KAJIAN AWAL EKSTRAKSI KOLAGEN Prasetyo S A. Prima Judy

KAJIAN AWAL EKSTRAKSI KOLAGEN DARI TULANG SAPI SECARA BATCH

Disusun oleh: Susiana Prasetyo S

lgn. Suharto A. Prima K

Judy Retty Witono Ivan Patra Sherly P

LEMBAGA PENELITIAN DAN PENGABDIAN KEPADA MASYARAKAT

UNIVERSITAS KATOLIK PARAHYANGAN BANDUNG 2004/2005

DAFTARISI

HA:LAMAN JUD UL........................................................................................... I

DAFTAR 181........................................................................................................ 11

DAFTARGAMBAR.... . . . . . . . . . .. . . . ............ ...... .... . . ....... . . .. . . .................. . . .... .............. IV

DAFT ART ABEL .. . . ....... . . .. ........... . ..... . . . . .. . .. . ........ . . . .. . . .. .......... . . .. . .. . . . ....... . .... · · · ·· VI

BAB I PENDAHULUAN. ..... ................. ...... .. . . .. . . . . . ... . .. . .. ... .. ... . . . ..... ..... ... .. . . ........ 1

1. 1 La tar belakang. . . .. . .. . ... .. . ....... ... . . .. ... . ... . . ... .. . .. . . ... ... .... . . . . ..... .. . . . . . . . . . . . . 1

1. 1. 1 Limbah tulang sapi . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1

1. 1.2 Produksi kolagen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2

1. 1.3 Teknologi isolasi kolagen dari tulang sapi . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. 3

1.2 Terna sentral massalah..... . . . ..... . ... ... .... ........ .... .. .. . .... ... .... ...... ..... ... ... 4

1.3 Premis . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4

1.4 Manfaat .... .. .. ....... . . ........ .... ..... ............. ... ...... .. ...... . .. .......... .... . ... ......... 5

BAB II Til.J"JAUAN PUST AK.A................................................. ........................ 7

2. 1 Tulang .... . .. ....... .......... . . ... . . ........ . . . ... . . . . .... . . ...... . ..... .... ."....................... 7

2. 1. 1 Sifat fisik dan kimia tulang. . ............... .. .................. ................... 7 2. 1.2 Pemanfaatan tular1g.. . . . .. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 10

2.2 Kolagen . . . . ... . . . . . . . .. . . . . . . . . . . .. . . . . .. . . . . . . . .. . . . . . . . . . . . . . .. . .. . . . . . . . ... 10

2.2. 1 Klasifikasi kolagen . . .. . . . . . . . . .. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 12

2.2.2 Manfaat kolagen. .. . . . . . . . . . . . . . . . . ... . . . . . . . .. .... .. . .. . . . . ...... .... 13

2.2.3 Isolasi kolagen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. . . . . . . . .. . . . . . . . . . . . . . .. . . . . . . . .. 14

2.2.3. 1 Perlakuan awal .. . . . . . . . . . .. . .. . .. . . . . . . . . . . .. . .. . .. . . . . ... 14

2.2.3.2 Ekstraksi kolagen . . .. . .. . .. . .. . . . . .. . . . . . . . .. . . . . .. . . . . . . . . 16

2.2.3.3 Finishing ekstrak kolagen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 17

BAB ill BARAN DAN METODE. . . . . . . . ... .. . . . . .. . . . . .. . .. . . . . . . . .. . . . . . . . . . . . . . ... 19

3. 1 Bahan... .. ........... . . . . .. .. ..... . . ............. ..... . . . ....... ......... ..... ... ...... ..... ...... .... 19

3.2 Peralatan Penelitian. . . . . . . . . . . . .... . . . . .. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . ... . . . . . . . . . . . . . 19

3.3 Metode Penelitian . . . . . . . . . . . . . . . . . .. . .. . .. ... . .. . . . . .. . .. . . . . .. . .. . .. . ..... 20

3.4 Prosedur penelitian . . . . . .. . . . . ... . . . . . . .. . ... .. . .. . . .. . . . . . . . . . ... .. . . . .... 2 1

ii

3.4. 1 Perlakuan awal.. ... .. ... ... . . .. ...... .. .. .. ............... .. . .. . . 2 1

3.4.2 Ekstraksi kolagen dari tulang sapi danfinishing produk . . .... 22

BAB N HASIL DAN PEMBAHASAN ....... ........ .......... . . ........ ... . ... : 24

4.1 Rendemen kolagen . . .. . . . . . . . . . . . . . . . . . .. . . . . . . . .. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 24

4.2 Karakteristik kolagen.. .. . .. . .. . . . .... . .. . .. .. . .. ... . . .. .. . . . .... .. . ... ... 37

BAB V KESJMPULAN DAN SARAN.................... . . ........................ 39

5. 1 Kesimpulan.. .. . .. . .. . .. . .. . . . . . . . . . . .. . .. . . . . . . . . . . .. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 39

5 .2 Saran. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 39

DAFTARPUSTAKA....... .................. ....................................... 40

lll

DAFTARGAMBAR

Gambar 2.1 Penampang melintang tulang

Gambar 2.2 Bentuk kolagen dengan pilinan rangkap 3

Gambar 3.1 Ekstraktor

Gambar 3.2 Diagram alir proses persiapan bahan baku

Gambar 3.3 Diagram alir ekstraksi kolagen tulang

Gambar 4.1 Perolehan kolagen pada temperatur ekstraksi 35°C

menggunakan HCl 0,09%



Gambar 4.3 Perolehan kolagen pada temperatur ekstraksi 47,5°C



menggunakan HCl 0 ,09%



Gambar 4.6 Perolehan kolagen pada ukuran tulang -20+ 30 mesh


Gambar 4.7 Perolehan kolagen pada ukuran tulang-2o+30 mesh


Gambar 4.8 Perolehan kolagen pada ukuran tulang--40+50 mesh




Gambar 4.10 Perolehan kolagen pada ukuran tulang-60+70 mesh


Gambar 4.1 1 Perolehan kolagen pada ukuran tulang-2o+30 mesh

pada temperatur ekstraksi 35°C



IV

8

1 1

19

22

23

25

25

26

26

27

28

29

29

30

30

3 1

32

Gambar 4.13 Perolehan kolagen pada ukuran tulang -40+50 mesh 32

pada temperatur ekstraksi 4 7 ,5°C

Gambar 4.1 4 Perolehan kolagen pada ukuran tulang -60+70 mesh 33


Gambar 4.1 5 Perolehan kolagen pada ukuran tulang -60+70 mesh 33


Gambar 4.16 Kontur ukuran dan temperatur ekstraksi terhadap rendemen 35

kolagen pada kondisi optimum

Gambar 4. 1 7 Kontur ukuran dan konsentrasi HCl terhadap rendemen 36


Gambar 4.18 Kontur temperatur ekstraksi dan konsentrasi HCl terhadap 36

rendemen kolagen pada kondisi optimum

v

DAFTAR TABEL

Tabel 1.1 Data populasi temak di J awa Barat 1

Tabel 1.2 Pertumbuhan impor kolagen di fudonesia 3

Tabe! 2.1 Komposisi tulang 9

Tabel 2.2 Perbandingan komposisi tulang berongga dan 9

tulang kompak

Tabel 2.3 Komposisi asam amino dalam kolagen 1 1

Tabel 2.4 Sifat fisik kolagen 13

Tabel 3.1 Rancangan percobaan Composite Design (CCD) 20

Tabel 3.2 Tempuhan penelitian 20

Tabel 4.1 Rendemen kolagen yang didapatkan pada setiap tempuhan 24

penelitian

Tabel 4.2 Hasil analisis ANOV A terahdap rendemen dengan model 34

Quadratic Tabel 4.3 Karakteristik kolagen hasil penelitian dibandingkan kolagen 37

komersial

VI

BABI

PENDAHULUAN

1.1 Latar belakang

Daging. merupakan sumber utama protein hewani yang penting

dan sangat digemari, khususnya di Indonesia. Jurnlah hewan ternak yang

dikonsumsi sebagai bahan pangan berprotein tinggi semakin banyak

seiring dengan pertambahan penduduk di Indonesia. Hewan ternak yang

biasa dikonsumsi sebqgai bahan pangan di Indonesia antara lain: ayam,

sapi, babi, dan kambing.

Berdasarkan hasil pengamatan Dinas Peternakan Propinsi Jawa

Barat data perkembangan populasi ternak di propinsi Jawa Barat disajikan

pada Tabel 1.1.

Tabel 1.1. Data populasi ternak di Jawa Barat

SAPI SAPI BABI AYAM AYAM TAHUN PE RAH POTO NG BURAS RAS

(EKOR) (EKOR) (EKOR) (EKOR) (EKOR) 1998 79.237 151.543 18.119 26.638.481 12.640.432 1999 80.749 157.725 11.136 33.152.942 19.101.963 2000 84.756 165.686 9.253 26.939.832 26.287.385 2001 84.934 1 89.518 1 2.337 27.703.049 34.007.195 2002 91.219 205.843 9.702 302.773.580 49.963.062

(Sumber: Dina.s Peternakan, Jawa Barat, 2004]

Dari tabel 1.1 dapat dilihat bahwa sapi merupakan sumber protein

hewani yang sangat digemari masayarakat Indonesia selain ayam, diamna

konsumsinya terus meningkat setiap tahunnya.

1.1.1 Limbah tulang sapi

Peningkatan populasi ternak potong khususnya di Jawa Barat,

selain meningkatkan jurnlah hewan yang dipotong untuk kebutuhan

0

1

2

konsumsi masyarakat, juga meningkatkan jumlah limbah yang

dihasilkan. Hal ini dapat menjadi masalah lingkungan apabila limbah

yang dihasilkan ternak potong tersebut dibuang begitu saja dan tidak

dimanfaatkan. Salah satu limbah sapi potong yang menjadi fulus

penelitian ini adalah tulang.

Tulang sapi memiliki berat 15-20% dari berat seekor sapi keseluruhan.

Dengan demikian, setidaknya 15-20% berat sapi yang dikonsumsi akan menjadi

limbah. Pada tahun 2005 diperki rakan populasi sapi potong akan mencapai sekitar

250.000 ekor, yang berarti akan menghasilkan limbah tulang sebanyak 5625 ton.

Bila hal ini tidak diperhatikan dapat menjadi masalah yang serius bagi

lingkungan. Sebab itu sangatlah perlu untuk mencari altematif upaya untuk

meningkatkan daya guna dan ni lai ekonomi s limbah tulang tersebut.

Tulang banyak mengandung kalsium dan fosfat yang dapat

dimanfaatkan untuk membuat pupuk buatan dan porselen. Namun

hingga saat ini, pemanfaatan tulang masih terbatas sebagai bahan

penyedap sekaligus penghias makanan seperti sup dan soto, bahan untuk

membuat kancing, hiasan, dadu, gagang pisau dan sebagainya. Padahal,

tulang banyak mengandung kolagen yang dapat diolah menjadi gelatin

yang memiliki nilai jual yang tinggi dengan menerapkan kemajuan ilmu

pengetahuan dan teknologi yang sudah ada.

1.1.2 Produksi kolagen

Kolagen merupakan suatu jenis protein yang banyak terdistribusi

di dalam kulit, tulang, dan bagian-bagian lain dari suatu jaringan dalam

tubuh manusia maupun hewan[Wong,1989]. Saat ini kolagen

dimanfaatkan sebagai bahan bak kosmetik dan pembuatan gelatin.

Di Indonesia, industri kolagen masih jarang dijumpai dan mutu

kolagen yang dihasilkannya pun rendah sekali sehingga kebutuhan

0

3

gelatin hanya bergantung pada impor dari negara-negara luar. Data

pertumbuhan impor kolagen di Indonesia dapat dilihat pada Tabel 1.2

T b l 12P tu b h a e . er m u anunpor k I o agen d. I d 1 n ones1a Volume Perturnbuhan Perturnbuhan

Tahun (ton) (%) Nilai (US$' 000) (%) 1995 1872 ---- 6770 ----1996 2674 42,8 7406 9,4 1997 2008 -24,9 8517 15 1998 1851 -7,8 6782 -20,4 1999 2372 28,1 9059 33,6

[Sumber :CIC Indochemical,2000]

Oleh karena itu perlu diadakan kajian ulang apakah tulang ternak

di Indonesia dapat dijadikan bahan pembuatan kolagen yang dapat

memberikan mutu yang dapat bersaing di pasaran, dan juga hal-hal apa

saja yang dapat digunakan dan diperhatikan dalam pembuatan kolagen

dari tulang ternak. Hal-hal ini dapat dilihat dari segi kondisi optimumnya,

metode yang digunakan, faktor-faktor apa yang mempengaruhi

pembuatan kolagen sehingga dari kombinasi hal-hal tersebut dapat

memberikan keuntungan dan menghasilkan kolagen bermutu tinggi serta

dapat bersaing di pasaran internasional.

1.1.3 Teknologi isolasi kolagen dari tulang sapi

. Isolasi kolagen dari tulang dapat dilakukan melalui proses

ekstraksi menggunakan pelarut. Ekstraksi merupakan suatu proses

pemisahan suatu komponen atau lebih dari suatu campuran dengan

menggunakan prinsip kelarutan. Proses ekstraksi dilakukan dengan cara

mengontakkan bahan, dalam hal ini tulang sapi, dengan pelarut

pengekstrak sehingga zat yang diinginkan dapat berpindah ke dalam

pelarut yang diinginkan.

Q

4

Kolagen merupakan protein yang tidak larut dalam air dan tahan

terhadap reaksi yang disebabkan oleh enzim proteolitik [Bhagavan].

Kolagen dapat larut dalam air panas dengan temperatur 70-80°C atau

dalam larutan anorganik yang akan membentuk gelatin yang dapat larut

dan dapat bereaksi dengan enzim [Stephenson, 1953; Bhagavan]. Larutan

anorganik yang digunakan untuk mengekstraksi kolagen antara lain

larutan asam kuat ataupun asam lemah. Asam kuat yang biasanya

digunakan adalah HCI 1-5% [Hintelwaldner, 1977]. Untuk asam lemah

biasanya digunakan asam asetat 0.5 M [Kimura, dkk, 1988; Miller,

dkk,1967].

1.2 Terna sentral masalah

Terna sentral masalah penelitian ini adalah isolasi kolagen dari

tulang sapi menggunakan pelarut asam klorida untuk mendapatkan

kondisi optimum proses isolasi tersebut sehingga dihasilkan produk

kolagen dengan kuantitas dan karakteristik yang tinggi dan mampu

bersaing dengan produk kolagen import.

1. 3 Prentis

Dari studi pustaka yang telah dilakukan, diperoleh premis-premis

yang mendukung penelitian ini, yaitu:

1. Jenis tulang memperngaruhi kualitas kolagen yang dihasilkan. Tulang

slaughtehouse bone akan memberikan hasil kolagen yang Iebih baik

dibandingkan collected bone [Wong 1989;Ward,1977], tulang kompak

akan memberikan hasil yang lebih baik jika dibandingkan dengan

tulang beronggaU ohns,1977]

5

2. Ukuran tulang sapi yang digunakan berbentuk potongan tulang atau

partikel berukuran -10+70 mesh [Mustari. S., 1990; Setyorini, 1994;

Fatimah, 1996]

3. Kecepatan pengadukan yang digunakan selama proses ekstraksi

adalah 600 rpm dan 700 rpm [Hardjosuwito, 1983; Ria, 1989].

4. Perbandingan antara tulang dan pelarut yang digunakan adalah 1 : 4

[Hardjosuwito, 1983; Ria, 1989; Wahyudi, dkk, 1994]

5. Proses degreasing berlangsung efektif pada temperatur antara titik cair

lemak dan temperatur koagulasi albumin tulang, yaitu 32-80oC,

sehingga diperoleh kelarutan lemak optimum [Ward & Court, 1977].

6. Bahan-bahan kimia yang digunakan dalam proses demineralisasi

tulang adalah larutan 0.5 M HCl dan 0.1 M NaOH selama 30 menit

atau larutan HCI 4-7% selama 1-2 minggu. Konsentrasi HCI 5% akan

menghasilkan laju hidrolisis protein yang minimal [Natalia Pazdur

dan Tomasz Goslar; Austin, 1984; Setyorini, 1994; Hintelwaldner,

1977).

7. Untuk mengekstrak kolagen dari tulang sapi, digunakan larutan HCI

1-5 % selama 10-48 jam [Hinterwaldner, 1977].

8. Temperatur operasi ekstraksi yang digunakan adalah 50-60oC dan

80oC [Goll, Penfiel dan Meyer, 1981; Natalia Pazdur dan Tomasz

Goslar].

1.4 Manfaat

Manfaat penelitian ini adalah:

1. Mengurangi pencemaran lingkungan yang diakibatkan oleh limbah

tulang sapi.

2. Meningkatkan daya guna limbah tulang sapi menjadi produk kolagen

bermutu tinggi sehingga dapat kompetitif dengan produk impor.

6

3. Memberikan peluang berkembangnya industri kecil dan menengah,

khususnya bagi peternakan / tempat pemotongan hewan untuk

mengolah limbahnya dengan teknologi tepat guna yang mudah dan

dapat dilakukan.

BAB II

TINJAUAN PUSTAKA

2.1 Tulang

Tulang merupakan suatu jaringan keras yang terdiri dari susunan

serabut organik atau kumpulan sel-sel tulang yang diisi dengan matriks

berupa zat-zat organik atau mineral, terutama kalsium karbonat dan

fosfat. Pada sapi, tulang memiliki berat sekitar 15-20% dari keseluruhan

berat sapi. Menurut asalnya, tulang dapat dibedakan menjadi dua

kategori, yaitu :

1. Collected bone

2. Slaughterhouse bone.

Collected bone memiliki ukuran yang bervariasi, banyak

mengandung daging dan kadar lemak tinggi. Jenis ini banyak dijumpai di

penjual daging di pasar. Slaughterhouse bone dapat diperoleh di tempat

pemotongan hewan. Tulang jenis ini mendapat perlakuan sebelum diolah

lebih lanjut sehingga sedikit terkontaminasi [Wong, 1989; Ward, 1977].

2.1.1 Sif at fisik dan kimia tulang

Tulang mengandung kurang lebih 50% air dan 15% sumsum merah

dan kuning. Sumsum tulang terdiri dari lemak sebesar 96%. Tulang yang

telah diambil lemaknya atau tulang yang telah kering terdiri atas zat-zat

organik dan anorganik dalam perbandingan kira-kira 1:2 (Septimus, 1961].

Zat-zat yang terkandung dalam tulang memberikan elastisitas dan

kekerasan pada jaringan tulang.

7

8

Di dalam tulang terdapat bagian-bagian penting yang berperan

untuk pertumbuhan tulang. Adapun penampang melintang tulang

disajikan pada Gambar 2.1.

Gambar 2.1 Penampang melintang tulang

Garam-garam mineral yang mengisi tulang pada hewan mamalia

terdiri dari dari kalsium fosfat, kalsium karbonat, magnesium fosfat,

kalsium florida, dan mineral lainnya, sisanya adalah protein tulang

(kolagen). Komposisi tulang disajikan pada Tabel 2.1.

9

T b 12 1K a e I ompOSISl tu ang Senyawa Komposisi (%)

Kola gen 33,30% Kalsium fosfat 57,35% Kalsium karbonat 3,85%. Magnesium fosfat 2,05% Sodium karbonat dan sodium fosfat 3,45%

[ Sumber : Septimus,1961]

Penghilangan zat organik dengan pemanasan tidak akan

mengubah struktur tulang secara keseluruhan, tetapi akan mengurangi

berat tulang hingga sepertiganya sehingga tulang tersebut mudah pecah.

Komposisi tulang selain tergantung pada spesies dan umumya, juga

tergantung pada tipe tulang yang digunakan Uohns, 1977].

Tulang kompak ( collected bone ) merupakan jenis tulang yang

paling cocok digunakan untuk ekstraksi kolagen karena disamping

mengandung jumlah kolagen yang lebih banyak, tulang ini lebih stabil

daripada tulang berongga dan kolagennya lebih mudah dipisahkan dari

jaringan tulang di sekitarnya. Uohns, 1977]. Perbandingan komposisi

tulang berongga dan tulang kompak dapat dilihat pada Tabel 2.2.

Tabel 2.2 P b a· eT an. mgan k .. tu) ompos1s1 ang b erongga d I an tu ang 0 k rnpak

Komponen Jenis tulang

Berong�a Kompak

Non protein 4.50% 4.30% Abu 65.20% 66.60% Air 6.40% 5.60% Kola gen 21.40% 21.90% Chondroitin suliat 0.55% 0.21% Keratin sulfat 0.40% 0.20% Asamsuliat 0.12% 0.07% Protein non kolagen 3.00% 1.30% [Sumber: Johns, 1977]

10

2.1.2 Pemanf aatan tulang

Pemanfaatan tulang sampai saat ini sangatlah minim dibandingkan

dengan produksi tulang yang sangat berlimpah walaupun sejak dahulu,

tulang banyak digunakan untuk membuat kancing, hiasan, gagang pisau,

dadu dan sebagainya. Selain itu tulang juga digunakan sebagai penyedap

makanan dalam bentuk kaldu.

Tulang banyak mengandung kalsium dan fosfat yang dapat

dimanfaatkan untuk membuat pupuk buatan dan salah satu bahan baku

pembuatan porselen. Selain itu, tulang mengandung kolagen yang dapat

diolah menjadi gelatin yang memiliki nilai ekonomis yang cukup tinggi

yang dapat dimanfaatkan dalam industri makanan, industri farmasi dan

kedokteran, industri fotograii, dan industri lainnya.

2.2 Kolagen

Kolagen merupakan protein yang paling banyak dijumpai pada

tubuh makhluk hidup, mencakup 30% dari berat keringnya. Kolagen

merupakan suatn jenis protein fiber yang bayak terkandung di dalam

kulit, tulang, otot dan jaringan ikat lainnya, dimana sekitar 90% dari berat

kering kulit dan tulang merupakan kolagen [Idson & Braswell, 1977].

Karena merupakan protein fiber maka sifat kolagen juga tentu

sama dengan sifat protein fiber, kolagen tidak dapat larut dalam air dan

sukar diuraikan oleh enzim. Namun dengan pemanasan dalam air

mendidih, larutan asam atau basa encer dapat diubah menjadi gelatin

yang mudah larut dan dapat dicerna. Pemanasan kolagen secara bertahap

dapat menyebabkan struktur polipeptida rusak dan rantai-rantainya akan

terpisah. Berat molekul, bentuk dan konformasi larutan kolagen sensitif

terhadap perubahan temperatur yang dapat menghancurkan

makromolekulnya. Kolagen murni sangat sensitif terhadap reaksi enzim

dan kimia. Perlakuan alkali menyebabkan kolagen mengembang dan

menyebar. Selain pelarut alkali, kolagen juga larut dalam asam.

11

Kolagen tersusun atas ·unit protein yang berpolimerisasi

membentuk serabut kolagen yang disebut tropokolagen. Tropokolagen

memiliki panjang 280 nm dan lebar 1.5 nm. Tropokolagen terdiri atas 3

rantai subunit polipeptida terpilin berupa pilinan rangkap 3 (tripel heliks)

yang disebut dengan rantai a. Bentuk kolagen dengan pilinan rangkap 3

ini dapat dilihat pada Gambar 2.2. Asam amino utama yang menyusun

kolagen adalah glisin (33.5%), prolin (12%) dan hidroksiprolin (10%)

[Kelley, 1998]. Komposisi lengkap asam amino kolagen disajikan pada

Tabel 2.3.

Gambar 2.2 Bentuk kolagen dengan pilinan rangkap 3

Tabel 2.3 Komposisi asam amino dalam kolagen

Asam amino Kadar

% berat mol/100 kg protein

Arginin 8.59 49.4 His ti din 0.74 4.77 Lis in 4.47 30.7 Asam Glutamat 11.3 77

Asam Aspartat 6.3 47.3 Glisin 27.2 363 AJanin 9.5 106.9 Valin 3.4 29.1 Leusin dan isoleusin 5.6 42.8 Fenilalanin 2.5 15.2 Prolin 15.1 131.3 Tirosin 1 5.5 Ser in 3.37 32.1 Threonin 2.28 19.2 Hidrosiprolin 14 107 Hidroksilisin 1.1 6.8 Metionin 0.8 5.4

Total 100 1073.47 ITotal nitrogen 18.6 -

[Sumber : Tristram, 1949]

12

2.2.1 Klasifikasi kolagen

Perbedaan tipe kolagen disebabkan karena adanya perbedaan

struktur kimia dari rantai polipeptida penyusun kolagen. Tipe kolagen

diklasifikasikan sebagai berikut:

1. Kolagen tipe I merupakan kolagen yang paling banyak dan tersebar

luas. Terdapat dalam jaringan sebagai struktur yang secara klasik

disebut sebagai serat kolagen. Serat-serat ini menyusun tulang, dentin,

tendo, simpai organ, dermis, dsb.

2. Kolagen tipe II terutama terdapat dalam tulang rawan hialin dan

elastis. Hanya berupa serabut sangat halus.

3. Kolagen tipe III biasanya bersamaan dengan kolagen tipe I pada kulit,

otot, dan menunjang jaringan ikat pada sistem organ dalam.

4. Kolagen tipe IV terdapat dalam lamina! basal. Tipe ini tidak

membentuk serabut atau serat.

5. Kolagen tipe V terdapat dalam lamina basal sel-sel otot dan pembuluh

darah, dan dalam jumlah kecil dalam jaringan lain.

6. Kolagen tipe VI menghubungkan permukaan sel dengan matriks

ekstraseluler membentuk hubungan antara kolagen dan elastin.

7. Kolagen tipe VII ditemukan sebagai serabut pembentuk pada kulit.

Pertama kali diisolasi dari plasenta.

8. Kolagen tipe VIII terdapat dalam aorta sapi dan merupakan bagian

dari membran dasar pada mata.

9. Kolagen tipe IX dan X merupakan kolagen penghubung antar sel dan

ditemukan dalam jaringan kartilago.

Pada kolagen tipe I, II, dan III, molekul tropokolagen bergabung

membentuk serabut (fibril). Adanya ikatan hidrogen dan interaksi

hidrofobik penting untuk penggabungan dan pengepakan unit-unit ini.

13

Secara bertahap, struktur ini diperkuat oleh pembentukan ikatan silang

kovalen, suatu proses yang dikatalisis oleh aktivitas enzim lisil oksidase.

Berdasarkan bentuk makromolekular dan jenis ikatan silang yang

ada, kolagen dapat diklasifikasikan menjadi 3, yaitu:

1. Kolagen berserabut (banded fibrous collagen), terdiri dari kolagen tipe I,

II, III, dan terkadang V dan XI.

2. Kolagen tak berserabut (non.fibrous collagen), terdiri dari kolagen tipe

IV, VI, VII, VIII.

3. Kolagen mikrofibril (microfibrillar collagen), terdiri dari kolagen tipe IX

danX

Kolagen yang berada di pasaran (kolagen komersial) memiliki sifat

sifat fisik yang dapat dilihat pada Tabel 2.4.

Tabel 2.4 Sifat fisik kolagen

Sifat Fisik Kolagen

Warna tidak berwarna sampai

kekuning-kuningan pucat Densitas (g/ ml) 1,3-1,4% Viskositas ( cP) 2-7,5 Berat Molekul 10000-250000 % Protein 98-99% pH 6-7,5

2.2.2 Manf aat kolagen

Kolagen sampai saat ini telah banyak dimanfaatkan terutama

dalam bidang kecantikan sebagai kosmetik untuk perawatan kulit. Selain

itu di bidang kedokteran, kolagen dimanfaatkan sebagai obat untuk

membantu proses penyembuhan jaringan dalam. Bidang arkeologi

memanfaatkan kolagen untuk menentukan umur suatu jaringan (biasanya

tulang) yang ditemukan. Kolagen juga banyak diolah menjadi gelatin

14

dimana gelatin ini telah banyak dimanfaatkan dalam industri makanan,

industri farmasi dan kedokteran, industri fotografi, dan industri lainnya.

2.2. 3 Isolasi kolagen

Isolasi kolagen dari tlang biasa dilakukan dengan metode ekstraksi

padat-cair (leaching). Adapun prinsip dalam proses leaching yaitu adanya

peningkatan jumlah solute dalam pelarut pengekstrak sebanding dengan

penurunan jumlah solute dalam padatan.

2.2.3.1 Perlakuan awal

Tulang yang terdapat di pasaran masih mengandung kontaminan

sehingga perlu dilakukan perlakuan awal sebelum diekstraksi. Perlakuan

awal ini berfungsi untuk meningkatkan perolehan dan kualitas kolagen

dari tulang. Terdapat beberapa tahap dalam melakukan perlakuan awal

bahan yaitu pemilihan tulang, pembersihan, pengecilan ukuran tulang,

degreasing, dernineralisasi, dan pencucian.

1. Pemilihan Tulang

Tulang yang akan digunakan pada penelitian ini adalah tulang

sapi jenis slaugtherbones [Wong 1989;Ward,1977]. Dilakukan pemilihan

tulang sapi yang kompak (tidak keropos), salah satu contohnya adalah

tulang kaki atau tulang iga [Johns,1977], tidak berjamur atau rusak.

2. Pembersihan

Tulang dibersihkan dari daging, lemak, darah dan kotoran

kotoran lain yang masih menempel. Pembersihan dapat dilakukan

dengan mencuci tulang dengan air yang mengalir. Selain untuk

membersihkan, pencucian ini juga berfungsi untuk menghilangkan

bau busuk dari tulang.

15

3. Degreasing Degreasing merupakan proses penghilangan lemak dan sisa

sisa daging yang masih menempel pada tulang. Proses ini dapat

dilakukan dengan 2 cara yaitu perendaman dalam pelarut (solvent

degreasing) dan dengan menghancurkan jaringan lemak secara

mekanik (impact rendering) [van Oss, 1972].

Proses penghilangan lemak secara solvent degreasing dilakukan

dengan cara merendam tulang dalam air pada temperatur antara titik

cair lemak dan temperatur koagulasi albumin tulang, yaitu 32-80°C

selama 3 jam. Proses ini akan menghilangkan lemak pada bagian

permukaan luar tulang serta menimbulkan proses samping yang tidak

diinginkan yaitu terdegradasinya sebagian kecil protein pada jaringan

luar tulang (overheating degreasing) [van Oss, 1972].

Proses penghilangan lemak secara mekanik (impact rendering)

bertujuan untuk menghilangkan lemak yang terdapat pada

permukaan tulang sekaligus memperkecil ukuran tulang. Pada proses

ini, sel lemak dalam tulang dihancurkan secara mekanis. Sebagian

besar lemak yang tersisa dihilangkan dengan pemanasan

menggunakan oven pada temperatur 40°C.

4. Pengecilan Ukuran Tulang

Pengecilan ukuran tulang sapi dilakukan untuk memperluas

permukaan bahan dan juga memperluas areal permukaan kontak

dengan larutan sehingga proses ekstraksi dapat berlangsung lebih

cepat dan sempurna. Penghancuran dan penggilingan tulang

dilakukan dengan menggunakan alat penghancur dan alat penggiling

sampai diperoleh serpihan dan serbuk tulang.

16

5. Demineralisasi

Demineralisasi adalah proses penghilangan garam-garam

mineral dari tulang (terutama garam-garam kalsium, seperti kalsium

fosfat). Demineralisasi dilakukan dengan merendarn tUlang dalam

larutan HCl 5% selama 10-12 hari. Proses demineralisasi ini akan

menghasilkan tulang yang bebas mineral yang juga lazim disebut

ossein [Hinterwaldner, 1977].

6. Penyaringan dan Pencucian

Ossein yang diperoleh kemudian dipisahkan dari partikel

partikel yang tidak diinginkan dengan cara penyaringan (filtrasi).

Ossein yang telah disaring ini kemudian dicuci dengan air dingin

untuk membersihkan sisa HCI.

2.2.3.2 Ekstraksi kolagen

Kemampuan kolagen untuk diekstrak dipengaruhi oleh beberapa

faktor seperti sumber kolagen (tipe kolagen) dalam hal ini adalah variasi

jenis tulang yang akan diekstrak, temperatur ekstraksi, jenis pelarut,

kecepatan pengadukan,ukuran partikel yang akan diekstrak, dan waktu

ekstrasi.

Adapun pelarut yang umum digunakan dalarn melakukan

ekstraksi kolagen adalah larutan asam atau basa, misalnya HCl dan

NaOH. Selain HCl, beberapa pelarut lain dapat digunakan dalam

mengekstrak kolagen adalah :

1) Shigeru Kimura, dkk menggunakan larutan 0,5 M asarn asetat untuk

mengekstrak kolagen. Operasi dilakukan pada temperatur 3-4oC

selama 24-48 jam dengan pengadukan terus menerus.

2) Elizabeth D. Strange dan Richard C. Whiting menggunakan pelarut

air dengan temperatur pemanasan 35-80oC.

0

17

3) P. B. Kenney, R. L. Henrickson, P. L. Claypool, dan B. R. Rao

menggunakan pelarut 3% NaCl dan campuran 3% NaCl dengan

0,44% Sodium Tripolyphosphate (STPP).

4) E. J. Miller, G. R. Martin, K. A. Piez, dan M. ]. Powers dari

Laboratorium Biokimia, National Institute of Dental Research,

National Institute of Health, Bethesda, Maryland menggunakan

pelarut 0,5 m asam asetat dan 5 m guanidin hidroklorida pada pH

netral.

5) Pete Galley menggunakan pelarut EDT A dengan pH 8 dan HCl 0,6

M.

6) Natalia Pazdur dan Tomasz Goslar dari Institute of Physics, Silesian

University of Technology, Poland menggunakan 0,5 M HCl untuk

menghilangkan komponen inorganik dan karbo!1at. Kontaminan

yang mungkin masih tersisa dalam bahan dihilangkan

menggunakan larutan basa yaitu 0,1 M NaOH selama 30 menit.

Dalam mengekstrak kolagen digunakan air panas (temperatur 80oC)

yang mengandung asam (HCl) pH=3 selama 12 jam.

2.2. 3. 3 Finishing ekstrak kolagen

Untuk mendapatkan produk kolagen dalam bentuk serbuk, ekstrak

kolagen yang didapatkan setelah proses ekstraksi berlangsung dilakukan

tahapan berikut:

1. Penyaringan ( Filtrasi )

Kolagen yang telah diekstrak dipisahkan dari sisa tulang yang tidak

terekstrak (rafinat) dengan penyaringan.

2. Evaporasi

Evaporasi dilakukan untuk menguapkan dan menghilangkan

kandungan air dari kolagen serta mempercepat proses pengeringan.

0

1 8

3. Pengeringan

Pengeringan dilakukan setelah proses evaporasi selesai dan dilakukan

dengan cara mendinginkan produk di udara terbuka pada temperatur

kamar sehingga didapatkan pellet kolagen.

4. Pengecilan ukuran

Pellet kolagen yang telah kering di-grinding hingga berukuran 100

mesh sebagai produk kolagen berbentuk serbuk yang siap dipasarkan.

0

3.1 Bahan

BAB III

BAHAN DAN METODE

Bahan yang digunakan dalam penelitian ini meliputi : tulang kaki

sap1 yang diperoleh dari tempat pemotongan hewan, HCI, aquadest,

Na2C03, K-Na Tartrat, K2S04, CuS04.5H20, H2S04 pekat, Zn, indikator

pp, NaOH 45%-b/v, HCI O,lN, dan NaOH O,lM.

3.2 Peralatan Penelitian

Peralatan yang akan digunakan dalam penelitian ini meliputi

ekstraktor, mortar, ayakan mesh, oven, neraca analitis, desikator, cawan

penguapan, penjepit, pompa vakum, water-bath, pH meter, piknometer,

viskometer Ostwald, spatula, botol semprot, batang pengaduk serta

peralatan gelas berupa: labu titrasi, buret, gelas ukur, pipet volume, pipet

tetes, labu takar, gelas kimia, dan tabung reaksi.

Ekstraktor terdiri dari reaktor dengan volume 1 L, pengaduk

(magnetic strirrer), alat pemanas, pengambil sampel, kondensor dan

termometer yang disajikan pada Gambar 3.1.

Gambar 3.1 Ekstraktor

•

1 9

20

3.3 Metode Penelitian

Pada penelitian ini dilakukan penentuan waktu optimum ekstraksi

kolagen dari tulang dan pengaruh ukuran partikel, temperatur ekstraksi

serta konsentrasi pelarut HCI terhadap kuantitas dan kualitas kolagen

yang dihasilkan.

Rancangan percobaan yang digunakan dalarn penelitian ini adalah

Central Composite Design (CCD) dengan variasi yang disajikan pada Tabel

3.1. Tempuhan penelitian yang akan dilakukan dapat dilihat pada Tabel

3.2 sebanyak 20 tempuhan, dimana akan diperoleh grafik 3 dimensi yang

dapat menunjukkan kondisi optimum ekstraksi kolagen menggunakan

pelarut HCI.

Tabel 3.1 RancanCTan percobaan Comvosite Desivi (CCD) Variabel Level(-) Level(+) Center Point

Ukuran partikel (mesh) -20+30 -60+70 -40+50

Temperatur (0C) 35 60 47,5

Konsentrasi HCl (M) 0,09 0,32 0,205

T b l 32 T a e . ul 1 emp· 1.an pene itian Tempuhan Ukuran partikel Temperatur Konsentrasi HCI

(mesh) (oC) (M) 1 -40+50 47,5 0,4 2 -40+50 26,5 0,2 3 -40+50 68,5 0,2 4 -20+30 60 0,09 5 -60+70 60 0,09 6 -40+50 47,5 0,2 7 -20+30 35 0,3 8 -10+20 47,5 0,2 9 -40+50 47,5 0,2

10 -60+70 35 0,3 11 -20+30 35 0,09 12 -70+80 47,5 0,2 13 -20+30 60 0,3 14 -40+50 47,5 0,2 15 -40+50 47,5 0,2 16 -40+50 47,5 0,2 17 -60+70 35 0,09 18 -40+50 47,5 0,01 19 -40+50 47,5 0,2 20 -60+70 60 0,3

0

dengan: x = A-40 x =B-47,5 dan x = C-0,205

I 20 / 2 } 2,5 J 0,115

dimana : x1 = ukuran partikel

x2= temperatur ekstraksi

x3= konsentrasi pelarut HCI

3.4 Prosedur Penelitian

Penelitian ini dilakukan dalam beberapa tahapan yaitu :

1. Persiapan bahan baku (tulang)

2. Ekstraksi kolagen tulang sapi dan finishing produk kolagen

3.4.1 Perlakuan Awai

21

Diagram alir perlakuan awal pada tulang disajikan pada Gambar

3.2 melalui tahapan :

1. Sortasi tulang

2. Pembersihan tulang dilakukan dalam air yang mengalir untuk

menghilangkan daging, lemak, darah, tanah dan kotoran lainnya

yang masih melekat pada tulang.

3. Penghilangan lemak (degreasing)

Tulang direndam dalam air pada temperatur 55°C selama 3 jam.

Pengatu:ran temperatur dilakukan menggunakan water-bath. Selama

proses degreasing, dilakukan pengadukan secara kontinu untuk

meningkatkan efektivitas pemisahan dan penggantian air rebusan

secara berkala sampai air rebusan tidak berminyak lagi.

4. Pengecilan dan homogenasi ukuran

Tulang yang sudah dibersihkan diperkecil ukurannya secara

mekanis menggunakan mortal dan blender. Untuk hoomogenasi

ukuran, serbuk tulang tetrsebut disaring menggunakan penyaring

mesh dengan ukuran sesuai tempuhan penelitian.

22

5. Demineralisasi

Serbuk tulang direndam dalam larutan HCI 5% selama 12 hari

untuk menghilangkan kandungan garam terutama kalsium fosfat

dalam tulang. Proses ini menghasilkan tulang beoas mineral

(ossein).

6. Penyaringan dan pencucian

Ossein disaring untuk memisahkan partikel-partikel yang tidak

diperlukan. Ossein yang telah disaring, dicuci dengan air untuk

membersihkannya dari sisa-sisa HCI dan partikel-partikel lainnya

yang masih tersisa hingga pH netral.

Sortasi tulang

Pembersihan tulang

Degressing Perendaman dalrun air 55°C, 3 jam

Pengecilan ukuran

Perendaman dalrun HCI 5%, 12 hari

Penyaringan dan pencucian akhir

Gambar 3.2 Diagram alir proses persiapan bahan baku

3.4.2 Ekstraksi kolagen tulang sapi dan finishing produk kolagen

Ekstraksi kolagen tulang sapi dilakukan dalam sebuah ekstraktor

batch menggunakan prinsip leaching (ekstraksi padat-cair) dengan

tahapan sebagai berikut:

23

1. 100 gr tulang yang telah mengalami perlakuan awal dan 400 g HCI

dimasukkan ke dalam ekstraktor.

2. Tulang diekstraksi pada variasi ukuran partikel, temperatur

ekstraksi serta konsentrasi pelarut HCI sesuai tempuhan selama 8

jam.

3. Ekstrak yang didapat dipisahkan dari sisa ekstraksi (rafinat)

dengan cara filtrasi.

4. Ekstrak dievaporasi untuk menguapkan dan menghilangkan

kandungan airnya serta mempercepat proses pengeringan pada

tahap berikutnya.

5. Ekstrak yang didapat adalah produk kolagen yang diinginkan dan

didinginkan di udara terbuka pada temperatur kamar.

6. Analisis produk kolagen, meliputi : analisis rendemen, kadar

protein, viskositas, berat molekul, densitas, pH, dan kadar air.

7. Produk kolagen siap untuk dipasarkan dan dapat disimpan di

dalam wadah yang kedap udara dan tidak lembab.

Diagram alir proses ekstraksi kolagen dari tulang dapat dilihat

pada Gambar 3.3.

100 gr tulang (ukuran sesuai tempuhan) dan 400 gr HCI - Penyaringan

(konsentrasi sesuai tempuhan) -

dan temperatur sesuai tempuhan

l Analisis produk .::: Pengeringan Evaporasi

kolagen

Gambar 3. 3 Diagram alir ekstraksi kolagen tulang

BAB IV

HASIL DAN DISKUSI

Penelitian ini dilakukan untuk mengetahui pengaruh ukuran

partikel tulang sapi, temperatur ekstraksi dan konsentrasi HCI serta

interaksi antara variabel-variabel tersebut terhadap rendemen dan

kualitas kolagen yang diperoleh.

4.1 Rendemen kolagen

Untuk mengetahui keoptimalan kondisi operasi, salah satu

parameter yang diukur adalah rendemen kolagen. Rendemen kolagen

yang didapatkan dari penelitian ini disajikan pada Tabel 4.1.

Tabel 4.1 Rendemen kolagen yang didapatkan pada setiap tempuhan enelitian

1 -40+50 47,5 0,4 32.9 2 -40+50 26,5 0,2 29.5 3 -40+50 68,5 0,2 33.2 4 -20+30 60 0,09 29 5 -60+70 60 0,09 27.6 6 -40+50 47 . .5 0,2 32.3 7 -20+30 35 0,3 33 8 -10+20 47,5 0,2 32 9 -40+50 47,5 0,2 33.1

10 -60+70 35 0,3 30.1 11 -20+30 35 0,09 25.1 12 -70+80 47,5 0,2 32.7 13 -20+30 60 0,3 33.1 14 -40+50 47,5 0,2 33.2 15 -40+50 47,5 0,2 33 16 -40+50 47,5 0,2 29.8 17 -60+70 35 0,09 27 18 -40+50 47,5 0,01 26.9 19 -40+50 47,5 0,2 33.2 20 -60+70 60 0,3 31

24

25

Pengaruh ukuran tulang terhadap rendemen kolagen

Pengaruh ukuran tulang terhadap rendemen kolagen pada

temperatur ekstraksi dan konsentrasi HCL yang sama disajikan pada

Gambar 4.1 s.d.4.5.

Perolehan kolagen pada variasi ukuran tulang sapi

(femperatur ekstraksi 35°C, dan HCI 0,09%)

;Q' 26.5 -..0 26 I � - 25.5 i::: (lJ s (lJ "O i::: 24.5 (lJ P:::

2•1 -20+30 -60+70

Ukuran tulang (mesh)

Gambar 4.1 Perolehan kolagen pada temperatur ekstraksi 35° C menggunakan HCI 0,09%


(Temperatur ekstraksi 35°C, dan HCI 0,3%)

3:S-32.5

;Q' 32 - 3l.S -? � 31 i::: 30.5 (lJ s 30 (lJ "O 29.5 i::: (lJ 29 �

28.5 -20+30 -60+70

Ukuran tuiang (mesh)



(Temperatur ekstraksi 47,5°C, dan HCI 0,2%)

;o-........ -9 c � El Q) "C i:: Q) p::

32.8

326 32.4 32.2

32

-40+50 -10+20


-70+80

Gambar 4.3 Perolehan kolagen pada temperatur ekstraksi 47,5° C menggunakan HCI 0,2%

;o-........ .0 ' �

i:: Q) El Q) "C i:: Q) �



29

28.5

26.5 -20+30 -60+70

Gambar 4. 4 Perolehan kolagen pada temperatur ekstraksi 6()o C menggunakan HCI 0,09%

26



33.5

33 ::E' 32.5 ........ .0

32 I

� 31 .5 a:; QJ

31· s QJ 30.5 "O a:; QJ 30· C<: 29.5

-20+30 -60+70



27

Dari Gambar 4. 1 s.d 4.5 dapat dilihat perolehan (rendemen) kolagen

dari tulang sapi adalah 25,1-33,2%-b/b. Kolagen yang berhasil diekstraksi

pada penelitian ini sudah cukup baik mengingat kandungan kolagen

dalam tulang menurut literatur sebesar 33-34 %, yang artinya efisiensi

ekstraksi pada penelitian ini mencapai 75-99%.

Ukuran partikel yang semakin kecil secara umum memberikan

rendemen yang paling besar. Hal ini disebabkan karena pada ukuran

partikel yang semakin kecil akan menyebabkan luas kontak antara

partikel tulang dengan pelarut semakin besar sehingga akan semakin

banyak kolagen yang dapat berdifusi ke dalam pelarut dan berhasil

terekstrak.

Penyimpangan terjadi pada ukuran -60+70 mesh dengan

temperatur ekstraksi 35° C menggunakan HCI 0,3%-b/b dan temperatur

ekstraksi 600 C menggunakan HCl 0,09%-b/b. Hal ini diduga terjadi

karena pada ukuran tulang sapi yang terlalu kecil, kemungkinan partikel

28

tulang sapi tersebut akan menyatu satu sama lain, menggumpal dan

membentuk suatu padatan kompak yang menghambat difusi pelarut ke

dalam tulang dan sebaliknya, sehingga ekstraksi tidak terjadi secara

optimal. Namun, penyimpangan ini tidak terjadi pada ukuran tulang -

70+80 dengan temperatur ekstraksi 47,SoC dan HCI 0,2 %-b/b. Dari

kenyataan ini dapat disimpulkan bahwa semakin kecil ukuran akan

diperoleh rendemen semakin besar, tetapi apabila ekstraksi dilakukan

pada temperatur dan atau menggunakan HCI dengan konsentrasi yang

terlalu tinggi akan memberikan reaksi yang sebaliknya. Artinya ukuran

tulang tidak boleh terlalu kecil agar rendemen maksimal.

Pengaruh temperatur ekstraksi terhadap rendemen kolagen

Pengaruh temperatur ekstraksi terhadap rendemen kolagen pada

ukuran tulang dan konsentrasi HCI yang sama disajikan pada Gambar 4.6

s.d. 4.10.

29

Z' 28 ........ � 27

� 26· al ] 25 e � 24

23

Pengaruh temperatur terhadap perolehan kolagen (ukuran tulang -20+30 mesh,HCI 0,09 %-b/b)

35 60 Temperatur ("C)

Gambar 4.6 Perolehan kolagen pada ukuran tulang -20+30 mesh menggunakan HCl 0,09%

Pengaruh temperatur terhadap perolehan kolagen (u.kuran tulang -20+30 mesh,HCI 0,3 °/o-b/b)

33.1

33

32.95 35 60

.

Temperatur \C)

Gambar 4. 7 Perolehan kolagen pada ukuran tulang -20+30 mesh menggunakan HCI 0,3%

Perolehan kolagen pada variasi temperatur ekstraksi (ukuran tulang -40+50 mesh,HCI 0,2 %-b/b)

34 :D' 33 :c- 32 t 31· j 30 2 29 � 28·

27 26,5 47,5 68,5

Temperatur \C)

Gambar 4. 8 Perolehan kolagen pada ukuran tulang -40+50 mesh menggunakan HCI 0,2%

29

27.6

� 27.4· "'il e:. 27.2·

j 27

� 26.8

26.6

Pengaruh temperatur terhadap perolehan kolagen (ukuran tulang -60+70 mesh,HCI 0,09 %-b/b)

35 60

Temperatur ("C)

Gambar 4.9 Perolehan kolagen pada ukuran tulang -60+70 mesh

menggunakan HCI 0,09%

:0 ........ ,Q I

� � 1! .!!l 0 ... Cl) P-.

31

30

Pengaruh temperatur terhadap perolehan kolagen (ukuran tulang -60+7(l mesh,HCl 0,3 %-·b/b)

35 60

Temperatur ('C)

Gambar 4.10 Perolehan kolagen pada ukuran tulang -60+70 mesh

menggunakan HCl 0,3 %

30

..

3 1

Berdasarkan Gambar 4.6 s.d 4.10 terlihat setiap kenaikan

temperatur memberikan kecenderungan rendemen yang meningkat. Hal

ini disebabkan karena temperatur yang tinggi menyebabkan gerakan

molekul pelarut dan komponen tulang di dalam ekstraktor menjadi

semakin cepat yang akhirnya akan memperbesar tumbukan antara pelarut

dengan tulang sehingga laju difusi akan semakin besar pula. Akibatnya

kolagen akan lebih mudah berdifusi ke dalam pelarut.

Selain itu, pelarut yang panas menyebabkan permukaan tulang

lebih rapuh dan berpori sehingga pelarut manjadi lebih mudah berdifusi

ke dalam tulang dan menyebabkan laju ekstraksi lebih besar, jadi kolagen

lebih cepat diambil dari jaringan tulang.

Pengaruh konsentrasi HCI terhadap rendemen kolagen

Pengaruh konsentrasi HCl terhadap rendemen kolagen pada

ukuran tulang dan temperatur ekstraksi yang sama disajikan pada

Gambar 4.11 s.d. 4.15.

Pengaruh konsentrasi HCI terhadap perolehan kolagen

(ukuran tulang -20+30 mesh,temperatur ekstraksi 35°C)

0.09 0.3

Konsentrasi HCI (%-b/b)

Gambar 4.11 Perolehan kolagen pada ukuran tulang -20+30 mesh pada

temperatur ekstraksi 35°C

Z' ' .it � .......,

j 0 .... QI p...

34

32

30

28

26



0.09 0.3


32


temperatur ekstraksi 60°C

Z' ' ..0 I

� ......., � o;S ..c:

...!!l 0 .... QI p...

34 32

28

26

24


(ukuran tulang -40+50 mesh,temperatur ekstraksi 47,5°C)

0.2 0.4



temperatur ekstraksi 47,SoC

:0-...... .er � fil ..c:

1 ll..

31 30 29 28 27 26 25



0.09 0.3


33


temperatur ekstraksi 35<>C


(ukuran tulang -60+70 mesh,temperatur ekstraksi 60°q

31 ;;:;- 30 -.er 29 * '-"

j �� 26 25

0.09 0.3

Konsentrasi HCl (%-b/b)


temperatur ekstraksi 60<>C

34

Berdasarkan Gambar 4.11 s.d 4.15, menunjukkan bahwa ekstraksi

kolagen dalam pelarut merupakan fungsi konsentrasi, dimana konsentrasi

sangat erat kaitannya dengan pH. Semakin besar konsentrasi HCI yang

digunakan akan memperbesar rendemen kolagen yang diperoleh, dan

sebaliknya. Namun, bila konsentrasi HCl terlalu besar, dikhawatirkan

kolagen yang akan diekstrak akan rusak karena pelarut yang bersifat

terlalu asam. Pada penelitian ini konsentrasi HCI yang digunakan tidak

terlalu tinggi sehingga masih memberikan respon positif terhadap

rendemen kolagen yang diperoleh.

Analisis statistik pengaruh ukuran tulang, temperatur ekstraksi dan

konsentrasi HCI terhadap rendemen kolagen

Untuk mengetahui pengaruh ukuran tulang, temperatur ekstraksi

dan konsentrasi HCI serta interaksi antar variabel-variabel tersebut

terhadap rendemen kolagen secara statistik dilakukan analisis ANOV A

dengan hasil yang disajikan pada Tabel 4.2.

Tabel 4.2 Hasil analisis anova terhadap rendemen dengan model uadratic

A 0.81 1 0.81 0.35 0.5666 not significant B 10.06 1 10.06 4.37 0.0630 not significant c 59.86 1 59.86 26.00 0.0005 significant AB 0.78 1 0.78 0.34 0.5731 not significan t AC 3.78 1 3.78 1 .64 0.2289 not significant BC 1 .53 1 1 .53 0.67 0.4337 not significant Dimana : A : ukuran tu la n B: tern eratur ekstraksi C: konsentrasi HCl R2 = 0.8201

Dari Tabel 4.2 dapat dilihat bahwa hanya konsentrasi HCI yang

memberikan pengaruh yang significant terhadap rendemen.

.,

3 5

Penentuan kondisi optimum ekstraksi kolagen tulang sapi

Kondisi optimum ekstraksi kolagen dari tulang sapi berdasarkan analisis

central composite design menggunakan design expert didapatkan pada ukuran

tulang -2o+30 mesh, temperatur ekstraksi 48°C dan konsentrasi HCl 0,3 1 %-bib

dengan perolehan rendemen sebesar 33,8 %.

Kontur ukuran tulang dan temperatur ekstraksi terhadap rendemen kolagen

pada kondisi optimum disaj ikan pada Gambar 4. 1 6, kontur ukuran tulang dan

konsentrasi HCl ekstraksi terhadap rendemen kolagen pada kondisi optimum

disajikan pada Gambar 4. 1 7 sedangkan kontur pengaruh temperatur ekstraksi dan

konsentrasi HCI ekstraksi terhadap rendemen kolagen pada kondisi optimum

disaj ikan pada Garn bar 4 . 1 8 .

DESIGN-EXPERT Plot

Rende men

X = A: Ukuran Parti ke l

Y = B: Temperatur

Actual Factor

C: Konsentras HCL = o.§1 !.75

Predi 33 .76 ..._ Q) �7.50 -E � CD

4 1 .25

Rendemen

2 0 .00 30.00 40.00 50.00 60.00

A:. Ukuran Partikel

Gambar 4.1 6 Kontur ukuran tulang dan temperatur ekstraksi terhadap rendemen


DESIGN-EX P E R T Pio! R e n d e m e n X = B : T emperalur Y = C: K o n se n lra sl HCL

Aclual Faclor

A : Ukuran Partll<el = 2B.ec9·26 -' () J: "' � c: 0,2 1 CD "' c: 0 � u

0, 1 5

0.09 -+---�--�--�-� 35.00 41 25 47.50 53.7ti 60.00

B : Tern peratur

Gambar 4.17 Kontur ukuran tulang dan konsentrasi HCl ekstraksi terhadap


DESIGN-EXPERT Plot

Re nde men

X "" B: Temperatur

Y = C: Konsentrasi HCL

Actu<:I Factor

A: Ukuran Partikel = 28 .8@·26 _J 0 I VI � c: 0.2 1 <D VI c 0 ::.:: CJ

0. 1 5

' \

33.76 men " .···

\ \ -,_,33-.5-96-Ju

,• 0.09 -r---�---�--�--�

35.00 4 1 .25 4 7 .50 53-75 60.00

8: Tem peratur

36

Gambar 4.18 Kontur temperatur ekstraksi dan konsentrasi HCl ekstraksi terhadap


37

4.2 Karakteristik kolagen

Karakteristik kolagen yang dianalisis pada penelitian ini, meliputi

kadar protein, viskositas, densitas, dan pH. Asil analisis kolagen hasil

penelitian dibandingkan dengan kolagen komersial disajikan pada Tabel

4.3.

Tabel 4.3 Karakteristik kolagen hasil penelitian dibandingkan kolagen komersial

[!<6..-,.;?-1'_"-.�·-µ,'tl·:··:JY?'ii'.f�-,.'i'.··j'f�.';;"'"';l,��i�'--"l' -;:-��,.�·&Y·t.,""�'-<C"'{''.>• io,. r. •.; <� . .;.;. - ·-· .,,.· ... ; ... ,.,,.,: .... ;- ·:<; "l =··<0 --- I ,..,._filR!: . . � ! � ill� �- at " ' ·-�_,._.,, '" ,.,�F-.. . - .. ,_ -:\ .,..., . ...,._ v • . ,:-t:':t·��S!��;-�- _ �.:k:�:�1��·2 .. �-:...• !-= Cl:.�1�. :-'";. �� 7-T��J�.-�t:.�r1��:-.: �-J; .�: .; �v ."!.�5�ttj:�.;�'2L�1.f :·:-�."ri-1(�i'� Kadar protein 98,3-99,2 % 98-99% Viskositas 2,72-7,38 cP 2-7,5 Densitas 1,2871 - 1,3415 gr/mL 1,3- 1,4 g/ mL PH 4, 995 - 6,815 6-7,5

Dari Tabel 4.3 dapat dilihat bahwa kadar protein kolagen

penelitian ini sangat memenuhi standar kolagen komersial yang telah

ditetapkan, yaitu sebesar 98-99%. Komponen pengotor dalam kolagen ini

diduga berupa mineral dan komponen non kolagen lainnya seperti lemak

dan karbonat. Peningkatan kemurnian kolagen dapat dilakukan dengan

mengoptirnalkan proses demineralisasi sehingga komponen inorganik,

berupa mineral serta komponen organik seperti karbonat dan lain

sebagainya dapat dihilangkan terlebih dahulu dengan sempuma. Selain

itu, dapat pula dilakukan optimasi proses pemasakan (perebusan) tulang

untuk menghilangkan lemak yang masih tertinggal dengan lebih efisien.

Nilai viskositas kolagen hasil penelitian memenuhi standar

kolagen standar. Namun, densitas untuk beberapa run berada di bawah

nilai standar kolagen komersial. Hal ini diduga disebabkan karena

banyaknya pengotor lemak yang turut terekstrak dan memiliki densitas

yang jauh lebih kecil daripada densitas kolagen standar yang memberikan

kontribusi dalam kecilnya nilai densitas yang dihasilkan.

Demikian pula, nilai pH kolagen hasil penelitian cenderung

menunjukkan sifat asam. Hal ini diduga karena belum sempurnanya

0

38

pemisahan asam HCI yang digunakan sebagai pelarut dalam ekstraksi

kolagen ini sehingga memberikan montribusi terhadap pH kolagen yang

dihasilkan cenderung bersifat asam, mengingat pemisahan kolagen hanya

dilakukan dengan tahapan penyaringan, pencucian, penguapan dan

pengeringan tanpa melewati :kontrol pH di tiap perlakuan tersebut.

Kemungkinan yang paling besar adalah pada saat pencucian yang kurang

sempurna sehingga HCI tidak hilang dari ekstrak kolagen yang

dihasilkan.

5.1 Kesimpulan

BAB V

KESIMPULAN DAN SARAN

Berdasarkan hasil penelitian dan analisis yang dilakukan, dapat

diambil beberapa kesimpulan, yaitu:

1. Semakin kecil ukuran tulang akan meningkatkan rendemen kolagen

yang dihasilkan.

2. Semakin tinggi temperatur ekstraksi akan meningkatkan rendemen

kolagen yang dihasilkan.

3. Semakin tinggi konsentrasi HCI yang digunakan akan meningkatkan

rendemen kolagen yang dihasilkan.

4. Berdasarkan hasil analisis statistik didapatkan bahwa tidak ada

interaksi antara ukuran tulang, temperatur ekstraksi dan konsentrasi

HCI terhadap rendemen kolagen.

5. Kondisi optimum untuk memperoleh kolagen dari tulang sapi adalah

pada ukuran tulang -20+30 mesh, temperatur ekstraksi 48<>C,

konsentrasi HCl 0.31 % dengan rendemen 33,8 % .

6. Kolagen hasil penelitian sangat memenuhi standar kolagen komersial.

5.2 Saran

Saran yang dapat diberikan untuk diperhatikan pada penelitian

selanjutnya antara lain:

.. 39

40

1. Pengecilan ukuran partikel perlu menggunakan peralatan yang lebih

memadai sehingga lebih efisien dan efektif.

2. V ariabel-variabel seperti jenis asam, jenis basa, umur tulang, waktu

ekstraksi, dan kecepatan pengadukan perlu diteliti lebih lanjut.

3. Metode pengeringan yang digunakan perlu dicari alternatif lainnya

seperti evaporator vakum sehingga tidak akan mempengaruhi warna

kolagen yang dihasilkan.

DAFT AR PUSTAKA

Harding, J., Jhon, (1965), "The Unusual Links and Crqss-Links of

Collagen", di dalam Afinsen, CB.Jr., Anson, M.L., Richards,F.M.,

dan Edsal, J.T., Advance Protein Chemistry, Vol. 20, Academic Press,

New York, USA.

Harrington and von Hippel,(1961) "Structure of Collagen and Gelatin" .

Hinterwaldner, R. , (1977), "Raw Material", in Ward, A.G & A. Courts, The

Science And Technology of Gelatin, New York : Academi Press.

Johns, P., (1977), "The Structure and Composition of Collagen Containing

Tissues", in Ward, A. G. dam A. Courts, The science and Technology of

Gelatin, Academic Press, London.

Kirk, R. E. and Othmer,D.F., (1978), "Encyclopedia of Chemical Technology",

Interscience Publication, John Wiley & Sons Inc., New York.

Van, Oss., (1972), "Material and Technology", vol.V, London.

Ward, A.G. and Courts, (1977), "The Science and Technology of Gelatin",

Academic Press, London.

Wong, D. W. S., (1989), "Mechanism and Theory in Food Chemistry", An AVI

Book, New York.

http:/ / www.chm.bris.ac.uk/polymer.

http:/ / www.chemlearn.chem.indiana.edu/bioanalyticals .

..

41

Documents

KAJIAN AWAL EKSTRAKSI KOLAGEN Prasetyo S A. Prima Judy