Buku Ajar: Teknologi Bahan Alam - ULM

Buku Ajar: Teknologi Bahan Alam1. BAHAN ALAM DANMETABOLIT SEKUNDER1.1. Deskripsi SingkatBahan alam secara khusus diartikan sebagai segala material organik yangdihasilkan oleh alam yang telah dipelajari dan dibuktikan baik secara empirismaupun secara tradisional melalui pengalaman penggunaan turun temurunmemiliki khasiat tertentu untuk kesehatan baik dalam bentuk segar, sediaankering, ekstrak, maupun senyawa tunggal hasil pemurnian. Pada era modern iniada kecenderungan pola hidup yang mengarah pada penggunaan bahan-bahanalami sebagai zat berkhasiat baik untuk pengobatan, perawatan kesehatan dankebugaran, kosmetika, makanan fungsional, maupun untuk produk perawatantubuh sehari-hari. Fenomena ini semakin meningkatkan pamor bahan alamsebagai pilihan karena dinilai lebih aman atau memiliki efek negatif yang lebihrendah. Nilai ekonomis beberapa bahan alam pun semakin meningkat yang diikutidengan semakin berkembangnya berbagai penelitian untuk mengembangkanproduk-produk yang berbasis pada bahan alam. Saat ini, bidang penelitian danindustri bahan alam menjadi salah satu bidang yang prospektif dan memiliki masadepan yang baik karena kebutuhan akan bahan ini semakin meningkat.Untuk itu, pengenalan mengenai teknologi, metode-metode atau teknikteknik dasar penelitian dan pemanfaatan bahan alam menjadi produk yang lebih1

Buku Ajar: Teknologi Bahan Alambernilai tinggi menjadi sangat perlu untuk mahasiswa teknologi industri pertanian.Sudah barang tentu, pengenalan dasar-dasar bahan alam ini perlu diberikansebagai landasan dalam mempelajari proses lanjut dari pemanfaatan bahan alam.Pada bab ini dijelaskan mengenai pengertian dasar bahan alam dan jugametabolit sekunder atau fitokimia yang merupakan komponen utama dari bahanalam. Selain itu juga dijelaskan mengenai agroindustri pengolahan bahan alambeserta contoh dan prospeknya.1.2. RelevansiBab tentang pengetahuan dasar bahan alam dan metabolit sekunder inipenting disajikan sebagai landasan untuk memahami metabolit sekunder sebagaikomponen utama bahan alam serta bagaimana mekanisme kerja metabolitsekunder sehingga dapat memberikan manfaat bagi manusia.1.3. KompetensiSetelah menyelesaikan bab ini, mahasiswa akan mampu memahami danmenjelaskan kembali beberapa hal sebagai berikut:1. Pengertian bahan alam2. Pengertian metabolit sekunder3. Prinsip kerja metabolit sekunder sebagai komponen utama bahan alam4. Jenis-jenis bahan alam5. Contoh-contoh pemanfaatan bahan alam6. Agroindustri bahan alam dan manfaatnya dalam peningkatan nilaitambah.2

Buku Ajar: Teknologi Bahan Alam1.4. PengantarBahan alam memiliki spektrum yang sangat luas. Mentimun yang kitasantap sebagai lalapan yang kita tujukan sebagai bahan serat yang akanmemperlancar pencernaan dan juga untuk menjaga tekanan darah dari potensidarah tinggi adalah sebuah contoh pemanfaatan bahan alam, yaitu mentimun.Senyawa menthol yang diformulasikan menjadi sebuah produk balsam yangdigunakan untuk melegakan dan menyegarkan dada dan tenggorokan jugamerupakan pemanfaatan bahan alam. Untuk itu pada bab ini dijelaskan mengenaipengertian bahan alam, komponen utamanya, bagaimana komponen utamatersebut bekerja dan apa saja efek-efeknya, serta bagaimana pemanfaatan bahanalam sebagai komoditas agroindustri untuk dikembangkan menjadi produkdengan nilai tambah lebih tinggi.1.5. Pengertian Bahan Alam (Natural Products)Secara harfiah bahan alam dapat diartikan sebagai bahan-bahan yangbersumber dari alam (natural resources), seperti hasil budidaya pertanian, hasilperikanan darat dan laut, hasil hutan, ataupun hasil tambang atau bahan mineral.Tetapi dalam bidang-bidang ilmu terkait kimia organik, farmasi, dan ilmu pangan,bahan alam (natural products) pada umumnya mengacu pada metabolitmetabolit sekunder baik dalam bentuk sediaan kering, ekstrak, ataupun senyawatunggal yang bersumber dari makhluk hidup, baik tumbuhan, hewan (terutamahewan laut), maupun mikroorganisme. Di Indonesia, istilah ‘bahan alam’ lebihumum digunakan daripada ‘produk alam’ atau ‘produk alami’ sebagai padananuntuk natural products.Samuelsson (1999) mendefinisikan natural products sebagai produk yangdihasilkan oleh alam yang meliputi: (1) seluruh organisme (tumbuhan, hewan, danmikroorganisme) yang telah diproses secara sederhana dengan tujuan untuk3

Buku Ajar: Teknologi Bahan Alampengawetan, seperti pengeringan, (2) bagian dari organisme, seperti daun, bunga,atau organ tertentu dari hewan, (3) ekstrak dari organisme atau bagian organisme,serta (4) komponen tunggal (alkaloids, coumarins, flavonoids, lignans, glycosides,terpenoids, steroids, dll.). Dalam praktiknya, istilah natural products lebih banyakdidefinisikan sebagai senyawa metabolit sekunder, dengan bobot molekul (BM)rendah yang dihasilkan oleh organisme tertentu yang tidak diperuntukkan sebagainutrisi pokok dalam proses pertumbuhannya, tetapi lebih bersifat sebagaikomponen penunjang, seperti sebagai alat perlindungan atau sebaliknya sebagaimedia penarik perhatian terhadap organisme lain (Cannell, 1998).Dengan demikian, bahan alam dapat didefinisikan sebagai komponen atausubstansi kimia yang merupakan metabolit sekunder (secondary metabolites)yang dapat berupa komponen tunggal/murni hasil isolasi maupun yang masihberupa campuran komponen dalam bentuk ekstrak, sediaan kering dari bagiantertentu atau keseluruhan dari suatu organisme baik tumbuhan, mikroba,ataupun hewan yang dieksplorasi dan dimanfaatkan karena efek rapeuticeffect),antioksidan(antioxidative effect), antibakteri (antibacterial), atau kemampuannya sebagaibahan pewarna (coloring agent), penyedap (flavoring agent), pengharum(parfuming agent), pengikat (fixative agent), serta karena aktivitas biologis(biological activity) lainnya seperti kemampuan sebagai pestisida alami (naturalpesticide).Sebagai contoh yang mudah adalah bahan pewarna alami, yaitu produkpewarna yang dihasilkan dari proses isolasi, ekstraksi, ataupun pengeringanbagian tertentu dari suatu bagian tumbuhan. Contoh pewarna alami dalambentuk senyawa tunggal adalah berberine, sumber warna kuning yang dapatdiisolasi dari beberapa tanaman, seperti akar kuning (Arcangelisia flava, Gambar1.1) atau berberry (Berberis vulgaris). Selain memberikan efek warna kuning,4

Buku Ajar: Teknologi Bahan Alamberberine juga memiliki kemampuan memberikan berbagai efek farmakologi danterapi (Imanshahidi and Hosseinzadeh, 2008).Gambar 1.1. Akar kuning dan bentuk ekstraknya.Ekstrak kunyit yang mengandung curcuminoids juga dapat digunakansebagai pewarna kuning dalam bentuk ekstrak selain juga memberikan efekfarmakologi (Anand et al., 2007). Selain itu serbuk cabe kering juga merupakancontoh pewarna merah dalam bentuk sediaan kering yang mengandung capsaicinsebagai bahan aktifnya yang juga memiliki efek farmakologi. Bahan alam tidakterbatas pada sumber-sumber organisme di darat saja tapi juga dari organismeyang hidup di air, sebagai contohnya beberapa senyawa terpenoids, flavonoids,dan saponins juga telah diisolasi dari timun laut (Stichopus japonicus) sertamemiliki berbagai macam efek farmakologi (Husni, 2011).Dalam pemanfaatannya, komponen atau substansi-substansi kimia bahanalam diproses menjadi produk lanjutan baik sebagai bahan baku untuk produklanjutannya atau produk jadi dengan standarisasi, keamanan, serta kepraktisandalam penggunaan dan cara konsumsinya untuk meningkatkan nilai ekonominya.5

Buku Ajar: Teknologi Bahan AlamObat, bahan obat, neutraceuticals, functional foods, nutritional supplements,produk herbal, aroma terapi, pewarna alami, bumbu alami, parfum serta berbagaiproduk lokal dengan istilah tertentu seperti jamu di Indonesia, merupakan contohpemanfaatan bahan alam dengan memberikan sentuhan teknologi untukmeningkatkan guna (function) dan nilainya (value).Dari segi pemanfaatannya bahan alam berbeda dengan bahan alam lainnya,seperti bahan pangan (food atau nutritional food), di mana ditujukan untukmemenuhi kebutuhan nutrisi pokok (karbohidrat, lemak, protein, asam amino),atau produk perikanan, produk kerajinan, bahan tambang, produk minyak dan gas,dan lain sebagainya, di mana sama-sama menggunakan bahan yang dihasilkanoleh alam. Inilah yang membedakan bahan alam dengan bahan dari alam (naturalsources) lainnya.1.6. Metabolit Sekunder dan FitokimiaSeperti telah dijelaskan sebelumnya bahwa komponen utama dari bahanalam adalah metabolit sekunder, maka metabolit sekunder sendiri dapatdidefinisikan sebagai senyawa dengan berat molekul rendah yang ditemukandalam jumlah minor pada organisme yang memproduksinya karena tidakberfungsi sebagai komponen esensial dalam metabolisme atau penopang pokokdari kelangsungan hidup dari organisme tersebut, melainkan lebih berfungsisebagai penunjang seperti agen pertahanan diri, perlawanan terhadap penyakitatau kondisi kritis, ataupun berperan sebagai hormon.Sementara itu, ada istilah lain yaitu fitokimia (phytochemicals). Dari asalusul katanya, maka terdiri dari phyto dan chemicals. Fito (phyto) dalam bahasalatin berarti tumbuhan, sedangkan chemicals berarti bahan-bahan kimia. Secaraharfiah dapat dikatakan fitokimia adalah bahan-bahan atau senyawa-senyawakimia yang dihasilkan oleh tumbuhan. Dalam penggunaannya terutama dalambidang kimia bahan alam, fitokimia diartikan sebagai metabolit sekunder yang6

Buku Ajar: Teknologi Bahan Alamkhusus dihasilkan oleh tumbuhan. Dengan demikian dapat didefinisikan bahwafitokimia adalah senyawa kimia non nutrisi yang memiliki fungsi-fungsi proteksiatau pertahanan yang diproduksi di dalam sel tumbuhan. Gambar 1.2memperlihatkan kelompok-kelompok metabolit sekunder yang dihasilkan olehtumbuhan melalui beberapa jalur biosintesis yang bersumber atau berawal darimetabolit primer hasil proses fotosintesis.(http://science.marshall.edu/)Gambar 1.2. Jalur biosintesis metabolit sekunder pada tumbuhan.Sementara itu, metabolit primer adalah molekul dengan BM tinggi sertamemiliki struktur yang relatif sama di setiap organisme, seperti karbohidrat,lemak, protein, vitamin, dan asam nukleat. Meskipun metabolit primer jugamerupakan bahan yang diproduksi oleh alam, tetapi secara umum tidak disebutsebagai bahan alam, namun lebih dekat sebagai nutrisi atau bahan pangan (foods).7

Buku Ajar: Teknologi Bahan AlamMetabolit sekunder dipelajari dalam bidang ilmu Kimia Bahan Alam atau KimiaOrganik Bahan Alam, sedangkan metabolit primer dipelajari pada bidang ilmuBiokimia. Metabolit primer menjadi bahan dasar dalam biosintesis beberapakelompok metabolit sekunder, seperti terlihat pada Gambar 1.2.1.7. Agroindustri Bahan nmembersihkannya, lalu menjualnya, sudah dapat dikatakan melakukan kegiatanindustri (industri primer). Seorang ibu yang membeli jahe di pasar, kemudianmengolahnya menjadi ekstrak jahe instan lalu menjualnya dalam kemasan yangsederhana tentunya juga merupakan kegiatan industri, dan dapat diklasifikasikandalam industri sekunder. Sebuah pabrik jamu yang mendatangkan jahe dalamskala besar kemudian mengolahnya menjadi minuman jahe instan dengankemasan modern yang menarik juga termasuk dalam industri sekunder.Sebuah laboratorium yang menyediakan jasa analisis kualitas produk(kandungan nutrisi atau metabolit) kepada perusahaan pengolahan jahe tadi jugadikategorikan sebagai sebuah industri (industri jasa/industri tersier). Lebih jauhlagi, sebuah laboratorium yang melakukan riset mendalam untuk menelitimengenai senyawa metabolit sekunder dari jahe, aktivitas biologis atau efekfarmakologisnya, kemudian menciptakan sebuah formula produk yang terstandardan kemudian menjualnya kepada perusahan lain untuk diproduksi dalam skalabesar maka laboratorium tadi telah melakukan kegiatan industri kuarter(quaternary industry).Dari ilustrasi dan penjelasan di atas, dapat ditarik sebuah benang merahbahwa industri merupakan sebuah kegiatan untuk memperoleh pendapatan(income) baik dengan menjual produk maupun jasa, termasuk di dalamnya lisensiatau disain produk. Industri sekunder dicirikan dengan adanya usaha pengolahan(processing) untuk menciptakan nilai tambah (added value) dari bahan bakunya.8

Buku Ajar: Teknologi Bahan AlamSedangkan industri primer tidak melakukannya, kalaupun ada nilai tambah yangdiciptakan, persentasenya sangat kecil. Industri tersier memberikan pelayananjasa (service), sedangkan industri kuarter menghasilkan dan menjual lisensi ataudisain produk.Dengan demikian, agroindustri atau industri agro atau industri pertaniandalam lingkup khusus pemanfaatan bahan alam ini dapat didifinisikan sebagaikegiatan industri yang ditujukan untuk menghasilkan pendapatan dengan caramenciptakan nilai tambah dari suatu bahan alam, baik yang diperoleh melaluiproses budidaya/pertanian ataupun dengan cara mengambil secara langsung darialam (ekstraktif). Dengan demikian produk bahan alam adalah salah satu outputatau produk dari kegiatan Gambar 1.3. Pemanfaatan bahan alam dalam industri.Di sisi lain, produk bahan alam juga dapat berperan sebagai input ataumaterial agroindustri, jika produk tersebut diproses lanjut menjadi produk dengannilai tambah yang lebih tinggi. Dengan demikian, berdasarkan bahan bakunya,maka agroindustri dapat mencakup area yang sangat luas, yaitu produk kimia non9

Buku Ajar: Teknologi Bahan Alampangan (karet, lipid, fiber beserta turunan-turuanannya), produk pangan, produkbioindustri (enzim), produk perikanan dan peternakan, produk hasil hutan, danjuga produk bahan alam atau natural product (pharmaceuticals, herbal medicine,neutraceuticals, functional foods, nutritional supplements serta berbagai produkbahan dasar). Gambar 1.3 memperlihatkan tiga kelompok utama produkpemanfaatan bahan alam yang menghasilkan tiga kombinasi kelompok produkturunan lainnya.Kegiatan industri memiliki lingkup yang sangat luas, yaitu mencakupmaterial, teknologi pengolahan, mesin dan peralatan, sumber daya manusia,modal, manajemen, perencanaan, sampai pemasaran. Teknologi industriditujukan untuk menciptakan sistem produksi, baik dari sisi manajemen maupunteknologi prosesnya, yang efektif dan efisien atau dengan kata lain memilikiproduktivitas tinggi dalam kegiatan menghasilkan nilai tambah dari bahan yangdiprosesnya. Untuk mencapai tujuan itu, maka pemahaman mengenai segalaaspek yang berkaitan dengan sistem produksi itu harus dikuasai, mulai dari sifatdan jenis material, teknologi proses, mesin dan peralatan, pengendalian mutu,riset dan pengembangan, sampai dengan spesifikasi sumber daya manusia yangdibutuhkan.1.8. Rangkuman1. Bahan alam adalah substansi kimia yang merupakan metabolit sekunderyang dapat berupa komponen tunggal/murni hasil isolasi maupun yangmasih berupa campuran komponen dalam bentuk ekstrak, sediaankering dari bagian tertentu atau keseluruhan dari suatu organisme baiktumbuhan, mikroba, ataupun hewan yang dimanfaatkan karena efekfarmakologisnya.2. Pemanfaatan bahan alam antara lain: sebagai obat, bahan obat,neutraceuticals, functional foods, nutritional supplements, produk herbal,10

Buku Ajar: Teknologi Bahan Alamaroma terapi, pewarna alami, bumbu alami, parfum serta berbagaiproduk lokal dengan istilah tertentu seperti jamu di Indonesia.3. Metabolit sekunder adalah senyawa dengan berat molekul rendah yangditemukan dalam jumlah minor pada suatu organisme yang tidakberfungsi sebagai komponen esensial dalam metabolisme tersebut,melainkan sebagai komponen penunjang seperti agen pertahanan diri,perlawanan terhadap penyakit atau kondisi kritis, dll.4. Bahan alam dapat berperan sebagai input atau material agroindustriuntuk diproses lebih lanjut menjadi produk dengan nilai tambah yanglebih tinggi.5. Pemahaman mengenai sifat bahan/material merupakan faktor pentingdalam merekayasa produk maupun proses dalam suatu kegiatan industri.1.9. Latihan1. Jelaskan secara mendalam mengenai bahan alam, bagaimanakarakteristik dan penyusunnya!2. Sebut dan jelaskan contoh-contoh pemanfaatan bahan alam baik secaratradisional maupun modern!3. Jelaskan yang dimaksud dengan senyawa metabolit sekunder dansenyawa fitokimia!4. Sebut dan jelakan beberapa kelompok produk yang memanfaatkansenyawa metabolit sekunder atau fitokimia!5. Jelaskan pentingnya pemahaman dan pengetahun mengenai bahanalam dalam pengembangan agroindustri!1.10. Bacaan Lanjutan yang DianjurkanUntuk memahami lebih dalam dan untuk mengembangkan pengetahuanmaka beberapa bahan bacaan berikut sangat dianjurkan untuk dibaca.11

Buku Ajar: Teknologi Bahan AlamAgoes, G., 2007. Teknologi Bahan Alam. ITB, Bandung.Agusta, A., 2000. Minyak Atsiri Tumbuhan Tropis Indonesia. ITB, Bandung.Anand, P., Kunnumakkara, A.B., Newman, R.A., dan Aggarwal, B.B., 2007.Bioavailability of Curcumin: Problems and Promises. MolecularPharmaceutics, 4: 807-818.Ardiansyah., 2003. Atlas Tumbuhan Obat Indonesia. Trubus Agriwidya, Jakarta.Cannell, R.J.P., 1998. Natural Product Isolation. Humana Press, New Jersey.Dias, D.A., Urban, S., dan Roessner, U., 2012. A Historical Overview of NaturalProducts in Drug Discovery. Metabolites, 2: 303-336.Hariana, A., 2005. Tumbuhan Obat dan Khasiatnya Seri 2. Penebar Swadaya,Jakarta.Harris, R., 1987. Tanaman Minyak Atsiri. Penebar Swadaya, Jakarta.Husni, A., 2011. Tyrosinase Inhibition by Water and Ethanol Extracts of A FarEastern Sea Cucumber Stichopus japonicus. Journal of The Science ofFood and Agriculture, 9: 1541-1547.Imanshahidi, M. dan Hosseinzadeh, H., 2008. Pharmacological and TherapeuticEffects of Berberis vulgaris and Its Active Constituent, Berberine.Phytotherapy Research, 22: 999-1012.Kabera, J.N., Semana, E., Mussa, A.R., dan He., X., 2014. Plant SecondaryMetabolites: Biosynthesis, Classification, Function and PharmacologicalProperties. Journal of Pharmacy and Pharmacology, 2:377-392.Kapoor, V.P., 2005. Herbal Cosmetics for Skin and Hair Care. Natural ProductRadiance, 4: 306-314.Lahlou, M., 2013. The Success of Natural Products in Drug Discovery.Pharmacology and Pharmacy, 4: 17-31.Pandey, N., dkk., 2011. Medicinal Plants Derived Nutraceuticals: A Re-emergingHealth Aid. International Journal of Pharma and Bio Sciences. 4: 419441.Rusli S, Nurdjanah, N., Soediarto, Sitepu, D., Ardi, dan Sitorus. D.T., 1985.Penelitian dan Pengembangan Minyak Atsiri Indonesia. Bogor: BalaiPenelitian Tanaman Rempah dan Obat.Samuelsson, G., 1999. Drug of Natural Origin: A Textbook of Pharmacognosy.Swedish Pharmaceutical Press, Stockholm, Sweden.Sarker, S.D., Latif, Z., dan Gray, A.I., 2006. Natural Product Isolation 2nd edition.Humana Press, New Jersey, USA.12

Buku Ajar Teknologi Bahan Alam ini disusun sebagai bahan pengajaran . bahan bantu bagi mahasiswa Farmasi dan Kimia untuk memahami tentang kimia bahan alam, teknologi sediaan bahan alam, dan farmakognosi. . , dilanjutkan dengan teknik seleksi dan penyiapan bahan, teknik ekstraksi, te