6

BAB II

TINJAUAN PUSTAKA

2.1. Udang Vanamei (Litopenaeus vannamei)

Udang vannamei termasuk genus Penaeus dan subgenus Litopenaeus.

Berikut merupakan taksonomi dari udang vannamei:

Kingdom : Animalia

Subkingdom : Metazoa

Filum : Arthropoda

Subfilum : Crustacea

Kelas : Malacostraca

Subkelas : Eumalacostraca

Superordo : Eucarida

Ordo : Decapoda

Subordo : Dendrobrachiata

Infraordo : Penaeidea

Superfamili : Penaeioidea

Famili : Panaeidae

Genus : Litopenaeus

Spesies : Litopenaeus vannamei Boone.

(Haliman dan Adijaya, 2005).

Udang vannamei memiliki tubuh berbuku-buku dan aktivitas berganti

kulit luar atau eksoskeleton secara periodik (moulting). Bagian tubuh digunakan

7

untuk makan, bergerak, membenamkan diri ke dalam lumpur, menopang insang,

dan organ sensor. Morfologi tubuh udang vannamei dapat ditunjukkan pada

gambar 2.1.

Gambar 2.1. Morfologi Udang Vannamei (Haliman dan Adijaya, 2005)

Kepala udang vannamei terdiri dari antenula, antena, mandibula, dan

dua pasang maxillae. Kepala udang vannamei juga dilengkapi dengan tiga pasang

maxillipied untuk makan dan lima pasang kaki berjalan (periopoda) atau kaki

sepuluh (decapoda). Endopodit kaki berjalan menempel pada chepalothorax yang

dihubugkan oleh coxa. Di antara coxa dan dactylus, terdapat ruang berturut-turut

disebut basis, 6 ischium, merus, carpus, dan cropus. Genus penaeus ditandai

dengan adanya gigi pada bagian atas dan bawah rostrum serta hilangnya bulu

cambuk (setae) pada tubuhnya. Secara khusus udang ini memiliki 2 gigi pada tepi

rostrum bagian ventral dan 8-9 gigi pada tepi rostrum bagian dorsal (Haliman dan

Adijaya, 2005).

Udang vannamei (Litopenaeus vannamei) berasal dari daerah subtropis

pantai barat Amerika, mulai dari Teluk California di Mexico bagian utara sampai

pantai barat Guatemala, El Salvador, Nicaragua, Kosta Rika di Amerika Tengah

hingga ke Peru di Amerika Selatan yang kemudian resmi diizinkan masuk ke

8

Indonesia melalui SK Menteri Kelautan dan Perikanan RI. No. 41/2001, dimana

produksi udang windu menurun sejak 1996 akibat serangan penyakit dan

penurunan kualitas lingkungan (Tim Perikanan WWF, 2014).

Udang vannamei mulai banyak di budidayakan di Indonesia dan

dijadikan sebagai pengganti dari udang windu. Hal ini disebabkan udang windu

sering mengalami kematian massal akibat virus. Udang vannamei banyak

dibudidayakan karena udang vannamei banyak mempunyai keunggulan

diantaranya yaitu dapat mencapai ukuran besar, dapat tumbuh secepat udang

windu (3 g/minggu), dapat dibudidayakan pada kisaran salinitas yang lebar (0,5-

45 ppt), kebutuhan protein yang lebih rendah (20-35%) dibanding udang windu

dan dapat ditebar dengan kepadatan tinggi hingga lebih dari 150 ekor/m2.Selain

itu udang ini mempunyai toleransi terhadap penurunan salinitas, resisten terhadap

penyakit sehingga cocok untuk dibudidayakan di tambak serta harga udang

vannamei cukup mahal membuat permintaan udang vannamei meningkat setiap

tahunnya (Briggs et al., 2004).

Udang vannamei merupakan salah satu komoditas perikanan andalan

Indonesia yang jumlah produksinya meningkat setiap tahunnya. Data produksi

dan data ekspor udang dari tahun 2010 hingga September 2014 ditunjukkan pada

tabel 2.1.

9

Tabel 2.1. Data Volume Produksi dan Ekspor Udang 2010 hingga September 2014

(Dirjen Perikanan Budidaya, 2014).

Bali merupakan provinsi yang mampu memproduksi 2.932 ton udang

vannamei pada tahun 2013 dan 3.104 ton hingga September 2014. Kementerian

Kelautan dan Perikanan (KKP) menyatakan produksi komoditas udang di

Indonesia pada tahun 2015 akan naik 32 persen dibandingkan tahun sebelumnya

dengan target produksi sebesar 785.900 ton (Dirjen Perikanan Budidaya, 2014).

Meningkatnya angka produksi juga diiringi dengan peningkatan jumlah

limbah udang. Udang diekspor 90% berada dalam bentuk beku tanpa kulit dan

kepala sehingga dari proses pembekuan tersebut dihasilkan limbah berupa kulit

dan kepala udang (Natsir et al., 2007; Arif dkk., 2013). Limbah ini selanjutnya

disebut bio-waste dengan perolehan rata rata 45-55% dari bobot udang

keseluruhan (Lertsutthiwong et al., 2002). Knorr (1984) dalam Hossain (2013)

menyatakan bahwa limbah kulit udang mengandung 30-40% protein, 30-50%

kalsium karbonat, dan 20-30% kitin.

10

2.2. Kitin (Poli β-(1,4)-2-Asetamida-2-Deoksi-D-Glukosa)

Kitin merupakan senyawa organik kedua yang paling melimpah di bumi

setelah selulosa. Sejarah penemuan kitin dimulai pada tahun 1811 oleh Henry

Broconnot sebagai hasil isolasi dari jamur, sedangkan kitin dari kulit serangga

diisolasi pertama kali pada tahun 1820-an (Brine, 1984). Kitin berasal dari bahasa

Yunani yaitu Kiton yang berarti baju rantai dan besi. Hal ini sesuai dengan

fungsinya sebagai pelindung untuk hewan hewan golongan invertebrata.

Secara struktural kitin sama seperti selulosa, perbedaannya adalah kitin

merupakan polisakarida amino yang memiliki gugus asetamida (-NHCOCH3)

pada karbon no.2 dan terdiri dari β-(1,4)-2-asetamida-2-deoksi- β-D-glukosa atau

merupakan senyawa poli β-(1,4)-N-asetil-D-glukosamin dengan struktur seperti

pada gambar 2.2.

Gambar 2.2. Struktur Kimia Kitin (Dutta, et al., 2004)

Kitin berada dalam bentuk terikat secara kovalen dengan protein serta

dilapisi mineral kalsium karbonat sehingga menjadi matriks yang keras. Kitin

terdapat melimpah pada kulit kepiting, kulit udang, dan dinding sel jamur serta

pada serangga. Kandungan kitin pada crustacean berkisar 20-30% (Knorr, 1984).

Berdasarkan sumber biosintesisnya kitin ditemukan pada lebih dari 106 spesies

11

yang dibedakan dalam bentuk 3 polimorfisme yaitu α-kitin, β-kitin, dan γ-kitin

(Tolaimate et al., 2003). Kecenderungan polimorfisme digambarkan seperti

gambar 2.3.

Gambar 2.3. Bentuk Polimorfisme dari Kitin (Kumirska, 2011)

Menurut gambar 2.3 dapat dijelskan bahwa β-kitin yang dihasilkan dari

cumi-cumi dan γ-kitin dari golongan fungi sangat mudah dikonversi menjadi α-

kitin dengan perlakuan basa sehingga α-kitin yang dihasilkan oleh Crustacean

lebih banyak digunakan dalam bidang bidang industri (Noishiki et al., 2003).

Kitin merupakan molekul yang stabil terhadap asam dan basa

dibandingkan komponen kulit crustacean yang lain sehingga untuk memisahkan

kitin dari komponen yang lain dapat digunakan dengan asam dan basa. Kitin

berwarna putih, keras, tidak elastis, polisakarida yang mengandung nitrogen. Kitin

mempunyai sifat utama sangat sulit larut dalam air dan beberapa pelarut organik

sehingga reaktifitas kimianya rendah. Menurut Dutta et al. (2004), kitin dapat

larut dalam Hexafluoroisopropanol, Hexafluoroaseton, dan Kloroalkohol dengan

konjugasi asam mineral dan Dimetilasetamida (DMAc) yang mengandung 5%

Litium klorida (LiCl). Kitin dimanfaatkan sebagai prekursor kitosan dengan

produk yang lebih applicable (Jayakumar et al., 2010).

12

2.3. Kitosan (Poli β-(1,4)-Amino-2-Deoksi-D-Glukosa)

Kitosan adalah polisakarida alam yang diperoleh dari deasetilasi kitin

dengan penambahan larutan basa kuat berkonsentrasi tinggi sehingga

menimbulkan substitusi gugus asetil dengan hidrogen menjadi gugus amino

(Bastaman, 1989). Berikut merupakan struktur dari kitosan:

Gambar 2.4. Struktur Kimia Kitosan (Dutta et al., 2004)

Kitosan memiliki bentuk padatan amorf berwarna putih dengan struktur

kristal yang tidak berubah dari bentuk kitin mula-mula (Prasetyaningrum dkk.,

2007). Kitosan merupakan produk deasetilasi dari kitin. Penggantian struktur

asetil menjadi amina membuat kitosan lebih aktif bereaksi sehingga lebih mudah

melarutkan kitosan dalam pelarut yang lebih aman seperti asam asetat. Adanya

gugus amino juga memberi sifat polikationik sehingga kitosan dapat digunakan

untuk mengikat lemak (antikolesterol), mengkelat logam (penanganan limbah),

mengikat zat warna (Dutta et al., 2004).

Kitosan merupakan senyawa dengan harga pKa 6,5. Kelarutan kitosan

bergantung pada pH. Jika pH dibawah 6,5 maka kitosan akan mengalami

protonasi gugus amino sehingga akan meningkatkan kelarutannya (Kumirska et

al., 2011) Spesifikasi kitosan seperti yang tertera pada tabel 2.2.

13

Tabel 2.2. Spesifikasi Kitosan Spesifikasi Keterangan

Warna Putih Bentuk Kristal Berat Molekul 1-5.105 Dalton

Derajat Deasetilasi 60% secara umum; 90-100% deasetilasi penuh.

Kadar Air 2-10% Kadar Abu <2% Nitrogen 7-8,4% Viskositas

Rendah Medium Tinggi Sangat Tinggi

<200 Cps 200-800 Cps 800-2000 Cps >2000 Cps

(Jamaludin, 1994; Suhardi, 1993 dalam Mastuti, 2005).

2.4. Metode Ekstraksi Kitin dan Kitosan

Ekstraksi kitin dan sintesis kitosan terdiri dari 3 tahapan utama

demineralisasi, deproteinisasi, dan deasetilasi, serta tahapan penunjang yaitu

dekolorisasi (Hossain, 2013; Sofia dkk., 2010). Tahapan ekstraksi ini bersifat

tidak mutlak karena kualitas produk yang dihasilkan sangat dipengaruhi oleh

metode yang digunakan dalam mengekstraksi kitin dan kitosan. Pada penelitian

Sofia dkk. (2010) proses dengan urutan demineralisasi, deproteinisasi, deasetilasi,

dan dekolorisasi memberikan hasil rendemen kitosan tertinggi yaitu 19,3% dari

bobot kulit udang windu yang digunakan.

Menurut agen yang digunakan untuk mengektraksi kitin, metode

ekstraksi dibedakan menjadi 2 yaitu ekstraksi secara kimia dan biologi (Arbia et

al., 2013). Pada tahap preparasi kitin (demineralisasi dan deproteinisasi), secara

biologi dapat digunakan fermentasi jamur (contoh: Aspergillus), fermentasi

bakteri (contoh: Lactobacillus), atau dengan menggunakan enzim protease

14

(contoh: Alkalase). Akan tetapi semua metode tersebut memerlukan kondisi yang

spesifik dan mahal. Secara kimia dapat dilakukan dengan menggunakan HCl

untuk demineralisasi dan NaOH sebagai deproteinisasi. Metode kimia ini penuh

dengan pengembangan metode karena sangat mudah untuk dilakukan (Khan et al.,

2001). Selain itu menurut penelitian Beaney et al. (2005) dalam Xu et al. (2013),

ditemukan bahwa kualitas kitin yang diekstraksi dengan metode kimia lebih

mendekati kitosan standar jika dibandingkan dengan metode biologi dengan

proses fermentasi menggunakan bakteri asam laktat terhadap cangkang Neprhrops

norvegicus ditinjau dari segi viskositas yang berhubungan linier dengan

kemudahan produk untuk diaplikasikan (applicable).

a. Demineralisasi

Merupakan proses penghilangan mineral dari cangkang udang. Secara

kimia dapat dilakukan dengan perendaman menggunakan reagen asam seperti

HCl, HNO3, H2SO4, CH3COOH, dan HCOOH akan tetapi HCl merupakan reagen

yang paling sering digunakan (Percot et al., 2003). Menurut penelitian Mahmoud

et al. (2007), asam mineral (HCl) memberikan hasil penghilangan mineral terbaik

jika dibandingkan dengan asam laktat dan asam asetat dalam proses

demineralisasi ditinjau dari penurunan jumlah mineral setelah proses

demineralisasi dari 13,44% menjadi 0,12%. Sedangkan pada penelitian Hendri

dkk. (2007), HCl juga merupakan agen demineralisasi terbaik dibandingkan

HNO3 dan H2SO4 ditnjau dari recovery kitin tertinggi mencapai 53,4% dari 62,5%

bobot sampel yang digunakan.

15

b. Deproteinisasi

Merupakan proses untuk memisahkan ikatan kitin dengan protein yang

terdapat di dalam kulit udang. Kitin berada dalam bentuk terikat secara kovalen

dengan protein serta dilapisi mineral kalsium karbonat sehingga menjadi matriks

yang keras (Younes and Rinaudo, 2015). Untuk mengekstraksi protein dilakukan

dengan perendaman dengan larutan alkali encer yang akan memutus ikatan kitin

dan protein serta melarutkan protein sehingga kitin dapat dipisahkan dengan cara

filtrasi (Peniston and Johnson, 1975).

Secara kimia deproteinisasi dapat dilakukan dengan perendaman dengan

larutan basa seperti NaOH, KOH, dan Ca(OH)2 (Younes and Rinaudo, 2015).

NaOH merupakan basa yang paling sering dan murah untuk digunakan. Sebagian

besar penelitian menerapkan proses ini dengan melakukannya pada suhu 60-70°C

dengan menggunakan larutan NaOH 1 M dengan perbandingan serbuk udang

dengan NaOH = 1:10 (gram serbuk/ml NaOH) sambil diaduk selama 120 menit.

Kemudian campuran dipisahkan dengan disaring untuk diambil endapannya

Pencucian endapan dilakukan dengan menggunakan aquadest sampai pH netral.

Selanjutnya disaring untuk diambil endapannya dan dikeringkan (Hargono dkk.,

2008).

c. Deasetilasi

Deasetilasi merupakan penghilangan gugus asetil (-NHCOCH3) kitin

untuk digantikan dengan gugus amina (-NH2) dengan menggunakan basa kuat

berkonsentrasi tinggi. Reagen yang biasa digunakan adalah NaOH (Mastuti,

2005). Transformasi kitin menjadi kitosan mengakibatkan berkurangnya massa

16

awal. Pada percobaan Arifin (2012), pengurangan massa berkisar 9-26% pada

penaikan konsentrasi 55% hingga 70% NaOH.

Faktor yang mempengaruhi deasetilasi pada penelitian yang dilakukan

Arifin (2012) adalah konsentrasi NaOH, suhu reaksi dan waktu reaksi. Semakin

tinggi konsentrasi NaOH, suhu reaksi ataupun waktu reaksi yang semakin lama

akan memperbanyak gugus asetil yang digantikan oleh gugus amina. Pada

penelitian Purwanti dan Yusuf (2013), penggunaan NaOH 55% tidak memberikan

perbedaan nilai kelarutan kitosan dalam asam asetat yang bermakna dengan

penggunaan NaOH 50% dalam proses deasetilasi yaitu dari 95,8 dan 94,53%

sehingga NaOH 50% merupakan konsentrasi optimum yang digunakan untuk

deasetilasi kitin.

2.5. Asam Salisilat (Asam-O-Hidroksi Benzoat)

Asam salisilat (C7H6O3) mengandung tidak kurang dari 99,5% dengan

bobot molekul (BM) 138,12 gram/mol. Pemerian hablur ringan tidak berwarna

atau serbuk berwarna putih, hampir tidak berbau, rasa agak manis dan tajam.

Kelarutan larut dalam 550 bagian air dan dalam 4 bagian etanol (95%), mudah

larut dalam kloroform dan dalam eter, larut dalam larutan ammonium asetat,

dinatrium hidrogenfosfat, kalium sitrat dan natrium sitrat. Khasiat dan

penggunaan keratolitikum, anti fungi (Depkes RI,1979).

17

Struktur asam salisilat ditunjukkan pada gambar 2.5.

Gambar 2.5. Struktur Kimia Asam Salisilat (Foye, 1995).

Asam salisilat merupakan salah satu asam organik yang pertama kali

diisolasi dari pohon dedalu (Salix sp.). Asam organik ini memiliki kemampuan

untuk menembus sel epidermis dan menyebabkan pembengkakan sel yang disebut

dengan mekanisme keratolitik. Oleh karena itu asam salisilat sering digunakan

untuk meningkatkan penetrasi obat topikal untuk memberikan efek yang

maksimal (Merrinville et.al., 2009).

Kemampuan ini selanjutnya dimanfaatkan Toan (2011) dalam

mengisolasi kitin dan dari limbah cangkang udang windu (Black Tiger Shrimp)

untuk memperoleh kitosan yang dapat membentuk membran plastis yang kuat dan

meningkatkan recovery karena dapat melunakkan cangkang udang sehingga

memaksimalkan penetrasi agen demineralisasi dan deproteinisasi dalam mengikat

mineral dan protein pada cangkang udang (Toan, 2011).

2.6. Derajat Deasetilisasi (DD)

Derajat deasetilasi (DD) merupakan banyaknya gugus amino bebas

dalam polisakarida kitosan yang secara langsung akan mempengaruhi

karakteristik kitosan yang dihasilkan. Kitin yang memiliki DD lebih dari 75%

18

disebut dengan kitosan. Derajat deasetilisasi yang tinggi akan memberikan

viskositas, kelarutan dan biokompatibilitas yang tinggi sehingga produk menjadi

lebih apllicable dan stabil (Kumirska et al., 2011).

Penentuan DD dapat dilakukan dengan titrasi asam basa (Hossain and

Iqbal, 2014; Purwanti, 2014). Titrasi ini memiliki prinsip penetralan larutan asam

dan gugus amina dari kitosan dengan menggunakan larutan basa yang telah

distandarisasi sehingga indikator yang digunakan adalah metilen jingga (Puvvada

et al., 2012). Kitosan dilarutkan dalam HCl akan menghasilkan warna merah

ketika ditetesi indikator metilen jingga dan selanjutnya dititrasi dengan NaOH

hingga berubah warna menjadi jingga (Hossain and Iqbal, 2014).

Menurut Kusumaningsih (2004) dalam Mastuti (2005), kualitas kitosan

secara umum memiliki DD 60% sedangkan pada Hossain and Iqbal (2014)

minimal dikatakan kitosan jika DD 75%. Untuk kualitas teknis kitosan yang

digunakan harus memiliki DD minimal 85%, untuk kualitas makanan, kitosan

yang digunakan memiliki DD 90% sedangkan dalam kualitas kitosan yang

dimanfaatkan dalam bidang farmasetis harus memiliki DD minimal 95% (Mastuti,

2005).

2.7. Viskositas

Viskositas merupakan parameter yang berhubungan dengan kekentalan

suatu bahan yang akan mempengaruhi stabilitas fisiknya. Dalam penelitiannya

Ridwan dkk (2008) menyatakan bahwa viskositas adalah suatu sifat yang

menentukan besarnya daya tahan terhadap gaya geser atau dapat didefinisikan

19

sebagai ketahanan terhadap aliran. Viskositas dari sutau fluida dihubungkan

dengan tahanan terhadap gaya yang menggeserkan fluida pada lapisan yang satu

dengan yang lain. Alat yang digunakan untuk mengukur viskositas disebut dengan

viskometer yang terdiri dari berbagai macam contoh yaitu Viskometer Ostwald

untuk mengukur waktu yang diperlukan suatu fluida untuk mengalir melalui pipa

kapiler, Viskometer Lehman untuk membandingkan kecepatan aliran fluida

dengan cairan pembanding yaitu air, Viskometer Bola Jatuh-Stoke untuk

mengukur kecepatan bola jatuh dalam suatu fluida akibat gaya gravitasi (Bird,

1993).

Viskometer yang digunakan pada penelitian ini adalah viskometer

brookfield tipe DV-E yang dilengkapi dengan spindel yang akan berputar sesuai

dengan kecepatan Rad per Minute (rpm) yang telah diatur. Keunggulan

menggunakan viskometer ini adalah praktis dan cepat untuk dilakukan jika

terdapat pustaka yang mendukung dalam penentuan nomor spindel dan kecepatan

putar spindel.

2.7. Spektrofotometri UV-Visibel

Spektrofotometri serapan merupakan pengukuran suatu interaksi antara

suatu radiasi elektromagnetik dan molekul atau atom dari suatu zat kimia (Depkes

RI, 1995). Spektrofotometri visibel menggunakan teknik analisis spektroskopik

yang memakai sumber radiasi elektromagnetik sinar tampak (380 nm-780 nm)

dengan memakai instrumen spektrofotometer (Gandjar dan Rohman, 2007).

20

Prinsip penentuan spektrofotometer UV-Vis adalah aplikasi dari Hukum

Lambert-Beer yang perhitungannya sesuai dengan persamaan 2.1.

...................................................... (2.1)

Dimana :

A = Absorbansi dari sampel yang akan diukur

T = Transmitansi

Io = Intensitas sinar masuk

It = Intensitas sinar yang diteruskan

ε = Koefisien ekstingsi

b = Tebal kuvet yang digunakan

C = Konsentrasi dari sampel

Panjang gelombang yang digunakan untuk analisis kuantitatif adalah

panjang gelombang yang mempunyai absorbansi maksimal. Dalam menghitung

konsentrasi larutan uji maka terlebih dahulu dibuat kurva hubungan antara

absorbansi dengan panjang gelombang dari suatu larutan baku pada konsentrasi

tertentu seperti pada gambar 2.6.

Gambar 2.6. Kurva Kalibrasi Spektrofotometri UV-Vis (Gandjar dan Rohman,

2007)

A = - log T = - log It / Io = ε . b . C

21

Menurut hukum Lambert-Beer absorban berbanding lurus dengan

konsentrasi. Pada kurva kalibrasi akan diperoleh suatu persamaan regresi yang

menyatakan hubungan linier antara absorbansi dan konsentrasi larutan (Gandjar

dan Rohman, 2007).

Salah satu pemanfaatan spektrofotometri yang dilakukan oleh Henri dkk.

(2007) adalah dapat digunakan dalam penetapan kadar protein dalam sampel.

Metode penetapan protein ini disebut dengan metode kolorimetri yang dapat

dilakukan dengan metode biuret. Prinsip penetapan kadar protein ini adalah

dengan mereaksikan sampel yang mengandung protein dengan reagen biuret yang

salah satu komponennya yaitu CuSO4. Adanya ion Cu2+ akan bereaksi dengan

gugus amina pada protein sehingga menghasilkan warna ungu yang kemudian

dianalisis absorbansinya pada panjang gelombang 540 nm. Kadar protein pada

sampel dapat dihitung berdasarkan kurva kalibrasi yang dihasilkan pada

pengukuran absorbansi standar protein (Henri dkk., 2007).