Pengembangan Pelapis Aktif Antimikroba Berbasis Pektin dan Nanoemulsi Lipid untuk Memperpanjang Masa Simpan Pisang Mas Kirana (Musa acuminata Colla)

Abstract

Pelapis/film edibel pektin memiliki sifat mekanik yang baik, mampu mengontrol pertukaran gas, dan penghalang yang sangat baik untuk minyak, aroma dan oksigen pada buah kering maupun terolah minimal. Namun, pelapis pektin memiliki permeabilitas terhadap uap air tinggi dan tingkat elongasi yang rendah. Pembuatan pelapis komposit dengan penambahan lipid merupakan salah satu upaya meningkatkan sifat fungsional pelapis edibel berbasis pektin. Lilin lebah sangat efektif dalam menurunkan permeabilitas uap air film edibel karena memiliki hidrofobisitas yang tinggi. Asam lemak seperti asam oleat juga sering ditambahkan pada formulasi pelapis. Selain sebagai matriks, asam lemak juga memiliki efek plasticizer pada pelapis. Kombinasi pektin dengan campuran lipid seperti lilin lebah dan asam oleat merupakan alternatif yang menarik karena efek plasticizer asam lemak dan kemampuan menahan perpindahan uap air oleh lilin lebah akan memperbaiki karakteristik dari pelapis pektin. Pembuatan pelapis/film komposit dari pektin dan lipid membentuk emulsi, dimana lipid diharapkan akan terdispersi pada struktur film secara merata. Namun, pendispersian ini umumnya terjadi tidak homogen karena perbedaan sifat antara lipid dan pektin. Hal ini menyebabkan pelapis/film terlihat buram dan rapuh, akumulasi gas internal yang memberikan kesan off flavor pada produk, serta menghasilkan struktur permukaan pelapis yang tidak homogen. Untuk memperbaiki karakteristik pelapis/film komposit salah satunya adalah dengan membuat emulsi lipid dalam ukuran nano. Semakin kecil ukuran partikel lipid, semakin homogen pendispersian material hidrofobik. Pada saat ini belum ada penelitian mengenai pembuatan pelapis/film komposit antara komponen hidrokoloid pektin dengan nanoemulsi campuran lipid. Pada penelitian ini juga dilakukan penambahan antimikroba kalium sorbat dan material nano partikel seng oksida (NP-ZnO) pada pelapis/film edibel. Penambahan antimikroba tersebut, selain meningkatkan fungsional pelapis/film juga mampu memperbaiki karakteristik pelapis/film. Pisang mas kirana merupakan salah satu produk hortikultura yang dijual berdasarkan kualitas penampilan produk. Sebagai komoditi klimakterik pisang mengalami peningkatan laju respirasi pada fase pematangan. Proses ini menyebabkan berbagai perubahan fisikokimia dan organoleptik pisang sehingga memengaruhi masa simpan pisang. Oleh karena itu diperlukan usaha untuk memperlambat laju pematangan sekaligus melindungi pisang dari serangan mikroba untuk memperpanjang masa simpan pisang. Teknik pelapisan diharapkan dapat memperbaiki dan mempertahankan kualitas serta memperpanjang masa simpan buah pisang mas kirana. Tujuan dari penelitian ini adalah (a) menentukan formulasi yang tepat untuk mendapatkan nanoemulsi lipid yang memiliki karakteristik yang baik untuk pembuatan pelapis/film berbasis pektin. (b) membuat pelapis berbasis pektin dan nanoemulsi lipid dengan kapasitas antimikroba dan (c) mengukur pengaruh aplikasi pelapis aktif antimikroba berbasis pektin dan nanoemulsi lipid terhadap kualitas pisang mas kirana selama penyimpanan. Penelitian ini dilakukan dalam tiga tahap yaitu: (1) pembuatan nanoemulsi campuran lipid (lilin lebah:asam oleat yaitu 100:0, 75:25, 50:50, 25:75) menggunakan high-speed homogenizer. Analisis terhadap nanoemulsi lipid yang dihasilkan meliputi pH, viskositas, ukuran partikel, indeks polidispersitas, potensial zeta, dan stabilitas; (2) pembuatan pelapis/film berbasis pektin dan nanoemulsi lipid dengan kapasitas antimikroba. Pada tahap ini dilakukan penambahan nanoemulsi campuran lipid terbaik pada tahap 1, jenis antimikroba (kalium sorbat dan NP-ZnO) dengan konsentrasi 0,75% serta karakterisasi pelapis/film yang terbentuk; (3) aplikasi pelapis antimikroba berbasis pektin dan nanoemulsi lipid pada buah pisang mas kirana dengan teknik penyemprotan dan mengukur pengaruh pelapis terhadap kualitas pisang mas yang meliputi susut bobot, kekerasan, total padatan terlarut (TPT), warna dan sifat organoleptik (warna, penampakan, kekerasan, rasa, aroma, keseluruhan) selama penyimpanan pada suhu ruang (T = ± 28 oC dan RH = 85 %). Hasil penelitian menunjukkan bahwa emulsi yang dihasilkan adalah nanoemulsi lipid dengan ukuran partikel berkisar antara 18,02 nm sampai 457 nm. Nanoemulsi lipid dengan rasio lilin lebah dan asam oleat 75:25 serta konsentrasi Tween 80 sebesar 7,5% adalah nanoemulsi terbaik yang dipilih untuk tahap selanjutnya. Formula tersebut menghasilkan nanoemulsi dengan karakteristik ukuran partikel 20,34 nm, PDI 0,173, potensial zeta -9,17 mV dan viskositas 3,00 cP. Film komposit pektin/nanoemulsi lipid, dengan penambahan antimikroba kalium sorbat dan NP-ZnO yang dihasilkan dipengaruhi oleh konsentrasi nanoemulsi dan jenis antimikroba yang ditambahkan. Film dengan antimikroba kalium sorbat meningkatkan laju transmisi uap air (WVTR) dan % pemanjangan, menurunkan kuat tarik, dan efektif menghambat pertumbuhan P. digitatum. Penambahan NP-ZnO pada film komposit memengaruhi viskositas pelapis dan ketebalan film, menurunkan WVTR dan transparansi, meningkatkan kuat tarik dan % pemanjangan serta efektif mengontrol S. aureus. Aplikasi pelapis aktif antimikroba berbasis pektin dan nanoemulsi lipid pada pisang mas kirana mampu menunda perubahan warna kulit, pelunakan, perubahan TPT dan memperpanjang umur simpan buah pisang mas kirana. Pisang dengan film komposit yang mengandung kalium sorbat memiliki masa simpan sampai 11 hari dan pisang dengan film komposit yang mengandung NP-ZnO memiliki masa simpan sampai 12 hari. Sementara pisang kontrol memiliki masa simpan 7 hari pada kondisi penyimpanan suhu ruang (T = ± 28 oC dan RH = 85 %). Nilai organoleptik, warna, kekerasan, aroma dan rasa pisang dengan pelapisan dan pisang kontrol meraih nilai maksimum yang sama. Namun pisang dengan pelapisan mengalami perubahan organoleptik yang lebih lama dibandingkan dengan pisang kontrol. Selain itu, nilai orgnoleptik penampakan dan penerimaan keseluruhan, pisang dengan pelapisan lebih tinggi dari pisang kontrol. Hal ini menunjukkan bahwa pelapisan mampu mempertahankan kualitas pisang lebih lama.

Pectin edible coatings/films have good mechanical properties, are able to control gas exchange, and are excellent barriers to oil, aroma and oxygen in dried and minimally processed fruit. However, pectin coatings have a high permeability to water vapor and a low level of elongation. Making composite coatings with the addition of lipids is an effort to improve the functional properties of pectin-based edible coatings. Beeswax is very effective in reducing the vapor permeability of edible films because it has high hydrophobicity. Fatty acids such as oleic acid are also frequently added to coating formulations. Aside from being a matrix, fatty acids also have a plasticizing effect on coatings. The combination of pectin with a mixture of lipids such as beeswax and oleic acid is an attractive alternative because the plasticizer effect of fatty acids and the ability to withstand the transfer of water vapor by beeswax will improve the characteristics of the pectin coating. Making composite coatings/films from pectin and lipids to form emulsions, where the lipids are expected to be evenly dispersed in the film structure. However, this dispersion generally occurs inhomogeneously due to the different properties between lipids and pectins. This causes the coating/film to look opaque and brittle, internal gas accumulation gives an off flavour to the product, and also results in an inhomogeneous coating surface structure. One way to improve the characteristics of composite coatings/films is to make lipid emulsions in nano size. The smaller the lipid particle size, the more homogeneous the dispersion of the hydrophobic material. At this time there has been no research on the manufacture of composite coatings/films between pectin and lipid mixture nanoemulsions. In this study, the addition of antimicrobial potassium sorbate and zinc oxide (NP-ZnO) nanoparticles was also carried out on edible coatings/films. The addition of these antimicrobials, apart from increasing the functionality of the coating/film, is also able to improve the characteristics of the coating/film. Mas kirana banana is a horticultural product that is sold based on the quality of the product appearance. As a climacteric commodity, bananas experience an increase in respiration rate during the ripening phase. This process causes various physicochemical and organoleptic changes in bananas that affect their shelf life. Therefore, efforts are needed to slow down the rate of ripening while protecting bananas from microbial attack to extend the shelf life of bananas. The coating technique is expected to improve and maintain quality and extend the shelf life of mas kirana bananas. This research was conducted in three stages: (1) preparation of a nanoemulsion mixture of lipids (beeswax:oleic acid namely 100:0, 75:25, 50:50, 25:75) using a high-speed homogenizer. Analysis of the resulting lipid nanoemulsion includes pH, viscosity, particle size, polydispersity index, zeta potential, and stability (2) preparation of pectin-based coatings/films and lipid nanoemulsions with antimicrobial capacity. At this stage, the best lipid mixture nanoemulsion was added in stage 1, the type of antimicrobial (potassium sorbate and NP-ZnO) with a concentration of 0.75% and the characteristics of the coating/film formed; (3) application of pectin-based antimicrobial coatings and lipid nanoemulsions on mas kirana bananas by spraying technique and measuring the effect of the coating on the quality of mas bananas which includes weight loss, hardness, total soluble solids (TPT), color and organoleptic properties (color, appearance, hardness, taste, aroma, overall during storage at room temperature T = ± 28 oC and RH = 85 %. The results showed that the resulting emulsion was a lipid nanoemulsion with a particle size of less than 500 nm. Lipid nanoemulsion with a ratio of beeswax and oleic acid of 75:25 and a Tween 80 concentration of 7.5% was the best nanoemulsion chosen for the next stage. The formula produces a lipid nanoemulsion with a particle size of 20.34 nm, a PDI of 0.173, a zeta potential of -9.17, and a viscosity of 3.00 cP. The composite film of pectin/lipid nanoemulsion, with the addition of antimicrobial potassium sorbate and NP-ZnO produced was influenced by the concentration of the nanoemulsion and the type of antimicrobial added. The films with antimicrobial potassium sorbate had increased water vapour transmision rate (WVTR) and % elongation, decreased tensile strength, and effectively inhibited the growth of P. digitatum. The addition of NP-ZnO to composite films affected the film viscosity and thickness, reduced WVTR and transparency, increased tensile strength and % elongation and effectively controlled the growth of S. aureus. The application of active pectin-based antimicrobial coatings and lipid nanoemulsions on mas kirana bananas delayed skin discoloration, softening, changing of TPT and extended the shelf life of mas kirana bananas. The bananas with composite films containing potassium sorbate had a shelf life of up to 11 days and the bananas with composite films containing NP-ZnO had a shelf life of up to 12 days, while control bananas had a shelf life of 7 days at room temperature (T = ± 28 oC and RH = 85 %). Organoleptic values of color, hardness, aroma, and taste of coated bananas and control bananas achieved the same maximum value. However, coated bananas had a longer time to change compared to control bananas. In addition, coated bananas had the appearance and overall acceptability were higher than control bananas. This showed that the coating was able to maintain the quality of bananas longer.