
kompleks yang mengandung puncak-puncak yang tumpang-tindih, adanya
penganggu serta adanya derau (noise) dari instrumen yang digunakan untuk
mengumpulkan data (Syahariza et al., 2005).
Dalam PLS dibutuhkan perhitungan kesalahan dalam perkiraan
konsentrasi (predicted concentration) dan kesalahan spektra. Model seperti PCR
mengasumsikan bahwa konsentrasi bebas dari kesalahan. Akan tetapi, PLS tidak
memerlukan asumsi-asumsi yang ketat terhadap sebaran dari peubah, sisaan dan
parameter, sehingga metode ini sering disebut dengan metode lunak. PLS dapat
memprediksi sampel yang tidak diketahui dengan ketepatan lebih baik
dibandingkan dengan teknik kalibrasi multivariat lainnya (Brereton, 2003).
c. Principal Component Regression (PCR)
PCR adalah sebuah alternatif untuk regresi linear ganda (multiple linear
regression) dan dapat digunakan dalam analisis sinyal seperti dalam kalibrasi.
Prinsip dasar analisis komponen utama adalah mengurangi jumlah variabel
prediksi dengan mencari komponen utama yang merupakan kombinasi linear dari
variabel asli. Metode regresi komponen utama (PCR) ditetapkan bila dalam
24
pembentukan model, pendugaan variabel bebas yang digunakan banyak dan
terdapat hubungan yang erat antar variabel bebasnya. PCR merupakan analisis
faktor yang mana hanya spektra yang tidak memberikan ko-linearitas yang
digunakan dalam kalibrasi (Che Man et al., 2010). PCR merupakan teknik yang
berguna ketika variabel prediksi memiliki korelasi yang sangat tinggi.
Komponen-komponen utama dipilih sedemikian rupa sehingga komponen
utama pertama memiliki variasi yang terbesar dalam serangkaian data, sedangkan
komponen utama kedua tegak lurus terhadap komponen utama pertama dan
memiliki variasi terbesar berikutnya. Pemikiran dasar metode analisis ini adalah
mendeskripsikan variasi serangkaian data multivariatif dengan serangkaian data
baru yang mana variabel-variabel baru tidak berkolerasi satu sama lain. Variabel-
variabel baru adalah kombinasi linear dari variabel asal. Variabel baru diturunkan
dalam arah menurun sehingga beberapa komponen pertama mengandung
sebanyak mungkin variasi data asal.
F. Landasan Teori
Minyak buah merah (Pandanus conoidius Lam) merupakan salah satu
minyak fungsional, yang mana selain dapat dikonsumsi sebagai diet juga dapat
digunakan sebagai agen pencegah berbagai penyakit. Sebagai salah satu minyak
yang harganya mahal di pasaran dibandingkan dengan minyak yang lain, minyak
buah merah dapat dipalsukan dengan minyak lain yang harganya lebih murah
seperti minyak jagung dan minyak kedelai. Pemalsuan minyak yang berharga
tinggi dengan minyak yang berharga rendah telah berlangsung sejak lama dengan
25
tujuan untuk memperoleh keutungan yang tinggi (Rohman dan Che Man, 2008),
yang dilakukan baik dengan sengaja maupun dengan tidak sengaja. Oleh karena
itu, diperlukan suatu metode yang mampu mendeteksi adanya pemalsu minyak
secara cepat dan reliabel untuk penjaminan kualitas dan keamanan bagi
konsumen minyak buah merah.
Deteksi adanya minyak pemalsu dengan metode-metode standar seperti
dengan melihat profil asam lemak atau triasilgliserol memerlukan waktu lama dan
berbahaya bagi kesehatan manusia karena melibatkan berbagai macam pelarut
organik. Oleh karena itu, saat ini dikembangkan berbagai metode instrumen yang
cepat, reliabel, serta reprodusibel. Spektroskopi inframerah (FTIR) merupakan
salah satu teknik yang menjanjikan karena kemampuanya sebagai teknik sidik
jari. Selain itu, analisis minyak dengan spektroskopi FTIR juga dipertimbangkan
sebagai salah satu analisis kimia ramah lingkungan (green chemistry), karena
teknik ini tidak menggunakan reagen atau pelarut organik yang berbahaya bagi
kesehatan manusia.
Spektroskopi FTIR juga merupakan teknik analisis yang peka, reliabel,
dan operasionalisasinya mudah. Dihubungkan dengan kemometrika analisis
multivariat, spektroskopi FTIR dapat memberikan informasi kualitatif dan
kuantitatif (Guillen dan Cabo, 1997). Analisis multivariat yang sering digunakan
adalah principal component analysis (PCA) sementara kalibrasi mutivariat yang
sering digunakan adalah regresi kuadrat terkecil sebagian (partial least square
atau PLS) dan regresi komponen utama (principal component regression atau
PCR). Karena alasan ini, maka dalam penelitian ini akan digunakan kombinasi
26
keduanya (spektroskopi FTIR dan kemometrika) untuk mendeteksi dan
mengkuantifikasi adanya pemalsuan pada minyak buah merah.
G. Hipotesis
1. Spektroskopi FTIR dan kemometrika dapat digunakan untuk melakukan
optimasi dan menghasilkan model yang sesuai untuk autentikasi minyak buah
merah dalam campuran dengan minyak jagung dan minyak kedelai.
2. Spektroskopi FTIR dihubungkan dengan kemometrika dapat digunakan untuk
autentikasi minyak buah merah dalam campuran dengan minyak jagung dan
minyak kedelai.