OPTIMASI EKSTRAKSI DAN KULTUR AKAR IN VITRO SENYAWA POLIFENOL DAN ANTIOKSIDAN PADA TEMULAWAK

Abstract

Temulawak (Curcuma xanthorrhiza Roxb.) merupakan tanaman obat asli Indonesia yang memiliki nilai strategis dalam bidang kesehatan, pangan fungsional, dan industri jamu. Rimpangnya kaya akan metabolit sekunder, seperti polifenol, flavonoid, kurkuminoid, serta minyak atsiri (xanthorrhizol), yang berperan sebagai antioksidan alami dan memiliki berbagai aktivitas farmakologis, antara lain antiinflamasi, hepatoprotektif, antidiabetes, dan antikanker. Potensi bioaktivitas yang tinggi menjadikan temulawak berpeluang besar dikembangkan sebagai bahan baku fitofarmaka dan produk biofarmasi modern. Meskipun demikian, optimalisasi pemanfaatan senyawa bioaktif dari temulawak masih menghadapi beberapa tantangan, terutama terkait efisiensi proses ekstraksi dan upaya peningkatan kandungan metabolit sekunder. Oleh karena itu, penelitian ini bertujuan untuk memperoleh kombinasi kondisi ekstraksi terbaik guna menghasilkan ekstrak rimpang temulawak dengan total fenolik, total flavonoid dan kapasitas antioksidan yang maksimal menggunakan metode Microwave-Assisted Extraction (MAE). Selain itu, penelitian ini juga menerapkan pendekatan bioteknologi melalui kultur akar in vitro dengan perlakuan elisitasi untuk meningkatkan akumulasi metabolit sekunder secara terkontrol dan berkelanjutan. Penelitian ini terdiri atas dua tahapan utama. Tahap pertama adalah optimasi proses ekstraksi menggunakan MAE dengan pendekatan Response Surface Methodology (RSM) berbasis BBD, dengan variasi konsentrasi etanol, daya microwave, dan waktu ekstraksi. Parameter respon yang diamati meliputi kandungan total fenolik (TPC), total flavonoid (TFC), dan kapasitas antioksidan menggunakan metode Ferric Reducing Antioxidant Power (FRAP). Hasil optimasi menunjukkan bahwa kondisi ekstraksi optimum dicapai pada konsentrasi etanol 96%, daya microwave 100 W, dan waktu ekstraksi 2,384 menit. Pada kondisi tersebut diperoleh nilai TPC sebesar 19,54 mg GAE/g DW, TFC sebesar 145,90 mg QE/g DW, serta kapasitas antioksidan sebesar 13,31 µmol TE/g DW. Nilai desirability sebesar 0,990 menunjukkan tingkat kesesuaian model yang sangat tinggi terhadap kondisi optimum yang dihasilkan. Hasil verifikasi model juga menunjukkan nilai Relative Standard Error (RSE) < 5% serta uji One Sample t-Test dengan nilai p > 0,05, yang mengindikasikan bahwa model optimasi yang digunakan bersifat valid dan akurat. Tahap kedua dilakukan pengembangan kultur akar in vitro temulawak yang dielisitasi menggunakan dua jenis elisitor dengan variasi konsentrasi, yaitu kitosan (50 dan 100 mg/L) dan asam salisilat (5 dan 10 mg/L), disertai penambahan sukrosa pada konsentrasi 30 dan 60 g/L. Biomassa akar in vitro yang dihasilkan selanjutnya diekstraksi menggunakan kondisi optimum MAE yang diperoleh pada tahap pertama. Selanjutnya dilakukan analisis terhadap kandungan TPC, TFC, dan kapasitas antioksidan (FRAP) untuk mengevaluasi efektivitas perlakuan elisitasi. Hasil penelitian menunjukkan bahwa kombinasi perlakuan kitosan 100 mg/L dan sukrosa 30 g/L menghasilkan nilai tertinggi, yaitu TPC sebesar 1,96 mg GAE/g FW, TFC sebesar 2,37 mg QE/g FW, serta kapasitas antioksidan sebesar 3,17 µmol TE/g FW. Analisis statistik menggunakan Two-Way ANOVA yang dilanjutkan dengan uji Tukey HSD menunjukkan adanya perbedaan yang signifikan antarperlakuan (p < 0,05), sehingga dapat disimpulkan bahwa jenis dan konsentrasi elisitor berpengaruh nyata terhadap peningkatan kandungan metabolit sekunder pada kultur akar in vitro. Secara keseluruhan, integrasi antara optimasi metode ekstraksi MAE dan penerapan teknologi kultur akar in vitro dengan elisitasi dalam penelitian ini memberikan pendekatan yang inovatif, efektif, dan berkelanjutan dalam meningkatkan produksi senyawa bioaktif dari temulawak. Hasil penelitian ini diharapkan dapat mendukung pengembangan temulawak sebagai sumber bahan baku industri farmasi dan pangan fungsional, sekaligus memperkuat pemanfaatan keanekaragaman hayati Indonesia melalui pendekatan ilmiah berbasis bioteknologi modern.

Temulawak (Curcuma xanthorrhiza Roxb.) is a medicinal plant native to Indonesia that holds strategic value in the fields of health, functional foods, and the herbal medicine industry. Its rhizomes are rich in secondary metabolites, such as polyphenols, flavonoids, curcuminoids, and essential oils (xanthorrhizol), which act as natural antioxidants and possess various pharmacological activities, including anti-inflammatory, hepatoprotective, antidiabetic, and anticancer effects. Its high bioactivity potential makes C. xanthorrhiza a prime candidate for development as a raw material for phytopharmaceuticals and modern biopharmaceutical products. However, optimizing the utilization of bioactive compounds from C. xanthorrhiza still faces several challenges, particularly regarding extraction process efficiency and efforts to increase secondary metabolite content. Therefore, this study aims to determine the optimal extraction conditions to produce C. xanthorrhiza rhizome extract with maximum total phenolic content, total flavonoid content, and antioxidant capacity using the Microwave-Assisted Extraction (MAE) method. Additionally, this study also employs a biotechnology approach through in vitro root culture with elicitation treatments to enhance the accumulation of secondary metabolites in a controlled and sustainable manner. This study consisted of two main stages. The first stage involved optimizing the extraction process using MAE with a BBD-based Response Surface Methodology (RSM) approach, varying ethanol concentration, microwave power, and extraction time. The response parameters observed include total phenolic content (TPC), total flavonoid content (TFC), and antioxidant capacity using the Ferric Reducing Antioxidant Power (FRAP) method. The optimization results indicate that optimal extraction conditions were achieved at an ethanol concentration of 96%, microwave power of 100 W, and an extraction time of 2,384 minutes. Under these conditions, TPC was 19,54 mg GAE/g DW, TFC was 145,90 mg QE/g DW, and antioxidant capacity was 13,31 µmol TE/g DW. A desirability value of 0,990 indicates a very high level of model fit to the resulting optimal conditions. Model verification results also showed a Relative Standard Error (RSE) < 5% and a One-Sample t-Test with a p-value > 0,05, indicating that the optimization model used is valid and accurate. The second stage involved the in vitro development of temulawak root cultures elicited using two types of elicitors at varying concentrations: chitosan (50 and 100 mg/L) and salicylic acid (5 and 10 mg/L), with the addition of sucrose at concentrations of 30 and 60 g/L. The resulting in vitro root biomass was then extracted using the optimal MAE conditions obtained in the first stage. Subsequently, analyses of TPC, TFC, and antioxidant capacity (FRAP) were performed to evaluate the effectiveness of the elicitation treatments. The results showed that the combination of 100 mg/L chitosan and 30 g/L sucrose produced the highest values: TPC of 1,96 mg GAE/g FW, TFC of 2,37 mg QE/g FW, and antioxidant capacity of 3,17 µmol TE/g FW. Statistical analysis using Two-Way ANOVA followed by Tukey’s HSD test revealed significant differences among treatments (p < 0,05), indicating that the type and concentration of the elicitor significantly influence the increase in secondary metabolite content in in vitro root cultures. Overall, the integration of MAE extraction method optimization and the application of in vitro root culture technology with elicitation in this study provides an innovative, effective, and sustainable approach to enhancing the production of bioactive compounds from C. xanthorrhiza. The results of this study are expected to support the development of C. xanthorrhiza as a source of raw materials for the pharmaceutical and functional food industries, while also strengthening the utilization of Indonesia’s biodiversity through a scientific approach based on modern biotechnology.