Metode ekstraksi

Ekstraksi merupakan proses pengambilan komponen yang larut dari bahan atau campuran bahan dengan menggunakan pelarut seperti air, alkohol, eter, aseton dan sebagainya. Metode ekstraksi yang dipilih untuk mendapatkan senyawa bahan alam tergantung kepada jenis sampel tumbuhan dan jenis senyawa yang ada. Terutama tergantung pada keadaan fisik senyawa tersebut, misalnya senyawa berupa cairan yang mudah menguap (Fieser & Williamson, 1998; Ganjar & Rohman, 2007)

            Ada beberapa ekstraksi senyawa bahan alam yang umum digunakan antara lain (Fieser & Williamson, 1998; Ganjar & Rohman, 2007):

a. Maserasi (perendaman)

            Teknik maserasi digunakan jika senyawa metabolit sekunder yang terdapat pada tumbuhan cukup banyak jumlahnya dan menggunakan suatu pelarut yang dapat melarutkan senyawa tersebut tanpa pemanasan. Cara ini biasanya membutuhkan waktu yang cukup lama dan sulit mencari pelarut organik yang dapat melarutkan dengan baik senyawa organik yang terdapat pada sampel tersebut. Akan tetapi jika struktur senyawa yang akan diisolasi sudah diketahui, maka metode perendaman ini cukup praktis digunakan.

            Maserasi biasanya dilakukan untuk bagian tumbuhan yang teksturnya lunak, seperti bunga dan daun. Hasil perendaman kemudian disaring dan filtrat yang didapat diuapkan dengan alat rotary evaporator sampai diperoleh ekstrak kental tumbuhan.

b. Perkolasi

Pada prinsipnya, perkolasi menggunakan suatu pelarut dimana pelarut tersebut dilewatkan secara perlahan (tetes demi tetes) kepada bahan alam yang mengandung senyawa organik tersebut. Perkolasi biasanya digunakan untuk bagian tumbuhan yang keras seperti akar, biji dan batang. Cara perkolasi digunakan apabila kandungan kimianya sedikit dan pelarut yang digunakan tidak mudah menguap. Filtrat yang didapat kemudian diuapkan pelarutnya dengan alat rotary evaporator.

c. Sokletasi

            Sokletasi merupakan teknik ekstraksi yang digunakan terhadap bahan alam yang senyawa kimianya tahan panas. Prinsipnya yaitu menggunakan suatu pelarut yang mudah menguap secara berulang-ulang dan dapat melarutkan senyawa organik yang terdapat pada bahan alam tersebut. Metode sokletasi mempunyai keunggulan dari metode lainnya, karena melalui metode ini penyarian dapat dilakukan beberapa kali dan pelarut yang digunakan tidak banyak.

d. Destilasi uap

            Cara destilasi uap digunakan khusus untuk senyawa yang dapat ikut diuapkan bersama uap air. Pada prinsipnya ada dua teknik pengerjaan dalam metode ini, yaitu uap air dihasilkan sendiri atau bahan alam langsung ditambahkan air dan dipanaskan.

e. Maserasi menggunakan microwave (MAE)

MAE merupakan ekstraksi yang memanfaatkan radiasi gelombang mikro untuk mempercepat ekstraksi melalui pemanasan pelarut secara cepat dan efisien (Jain et al., 2009). Menurut beberapa hasil penelitian, MAE meningkatkan efisiensi dan efektifitas ekstraksi bahan aktif berbagai jenis rempah-rempah, tanaman herbal, dan buah-buahan (Alupululai et al., 2012). Dimana gelombang mikro ini dapat mengurangi aktivitas enzimatis yang merusak senyawa target (Garcia-Salas et al., 2010).

Menurut Mandal et al. (2007), efek pemanasan gelombang mikro maksimum terjadi pada frekuensi 2450 MHz dengan energi luaran 600-700 watt. Gelombang mikro ini menggunakan radiasi elektromagnetik berfrekuensi 0,3-300 GHz (Kaufmann dan Christen, 2002). Gelombang mikro terbentuk dari dua medan kumparan tegak lurus (oscillating perpendicular fields), yaitu medan elektris dan medan magnetik. Gelombang mikro dalam MAE berperan sebagai vektor energi kepada bahan yang mampu menyerap dan mengubah energi menjadi panas secara radiasi  (Jain et al., 2009).

Panas radiasi gelombang mikro ini dapat memanaskan dan menguapkan air pada sel sampel. Sehingga tekanan pada dinding sel meningkat. Akibatnya, sel membengkak (swelling) dan tekanan tersebut mendorong dinding sel dari dalam, meregangkan, dan memecahkan sel tersebut (Alupululai et al., 2012). Rusaknya sel tumbuhan mempermudah senyawa target keluar dan terekstraksi (Jain et al., 2009)

Suhu tinggi radiasi gelobang mikro dapat menghidrolisis ikatan eter pada konstituen dinding sel tanaman, seperti selulosa. Dalam waktu yang singkat, selulosa berubah menjadi fraksi terlarut. Suhu tinggi pada dinding sel tumbuhan juga meningkatkan dehidrasi selulosa dan menurunkan kekuatan mekanis selulosa. Akibatnya, pelarut lebih mudah mengakses senyawa target dalam sel. Dalam studi kerusakan sel akibat berbagai metode ekstraksi terhadap tembakau, metode MAE menunjukkan tingkat kerusakan sel yang lebih tinggi dibanding metode ekstraksi refluksasi panas (heat-reflux) akibat kenaikan suhu dan tekanan dalam sel secara signifikan (Mandal et al., 2007). 

Migrasi ion terlarut akibat radiasi gelombang mikro memudahkan penetrasi pelarut ke matriks bahan. Pemanasan molekul air dalam sistem kelenjar dan pembuluh tanaman misalnya. Hal ini menyebabkan panas terlokalisir. Akibatnya terjadi  pengembangan volume dan perusakan sel (Mandal et al., 2007).

Kelebihan MAE adalah waktu ekstraksi dan kebutuhan pelarut yang relatif rendah dibanding ekstraksi konvensional (Mandal et al., 2007). Beberapa jenis bahan dapat diekstrak secara simultan dan mengasilkan hasil rendemen menyerupai performansi SFE. Sebaliknya, diperlukan kondisi ekstraksi yang tepat dalam menggunakan pelarut mudah terbakar ataupun ekstrak senyawa yang bersifat termolabil (Garcia-Salas et al., 2010)

Pemilihan pelarut merupakan hal mendasar dalam mendapatkan proses ekstraksi optimal. Pilihan pelarut didasarkan pada kelarutan senyawa target (selektifitas), interaksi antara pelarut dan matriks bahan, dan faktor disipasi. MAE bisa dilakukan tanpa pelarut. Sistem kelenjar dan pembuluh bahan (tanaman) mengandung air yang dapat menyerap gelombang mikro. Pemanasan cepat dalam sel bahan menyebabkan pemecahan sel dan pengeluaran senyawa target ke dalam pelarut secara efektif (Mandal et al., 2007).

Volume pelarut juga faktor kritis dalam ekstraksi. Prinsipnya adalah volume pelarut harus mencukupi untuk melarutkan senyawa target dan memanaskan sel. Rasio pelarut dengan matriks padatan memerlukan pengadukan (stirring) pelarut selama ekstraksi. Penelitian sebelumnya melaporkan bahwa jumlah bahan dan volume pelarut yang dipakai dalam MAE berkisar antara miligram dan mililiter (dalam skala laboratorium). Efisiensi pemanasan pelarut perlu diperhatikan karena mempengaruhi tingkat evaporasi pelarut (Mandal et al., 2007).

Waktu merupakan parameter penting dalam ekstraksi. Umumnya, waktu ekstraksi berkorelasi positif terhadap jumlah senyawa target, walaupun terdapat resiko terjadinya degradasi senyawa target itu sendiri. Waktu ekstraksi tergantung pada bahan yang diekstrak. Penelitian optimasi waktu ekstraksi penting dilakukan karena waktu ekstrasi mungkin bervariasi terhadap bagian bahan yang berbeda. Pemaparan pelarut seperti air, etanol, dan metanol yang lama memberi resiko pada senyawa target termolabil (Mandal et al., 2007).

Daya dipilih secara tepat untuk menghindari suhu degradatif senyawa target dan kelebihan tekanan dalam proses ekstraksi. Pemecahan sel pada daya rendah terjadi secara berangsur-angsur. Sebaliknya, daya tinggi beresiko meningkatkan degradasi termal senyawa target. Daya gelombang mikro saling dipengaruhi oleh waktu ekstraksi dan suhu ekstraksi. Kombinasi dari daya rendah-sedang dan waktu ekstraksi yang panjang merupakan pendekatan kondisi ekstraksi terbaik. Suhu tinggi dan daya tinggi mengintensifkan pemecahan dinding sel. Namun, dapat memungkinan degradasi senyawa target secara termal (Mandal et al., 2007).

Ukuran partikel bahan mempengaruhi hasil ekstraksi. Ukuran partikel efektif berkisar 100 μm hingga 2 mm. Bubuk halus (fine powder) mempermudah kontak matriks bahan-pelarut dengan memberikan luas permukaan besar dan jarak tempuh bahan-pelarut yang pendek. Umumnya, pemusingan (centrifugation), penyaringan (filtration), dan pemerasan (squeezing) dilakukan untuk memisahkan bubuk halus dari pelarut (Mandal et al., 2007). Rendemen ekstraksi saponin dari gingseng berkorelasi negatif ukuran partikel bahan (Shu  et al., 2003).

Suhu ekstraksi merupakan faktor yang perlu diperhatikan dalam MAE. Suhu tinggi meningkatkan pengeluaran (desorption) senyawa dari bagian aktif (active sites) karena perusakan sel bahan meningkat. Suhu ekstraksi meningkatkan suhu pelarut secara konvektif. Pelarut panas mengalami penurunan tegangan permukaan (surface tension) dan viskositas (viscosity). Keadaan ini meningkatkan daya pembasahan (wetting) bahan dan penetrasi matriks (Jain et al., 2009). Sebaliknya, suhu tinggi memerlukan perhatian keselamatan (safety) yang lebih intensif dalam menggunakan pelarut mudah terbakar (Kaufmann dan Christen, 2002). Suhu tinggi yang berlebihan dapat berdampak pada degradasi senyawa target secara termal (Alupululai et al., 2012)

Jumlah proses ekstraksi juga meningkatkan efisiensi ekstraksi. Misalnya, empat ekstraksi dengan 50 ml pelarut lebih efisien dibanding satu ekstraksi dengan 200 ml pelarut. Biasanya, rendemenen dapat maksimal dengan 3-5 proses ekstraksi bahan secara berturut-turut (Teresa, 2003).

Beberapa perlakuan dilakukan untuk meningkatkan efektifitas dan efisiensi ekstraksi. Peluluhan awal (pre-leaching) bahan kering pada suhu ruang oleh kandungan air alami matriks bahan meningkatkan efektifitas ekstraksi (Alupululai et al., 2012). Perendaman, sebagai perlakuan pendahuluan (pretreatment), meningkatkan efektifitas dan selektifitas pemanasan. Bahan menyerap gelombang mikro dan menghasilkan panas berasal dari pemanasan radiasi dan pemanasan kovektif pelarut (Mandal et al., 2007)