Isolasi dan Identifikasi Komponen-komponen Biji Kakao

BioSMART
Volume 4, Nomor 1
Halaman: 11-16
ISSN: 1411-321X
April 2002
Isolasi dan Identifikasi Komponen-komponen Biji Kakao
(Theobroma cacao Linn.) Hasil Fermentasi
Isolation and identification of seed components from fermented cacao
(Theobroma cacao Linn.)
SOERYA DEWI MARLIYANA
Jurusan Kimia FMIPA UNS Surakarta 57126
Diterima: 19 Nopember 2001. Disetujui: 31 Januari 2002
ABSTRACT
Isolation and identification of seed components from fermented cacao (Theobroma cacao Linn.) were done. Isolation
of non polar components was conducted by Soxhlet extraction method. The extracts were separated by column
chromatography in cascade eluent respectively n-hexane, combined n-hexane-ethyl acetate and ethyl acetate. Isolated
components was analyzed and identified by InfraRed Spectrometer and Gas Chromatography-Mass Spectrometer.
There were five main components constitute in cacao seeds extracted by petroleum ether, namely methyl
hexadecanoic, methyl-9,12-octadecadienoic, methyl-9-octadecanoic, methyl octadecanoic, and methyl
heptadecanoic, while the extraction using methanol, produced 10 components namely methyl pentadecanoic, methyl9,12-octadecadienoic, methyl-9-octadecanoic, methyl heptadecanoic, diisoocthyl ftalic, caffeine, hexadecanoic acid,
9-octadekenoic acid, octadecanoic acid, and 2,6-bis(1,1-dimethyl)-4-methyl phenol.
Key words: fermented cacao seed components, cacao (Theobroma cacao Linn).
PENDAHULUAN
Kakao atau coklat (Theobroma cacao Linn.)
sudah lama dibudidayakan di beberapa daerah di
Indonesia. Areal tanaman kakao di Indonesia
sampai dengan tahun 1993 mencapai luas 469.280
hektar dengan produksi rata-rata 920kg/ha/tahun
dan diperkirakan pada tahun 1999 luasnya akan
mencapai 632.000 hektar (Anonim, 1994).
Kelemahan mendasar dalam produksi kakao
oleh perkebunan rakyat adalah mutu yang rendah
dan tidak tercapainya sifat-sifat yang dipersyaratkan dalam standard perdagangan internasional.
Selain itu dalam proses pengolahan biji kakao
dihasilkan produk dengan aroma dan cita rasa yang
kurang kuat. Sebagaimana kita ketahui bahwa cita
rasa biji kakao mempunyai peranan penting dalam
industri coklat.
Biji kakao merupakan bahan dasar untuk
campuran berbagai produk industri makanan dan
minuman. Di samping itu juga dapat berperan
sebagai pemberi aroma berupa metabolit sekunder
yang diambil dari buah kakao yang masak optimal
dan tidak cacat. Selama proses pengolahan,
komponen-komponen dalam biji kakao akan
mengalami perubahan baik secara kimiawi maupun
biokimiawi, sehingga biji kakao berwarna coklat
kemerahan.
Tomlins et al. (1993) telah meneliti pengaruh
proses fermentasi dan pengeringan terhadap
perubahan sifat-sifat kimia dan fisika kakao dari
Ghana. Dalam penelitian ini telah ditentukan
kandungan senyawa glukosa, laktosa, fruktosa dan
asam laktat. Sedangkan Ganda-Putra, dkk (1994)
melaporkan hasil penelitiannya tentang peranan
perubahan komponen prekursor aroma dan cita rasa
biji kakao selama fermentasi terhadap cita rasa
bubuk kakao yang dihasilkan. Selanjutnya
Schnermann dan Schieberle (1997) telah
mengevaluasi potensi aroma di dalam susu coklat
dan coklat.
© 2002 Jurusan Biologi FMIPA UNS Surakarta
12
BioSMART Vol. 4, No. 1, April 2002, hal. 11-16
Banyak faktor yang dapat mempengaruhi
pembentukan cita rasa dari biji kakao. Salah satu
faktor terpenting adalah fermentasi. Fermentasi
merupakan proses pengolahan agar terjadi
perubahan kimia di dalam biji kakao. Perubahan
kimia ini digunakan untuk proses selanjutnya, yaitu
membentukan senyawa prekursor aroma dan
menghasilkan warna coklat (Wood dan Lass,
1985). Dengan fermentasi yang baik diharapkan
biji kakao yang dihasilkan tidak terlalu asam.
Keasaman biji kakao akan berpengaruh terhadap
cita rasa produk yang dihasilkan.
Aroma dan cita rasa coklat dibentuk oleh
beberapa komponen kimia penyusun biji kakao.
Komponen kimia tersebut berupa senyawa volatil
(aroma) seperti aldehid, keton dan beberapa
senyawa karbonil, sedangkan beberapa senyawa
lain seperti polifenoil, teobromin dan asam-asam
organik berperan sebagai pembentuk cita rasa
(Wahyudi, 1988). Pembentukan cita rasa tersebut
didahului oleh pembentukan komponen prekursor
yang berlangsung selama fermentasi dan untuk
selanjutnya dikembangkan menjadi cita rasa coklat.
Mengingat pentingnya proses kimia yang terjadi
selama fermentasi, maka dalam penelitian ini akan
dilakukan isolasi dan identifikasi senyawa-senyawa
hasil fermentasi biji kakao.
BAHAN DAN METODE
Bahan
Bahan yang digunakan dalam penelitian ini
meliputi biji kakao hasil fermentasi (PTP XXIII
Jember), petroleum eter (PE), n-heksana, etil asetat,
metanol, Na2SO4 anhidrat, silika gel 60, lempeng
KLT, dan BF3-metanol.
Alat
Alat yang digunakan meliputi: satu set alat
ekstraksi Soxhlet, satu set alat kromatografi kolom,
detektor spot KLT, evaporator Buchi, GC-MS
merek Shimadzu QP-500, Spektrometer IR merek
Shimadzu FTIR-8201PC, termometer, dan alat-alat
gelas.
Cara kerja
Isolasi komponen-komponen non polar biji
kakao hasil fermentasi dilakukan dengan ekstraksi
Soxhlet (Doyle, 1980). Pelarut yang digunakan
adalah 300 ml petroleum eter dan berat sampel
rata-rata sebesar 35 gram. Ekstraksi dilakukan
selama 5 jam, setelah selesai ekstraktan diuapkan
dengan evaporator Buchi dan diperoleh minyak biji
kakao berwarna kuning kecoklatan. Lalu ekstrak
tersebut diesterefikasi dengan menggunakan BF3metanol untuk menderivatisasi menjadi senyawasenyawa turunannya (Santha, 1992).
Isolasi komponen-komponen polar dilakukan
pada residu biji kakao hasil fermentasi yang
dilarutkan dalam metanol. Proses pelarutan
dilakukan dengan merendam residu dan
mengaduknya selama 24 jam. Larutan disaring dan
diuapkan dengan evaporator Buchi, diperoleh
ekstrak berupa pasta berwarna coklat.
Pemisahan secara kromatografi kolom untuk
ekstrak residu menggunakan eluen n-heksana dan
etil asetat dengan komposisi: n-heksana (100%); nheksana : etilasetat (50% : 50%); n-heksana : etil
asetat (25% : 75%); etil asetat (100%). Ekstrak
dengan PE dan hasil kromatografi kolom ekstrak
metanol diidentifikasi dengan Spektrometer IR dan
GC-MS.
HASIL DAN PEMBAHASAN
Ekstraksi biji kakao hasil fermentasi
Ekstrak biji kakao hasil fermentasi diperoleh
dengan metode ekstraksi Soxhlet. Proses ekstraksi
tersebut menggunakan pelarut petroleum eter dan
dilakukan selama 5 jam. Berat sampel biji kakao
yang diesktrak sebanyak 35 gram. Setelah
ekstraktan dievaporasi diperoleh ekstrak sebanyak
8,5 gram. Ekstrak berbentuk cairan kental berwarna
kuning kecoklatan dan berbau khas coklat.
Residu biji kakao tersebut diekstrak dengan
menggunakan pelarut metanol. Ekstraksi dilakukan
dengan cara perendaman selama 24 jam sambil
diaduk. Setelah dilakukan penyaringan diperoleh
filtrat sebesar 1,3 gram. Filtrat berbentuk pasta
berwarna coklat dan berbau khas coklat.
Analisis IR dan GC-MS ekstrak biji kakao hasil
fermentasi dengan petroleum eter.
Spektrum IR menunjukkan adanya pita serapan
di daerah 2916,2 cm-1 dan 2848,7 cm-1 yang
merupakan karakteristik dari gugus alkil. Hal ini
diperkuat dengan munculnya pita serapan di daerah
1471,6 cm-1 dari gugus metilen dan pita serapan di
daerah 1379,0 cm-1 dari gugus metil. Pita yang
sangat kuat di daerah 1735,8 cm-1 adalah
karakteristik gugus karbonil. Pita serapan di daerah
1178,4 cm-1 dan 1109,0 cm-1 disebabkan oleh
ikatan
O-C-C
(Gambar
1A),
sehingga
menunjukkan adanya senyawa ester (Silverstein,
1991).
Analisis ekstrak biji kakao hasil fermentasi
dilakukan dengan menggunakan GC-MS dan
setelah dilakukan penelusuran pustaka diperoleh
MARLIANA – Komponen Kimia Biji Theobroma cacao
13
Gambar 1. Spektogram IR ekstrak biji kakao hasil fermentasi dengan petroleum eter (A); serta eluat hasil
kromatografi kolom ekstrak biji kakao hasil fermentasi dengan metanol: fraksi 1 (F1) (B), fraksi 2 (F2) (C), dan fraksi
3 (F3) (D).
12
BioSMART Vol. 4, No. 1, April 2002, hal. 11-16
5
34
1
2
6
7
9
8
5
6
7
10
9
5
Gambar 2. Kromatogram GC-MS ekstrak biji kakao hasil fermentasi dengan petroleum eter (A): 1. metil
heksadekanoat (metil palmitat), 2. metil-9,12-okta-dekadienoat (metil linoleat), 3. metil-9-oktadekanoat (metil oleat),
4. metil oktadekanoat (metil stearat) dan 5. metil heptadekanoat; serta eluat hasil kromatografi kolom ekstrak biji
kakao hasil fermentasi dengan metanol: fraksi 1 (F1) (B), fraksi 2 (F2) (C), dan fraksi 3 (F3) (D): 1. metil
pentadekanoat, 2. metil-9,12-oktadekadienoat (metil linoleat), 3. metil-9-oktadekenoat (metil oleat), 4. metil
heptadekanoat, 5. diisooktil ftalat, 6. kafein, 7. asam heksadekanoat (asam palmitat), 8. asam 9-oktadekenoat (asam
oleat), 9. asam oktadekanoat (asam stearat) dan 10. p-cresol.
MARLIANA – Komponen Kimia Biji Theobroma cacao
13
Tabel 1. Pengelompokan eluat hasil kromatografi kolom ekstrak biji kakao hasil fermentasi dengan metanol.
No. tabung
Fraksi
Bau
Bentuk
1-20
-
-
-
-
21-51
1
kuning bening
khas coklat
cair
52-84
2
kuning
khas coklat
padat
85-120
3
orange
khas coklat
padat
Warna
senyawa-senyawa
sebagai
berikut:
metil
heksadekanoat (metil palmitat), metil-9,12-oktadekadienoat (metil linoleat), metil-9-oktadekanoat
(metil oleat), metil oktadekanoat (metil stearat) dan
metil heptadekanoat (Gambar 2A), (Budzkiewicz,
1967).
Analisis IR dan GC-MS hasil kromatografi kolom
ekstrak biji kakao hasil fermentasi dengan metanol.
Identifikasi komponen-komponen ekstrak biji
kakao hasil fermentasi dengan metanol dilakukan
setelah dipisahkan dengan kromatografi kolom.
Eluat yang diperoleh sebanyak 120 tabung dengan
penampungan 3 ml tiap tabung, kemudian masingmasing tabung dikelompokkan berdasarkan warna,
bentuk dan bau (Gritter, et al. 1985).
Pengelompokan fraksi-fraksi tersebut disajikan
dalam Tabel 1.
Hasil
analisis
dengan
menggunakan
spektrometer IR dari F1 menunjukkan pita serapan
di daerah 2923,9 cm-1 dan 2852,5 cm-1 yang
merupakan karakteristik untuk gugus alkil. Hal ini
didukung oleh serapan di daerah 1465,8 cm-1
menunjukkan adanya gugus metilen dan serapan di
daerah 1377,4 cm-1 menunjukkan adanya gugus
metil. Pita kuat dan tajam di daerah 1745,5 cm-1
adalah karakteristik untuk gugus karbonil.
Sedangkan serapan di daerah 1163,0 cm-1 dan
1097,4 cm-1 merupakan serapan dari C-O (Gambar
1B).
Spektrum IR untuk F2 dan F3 memberikan
serapan yang hampir mirip yaitu adanya serapan di
daerah 3369,4 cm-1 adalah karakteristik untuk
gugus hidroksi. Pita di daerah 2922,0 cm-1dan
2850,6 cm-1 menunjukkan adanya gugus alkil. Hal
ini didukung oleh adanya serapan-serapan di
daerah 1458,1 cm-1 dari gugus metilen dan di
daerah 1363,6 cm-1 dari gugus metil. Dua pita
serapan sangat kuat di daerah 1699,2 cm-1 dan
1651,0 cm-1 merupakan serapan dari gugus
karbonil dan ion enolat. Pita di daerah 1143,7 cm-1
dan 1031,8 cm-1 merupakan serapan dari rentangan
C-O (Gambar 1C dan 1D).
Senyawa-senyawa hasil analisis dengan GC-MS
dari F1, F2 dan F3 adalah sebagai berikut: metil
pentadekanoat, metil-9,12-oktadekadienoat (metil
linoleat), metil-9-oktadekenoat (metil oleat), metil
heptadekanoat, diisooktil ftalat, kafein, asam
heksadekanoat (asam palmitat), asam 9oktadekenoat (asam oleat), asam oktadekanoat
(asam stearat) dan p-cresol (Gambar 2B-2D).
KESIMPULAN
Ekstrak biji kakao hasil fermentasi dengan
pelarut PE mengandung lima senyawa utama,
yaitu: metil heksadekanoat (metil palmitat), metil9,12-oktadekadienoat (metil linoleat), metil-9oktadekenoat (metil oleat), metil oktadekanoat
(metil stearat) dan metil heptadekanoat.
Hasil kromatografi kolom ekstrak biji kakao
hasil fermentasi dengan pelarut metanol dari F1, F2
dan F3 menunjukkan 10 senyawa utama, yaitu:
metil pentadekanoat, metil-9,12-oktadekadienoat
(metil linoleat), metil-9-oktadekenoat (metil oleat),
metil heptadekanoat, diisooktil ftalat, kafein, asam
heksadekanoat (asam palmitat), asam 9oktadekenoat (asam oleat), asam oktadekanoat
(asam stearat) dan p-cresol.
DAFTAR PUSTAKA
Anonim. 1994. Kebijasanaan Peningkatan Mutu dan
Diversivikasi Produk Kakao. Direktorat Jendral
Perkebunan. Dok.090-05/DIT-PH/09.94. Jakarta:
Deptan RI.
Budzkiewicz, H., C. Djerassi, dan D.H. William. 1967.
Mass Spectrometry of Organic Coumpounds. San
Francisco: Holden-Day, Inc.
Doyle, M.P. dan W.S. Mungall. 1980. Experimental
Organic Chemistry. New York: John Wiley & Sons,
Inc.
Ganda-Putra, G.P., Sutardi dan B. Kartika. 1994.
Peranan perubahan komponen prekursor aroma dan
cita rasa biji kakao selama fermentasi terhadap cita
12
BioSMART Vol. 4, No. 1, April 2002, hal. 11-16
rasa bubuk kakao yang dihasilkan. Agritech: 13 (1):
13-17.
Gritter, R.J., J.M. Bobbit, dan A.E. Schwarting. 1985.
Pengantar
Kromatografi
(Penerjemah:
K.
Padmawinta dan I. Soediro, 1991). Bandung:
Penerbit ITB.
Schnermann, P. dan P. Schieberle. 1997. Evaluation of
key odorant in milk chocolate and cocoa mass by
aroma extract dilution analysis. Journal Agriculture
Food Chemistry 45: 867-872.
Santha, N.C. 1992. Gas chromatography of fatty acid.
Journal of Chromatography 624: 37-51.
Silverstein, R.M., G.C. Blassler, dan T.C. Morrill. 1991.
Spectrometric Identification of Organic Compounds.
5th edition. New York: John Wiley & Sons, Inc.
Tomlins, K.I., D.M. Baker, dan P. Daplyn. 1993. Effect
of fermentation and drying on the chemical and
physical profiles of Ghana cocoa. Food Chemistry
46: 257-263.
Wahyudi, T. 1988. Periksa kakao dan komponenkomponennya. Pelita Perkebunan 4 (3): 106-110.
Wood, G.A.R. dan R.A. Lass. 1985. Cocoa. 4th edition.
Tropical Agriculture Series. New York: Longman
Scientific and Technical.