Abstrak
Kulit kastanye ( Castanea sativa Mill.), produk sampingan dari pengolahan kastanye, merupakan sumber senyawa fenolik yang berharga yang memiliki berbagai aplikasi industri. Studi ini menyelidiki optimalisasi ekstraksi asam galat dari kulit luar kastanye menggunakan ekstraksi berbantuan ultrasonik (UAE) dan pelarut eutektik dalam (DES). Desain Box–Behnken (BBD) digunakan untuk menentukan kondisi ekstraksi yang optimal, dengan mempertimbangkan variabel seperti waktu ekstraksi, suhu, kadar air, rasio cairan terhadap padatan, penanganan material, dan jenis DES. Hasil menunjukkan bahwa sampel kulit kastanye panggang dan DES kolin klorida:etilen glikol (1:2) menghasilkan kadar asam galat tertinggi, dengan kondisi optimal 70 °C, 35 menit, kadar air 20%, dan rasio cairan terhadap padatan 10:1. Studi ini menyoroti keuntungan lingkungan dan ekonomi dari UAE berbasis DES, yang mendukung penggunaannya sebagai metode berkelanjutan untuk mengekstraksi senyawa bioaktif untuk aplikasi dalam industri makanan, farmasi, dan kosmetik.
Perkenalan
Pohon kastanye ( Castanea sativa Mill.), anggota famili Fagaceae (beech), banyak ditemukan di Eropa selatan dan Asia. Buah kastanye memiliki nilai ekonomi yang cukup besar, terutama karena kualitas nutrisinya dan manfaatnya bagi kesehatan. Produksi kastanye terpusat di negara-negara Mediterania dan buahnya dikonsumsi baik mentah maupun dimasak. Buah ini terutama digunakan sebagai kastanye manisan, bubur kastanye, dan, dalam beberapa tahun terakhir, tepung bebas gluten karena kandungan lemaknya yang rendah. Pengolahan kastanye menghasilkan produk sampingan yang jumlahnya sekitar 10% (b/b) dari setiap buah, termasuk kulit bagian dalam, kulit bagian luar, dan duri berduri. 1 , 2 Produk sampingan ini dapat berkontribusi pada penciptaan produk bernilai tambah baru dan sumber daya ekonomi sekaligus memenuhi persyaratan keberlanjutan industri. Produk sampingan ini dapat berfungsi sebagai sumber alami senyawa bioaktif dalam industri nutraceutical, farmasi, dan kosmetik. 3 – 5
Seiring dengan meningkatnya produksi dan pemrosesan kastanye di seluruh dunia, penggunaan produk sampingannya menjadi semakin penting. Misalnya, kulit kastanye diketahui kaya akan senyawa fenolik dan memiliki sifat antioksidan, sehingga sangat berharga dalam industri kosmetik sebagai agen antipenuaan dini. Baik teknik ekstraksi tradisional maupun modern dapat digunakan untuk mengekstrak senyawa bermanfaat seperti polifenol dari produk sampingan kastanye, yang menawarkan manfaat kesehatan potensial di sejumlah area. Manfaat ini meliputi efek antioksidan dan antiperadangan. 6
Asam galat, senyawa fenolik yang ditemukan dalam berbagai spesies tanaman, dinilai memiliki banyak kegunaan dalam industri makanan, farmasi, dan kosmetik. Dikenal karena sifat antioksidan, antiradang, dan antimikrobanya, asam galat banyak digunakan sebagai bahan pengawet karena kemampuannya untuk mencegah ketengikan minyak dan lemak. 7 Turunan asam galat, seperti propil dan oktil galat, umumnya digunakan dalam industri makanan karena sifat antioksidannya, yang memperpanjang masa simpan dan meningkatkan stabilitas produk. 8 Asam galat juga telah terbukti memiliki efek menguntungkan pada gangguan kardiovaskular, neuropsikologis, dan gastrointestinal melalui interaksinya dengan berbagai jalur biologis, termasuk yang mengatur peradangan dan apoptosis sel. 9
Di bidang kosmetik, asam galat dan turunannya telah menarik perhatian karena kemampuannya untuk menghambat produksi melanin dan melawan stres oksidatif. Hal ini membuatnya cocok untuk dimasukkan ke dalam produk perawatan kulit dan rambut. Asam galat merupakan bahan yang populer dalam zat anti-penuaan, antikerut, dan pemutih kulit karena kemampuannya yang ampuh dalam menangkal radikal bebas. 10 Bila digunakan bersama dengan panas, ia juga memberikan alternatif yang lebih aman daripada perawatan pelurusan rambut kimia tradisional. Ia juga merupakan bahan utama dalam pewarna rambut alami. Fleksibilitas dan khasiat asam galat dalam berbagai aplikasi industri menggarisbawahi signifikansinya, memposisikannya sebagai subjek yang menarik untuk penyelidikan dan pengembangan lebih lanjut di berbagai sektor. 11
Ekstraksi berbantuan ultrasonik (UAE) telah menunjukkan potensi yang cukup besar dalam ekstraksi senyawa bioaktif dari matriks tanaman, menawarkan cara untuk mengurangi ketergantungan pada volume pelarut yang tinggi dan suhu ekstrem, yang merupakan ciri khas teknik ekstraksi konvensional. Dengan memanfaatkan fenomena kavitasi, UAE lebih efektif mengganggu dinding sel, sehingga memfasilitasi pelepasan fitokimia yang berharga, termasuk polifenol, flavonoid, dan antioksidan lainnya. Metode ini tidak hanya mempercepat proses ekstraksi tetapi juga menjaga integritas struktural senyawa termolabil yang dapat terdegradasi di bawah panas. Ekstraksi berbantuan ultrasonik sangat menguntungkan untuk biomaterial yang sulit diurai, yang mana perlakuan awal seperti penggilingan atau hidrolisis enzimatik dapat lebih mengoptimalkan hasil senyawa yang diekstraksi dan potensi antioksidan dari ekstrak yang dihasilkan. Dengan memberikan kontrol yang tepat atas kondisi proses ekstraksi, UAE terus berkembang sebagai pendekatan yang sangat mudah beradaptasi dan ramah lingkungan di bidang ekstraksi produk alami. 12
Pendekatan konvensional untuk ekstraksi polifenol dan senyawa bioaktif lainnya dari matriks tanaman bergantung pada penggunaan pelarut organik, seperti etanol, metanol, dan aseton. Namun, pelarut ini memiliki sejumlah kelemahan signifikan, termasuk volatilitas tinggi, toksisitas, biodegradabilitas yang buruk, mudah terbakar, dan biaya tinggi. Menanggapi kekurangan ini, pelarut eutektik dalam (DES) telah muncul sebagai alternatif yang ramah lingkungan. Penggunaan komponen yang terjadi secara alami seperti kolin klorida dan asam organik menjadikan DES dapat diurai secara hayati. Pelarut ini terbentuk melalui ikatan hidrogen antara akseptor ikatan hidrogen (HBA) dan donor (HBD), sehingga menghasilkan sistem yang stabil dan ramah lingkungan. Hal ini menjadikan DES sebagai opsi yang menarik untuk proses ekstraksi hijau, khususnya dalam konteks aplikasi makanan dan obat-obatan, di mana DES dapat memfasilitasi ekstraksi konstituen bioaktif yang efisien dari berbagai matriks berbasis tanaman termasuk buah-buahan, herba, dan tanaman obat. Sifat fisikokimia mereka – seperti titik leleh, densitas, viskositas, tegangan permukaan, konduktivitas, indeks bias, dan pH – sebagian besar diatur oleh interaksi antara HBA dan HBD. Perilaku eutektik mereka yang unik menghasilkan titik leleh yang lebih rendah daripada komponen masing-masing. Biasanya, DES menunjukkan viskositas tinggi dan konduktivitas rendah pada suhu kamar. Viskositas dan konduktivitas dapat disesuaikan dengan mengubah suhu, rasio molar, atau struktur komponen. Pelarut eutektik dalam sering kali bersifat higroskopis, dengan kadar air memengaruhi sifat-sifatnya secara signifikan dengan mengganggu ikatan hidrogen dan meningkatkan mobilitas ionik. Biodegradabilitas mereka juga bergantung pada netralitas dan sifat kimia HBD dan HBA yang digunakan. Fitur-fitur gabungan ini membuat DES sangat cocok untuk aplikasi berkelanjutan, terutama ketika kinerja pelarut, polaritas, dan keselamatan lingkungan sangat penting. 13 Ekstraksi berbantuan ultrasonik berbasis pelarut eutektik dalam (UAE) juga meningkatkan keberlanjutan dengan meminimalkan penggunaan pelarut, tenaga kerja, dan energi. Potensi penuh DES dalam berbagai aplikasi industri dan lingkungan masih harus dijelaskan; Namun, hal ini merupakan kemajuan yang signifikan dalam upaya menemukan solusi ekstraksi yang berkelanjutan. 14 , 15
Penting untuk menggunakan metodologi yang inovatif dan berkelanjutan guna menyelidiki potensi produk sampingan kastanye dan mengoptimalkan ekstraksi senyawa bioaktif. Studi ini berkaitan dengan pemanfaatan teknik ekstraksi canggih, termasuk UAE dan DES, untuk isolasi senyawa fenolik yang efisien, khususnya asam galat, sambil memastikan dampak lingkungan yang minimal.
Bahan dan metode
Bahan
Penelitian ini menggunakan kulit luar (perikarp coklat) kastanye Eropa ( C. sativa ). Sampel dipanen dari Amasra, Bartin, Turki pada September 2021 dan disimpan dalam freezer hingga dianalisis. Kulit kastanye diperoleh setelah buah kastanye utuh mengalami berbagai perlakuan termal. Dalam semua kasus, biji yang dapat dimakan dan kulit bagian dalam dibuang sebelum ekstraksi. Tiga bentuk kulit luar (perikarp coklat) yang berbeda digunakan dalam penelitian ini: (S1) sampel kontrol yang tidak diolah, di mana biji yang dapat dimakan dibuang dan kulitnya digunakan; (S2) kulit kastanye rebus, diperoleh dengan merebus kastanye utuh dalam air keran pada suhu 100 °C selama 25 menit sebelum membuang kulitnya; dan (S3) kulit kastanye panggang, dikumpulkan setelah memanggang kastanye utuh dalam oven pada suhu 150–200 °C selama 25 menit. Setelah pemisahan, semua kulit luar digiling menggunakan penggiling kopi rumahan dan disimpan dalam botol kaca hingga ekstraksi.
Bahan kimia
Bahan kimia dan reagen memiliki mutu analitis. Kolin klorida (ChCl) (98%), asam format (FA) (98%) dan asam asetat (AA) (100%) dibeli dari Merck, Darmstadt, Jerman. Etilen glikol (EG, 99%) dan asam galat monohidrat (GA) (99%, Sigma 27645) diperoleh dari Sigma-Aldrich, St. Louis, MO, AS. Pelarut yang digunakan memiliki mutu kromatografi cair kinerja tinggi (HPLC) dan airnya sangat murni.
Persiapan pelarut eutektik dalam
Dalam semua campuran DES, ChCl digunakan sebagai HBA, sedangkan asam format, asam asetat, dan etilen glikol berfungsi sebagai HBD.
Rasio molar HBA terhadap HBD dipertahankan pada (1:2). Komponen-komponen ini dipilih berdasarkan biodegradabilitasnya, toksisitasnya yang rendah, dan kapasitasnya untuk membentuk sistem eutektik yang stabil dengan ChCl.
Setiap HBD memiliki karakteristik fisikokimia yang berbeda. Asam format dan asam asetat adalah asam organik rantai pendek yang menawarkan polaritas dan keasaman tinggi, yang dapat meningkatkan kelarutan fenolik melalui protonasi dan ikatan hidrogen. Di sisi lain, etilen glikol adalah poliol dengan keasaman lebih rendah dan viskositas lebih tinggi, yang berkontribusi pada lingkungan solvasi berbeda yang dapat menstabilkan struktur fenolik dengan lebih baik.
Campuran DES disiapkan dengan memanaskan komponen pada suhu 70 °C dengan pengadukan terus-menerus selama 30 menit hingga terbentuk cairan bening dan homogen. DES yang dihasilkan didinginkan hingga suhu ruangan dan disimpan dalam botol kaca berwarna kuning untuk mencegah degradasi.
Ekstraksi konvensional
Ekstraksi konvensional dilakukan menggunakan peralatan Soxhlet dengan metanol:air (95:5 v/v) dan aseton:air (90:10 v/v). Sebanyak lima gram sampel diekstraksi dengan 300 mL pelarut selama 6 jam. Sisa pelarut disimpan dalam keadaan beku hingga dilakukan analisis HPLC.
Ekstraksi padat-cair dengan bantuan ultrasonik
Ekstraksi cair-padat berbantuan ultrasonik (UA-LSE) merupakan metode yang banyak digunakan dan murah untuk persiapan senyawa fenolik. Satu gram kulit kastanye ditempatkan dalam tabung gelas dengan larutan DES (10:1, 20:1, 30:1 mL g –1 dan diolah dalam bak ultrasonik. Setelah ekstraksi, alikuot disaring dan diproses dalam sentrifus untuk memastikan tidak ada partikel tersuspensi yang tersisa. Larutan DES yang telah disiapkan dilewatkan melalui politetrafluoroetilen (PTFE) nonsteril berdiameter 25 mm, filter jarum suntik berpori 0,45 µm dan disimpan dalam lemari es pada suhu 4 °C hingga dilakukan analisis HPLC.
Desain eksperimental
Dalam penelitian ini, desain Box–Behnken (BBD) digunakan untuk melakukan pengukuran eksperimental. BBD, desain eksperimental statistik yang dikembangkan oleh George EP Box dan Donald Behnken pada tahun 1960, merupakan metode yang banyak digunakan dalam metodologi permukaan respons (RSM). 16 Desain ini sangat berharga untuk mengoptimalkan parameter proses dan levelnya secara efisien. 17 Kemampuannya untuk menangkap perilaku orde kedua dengan memvariasikan parameter pada tiga level menjadikannya alat serbaguna untuk memodelkan sistem yang kompleks. 18 Dengan memvariasikan faktor dan level secara sistematis, BBD memungkinkan peneliti untuk mengeksplorasi ruang desain secara efisien dan mengidentifikasi kondisi optimal. 19 – 21 Dengan memanfaatkan desain ini, peneliti dapat menentukan level optimal faktor signifikan secara efisien sambil meminimalkan jumlah percobaan. 22
Enam parameter termasuk waktu ekstraksi, suhu ekstraksi, jumlah air, rasio cairan terhadap padat, bahan, dan jenis DES ditetapkan pada tiga tingkat masing-masing untuk mengoptimalkan jumlah asam galat dalam kastanye Eropa (Tabel 1 ).
| Kode | Parameter | Tingkatan | ||
|---|---|---|---|---|
| -1 | angka 0 | 1 | ||
| A | Waktu ekstraksi (menit) | 10 | 35 | 60 |
| B | Suhu ekstraksi (°C) | 30 | 50 | 70 |
| C | Air (%) | 10 | 20 | 30 |
| D | Rasio cairan/padat (mL g –1 ) | 10 | 20 | 30 |
| 1 | 2 | 3 | ||
| Bahasa Inggris | Bahan | Sampel kontrol | Dipanggang | Rebus |
| F | DES | Asam format | Asam asetat | l Etilen glikol |
Karakterisasi asam galat dengan analisis HPLC
Jumlah asam galat dalam sampel DES dan pelarut ditentukan menggunakan HPLC (Shimadzu, LC20AD, Shimadzu Corp., Kyoto, Jepang). HPLC fase terbalik yang dilengkapi dengan kolom Inertsil ODS-4 (5 μm, ID 250 mm × 4,6 mm) dan detektor susunan dioda (DAD) digunakan. Eluen terdiri dari asam o -fosfat 0,1% (pelarut A) dan asetonitril (pelarut B), dengan laju alir 0,8 mL menit -1 dan waktu proses 45 menit serta deteksi pada 220 nm. Asam galat diidentifikasi dengan membandingkan waktu retensinya dengan standar komersial eksternal.
Secara total, 243 pengukuran dilakukan untuk melakukan analisis statistik dan optimasi. Tabel 2 menyajikan matriks rancangan eksperimen Box-Behnken dengan konsentrasi asam galat yang sesuai (GA ppm). Nilai yang dikodekan (–1, 0, +1) mewakili tingkat variabel independen yang distandarkan (A–F), yang masing-masing sesuai dengan tingkat faktor rendah, tengah, dan tinggi.
| TIDAK | A | B | C | D | Bahasa Inggris | F | Bahasa Inggris | TIDAK | A | B | C | D | Bahasa Inggris | F | Bahasa Inggris | TIDAK | A | B | C | D | Bahasa Inggris | F | Bahasa Inggris | TIDAK | A | B | C | D | Bahasa Inggris | F | Bahasa Inggris |
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| 1 | -1 | -1 | angka 0 | angka 0 | 1 | 1 | 1.686 | 62 | angka 0 | angka 0 | 1 | 1 | 3 | 1 | 1.356 | 123 | angka 0 | -1 | 1 | angka 0 | 2 | 2 | 14.282 | 184 | angka 0 | 1 | angka 0 | -1 | 1 | 3 | 27.540 |
| 2 | 1 | -1 | angka 0 | angka 0 | 1 | 1 | 3.748 | 63 | -1 | angka 0 | angka 0 | -1 | 3 | 1 | 4.93 | 124 | angka 0 | 1 | 1 | angka 0 | 2 | 2 | 24.947 | 185 | angka 0 | -1 | angka 0 | 1 | 1 | 3 | 5.799 |
| 3 | -1 | 1 | angka 0 | angka 0 | 1 | 1 | 2.928 | 64 | 1 | angka 0 | angka 0 | -1 | 3 | 1 | 6.55 | 125 | -1 | angka 0 | -1 | angka 0 | 2 | 2 | 3.628 | 186 | angka 0 | 1 | angka 0 | 1 | 1 | 3 | 9.717 |
| 4 | 1 | 1 | angka 0 | angka 0 | 1 | 1 | 7.455 | 65 | -1 | angka 0 | angka 0 | 1 | 3 | 1 | 1.706 | 126 | 1 | angka 0 | -1 | angka 0 | 2 | 2 | 8.556 | 187 | angka 0 | angka 0 | angka 0 | angka 0 | 1 | 3 | 9.289 |
| 5 | angka 0 | angka 0 | -1 | -1 | 1 | 1 | 5.888 | 66 | 1 | angka 0 | angka 0 | 1 | 3 | 1 | 2.201 | 127 | -1 | angka 0 | 1 | angka 0 | 2 | 2 | 7.951 | 188 | angka 0 | angka 0 | angka 0 | angka 0 | 1 | 3 | 9.761 |
| 6 | angka 0 | angka 0 | 1 | -1 | 1 | 1 | 9.831 | 67 | angka 0 | -1 | -1 | angka 0 | 3 | 1 | 1.516 | 128 | 1 | angka 0 | 1 | angka 0 | 2 | 2 | 12.899 | 189 | angka 0 | angka 0 | angka 0 | angka 0 | 1 | 3 | 7.243 |
| 7 | angka 0 | angka 0 | -1 | 1 | 1 | 1 | 2.039 | 68 | angka 0 | 1 | -1 | angka 0 | 3 | 1 | 2.23 | 129 | angka 0 | -1 | angka 0 | -1 | 2 | 2 | 26.350 | 190 | -1 | -1 | angka 0 | angka 0 | 2 | 3 | 8.688 |
| 8 | angka 0 | angka 0 | 1 | 1 | 1 | 1 | 3.082 | 69 | angka 0 | -1 | 1 | angka 0 | 3 | 1 | 3.52 | 130 | angka 0 | 1 | angka 0 | -1 | 2 | 2 | 52.537 | 191 | 1 | -1 | angka 0 | angka 0 | 2 | 3 | 8.426 |
| 9 | -1 | angka 0 | angka 0 | -1 | 1 | 1 | 7.16 | 70 | angka 0 | 1 | 1 | angka 0 | 3 | 1 | 6.037 | 131 | angka 0 | -1 | angka 0 | 1 | 2 | 2 | 3.942 | 192 | -1 | 1 | angka 0 | angka 0 | 2 | 3 | 24.827 |
| 10 | 1 | angka 0 | angka 0 | -1 | 1 | 1 | 6.506 | 71 | -1 | angka 0 | -1 | angka 0 | 3 | 1 | 2.074 | 132 | angka 0 | 1 | angka 0 | 1 | 2 | 2 | 17.080 | 193 | 1 | 1 | angka 0 | angka 0 | 2 | 3 | 40.433 |
| 11 | -1 | angka 0 | angka 0 | 1 | 1 | 1 | 1.608 | 72 | 1 | angka 0 | -1 | angka 0 | 3 | 1 | 2.529 | 133 | angka 0 | angka 0 | angka 0 | angka 0 | 2 | 2 | 10.392 | 194 | angka 0 | angka 0 | -1 | -1 | 2 | 3 | 19.468 |
| 12 | 1 | angka 0 | angka 0 | 1 | 1 | 1 | 3.694 | 73 | -1 | angka 0 | 1 | angka 0 | 3 | 1 | 2.852 | 134 | angka 0 | angka 0 | angka 0 | angka 0 | 2 | 2 | 10.518 | 195 | angka 0 | angka 0 | 1 | -1 | 2 | 3 | 56.799 |
| 13 | angka 0 | -1 | -1 | angka 0 | 1 | 1 | 1.818 | 74 | 1 | angka 0 | 1 | angka 0 | 3 | 1 | 2.827 | 135 | angka 0 | angka 0 | angka 0 | angka 0 | 2 | 2 | 7.155 | 196 | angka 0 | angka 0 | -1 | 1 | 2 | 3 | 12.478 |
| 14 | angka 0 | 1 | -1 | angka 0 | 1 | 1 | 5.052 | 75 | angka 0 | -1 | angka 0 | -1 | 3 | 1 | 5.047 | 136 | -1 | -1 | angka 0 | angka 0 | 3 | 2 | 0,475 tahun | 197 | angka 0 | angka 0 | 1 | 1 | 2 | 3 | 19.052 |
| 15 | angka 0 | -1 | 1 | angka 0 | 1 | 1 | 4.494 | 76 | angka 0 | 1 | angka 0 | -1 | 3 | 1 | 12.867 | 137 | 1 | -1 | angka 0 | angka 0 | 3 | 2 | 0,979 tahun | 198 | -1 | angka 0 | angka 0 | -1 | 2 | 3 | 61.882 |
| 16 | angka 0 | 1 | 1 | angka 0 | 1 | 1 | 6.318 | 77 | angka 0 | -1 | angka 0 | 1 | 3 | 1 | 1.423 | 138 | -1 | 1 | angka 0 | angka 0 | 3 | 2 | 0,576 tahun | 199 | 1 | angka 0 | angka 0 | -1 | 2 | 3 | 62.075 |
| 17 | -1 | angka 0 | -1 | angka 0 | 1 | 1 | 0,865 | 78 | angka 0 | 1 | angka 0 | 1 | 3 | 1 | 4.636 | 139 | 1 | 1 | angka 0 | angka 0 | 3 | 2 | 1.446 | 200 | -1 | angka 0 | angka 0 | 1 | 2 | 3 | 8.225 |
| 18 | 1 | angka 0 | -1 | angka 0 | 1 | 1 | 3.854 | 79 | angka 0 | angka 0 | angka 0 | angka 0 | 3 | 1 | 3.078 | 140 | angka 0 | angka 0 | -1 | -1 | 3 | 2 | 1.901 | tahun 201 | 1 | angka 0 | angka 0 | 1 | 2 | 3 | 16.441 |
| 19 | -1 | angka 0 | 1 | angka 0 | 1 | 1 | 3.764 | 80 | angka 0 | angka 0 | angka 0 | angka 0 | 3 | 1 | 3.684 | 141 | angka 0 | angka 0 | 1 | -1 | 3 | 2 | 10.290 | 202 | angka 0 | -1 | -1 | angka 0 | 2 | 3 | 9.407 |
| 20 | 1 | angka 0 | 1 | angka 0 | 1 | 1 | 4.653 | 81 | angka 0 | angka 0 | angka 0 | angka 0 | 3 | 1 | 3.526 | 142 | angka 0 | angka 0 | -1 | 1 | 3 | 2 | 0,655 tahun | 203 | angka 0 | 1 | -1 | angka 0 | 2 | 3 | 34.904 |
| 21 | angka 0 | -1 | angka 0 | -1 | 1 | 1 | 6.957 | 82 | -1 | -1 | angka 0 | angka 0 | 1 | 2 | 1.028 | 143 | angka 0 | angka 0 | 1 | 1 | 3 | 2 | 1.675 | 204 | angka 0 | -1 | 1 | angka 0 | 2 | 3 | 16.952 |
| 22 | angka 0 | 1 | angka 0 | -1 | 1 | 1 | 11.319 | 83 | 1 | -1 | angka 0 | angka 0 | 1 | 2 | 0,997 tahun | 144 | -1 | angka 0 | angka 0 | -1 | 3 | 2 | 6.451 | 205 | angka 0 | 1 | 1 | angka 0 | 2 | 3 | 33.974 |
| 23 | angka 0 | -1 | angka 0 | 1 | 1 | 1 | 2.381 | 84 | -1 | 1 | angka 0 | angka 0 | 1 | 2 | 4.367 | 145 | 1 | angka 0 | angka 0 | -1 | 3 | 2 | 8.486 | 206 | -1 | angka 0 | -1 | angka 0 | 2 | 3 | 59.113 |
| 24 | angka 0 | 1 | angka 0 | 1 | 1 | 1 | 4.336 | 85 | 1 | 1 | angka 0 | angka 0 | 1 | 2 | 8.791 | 146 | -1 | angka 0 | angka 0 | 1 | 3 | 2 | 0,918 tahun | 207 | 1 | angka 0 | -1 | angka 0 | 2 | 3 | 24.645 |
| 25 | angka 0 | angka 0 | angka 0 | angka 0 | 1 | 1 | 4.114 | 86 | angka 0 | angka 0 | -1 | -1 | 1 | 2 | 6.355 | 147 | 1 | angka 0 | angka 0 | 1 | 3 | 2 | 3.037 | 208 | -1 | angka 0 | 1 | angka 0 | 2 | 3 | 26.241 |
| 26 | angka 0 | angka 0 | angka 0 | angka 0 | 1 | 1 | 4.091 | 87 | angka 0 | angka 0 | 1 | -1 | 1 | 2 | 10.409 | 148 | angka 0 | -1 | -1 | angka 0 | 3 | 2 | 0.717 | 209 | 1 | angka 0 | 1 | angka 0 | 2 | 3 | 24.154 |
| 27 | angka 0 | angka 0 | angka 0 | angka 0 | 1 | 1 | 3.787 | 88 | angka 0 | angka 0 | -1 | 1 | 1 | 2 | 1.756 | 149 | angka 0 | 1 | -1 | angka 0 | 3 | 2 | 1.337 | 210 | angka 0 | -1 | angka 0 | -1 | 2 | 3 | 29.251 |
| 28 | -1 | -1 | angka 0 | angka 0 | 2 | 1 | 6.432 | 89 | angka 0 | angka 0 | 1 | 1 | 1 | 2 | 2.468 | 150 | angka 0 | -1 | 1 | angka 0 | 3 | 2 | 2.764 | 211 | angka 0 | 1 | angka 0 | -1 | 2 | 3 | 115.382 |
| 29 | 1 | -1 | angka 0 | angka 0 | 2 | 1 | 16.402 | 90 | -1 | angka 0 | angka 0 | -1 | 1 | 2 | 2.163 | 151 | angka 0 | 1 | 1 | angka 0 | 3 | 2 | 1.395 | 212 | angka 0 | -1 | angka 0 | 1 | 2 | 3 | 8.829 |
| 30 | -1 | 1 | angka 0 | angka 0 | 2 | 1 | 8.532 | 91 | 1 | angka 0 | angka 0 | -1 | 1 | 2 | 7.817 | 152 | -1 | angka 0 | -1 | angka 0 | 3 | 2 | 0.807 | 213 | angka 0 | 1 | angka 0 | 1 | 2 | 3 | 28.890 |
| 31 | 1 | 1 | angka 0 | angka 0 | 2 | 1 | 20.342 | 92 | -1 | angka 0 | angka 0 | 1 | 1 | 2 | 0,65 | 153 | 1 | angka 0 | -1 | angka 0 | 3 | 2 | 1.569 | 214 | angka 0 | angka 0 | angka 0 | angka 0 | 2 | 3 | 32.605 |
| 32 | angka 0 | angka 0 | -1 | -1 | 2 | 1 | 37.072 | 93 | 1 | angka 0 | angka 0 | 1 | 1 | 2 | 2.499 | 154 | -1 | angka 0 | 1 | angka 0 | 3 | 2 | 1.899 | 215 | angka 0 | angka 0 | angka 0 | angka 0 | 2 | 3 | 33.809 |
| 33 | angka 0 | angka 0 | 1 | -1 | 2 | 1 | 38.412 | 94 | angka 0 | -1 | -1 | angka 0 | 1 | 2 | 1.372 | 155 | 1 | angka 0 | 1 | angka 0 | 3 | 2 | 4.841 | 216 | angka 0 | angka 0 | angka 0 | angka 0 | 2 | 3 | 32.503 |
| 34 | angka 0 | angka 0 | -1 | 1 | 2 | 1 | 6.68 | 95 | angka 0 | 1 | -1 | angka 0 | 1 | 2 | 9.71 | 156 | angka 0 | -1 | angka 0 | -1 | 3 | 2 | 6.263 | 217 | -1 | -1 | angka 0 | angka 0 | 3 | 3 | 0,365 tahun |
| 35 | angka 0 | angka 0 | 1 | 1 | 2 | 1 | 11.246 | 96 | angka 0 | -1 | 1 | angka 0 | 1 | 2 | 2.463 | 157 | angka 0 | 1 | angka 0 | -1 | 3 | 2 | 7.081 | 218 | 1 | -1 | angka 0 | angka 0 | 3 | 3 | 2.927 |
| 36 | -1 | angka 0 | angka 0 | -1 | 2 | 1 | 37.786 | 97 | angka 0 | 1 | 1 | angka 0 | 1 | 2 | 10.215 | 158 | angka 0 | -1 | angka 0 | 1 | 3 | 2 | 1.313 | 219 | -1 | 1 | angka 0 | angka 0 | 3 | 3 | 1.657 |
| 37 | 1 | angka 0 | angka 0 | -1 | 2 | 1 | 39.423 | 98 | -1 | angka 0 | -1 | angka 0 | 1 | 2 | 0.182 | 159 | angka 0 | 1 | angka 0 | 1 | 3 | 2 | 0.709 | 220 | 1 | 1 | angka 0 | angka 0 | 3 | 3 | 2.944 |
| 38 | -1 | angka 0 | angka 0 | 1 | 2 | 1 | 11.38 | 99 | 1 | angka 0 | -1 | angka 0 | 1 | 2 | 3.118 | 160 | angka 0 | angka 0 | angka 0 | angka 0 | 3 | 2 | 3.416 | 221 | angka 0 | angka 0 | -1 | -1 | 3 | 3 | 3.728 |
| 39 | 1 | angka 0 | angka 0 | 1 | 2 | 1 | 9.685 | 100 | -1 | angka 0 | 1 | angka 0 | 1 | 2 | 1.809 | 161 | angka 0 | angka 0 | angka 0 | angka 0 | 3 | 2 | 1.494 | 222 | angka 0 | angka 0 | 1 | -1 | 3 | 3 | 5.008 |
| 40 | angka 0 | -1 | -1 | angka 0 | 2 | 1 | 3.052 | 101 | 1 | angka 0 | 1 | angka 0 | 1 | 2 | 4.076 | 162 | angka 0 | angka 0 | angka 0 | angka 0 | 3 | 2 | 2.359 | 223 | angka 0 | angka 0 | -1 | 1 | 3 | 3 | 0,785 tahun |
| 41 | angka 0 | 1 | -1 | angka 0 | 2 | 1 | 13.702 | 102 | angka 0 | -1 | angka 0 | -1 | 1 | 2 | 3.653 | 163 | -1 | -1 | angka 0 | angka 0 | 1 | 3 | 4.253 | 224 | angka 0 | angka 0 | 1 | 1 | 3 | 3 | 1.051 |
| 42 | angka 0 | -1 | 1 | angka 0 | 2 | 1 | 17.439 | 103 | angka 0 | 1 | angka 0 | -1 | 1 | 2 | 24.936 | 164 | 1 | -1 | angka 0 | angka 0 | 1 | 3 | 7.902 | 225 | -1 | angka 0 | angka 0 | -1 | 3 | 3 | 2.481 |
| 43 | angka 0 | 1 | 1 | angka 0 | 2 | 1 | 17.943 | 104 | angka 0 | -1 | angka 0 | 1 | 1 | 2 | 3.341 | 165 | -1 | 1 | angka 0 | angka 0 | 1 | 3 | 9.417 | 226 | 1 | angka 0 | angka 0 | -1 | 3 | 3 | 4.415 |
| 44 | -1 | angka 0 | -1 | angka 0 | 2 | 1 | 1.757 | 105 | angka 0 | 1 | angka 0 | 1 | 1 | 2 | 6.226 | 166 | 1 | 1 | angka 0 | angka 0 | 1 | 3 | 15.889 | 227 | -1 | angka 0 | angka 0 | 1 | 3 | 3 | 0.823 |
| 45 | 1 | angka 0 | -1 | angka 0 | 2 | 1 | 6.646 | 106 | angka 0 | angka 0 | angka 0 | angka 0 | 1 | 2 | 2.827 | 167 | angka 0 | angka 0 | -1 | -1 | 1 | 3 | 14.434 | 228 | 1 | angka 0 | angka 0 | 1 | 3 | 3 | 1.902 |
| 46 | -1 | angka 0 | 1 | angka 0 | 2 | 1 | 12.084 | 107 | angka 0 | angka 0 | angka 0 | angka 0 | 1 | 2 | 2.664 | 168 | angka 0 | angka 0 | 1 | -1 | 1 | 3 | 22.897 | 229 | angka 0 | -1 | -1 | angka 0 | 3 | 3 | 0,501 tahun |
| 47 | 1 | angka 0 | 1 | angka 0 | 2 | 1 | 15.409 | 108 | angka 0 | angka 0 | angka 0 | angka 0 | 1 | 2 | 2.175 | 169 | angka 0 | angka 0 | -1 | 1 | 1 | 3 | 7.175 | 230 | angka 0 | 1 | -1 | angka 0 | 3 | 3 | 2.845 |
| 48 | angka 0 | -1 | angka 0 | -1 | 2 | 1 | 10.126 | 109 | -1 | -1 | angka 0 | angka 0 | 2 | 2 | 4.145 | 170 | angka 0 | angka 0 | 1 | 1 | 1 | 3 | 4.599 | 231 | angka 0 | -1 | 1 | angka 0 | 3 | 3 | 2.561 |
| 49 | angka 0 | 1 | angka 0 | -1 | 2 | 1 | 35.873 | 110 | 1 | -1 | angka 0 | angka 0 | 2 | 2 | 8.705 | 171 | -1 | angka 0 | angka 0 | -1 | 1 | 3 | 8.679 | 232 | angka 0 | 1 | 1 | angka 0 | 3 | 3 | 2.278 |
| 50 | angka 0 | -1 | angka 0 | 1 | 2 | 1 | 10.415 | 111 | -1 | 1 | angka 0 | angka 0 | 2 | 2 | 30.479 | 172 | 1 | angka 0 | angka 0 | -1 | 1 | 3 | 16.534 | 233 | -1 | angka 0 | -1 | angka 0 | 3 | 3 | 0.464 |
| 51 | angka 0 | 1 | angka 0 | 1 | 2 | 1 | 9.108 | 112 | 1 | 1 | angka 0 | angka 0 | 2 | 2 | 24.671 | 173 | -1 | angka 0 | angka 0 | 1 | 1 | 3 | 3.411 | 234 | 1 | angka 0 | -1 | angka 0 | 3 | 3 | 0.641 |
| 52 | angka 0 | angka 0 | angka 0 | angka 0 | 2 | 1 | 13.588 | 113 | angka 0 | angka 0 | -1 | -1 | 2 | 2 | 12.007 | 174 | 1 | angka 0 | angka 0 | 1 | 1 | 3 | 8.551 | 235 | -1 | angka 0 | 1 | angka 0 | 3 | 3 | 1.212 |
| 53 | angka 0 | angka 0 | angka 0 | angka 0 | 2 | 1 | 18.357 | 114 | angka 0 | angka 0 | 1 | -1 | 2 | 2 | 23.215 | 175 | angka 0 | -1 | -1 | angka 0 | 1 | 3 | 7.524 | 236 | 1 | angka 0 | 1 | angka 0 | 3 | 3 | 3.641 |
| 54 | angka 0 | angka 0 | angka 0 | angka 0 | 2 | 1 | 12.409 | 115 | angka 0 | angka 0 | -1 | 1 | 2 | 2 | 3.811 | 176 | angka 0 | 1 | -1 | angka 0 | 1 | 3 | 14.653 | 237 | angka 0 | -1 | angka 0 | -1 | 3 | 3 | 7.494 |
| 55 | -1 | -1 | angka 0 | angka 0 | 3 | 1 | 0,94 | 116 | angka 0 | angka 0 | 1 | 1 | 2 | 2 | 5.440 | 177 | angka 0 | -1 | 1 | angka 0 | 1 | 3 | 7.288 | 238 | angka 0 | 1 | angka 0 | -1 | 3 | 3 | 7.472 |
| 56 | 1 | -1 | angka 0 | angka 0 | 3 | 1 | 0.645 | 117 | -1 | angka 0 | angka 0 | -1 | 2 | 2 | 20.514 | 178 | angka 0 | 1 | 1 | angka 0 | 1 | 3 | 12.722 | 239 | angka 0 | -1 | angka 0 | 1 | 3 | 3 | 1.781 |
| 57 | -1 | 1 | angka 0 | angka 0 | 3 | 1 | 2.465 | 118 | 1 | angka 0 | angka 0 | -1 | 2 | 2 | 26.517 | 179 | -1 | angka 0 | -1 | angka 0 | 1 | 3 | 3.782 | 240 | angka 0 | 1 | angka 0 | 1 | 3 | 3 | 0.403 |
| 58 | 1 | 1 | angka 0 | angka 0 | 3 | 1 | 5.892 | 119 | -1 | angka 0 | angka 0 | 1 | 2 | 2 | 3.823 | 180 | 1 | angka 0 | -1 | angka 0 | 1 | 3 | 10.097 | 241 | angka 0 | angka 0 | angka 0 | angka 0 | 3 | 3 | 1.419 |
| 59 | angka 0 | angka 0 | -1 | -1 | 3 | 1 | 4.095 | 120 | 1 | angka 0 | angka 0 | 1 | 2 | 2 | 4.896 | 181 | -1 | angka 0 | 1 | angka 0 | 1 | 3 | 7.953 | 242 | angka 0 | angka 0 | angka 0 | angka 0 | 3 | 3 | 1.736 |
| 60 | angka 0 | angka 0 | 1 | -1 | 3 | 1 | 8.57 | 121 | angka 0 | -1 | -1 | angka 0 | 2 | 2 | 3.525 | 182 | 1 | angka 0 | 1 | angka 0 | 1 | 3 | 12.965 | 243 | angka 0 | angka 0 | angka 0 | angka 0 | 3 | 3 | 1.485 |
| 61 | angka 0 | angka 0 | -1 | 1 | 3 | 1 | 0.289 | 122 | angka 0 | 1 | -1 | angka 0 | 2 | 2 | 33.135 | 183 | angka 0 | -1 | angka 0 | -1 | 1 | 3 | 15.930 |
Hasil dan Pembahasan
Ekstraksi konvensional
Setelah ekstraksi Soxhlet, kandungan asam galat diukur dengan HPLC. Seperti yang ditunjukkan pada Tabel 3 , metanol:air (95:5 v/v) secara konsisten menghasilkan kadar asam galat tertinggi di semua sampel, sedangkan aseton:air (90:10 v/v) menghasilkan sekitar setengah dari nilai tersebut. Namun, konsentrasi terendah (0,018 mg g −1 dw) diamati dalam sampel S2 (direbus), yang menunjukkan degradasi atau pelindian fenolik selama perebusan. Karena tanin yang dapat dihidrolisis seperti asam galat dan asam ellagik larut dalam air, asam galat mungkin telah hilang saat merebus sampel S2 dengan air keran.
| Mencicipi | Jenis pelarut | Jumlah halaman (ppm) | Hasil (mg g −1 dw) |
|---|---|---|---|
| S1 | Aseton:air | 2.80 | 0,168 |
| Metanol:air | 5.70 | 0.342 | |
| S2 | Aseton:air | 0.30 | 0,018 |
| Metanol:air | 0,80 | 0,048 tahun | |
| S3 | Aseton:air | 14.0 | 0.840 |
| Metanol:air | 30.3 | 1.818 |
Catatan : dw: berat kering.
Vasconcelos et al . mengekstrak asam galat dari kulit kastanye dari dua kultivar berbeda menggunakan 70% MeOH pada 70 °C, melaporkan konsentrasi antara 0,14 dan 0,36 mg g −1 berat segar. 23 Karena sampel segar digunakan, nilai-nilai tersebut lebih rendah daripada yang ada dalam penelitian saat ini. Dalam penelitian lain, ekstraksi kulit kastanye dengan air pada 80 °C selama 10 menit dan pada 220 °C selama 30 menit mengurangi kandungan asam galat dari 1,36 mg g −1 dw menjadi 0,54 mg g −1 dw. 24 Otles dan Selek menganalisis senyawa fenolik dalam buah kastanye dari berbagai wilayah di Türkiye menggunakan 80% MeOH. 25 Buah kastanye Bartin memiliki kandungan fenolik total terendah, dengan konsentrasi asam galat sebesar 0,137 mg g −1 . Penemuan ini menunjukkan bahwa buah tersebut mengandung lebih sedikit asam galat daripada kulitnya.
Analisis statistik dan optimasi
Analisis varians
Transformasi logaritma natural diterapkan pada variabel dependen, konsentrasi asam galat (ppm), untuk memenuhi kriteria normalitas dan memenuhi persyaratan analisis parametrik. Setelah transformasi ini, analisis varians (ANOVA) dilakukan untuk menentukan signifikansi statistik variabel independen dan interaksinya.
Tabel 4 menyajikan hasil analisis varians untuk parameter dan interaksi berpasangannya. Semua suku linier ditemukan signifikan secara statistik ( P < 0,05), yang menunjukkan bahwa setiap variabel independen memiliki pengaruh yang berarti pada konsentrasi asam galat. Koefisien determinasi ( R 2 = 88,17%) menunjukkan kesesuaian yang baik antara data eksperimen dan nilai yang diprediksi oleh model. Nilai F menunjukkan kontribusi relatif setiap variabel independen terhadap variasi kandungan asam galat. Berdasarkan nilai-nilai ini, variabel yang paling berpengaruh, dalam urutan menurun, adalah jenis material > rasio cairan terhadap padatan > suhu ekstraksi > kadar air > waktu ekstraksi > jenis DES.
| Sumber | DF | Adj SS | Adj MS | F | P |
|---|---|---|---|---|---|
| Model | 38 | 297.379 | 7.8258 | 40.01 | 0.000 |
| Linier | 8 | 261.377 | 32.6722 | 167.05 | 0.000 |
| A | 1 | 9.822 | 9.8217 | 50.22 | 0.000 |
| B | 1 | 17.315 | 17.3154 | 88.53 | 0.000 |
| C | 1 | 10.528 | 10.5277 | 53.83 | 0.000 |
| D | 1 | 45.669 | 45.6690 | 233.50 | 0.000 |
| Bahasa Inggris | 2 | 162.803 | 81.4013 | 416.19 | 0.000 |
| F | 2 | 15.241 | 7.6204 | 38.96 | 0.000 |
| Persegi | 4 | 9.610 | 2.4026 | 12.28 | 0.000 |
| A A | 1 | 2.546 | 2.5465 | Tanggal 13.02 | 0.000 |
| BB | 1 | 0.102 | 0,1015 tahun | 0.52 | 0.472 |
| CC | 1 | 0.850 | 0.8499 | 4.35 | 0,038 |
| DD | 1 | 2.948 | 2.9478 | tanggal 15.07 | 0.000 |
| Interaksi dua arah | 26 | 26.391 | 1.0150 | 5.19 | 0.000 |
| ABU-ABU | 1 | 0,001 | 0,0012 | 0,01 | 0,938 |
| AC | 1 | 0,367 tahun | 0,3666 tahun | 1.87 | 0.172 |
| IKLAN | 1 | 0.233 | 0.2327 | 1.19 | 0,277 tahun |
| AE | 2 | 1.261 | 0.6304 | 3.22 | 0,042 tahun |
| SETELAH | 2 | 0.444 | 0.2220 | 1.13 | 0.323 |
| SM | 1 | 1.825 | 1.8245 | 9.33 | 0,003 |
| BD | 1 | 0.445 | 0.4452 | 2.28 | 0.133 |
| MENJADI | 2 | 1.794 | 0.8972 | 4.59 | 0,011 |
| Bf | 2 | 0.417 | 0.2083 | 1.06 | 0.347 |
| CD | 1 | 0,068 tahun | 0,0685 pukul 0,0685 | 0,35 | 0,555 |
| CE | 2 | 0.693 | 0,3465 tahun | 1.77 | 0.173 |
| Bahasa Inggris | 2 | 0.839 | 0.4197 | 2.15 | 0.120 |
| DE | 2 | 1.194 | 0,5969 | 3.05 | 0,049 tahun |
| DF | 2 | 0,149 | 0,0746 tahun | 0.38 | 0.683 |
| EF | 4 | 16.662 | 4.1654 | Jam 21.30 | 0.000 |
| Kesalahan | 204 | 39.899 | 0.1956 | ||
| Kurangnya kecocokan | 186 | 39.242 | 0.2110 | 5.78 | 0.000 |
| Kesalahan murni | 18 | 0.657 | 0,0365 pukul 0,0365 | ||
| Total | 242 | 337.278 |
Singkatan: Adj MS, kuadrat rata-rata yang disesuaikan; Adj SS, jumlah kuadrat yang disesuaikan; DF, derajat kebebasan.
Metode lain untuk menilai kecukupan model adalah dengan mengevaluasi kenormalan residual. Gambar 1 menunjukkan grafik analisis residual untuk data yang ditransformasikan secara logaritmik. Residual sesuai dengan distribusi normal tanpa kemiringan atau outlier. Plot residual versus fit dan order juga menunjukkan distribusi acak, varians konstan, dan tidak adanya pola sistematis.
Analisis regresi
Tabel 5 menyajikan koefisien regresi untuk model linier yang dibuat untuk asam galat. Semua variabel independen yang disertakan dalam model tersebut signifikan secara statistik ( P < 0,05). Waktu ekstraksi, suhu ekstraksi, kadar air, dan rasio cairan terhadap padatan menunjukkan efek signifikan secara statistik pada hasil asam galat, yang mengonfirmasi pengaruhnya yang kuat pada proses ekstraksi. Di antara variabel kategoris, baik jenis DES maupun jenis material menunjukkan perbedaan signifikan secara statistik jika dibandingkan dengan kategori referensi masing-masing, yaitu Asam Format untuk jenis DES dan sampel Kontrol untuk jenis material.
| Ketentuan | Koefisien | Kesalahan standar (SE) koefisien | T | P |
|---|---|---|---|---|
| Konstan | 0.796 | 0,235 | 3.38 | 0,001 |
| Waktu ekstraksi (A) | 0,01206 | 0,00219 | 5.50 | 0.000 |
| Suhu ekstraksi (B) | 0,02002 | 0,00274 hari | 7.31 | 0.000 |
| Air (C) | 0,03122 | 0,00548 | 5.70 | 0.000 |
| Rasio cairan/padat (D) | -0,06503 | 0,00548 | -11,87 | 0.000 |
| DES (E) | ||||
| Asam asetat | -0,2604 | 0,0895 tahun | -2,91 | 0,004 tahun |
| Etil glikol | 0.3508 | 0,0895 tahun | 3.92 | 0.000 |
| Bahan (F) | ||||
| Dipanggang | 1.1531 | 0,0895 tahun | 12.89 | 0.000 |
| Rebus | -0,8438 | 0,0895 tahun | -9,43 | 0.000 |
Catatan : Model regresi yang dibuat untuk memprediksi nilai asam galat disediakan dalam Tabel 6. T , nilai t (statistik uji untuk koefisien regresi, yang menunjukkan kekuatan efek setiap variabel).
| DES | Bahan | Model prediksi |
|---|---|---|
| Asam format | Sampel kontrol | Asam galat = 0,796 + 0,01206 A + 0,02002 B + 0,03122 C – 0,06503 D |
| Asam format | Dipanggang | Asam galat = 1,949 + 0,01206 A + 0,02002 B + 0,03122 C – 0,06503 D |
| Asam format | Rebus | Asam galat = -0,048 + 0,01206 A + 0,02002 B + 0,03122 C – 0,06503 D |
| Asam asetat | Sampel kontrol | Asam galat = 0,536 + 0,01206 A + 0,02002 B + 0,03122 C – 0,06503 D |
| Asam asetat | Dipanggang | Asam galat = 1,689 + 0,01206 A + 0,02002 B + 0,03122 C – 0,06503 D |
| Asam asetat | Rebus | Asam galat = -0,308 + 0,01206 A + 0,02002 B + 0,03122 C – 0,06503 D |
| Etilen glikol | Sampel kontrol | Asam galat = 1,147 + 0,01206 A + 0,02002 B + 0,03122 C – 0,06503 D |
| Etilen glikol | Dipanggang | Asam galat = 2.300 + 0,01206 A + 0,02002 B + 0,03122 C – 0,06503 D |
| Etilen glikol | Rebus | Asam galat = 0,303 + 0,01206 A + 0,02002 B + 0,03122 C – |
Kondisi optimum yang diperoleh dengan BBD
Gambar 2 menyajikan efek utama dari setiap faktor eksperimen pada jumlah rata-rata asam galat. Di antara faktor-faktor tersebut, suhu ekstraksi menunjukkan hubungan yang jelas positif, di mana peningkatan suhu dari 30 hingga 70 °C menyebabkan peningkatan yang signifikan dalam hasil asam galat. Tren ini kemungkinan besar disebabkan oleh peningkatan kelarutan dan difusi senyawa target pada suhu yang tinggi. Sebaliknya, rasio cairan terhadap padatan menunjukkan hubungan negatif, yang menunjukkan bahwa volume pelarut yang lebih tinggi mengencerkan sampel, sehingga mengurangi konsentrasi asam galat.
Kandungan air memiliki tren positif yang sederhana hingga 20% tetapi tampak stabil setelah itu, yang menunjukkan titik jenuh di mana penambahan air lebih lanjut tidak meningkatkan ekstraksi secara signifikan. Demikian pula, waktu ekstraksi memiliki efek peningkatan yang ringan hingga 40 menit, setelah itu peningkatannya hanya sedikit, yang mungkin menunjukkan bahwa keseimbangan telah tercapai.
Di antara jenis material, sampel yang dipanggang menghasilkan konsentrasi asam galat tertinggi sedangkan material yang direbus menghasilkan yang terendah, yang menunjukkan kemungkinan degradasi atau pelindian asam galat selama perebusan. Untuk jenis DES, etilen glikol memberikan hasil yang paling baik, sedangkan asam asetat dan asam format memiliki efek yang relatif lebih kecil, mungkin karena polaritas atau perilaku pH yang memengaruhi stabilitas senyawa.
Variabel yang memaksimalkan nilai asam galat juga diidentifikasi, dan nilai asam galat optimum dicatat. Kondisi eksperimen yang menghasilkan hasil terbaik dalam model yang ditetapkan ditentukan sebagai: waktu ekstraksi 39 menit; suhu ekstraksi 70 °C; air 18 mL; rasio cairan terhadap padatan: 10:1; bahan: dipanggang; jenis DES: kolin klorida:etilen glikol (Gbr. 3 ). Di bawah kondisi ini, jumlah asam galat diperkirakan sebesar 116 ppm (nilai logaritmik: 4,75). Fungsi keinginan (d) ditemukan sebesar 1, yang menunjukkan kesesuaian yang sangat baik antara nilai prediksi dan nilai eksperimen. Dengan menggunakan model yang sama untuk memperkirakan hasil asam galat dalam kondisi eksperimen optimal (waktu ekstraksi: 35 menit; suhu: 70 °C; kadar air: 20 mL; rasio cairan terhadap padatan: 10; bahan: dipanggang; DES: kolin klorida:etilen glikol), nilai yang diprediksi adalah 115,07 ppm dengan tingkat keinginan 0,99 – sangat cocok dengan hasil eksperimen.
Efek metode DES-UAE
Ekstraksi berbantuan ultrasonik merupakan teknik ekstraksi ramah lingkungan yang menggunakan gelombang ultrasonik untuk menciptakan variasi tekanan, yang menyebabkan terbentuknya dan pecahnya gelembung kavitasi. Proses ini mengganggu struktur sel dan meningkatkan perpindahan massa antara pelarut dan sampel. Ekstraksi berbantuan ultrasonik menggunakan DES meningkatkan efisiensi ekstraksi dan mengurangi waktu pemrosesan. Mekanismenya dapat diringkas dalam empat tahap: (1) agitasi ultrasonik, yang menghasilkan gerakan mekanis frekuensi tinggi dalam media DES; (2) disrupsi sel, yang melepaskan senyawa intraseluler; (3) efek kavitasi, yang menghasilkan pancaran mikro dan gelombang kejut yang memfasilitasi pelepasan fenolik; dan (4) peningkatan kelarutan dan perpindahan massa, yang meningkatkan efisiensi ekstraksi secara signifikan. 26
Dalam studi ini, DES-UAE terbukti sangat efektif untuk mengekstraksi asam galat dari kulit kastanye. Di antara 243 percobaan, sampel no. 206 (1,182 mg g −1 ) dan no. 211 (1,154 mg g −1 ) menghasilkan konsentrasi asam galat tertinggi (Gbr. 4 dan 5 ). Kondisi optimal meliputi bahan kulit kastanye panggang, DES kolin klorida:etilen glikol (1:2), ekstraksi pada suhu 70 °C selama 35 menit, kadar air 20%, dan rasio cair-padat 10:1. Hasil ini mengonfirmasi potensi ekstraksi berbantuan ultrasonik berbasis DES sebagai metode yang berkelanjutan dan efisien, yang menawarkan keuntungan lingkungan dan hasil untuk valorisasi produk sampingan agroindustri.
Bahasa Indonesia: Selain metode UAE berbasis DES, ekstraksi Soxhlet konvensional dilakukan dengan menggunakan metanol dan aseton pada tiga sampel kulit kastanye (S1: tidak diolah, S2: direbus, S3: dipanggang). Hasil asam galat tertinggi dengan ekstraksi Soxhlet adalah 1,818 mg g −1 , diperoleh dengan metanol pada bahan yang dipanggang (S3). Meskipun hasil ini sedikit melebihi kondisi DES-UAE dengan kinerja terbaik (1,182 mg g −1 pada 70 °C, 35 menit, 20% air, kolin klorida:etilen glikol DES), diperlukan 5 g sampel dan 300 mL pelarut selama waktu ekstraksi yang diperpanjang. Sebaliknya, DES-UAE mencapai hasil yang sebanding dengan hanya 1 g bahan dan hingga 10 mL pelarut, dalam kondisi yang lebih ringan dan lebih ramah lingkungan. Hasil ini menggarisbawahi efisiensi dan keberlanjutan DES sebagai alternatif hijau untuk pelarut organik konvensional untuk ekstraksi produk alami. Kesimpulannya, metode DES-UAE mengurangi biaya ekstraksi dan konsumsi energi.
Efek tipe DES
Larutan pelarut eutektik dalam bervariasi dalam hal densitas, pH, dan viskositas tergantung pada komponen HBD dan HBA tertentu, yang selanjutnya memengaruhi penetrasi dan efisiensi ekstraksi. Polaritas DES juga memengaruhi kinerja ekstraksi secara signifikan. 27 Dalam penelitian ini, penggunaan kolin klorida: etilen glikol (1:2) menghasilkan rendemen asam galat tertinggi, sedangkan kolin klorida: asam asetat (1:2) menghasilkan rendemen terendah.
Kulit bagian dalam kastanye diolah dalam reaktor pada suhu 65 °C selama 24 jam menggunakan berbagai DES berbasis ChCl yang terdiri dari poliol, asam, dan gula. Di antara semuanya, kolin klorida:asam oksalat (1:1) menghasilkan kandungan polifenol tertinggi. Sesuai dengan parameter Kamlet–Taft, DES dengan kemampuan menyumbangkan ikatan hidrogen yang lebih tinggi ( α ) mengikuti urutan asam > gula > poliol, yang berkorelasi erat dengan efisiensi ekstraksi polifenol. DES berbasis poliol memerlukan penambahan air untuk mengurangi viskositas. Jenis DES tidak hanya memengaruhi total hasil fenolik tetapi juga memengaruhi keragaman senyawa yang diekstraksi. 28
Efek Jumlah Air
Faktor penting lainnya dalam ekstraksi senyawa fenolik dengan pelarut DES adalah jumlah air yang digunakan. Air dapat ditambahkan ke sistem DES secara langsung atau dapat terbentuk dalam sistem secara tidak sengaja. Menambahkan air mengurangi viskositas, dengan demikian meningkatkan perpindahan massa dan meningkatkan efisiensi ekstraksi. Viskositas DES yang tinggi menghambat ekstraksi senyawa aktif biologis seperti polifenol karena efisiensi perpindahan massanya yang rendah. Ini juga mengubah sifat-sifat utama seperti polaritas, densitas, dan konduktivitas DES. Perubahan polaritas dapat meningkatkan kelarutan senyawa target ketika polaritas DES cocok dengan analit, memfasilitasi ekstraksi. Namun, polaritas saja tidak menentukan keberhasilan ekstraksi, karena interaksi molekuler lainnya juga memengaruhi hasil. Air dapat berfungsi sebagai cosolvent untuk mengoptimalkan sifat-sifat DES tetapi jumlah yang berlebihan dapat melemahkan atau bahkan mengganggu struktur DES sepenuhnya, mengorbankan efektivitasnya.
Penambahan air tidak hanya menurunkan viskositas tetapi juga mengurangi biaya ekstraksi. 28 , 29 Menurut literatur, kadar air bervariasi antara 20% dan 80% dan jumlah air yang optimal adalah 20%. Peningkatan jumlah air berdampak negatif pada ekstraksi karena memutus ikatan hidrogen dalam struktur DES. 26 Dalam penelitian ini digunakan tiga proporsi air yang berbeda (10%, 20%, 30%). Jumlah asam galat terendah diperoleh dengan menggunakan 10% air. Efisiensi tinggi diperoleh dengan menambahkan 20% air seperti yang disebutkan di atas.
Pengaruh perbandingan cairan dan padatan
Rasio cairan terhadap padatan merupakan parameter utama dalam ekstraksi berbasis DES karena memengaruhi perpindahan massa, kelarutan, dan difusi senyawa target. Rasio pelarut terhadap sampel yang lebih tinggi meningkatkan gradien konsentrasi dan mengurangi saturasi permukaan, sehingga meningkatkan efisiensi ekstraksi. Namun, penggunaan pelarut yang berlebihan dapat membahayakan keberlanjutan karena tuntutan yang lebih besar untuk pemulihan pelarut. Sebaliknya, rasio yang lebih rendah dapat menghambat ekstraksi, terutama dengan matriks tanaman yang kaku atau senyawa dengan difusivitas dan kelarutan terbatas. Dengan demikian, mengoptimalkan rasio ini sangat penting untuk mencapai keseimbangan antara hasil, efisiensi, dan dampak lingkungan dalam sistem ekstraksi hijau yang menggunakan pelarut eutektik dalam. 26 Dalam praktiknya, rasio cairan terhadap padatan 20:1 umumnya digunakan. 27
Dalam penelitian ini, 1 g sampel diolah dalam bak ultrasonik dengan larutan DES sebanyak 10, 20, dan 30 mL. Berdasarkan hasil, peningkatan rasio cairan terhadap padatan menurunkan hasil asam galat. Kondisi optimum diperoleh dengan 1 g padatan dan 10 mL larutan DES. Penggunaan rasio cairan terhadap padatan yang rendah dan sejumlah besar air memengaruhi hasil asam galat secara positif.
Pengaruh suhu dan waktu ekstraksi
Suhu memengaruhi waktu ekstraksi secara langsung. Waktu ekstraksi yang lama meningkatkan biaya sedangkan waktu ekstraksi yang singkat menyebabkan zat target tidak terurai secara memadai. Peningkatan suhu menyebabkan molekul bergerak lebih cepat dan pelarut menembus lebih cepat. Menurut literatur untuk senyawa fenolik, suhu yang paling sesuai untuk aplikasi larutan DES adalah antara 25–60 °C dan waktu ekstraksi antara 20 menit dan 2 jam. 30 Dalam penelitian ini, jumlah asam galat meningkat seiring dengan waktu dan suhu ekstraksi. Suhu dan waktu ekstraksi optimum untuk asam galat dari kulit kastanye ditemukan pada suhu 70 °C dan 35 menit.
Peningkatan yang diamati dalam ekstraksi asam galat pada suhu yang lebih tinggi dan waktu ekstraksi yang lebih lama disebabkan oleh peningkatan perpindahan massa. Suhu yang lebih tinggi mengurangi viskositas pelarut dan meningkatkan gerakan molekuler, memfasilitasi difusi senyawa fenolik dari matriks tanaman ke dalam media DES. Hal ini didukung oleh plot permukaan dan kontur pada Gambar 6 , yang menunjukkan peningkatan proporsional dalam kandungan asam galat dengan peningkatan suhu dan waktu. Tren ini menunjukkan desorpsi dan pelarutan senyawa target yang lebih efisien dalam kondisi termodinamika yang menguntungkan.
Ekstraksi dengan bantuan ultrasonik semakin memperkuat efek ini melalui kavitasi, di mana gelembung berenergi tinggi pecah di dekat permukaan tanaman, menghasilkan semburan mikro yang mengganggu arsitektur seluler. Dampak mekanis ini meningkatkan penetrasi pelarut dan mempercepat pelepasan senyawa intraseluler seperti asam galat.
Selain itu, persiapan sampel ditemukan memengaruhi efisiensi ekstraksi secara signifikan, sebagaimana dibuktikan oleh kandungan asam galat yang lebih tinggi yang diperoleh dari sampel yang dipanggang. Proses pemanggangan kemungkinan mengurangi kadar air, meningkatkan porositas, dan memfasilitasi kerusakan sebagian struktur dinding sel, yang semuanya berkontribusi pada akses pelarut dan pelarutan senyawa yang lebih efisien. Efek ini tercermin secara tidak langsung dalam plot optimasi (Gbr. 6 ), di mana bahan yang dipanggang dikombinasikan dengan suhu tinggi dan rasio cairan terhadap padatan yang rendah menunjukkan hasil ekstraksi maksimum. Sebaliknya, perebusan kemungkinan menyebabkan pelindian sebagian atau degradasi tanin yang dapat dihidrolisis, yang mengarah pada pemulihan asam galat yang lebih rendah.
Kesimpulan
Pemanfaatan kulit kastanye sebagai sumber asam galat yang berkelanjutan memiliki potensi yang signifikan dalam berbagai industri dan sejalan dengan tujuan lingkungan dan ekonomi. Studi ini mengonfirmasi efisiensi UAE berbasis DES, khususnya penggunaan kolin klorida:etilen glikol, untuk mengekstraksi senyawa fenolik. Proses optimasi mengungkapkan bahwa bahan yang dipanggang dan jenis DES tertentu meningkatkan hasil ekstraksi, dengan suhu, waktu, dan kadar air memainkan peran penting. Temuan ini menganjurkan penggunaan metodologi berbasis DES sebagai alternatif hijau untuk pelarut konvensional, yang membuka jalan bagi solusi inovatif dan ramah lingkungan dalam ekstraksi produk alami. Studi ini juga menggarisbawahi perlunya eksplorasi lebih lanjut tentang kombinasi DES dan aplikasinya di berbagai sektor industri.
Leave a Reply