## APLIKASI NANOENKAPSULASI MINYAK KOPI SPECIALTY DENGAN BERBAGAI ENKAPSULAN MENGGUNAKAN METODE FREEZE DRYING

## NANOENKAPSULATION OF SPECIALTY COFFEE OIL WITH A VARIETY OF ENCIPULATIONS USING THE FREEZE DRYING METHOD
Masrukan dan Iva Mindhayani
Prodi Teknologi Pangan, Fakultas Sains dan Teknologi Universitas Widya Mataram Email : mrukan@gmail.com
Diserahkan [7 Desember 2018]; Diterima [25 Juni 2020]; Dipublikasi [3 Juli 2020]

## ABSTRACT
Coffee  oil  extracted  from  specialty  coffee  beans  has  a  variety  of  flavors  that  are  susceptible  to  damage during  storage  and  processing,  so  efforts  are  needed  to  prevent  this  damage  by  nanoencapsulation. Nanoencapsulation is a good way to convert specialty coffee oils from liquid to powder form so it is more stable and has a long shelf life. The encapsulants used are chitosan, maltodesctrin, and a mixture of both. This study aims to determine the physical and chemical characteristics of coffee oil nanocapsules by using the freeze drying method. Physical characteristics of specialty coffee oil nanocapsules: 1.88% moisture content, 92.3% solubility, 17.8% hygroscopicity and oval and irregular morphology. Application of nanoencapsulation in specialty coffee oil is expected to be able to meet the needs of a flavoring agent as a safe food additive with long shelf life.
Keywords: specialty coffee oil, flavoring agent, nanoencapsulation, freeze drying

## ABSTRAK
Minyak kopi yang diekstrak dari biji kopi specialty mempunyai beragam jenis flavor yang rentan terhadap kerusakan  selama  penyimpanan  dan  pengolahan  sehingga  perlu  upaya  untuk  mencegah  kerusakan  tersebut dengan  nanoenkapsulasi.  Nanoenkapsulasi  merupakan  salah  satu  cara yang  baik  untuk mengubah  minyak  kopi specialty  dari  bentuk  cair  ke  bantuk  powder  sehingga  lebih  stabil  dan  mempunyai  daya  simpan  yang  lama. Enkapsulan  yang  digunakan  adalah  kitosan,  maltodesktrin,  dan  campuran  keduanya.  Penelitian  ini  bertujuan untuk mengetahui karakteristik fisik dan kimia  nanokapsul minyak kopi dengan menggunakan metode freeze drying. Karakteristik  fisik  dari  nanokapsul  minyak  kopi specialty :,  kadar  air  1,88%,  kelarutan  92,3%, higroskopisitas 17,8% dan morfologi nanokapsul berbentuk oval dan tidak beraturan. Aplikasi nanoenkapsulasi pada minyak kopi specialty diharapkan mampu memenuhi kebutuhan flavouring agent sebagai bahan tambahan pangan yang aman dengan daya simpan yang lama.
Kata kunci: minyak kopi specialty, flavouring agent , nanoenkapsulasi, freeze drying

## PENDAHULUAN
Kopi  merupakan  salah  satu  komoditas utama  perdagangan  dari  hasil  pertanian, nomor  ke-2  di  dunia  setelah  minyak  bumi (Naidu  dkk.,  2008).  Kopi  Arabika  Okbab Speciality tumbuh pada ketinggian 2750 dpl, curah  hujan  tahunan  mencapai  5.000  mm, suhu berkisar antara 12-24°C dengan kondisi tanah  vulkanik  Kopi specialty mempunyai beragam jenis flavor spesifik dan antioksidan,  apabila  dibandingkan  dengan kopi biasa pada umumnya (Piccino Sebastien dkk,  2014).  Biji  kopi  mengandung  minyak antara  7  -17  %.  Kopi  arabika  mengandung minyak  lebih  tinggi,  rata-rata  sekitar  15  %,
sedangkan  kopi  robusta  rata-rata  hanya mengandung  minyak  10%.  Minyak  kopi dapat  diperoleh  dari  biji  kopi  ( green  coffee oil )  atau  dari  kopi  biji  yang  telah  disangrai ( roasted  coffee  oil ).  Penyangraian  pada  biji menghasilkan  senyawa  yang  bertanggung jawab  terhadap  flavor  kopi.  Minyak  kopi yang  diperoleh  dari  biji  kopi  sangrai  dapat digunakan  sebagai flavoring  agent pada bahan  pangan.  Penggunaan  minyak  kopi tersebut  antara  lain  untuk  memperbaiki minuman  yang  berbahan  dasar  kopi  ( coffee beverages ),  sebagai  flavoring  pada  makanan antara  lain  permen  ( candies ),  kue,  dan pudding (Frascareli dkk., 2011).
Minyak kopi telah banyak dimanfaatkan sebagai  zat  antikarsinogen  (Hatzold,  2012), antioksidan    dan  antiperadangan  (Lee,  K.  J dkk.,  2017).  Meskipun  banyak  digunakan dalam  berbagai  bidang,  minyak  kopi  yang diekstrak dari biji kopi specialty mengandung  asam  lemak  tidak  jenuh sehingga  rentan  terhadap  suhu  tinggi, oksidasi,  sinar  UV  dan  kelembapan  udara. Salah  satu  kerusakan  oksidatif  pada  minyak kopi  adalah  timbul  bau  dan  rasa  tidak  enak, stabilitas  umur  simpan  menurun  serta berpengaruh  pada  sifat  sensoris  (Oliviera dkk,  2005).  Salah  satu  upaya  untuk mencegah  kerusakan  tersebut  adalah  dengan cara enkapsulasi.
Nanoenkapsulasi adalah teknologi untuk melindungi  zat  dalam  ukuran  kecil  yang mengacu pada kemasan bioaktif pada kisaran nano  yakni  10 -9 nm  (Ezhilarsie  dkk.,  2012). Sehingga nanoenkapsulasi mempunyai potensi  untuk  menjaga  dari  kehilangan flavor  pada  minyak  kopi  specialty  dengan cara  menghambat  evaporasi  pada  minyak kopi. Partikel dengan ukuran nano memungkinkan  terjadinya  distribusi  yang lebih  baik  pada  produk  serta  dapat memperluas  permukaan  kontak  partikel dengan  bahan.  Selain  itu,  nanoenkapsulasi memungkinkan  bahan  aktif  yang  ada  pada minyak  kopi  untuk  lepas  secara  berkala melalui  lapisan  enkapsulan,  sehingga  hal  ini juga dapat meningkatkan efisiensi penggunaan bahan aktif (Won dkk., 2008).
Salah satu metode nanoenkapsulasi pada bahan  inti  yang  mudah  megalami  kerusakan akibat  panas  adalah freeze  drying .  Beberapa faktor  yang  dapat  mempengaruhi  retensi senyawa  bioaktif  dalam  nanokapsul  minyak kopi specialty hasil freeze drying
diantaranya adalah jenis enkapsulan, konsentrasi enkapsulan dan rasio antara kopi dengan  enkapsulan.  Pemilihan  enkapsulan untuk  mendapatkan  ukuran  nano  sangat menentukan  keberhasilan  nanoenkapsulasi. Kitosan  dan  maltodekstrin  telah  digunakan untuk  proses  enkapsulasi  berbagai  jenis senyawa  bioaktif  dan  flavor.  Kitosan memberikan perlindungan yang baik terhadap  bahan  inti  dan  dapat  mengikat senyawa  bioaktif  yang  ada  pada  bahan  inti, sementara  maltodekstrin  memiliki  kelarutan yang  tinggi,  tidak  mempunyai  rasa  dan aroma,  serta  baik  untuk  melindungi  flavor dari oksidasi (Saloko dkk., 2012).
Penelitian tentang nanoenkapsulasi minyak  kopi  specialty  dengan  berbagai kombinasi enkapsulan belum banyak diteliti, sehingga aplikasi nanoenkapsulasi diharapkan mampu
menghasilkan nanokapsul minyak kopi specialty yang lebih stabil  dalam  melindungi  komponen  volatil dan bioaktif selama penyimpanan.

## METODE PENELITIAN

## Bahan
Minyak kopi diekstrak dari kopi sangrai specialty  Okbab,  Papua  (160 o C,  1,5  jam) menggunakan pelarut heksana dengan perbandingan (1:4 b/v ) menggunakan rotary evaporator pada suhu 50-60 o C selama 6 jam. Ekstrak  minyak  kopi  disimpan  dalam  botol gelap di dalam cold storage dengan suhu 4 o C sampai digunakan dalam penelitian.
Enkapsulan  yang  digunakan  kitosan  dan maltodekstrin  Sigma  Aldrich  (Steinheim, Germany). Tabel 1 Komposisi campuran minyak kopi dengan berbagai enkapsulan Perlakuan Enkapsulan Rasio minyak kopi  dengan ekapsulan A1 Kitosan 1: 10 (v/v) A2 Maltodekstrin 1: 10 (v/v) A3 Kitosan + maltodekstrin (50:50) 1: 10 (v/v) A4 Kitosan + maltodekstrin (25:75) 1: 10 (v/v) A5 Kitosan + maltodekstrin (75:25) 1: 10 (v/v) Metode Penelitian Nanoenkapsulasi Minyak Kopi
Tahap  ini  bertujuan  untuk  membuat nanokapsul  minyak  kopi  menggunakan
penyalut kitosan, maltodekstrin, dan kombinasi keduanya, kemudian
dikarakterisasi  sifat  fisik  dan  kimianya. Nanokapsul  dibuat  dari  campuran  minyak kopi  dengan  berbagai  enkapsulan:  kitosan,
maltodekstrin,  dan  kombinasi  keduanya ( Tabel  1 )  yaitu  1:10  v/v.  Kemudian campuran dihomogenisasi dengan menggunakan  magnetic  stirrer  5  menit sampai  homogen,  sehingga  terbentuk  suatu emulsi.    Selanjutnya  dilakukan  pengecilan partikel  emulsi  menjadi  nanopartikel  dengan menggunakan dispersing  machine (T  25 digital ultra-turrax, IKA, China)  20.000 rpm selama  20  menit.    Setelah  terbentuk  sistem nanoemulsi,  kemudian  dikeringkan  dengan menggunakan freeze dryer selama 48 jam.

## Metode Analisis
Analisa komposisi
kadar air
menggunakan  analisa  gravimetri  (AOAC, 1990),  kelarutan  mikrokapsul  (Chen  and Jane,  1994  dengan  modifikasi).  Morfologi nanokapsul dianalisa dengan Scanning Electron  Microscope  (SEM  type  JSM-6510 type LA, USA).

## HASIL DAN PEMBAHASAN

## Kadar Air Nanokapsul
Berdasarkan Gambar  1 diperoleh  hasil kadar  air  nanokapsul  yang  dihasilkan  pada penelitian ini berkisar antara 1,05-1,94% dan tidak  menunjukkan  perbedaan  yang  nyata pada  perlakuan  konsentrasi  enkapsulan ( p <0,05).
Nilai  kadar  air  yang  diperoleh  dalam penelitian  ini  merupakan  nilai  yang  kecil untuk  kadar  air  nanokapsul  sehingga  bisa diartikan  bahwa  hampir  sebagian  besar  air dalam  kapsul  menguap  dalam  proses atomisasi  pada  waktu  proses freeze  drying. Kecilnya  kadar  air  juga  dipengaruhi  oleh karakteristik  enkapsulan  yang  digunakan. Meskipun hasil kadar air nanokapsul minyak kopi  tidak  berbeda  nyata  secara  statistik, Tonon et al . (2011) bahwa acai juice powder yang  disalut  dengan  gum  arabic  memiliki kadar air lebih tinggi dibanding dengan acai juice powder yang disalut dengan maltodekstrin.

## Kelarutan Nanokapsul
Kelarutan nanokapsul berhubungan dengan  penggunaanya  dalam  bahan  pangan ( Gambar  2 ).  Semakin  mudah  larut,  maka akan  semakin  mudah  dalam  penanganan proses.  Kelarutan  merupakan  kemampuan suatu  zat  terlarut  untuk  dapat  larut  dalam suatu  pelarut  tertentu  pada  keadaan  tertentu membentuk  larutan  homogen  (Chen  and Jane,  1994).  Nanokapsul  minyak  kopi dengan  konsentrasi  penyalut  10%  (w/v)  dan rasio  enkapsulan  kitosan  dan  maltodekstrin (75:25)  yaitu    92,31%.  Nilai  kelarutan tersebut  tergolong  tinggi  disebabkan  oleh kandungan  maltodekstrin  sebagai  penyalut, dimana  maltodekstrin  memiliki  kelarutan yang tinggi di dalam air  maupun minyak.
Gambar 1 Kadar air (Ka) nanokapsul dengan enkapsulan kitosan dan maltodekstrin. Huruf yang berbeda di belakang angka pada histogram menunjukkan perbedaan nyata ( p <0,05)
1.90b 1.95b 1.90b 1.93b 1.88b 1.78 1.80 1.82 1.84 1.86 1.88 1.90 1.92 1.94 1.96 1.98 Kitosan Maltodekstrin
Kitosan maltodeksrin (50:50) Kitosan maltodeksrin (25:75) Kitosan maltodeksrin (75:25)
k ada r ai r (% )
Gambar 2 Kelarutan nanokapsul dengan enkapsulan kitosan dan maltodekstrin. Huruf yang berbeda di belakang angka pada histogram menunjukkan perbedaan nyata ( p <0,05)
Secara  statistik  tiap  perlakuan  tidak menunjukkan  perbedaan  yang  signifikan. Artinya  setiap  perlakuan  menunjukkan  nilai persen  kelarutan  yang  sama.  Mozafari et  al . (2006)  menyatakan  bahwa  dengan  teknik mikroenkapsulasi dapat menghasilkan produk  yang  memiliki  luas  permukaan  lebih besar; meningkatkan kelarutan, bioavailabilitas  dan controll  release .  Sesuai dengan  hal  tersebut,  dalam  penelitian  ini telah  dihasilkan  produk  nanokapsul  yang memiliki kelarutan tinggi sehingga diharapkan  nantinya  apabila  diaplikasikan akan mempermudah dalam proses pengolahan.

## Higroskopisitas Nanokapsul
Higroskopis nanokapsul sangat dipengaruhi  oleh  sifat  bahan  inti  dan penyalut  yang  digunakan.  Nanokapsul  yang dihasilkan  pada  penelitian  ini  memiliki higroskopisitas  yang  cukup  tinggi  berkisar 17,50-19,17  %.  Persentase  nilai  higroskopis
relatif  tinggi    didapatkan  pada  nanokapsul minyak  kopi  dengan  konsentrasi  enkapsulan kitosan  dan  maltodekstrin  (50:50)  yaitu 19,17%,  meskipun  pada  campuran  kitosan dan  maltodekstrin  (50:50)  menunjukan  nilai higroskopisitas  yang  tidak  berbeda  nyata pada nilai higroskopisitas yang relatif tinggi. Higroskopisitas  nanokapsul  minyak  kopi kopi dapat dilihat pada Gambar 3 .
Hal  ini  disebabkan  karena  konsentrasi bahan inti yang rendah dan sifat higroskopis bahan  enkapsulan  menyebabkan  nanokapsul menyerap air dalam jumlah banyak. Enkapsulan  maltodesktrin memiliki  sifat yang  sangat  higroskopis  setelah  proses pengeringan,  bahan  langsung  menyerap  uap air,  makin  banyak  uap  air  yang  diserap  oleh bahan  maka  makin  tinggi  kadar  airnya. Sehingga dapat disimpulkan bahwa higroskopisitas  nanokapsul  yang  terbaik sangat dipengaruhi oleh besarnya konsentrasi enkapsulan.
89.56a
92.02a 91.14a 82.59a 92.31a 76.00 78.00 80.00 82.00 84.00 86.00 88.00 90.00 92.00 94.00 Kitosan Maltodekstrin
Kitosan maltodeksrin (50:50) Kitosan maltodeksrin (25:75) Kitosan maltodeksrin (75:25)
K el ar uta n (%) Jenis enkapsulan
Gambar 3 Higroskopisitas nanokapsul minyak kopi Okbab dengan enkapsulan. Huruf yang berbeda di belakang angka pada histogram menunjukkan perbedaan nyata ( p <0,05)

## Profil SEM nanokapsul
Struktur nanokapsul mempengaruhi karakteristik nanokapsul. Nanokapsul diamati  dengan  menggunakan Scanning Electron Microscope (SEM)  yang  bertujuan untuk  melihat  bentuk  dan  tekstur  dari partikelnya.  Berikut  ini  adalah Gambar  4 yang  menampilkan  kenampakan  partikel nanokapsul  minyak  kopi  specialty  dengan bahan  penyalut  kitosan  dan  maltodekstrin (75:25).
Pada Gambar  4 dapat  dilihat  profil morfologi  nanokapsul  berbentuk  seperti serpihan  tidak  beraturan  dan  berongga,  pada bagian  dalam  kapsul  terlihat  minyak  kopi sedangkan lapisan luar merupakan enkapsuslan  (maltodekstin  dan  kitosan). Kapsul mengalami aglomerasi karena pengeringan  dengan  menggunakan  metode freeze  drying tidak  mampu  memisahkan
antar  nanokapsul  yang  terbentuk.  Selain  itu, proses penggerusan nanokapsul menyebabkan  kapsul  berbentuk  serpihan tipis  yang  tidak  merata,  bentuk  inilah  yang diharapkan  pada  nanoenkapsulasi  untuk melindungi  senyawa  aktif  dari  kerusakan akibat  pengaruh  panas  dan  oksigen  (Goubet et  al. 1998).  Bentuk  kapsul  ini  juga  serupa dengan  yang  diperoleh  oleh  Charikleia  dan Constantina, (2014)  pada  enkapsulasi fennel oleoresin  dengan  enkapsulan  gum  arabic yang dikombinasi dengan pati termodifikasi, maltodekstrin  dan  kitosan,  menggunakan pengeringan freeze  drying .  Meskipun  masih mengalami  aglomerasi  namun  permukaan nanokapsul tampak mulus dan tidak mengalami  bocor  atau cracking sehingga pelepasan bahan aktif flavor yang terkapsulkan tidak terjadi.
18.81ab 17.50a 19.13ab 19.17ab 17.87b 16.50 17.00 17.50 18.00 18.50 19.00 19.50 Kitosan Maltodekstrin Kitosan
maltodeksrin (50:50) Kitosan maltodeksrin (25:75) Kitosan maltodeksrin (75:25) Hig rosk opi si tas (% ) Jenis enkapsulan
Gambar 4 Profil morfologi nanokapsul minyak kopi dengan perbesaran 5000 X

## KESIMPULAN
Kondisi  optimum  pada  nanoenkapsulasi minyak  kopi  specialty  okbab  dengan menggunakan  metode freeze  drying yaitu kombinasi enkapsulan kitosan dan maltodekstrin  (75:25%).  Karakteristik  fisik dan kimia nanokapsul minyak kopi specialty okbab  :,  kadar  air  1,88%,  kelarutan  92,3%, higroskopisitas 17,8% dan morfologi nanokapsul  berbentuk  oval  dan  tidak beraturan.

## DAFTAR PUSTAKA
Association  of  Official  Analytical  Chemists (AOAC).  1990. Official  Analytical Chemist  Official  Methods  on  Analysis . 18th Ed, Gaithersburg, Maryland
Charikleia  Chranioti  &  Constantina  Tzia. 2014.  Binary  Mixtures  of  Modified Starch,  Maltodextrin  and  Chitosan  as Efficient  Encapsulating  Agents  of Fennel  Oleoresin. Food  Bioprocess Technology 6:3238–3246.
Ezhilarsi,  P.N.,  P.  Kharthik.,  N.  Channwal., and  C.  Anandharamakrishman.  2012.
Nanoencapsulation Techniques for
Food Bioactive Components: A Review. Review Paper Food Bioprocess Technology 6(6), 28-647. Frascareli, E.C., Silva, V.M., Tonona,, R.V., and Hubinger, M.D. 2011. Pshysicochemical  Properties  of  Coffee Oil  Microcapsiles  Produces  by  Spray Drying. Food and bioproducts processing 90: 413–424.
Goubet,  I.,  Le  Quere,  J.  L.,  &  Voiley,  A.  J. 1998.  Retention  of  aroma  compounds by  carbohydrates:  influence  of  their physicochemical  characteristics  and  of their  physical  state.  A  review. Journal of  Agricultural  and  Food  Chemistry , 46, 1981–1990.
Hatzold,  T.  2012. Coffee:  Emerging  health effects  and  disease  prevention .  In  Y.  - F.  Chu  (Ed.),  Introduction  (pp.  1–20). New York: John Wiley & Sons, Ltd.
Lee,  K.  J.,  &  Jeong,  H.  G.  2007.  Protective effects of kahweol and cafestol against hydro-gen  peroxide-induced  oxidative stress  and  DNA  damage. Toxicology Letters .173, 80–87.
Mozafari M R, Flanagan J, Matia-Merino L, Awati  A,  Omri  A,  Suntres  Z  E  and Singh  H  (2006)  Recent  trends  in  the lipid-based nanoencapsulation of antioxidants  and  their  role  in  foods. Journal  of  the  Science  of  Food  and Agriculture 86 2038–4205.
Naidu,  M.M.,  Sulochnamma,  G.,  Sampathu, S.R.,  Srinivas,  P.  ,  2008.  Studies  on extraction  and  antioxidant  potential  of green  coffee. Food  Chem. 107  (1), 377–384.
Oliveira,  A.L.,  Cruz,  P.M.,  Eberlin,  M.N., Cabral,  F.A.,  2005.  Brazilian  roasted coffee  oil  obtained  by  mechanical
expelling:compositional  analysis  by GC–MS.  Ciênc. Tecnol. Aliment.
25(4),677–682.
Piccino Sebastian,Renaud Boulanger, Frederic Descroix, Alain Shum Cheong Sing.  2014.  Aromatic  composition  and potent  odorants  of  the  “ specialty coffee”  brew  “Bourbon  Pointu” correlated to its three trade classiﬁcations. Food Research International 61: 264–271
Saloko,  S.,  P.  Darmadji.,  B.  Setiaji.,  and  Y. Pranoto.  2014.  Antioxidative  and Antimicrobial  Activities  of  Liquid Smoke  Nanocapsules  using  Chitosan and  Maltodextrin  and  its  Application on  Tuna  Fish  Preservation. Journal  of Food Bioscience. 7: 71-79
Standar Nasional Indonesia. 2008. Biji Kopi . SNI 01-2907-2008
Tonon,  V.R.,  Brabet,  C.  and  Hubinger,  M. 2011. Spray drying of acai juice: Effect of inlet temperature and type of carrier agent . Journal of Food Processing and Preservation 5: 691-700.
Won,  J.,  M.H.  Oh.,  J.M.  Oh.,  M.S.  Kang.,
J.H.  Choy.,  and  S.  Oh.  2008.  Stability Analysis of Zinc Oxide- Nanoencapsulated Conjugated Linoleic Acid and GammaLinolenic Acid
Journal of Food Science . 73:8:N39–43.