Mikrokapsul Multilayer Berbahan Isolat Protein Kedelai Lokal Menggunakan Metode Adsorpsi Layer-by-Layer

Abstract

Mikroenkapsulasi yang dibuat dengan teknik adsorpsi layer-by-layer (LbL) dapat menghasilkan mikrokapsul multilayer yang dapat diatur ukuran, ketebalan, permeabilitas, stabilitas, responsibilitas dan bahan yang dikapsulasi. Metode ini membentuk secara self-assembly (perakitan sendiri) berdasarkan fenomena fisikakimia yang terjadi secara alami, yaitu penyusunan secara bergantian bahan dinding mikrokapsul yang bermuatan positif dan negatif. Dinding mikrokapsul ini dapat dibuat dari nanofibril whey protein isolate (WPI) yang bermutan positif dan high methoxyl pectin (HMP) yang bermuatan negatif. Peran nanofibril WPI pada proses penyusunan dinding mikrokapsul dapat digantikan oleh fibril dari protein jenis lain yang sifat-sifatnya, terutama muatannya sesuai dengan sistemnya. Nanofibril dari soy protein isolate (SPI) yang terbuat dari kedelai lokal adalah salah satu fibril yang berpotensi menggantikan nanofibril WPI. Tujuan penelitian ini adalah membuat mikrokapsul multilayer dari nanofibril SPI kedelai Indonesia menggunakan metode adsorpsi LbL. Kedelai lokal Indonesia terutama varietas unggulannya memiliki kandungan protein yang bisa mencapai lebih dari 40%, sementara kedelai impor kandungan proteinnya rata-rata 30%. Berdasarkan fakta ini, ada peluang untuk mengembangkan proses dan merancang produk baru dari bahan kedelai lokal yang memiliki nilai tambah ekonomi yang lebih tinggi dibandingkan produk berbasis kedelai yang selama ini ada di pasar Indonesia. Kultivar unggul dipilih dalam penelitian ini untuk mewakili kedelai kuning dan kedelai hitam. Masingmasing kultivar dilaporkan mengandung protein 42 dan 39% pada basis basah. Isolasi protein dari kedelai kuning dan kedelai hitam menghasilkan SPI dengan kandungan protein sekitar 90 dan 87% pada basis kering. Sementara sebagai pembanding, SPI komersial dan WPI mengandung protein sekitar 85 dan 98% pada basis kering. SPI kedelai lokal Indonesia memiliki kandungan protein lebih tinggi dibandingkan dengan SPI komersial, namun kandungan proteinnya lebih rendah dibandingkan dengan WPI. SPI dan WPI diubah menjadi nanofibril dengan cara memanaskan 2% b/b suspensi SPI dan larutan WPI pH 2.0 pada suhu 80°C selama 16 jam dengan disertai proses pengadukan. Kedua jenis nanofibril yang dihasilkan memiliki perbedaan dan kemiripan karakteristik. Nanofibril SPI memiliki bentuk bercabang dan melengkung berdasarkan pengamatan menggunakan transmission electron microscopy (TEM); sementara itu nanofibril WPI bentuknya lurus dan panjang. Ketebalan rata-rata nanofibril SPI komersial, SPI dari kedelai kuning dan hitam, dan WPI adalah 20.8, 21.6, 17.3 dan 14.6 nm, dan panjang rata-ratanya adalah 0.8, 0.7, 1.1, dan 2.5 μm secara berturut-turut. Semua nanofibril memiliki muatan positif, yang ditunjukkan oleh nilai zeta potential 13 – 18 mV untuk SPI dan sekitar 25 mV untuk WPI. Nanofibril SPI dan WPI bersifat shear thinning, namun nanofibril SPI bersifat thixotropic dan memiliki nilai apparent viskositas lebih tinggi dibandingkan dengan nanofibril WPI. Nanofibril SPI memiliki ukuran lebih tebal, lebih pendek, dan lebih banyak cabangnya dibandingkan dengan nanofibril v WPI. Fakta ini menunjukkan bahwa nanofibril SPI merupakan kandidat yang menarik untuk sebagai bahan dinding mikrokapsul multilayer. Nanofibril yang terbentuk dari SPI bersama dengan HMP digunakan untuk membuat mikrokapsul multilayer hingga tujuh layer/lapis pada pH 3.5. Proses pembentukan mikrokapsul ini adalah HMP yang bermuatan negatif (0.1% b/b) diserap oleh droplet minyak yang telah distabilisasi dengan larutan SPI yang tidak dipanaskan (0.1% b/b). HMP menempel dengan baik pada droplet karena perbedaan muatan antara HMP dengan SPI pada pH 3.5. Selanjutnya nanofibril SPI bermuatan positif ditambahkan pada droplet yang secara berturut-turut sudah dilapisi dengan larutan SPI dan HMP. Setelah nanofibril SPI, pelapisan selanjutnya adalah dengan HMP lalu nanofibril SPI dan seterusnya sampai jumlah lapisan yang diinginkan tercapai. Mikrokapsul yang dibuat dari HMP dan SPI nanofibril memiliki diameter antara 12 dan 18 μm dengan ketebalan dinding mikrokapsul sekitar 1.7 μm dan bermuatan terakhir +3.5 mV. Muatan ini mengindikasikan stabilitas mikrokapsul yang dihasilkan. Muatan yang semakin menjauhi 0 mV mengindikasikan mikrokapsul yang semakin stabil. Hasil penelitian ini secara umum menunjukkan bahwa nanofibril SPI dapat digunakan secara efektif sebagai bahan dinding mikrokapsul multilayer. Nanofibril SPI membentuk dinding mikrokapsul dengan efektif karena strukturnya bercabang dan ukuran fibrilnya tebal.