Optimalisasi Ekstraksi Fenolik Buah Andaliman (Zanthoxylum acanthopodium DC.) sebagai Antioksidan dengan Response Surface Methodology

Abstract

Peningkatan radikal bebas di dalam tubuh dapat disebabkan oleh peningkatan polusi udara akibat perkembangan industrialisasi. Kondisi tersebut menyebabkan stres oksidatif yang memicu kerusakan makromolekul. Radikal bebas di dalam tubuh dapat diatasi oleh senyawa antioksidan. Indonesia memiliki keanekaragaman hayati yang berpotensi dikembangkan sebagai sumber antioksidan alami. Buah andaliman (Zanthoxylum acanthopodium DC.) adalah tumbuhan khas Indonesia yang diketahui mengandung senyawa polifenol yang berpotensi sebagai antioksidan, tetapi pemanfaatannya masih terbatas sebagai pengobatan tradisional dan bumbu masakan. Kualitas dan kuantitas perolehan senyawa ditentukan oleh berbagai faktor, antara lain waktu ekstraksi, rasio padat-cair, dan konsentrasi pelarut. Penelitian ini bertujuan menentukan kondisi ekstraksi yang optimal dari kombinasi waktu ekstraksi, rasio padat-cair, dan konsentrasi etanol untuk memperoleh kandungan polifenol dan kapasitas antioksidan buah andaliman secara maksimal dengan metode Response Surface Methodology (RSM) berbasis rancangan I-optimal.

Metode penelitian terdiri atas beberapa tahapan. Tahap pertama meliputi optimalisasi kondisi ekstraksi berdasarkan rancangan percobaan Response Surface Methodology (RSM) menggunakan rancangan I-optimal. Ekstrak optimalisasi dievaluasi berdasarkan kadar total fenolik (TPC) melalui metode Folin–Ciocalteu, kadar total flavonoid (TFC) melalui metode kompleksasi aluminium klorida, serta kapasitas antioksidan melalui metode DPPH dan FRAP. Kondisi optimal yang telah diperoleh diverifikasi melalui percobaan aktual. Tahap selanjutnya dilakukan dengan membandingkan nilai TPC dan TFC yang diperoleh dari kondisi optimal penelitian ini dengan penelitian terdahulu.

Hasil optimasi numerik menunjukkan bahwa formula optimal diperoleh dengan tingkat desirability 0,776, yaitu kombinasi parameter waktu ekstraksi 3 menit, rasio padat-cair 1:20 mL/g, dan konsentrasi etanol 30%. Signifikansi model yang diperoleh dari kombinasi parameter ekstraksi dianalisis pada taraf kepercayaan 95% dan seluruh respons memiliki p-value <0,05. Nilai TPC dan TFC tertinggi diperoleh pada Run 18 sebesar 45,444 mg GAE/g DW dan 2,119 mg GAE/g DW. Sementara itu, kapasitas antioksidan metode DPPH dan FRAP tertinggi diperoleh pada Run 2 dan Run 20 sebesar 0,882 µmol TE/g DW dan 19,333 µmol TE/g DW. Kondisi optimum diperoleh pada waktu ekstraksi 3 menit, rasio padat-cair 1:20, dan konsentrasi etanol 30% sebesar 45,444 mg GAE/g DW dan 2,119 mg GAE/g DW. Identifikasi lanjutan terhadap profil senyawa ekstrak buah andaliman diperlukan untuk mengetahui perubahan komposisi senyawa akibat variasi parameter.

Increased free radical levels in the body can be caused by rising air pollution resulting from industrial development. This condition leads to oxidative stress, which triggers macromolecular damage. Free radicals in the body can be neutralized by antioxidant compounds. Indonesia has a rich biodiversity with the potential to be developed as a source of natural antioxidants. Andaliman fruit (Zanthoxylum acanthopodium DC.) is an indigenous Indonesian plant known to contain polyphenolic compounds with antioxidant potential; however, its utilization remains limited to traditional medicine and culinary seasoning. The quality and quantity of compounds recovered are determined by various factors, including extraction time, solid-to-liquid ratio, and solvent concentration. This study aimed to determine the optimal extraction conditions, based on the combination of extraction time, solid-to-liquid ratio, and ethanol concentration, to maximize the polyphenol content and antioxidant capacity of andaliman fruit using Response Surface Methodology (RSM) with an I-optimal design.

The research method consisted of several stages. The first stage involved optimizing extraction conditions based on an RSM experimental design using an I-optimal design. The optimized extracts were evaluated for total phenolic content (TPC) using the Folin–Ciocalteu method, total flavonoid content (TFC) using the aluminum chloride complexation method, and antioxidant capacity using the DPPH and FRAP assays. The optimal conditions obtained were verified through actual experiments. The subsequent stage compared the TPC and TFC values obtained under the optimal conditions of this study with those reported in previous studies.

The numerical optimization results showed that the optimal formula was obtained with a desirability value of 0.776, consisting of an extraction time of 3 min, a solid-to-liquid ratio of 1:20 g/mL, and an ethanol concentration of 30%. The significance of the model obtained from the combination of extraction parameters was analyzed at a 95% confidence level, and all responses had p-values <0.05. The highest TPC and TFC values were obtained in Run 18, at 45.444 mg GAE/g DW and 2.119 mg GAE/g DW, respectively. Meanwhile, the highest antioxidant capacities by the DPPH and FRAP assays were obtained in Run 2 and Run 20, at 0.882 µmol TE/g DW and 19.333 µmol TE/g DW, respectively. The optimum conditions were an extraction time of 3 min, a solid-to-liquid ratio of 1:20, and an ethanol concentration of 30%, yielding 45.444 mg GAE/g DW and 2.119 mg GAE/g DW. Further identification of the compound profile of andaliman fruit extract is required to determine changes in compound composition resulting from variations in extraction parameters.