Minyak Jahe

Sekilas Tanaman Jahe

1.      Sejarah Singkat Jahe

Jahe merupakan tanaman obat berupa tumbuhan rumpun berbatang semu. Jahe berasal dari Asia Pasifik yang tersebar dari India sampai Cina. Oleh karena itu kedua bangsa ini disebut-sebut sebagai bangsa yang pertama kali memanfaatkan jahe terutama sebagai bahan minuman, bumbu masak dan obat-obatan tradisional. Jahe termasuk dalam suku temu-temuan (Zingiberaceae), se-famili dengan temu-temuan lainnya seperti temu lawak (Cucuma xanthorrizha), temu hitam (Curcuma aeruginosa), kunyit (Curcuma domestica), kencur (Kaempferiagalanga), lengkuas (Languas galanga) dan lain-lain. Daerah jahe antara lain halia (Aceh), beeuing (Gayo), bahing (Batak Karo), sipodeh (Minangkabau), jahi (Lampung), jahe (Sunda), jae (Jawa dan Bali), jhai (Madura), melito (Gorontalo), geraka (Ternate), dsb. Dari India, jahe dibawa sebagai rempah perdagangan hingga Asia Tenggara, Tiongkok, Jepang, hingga Timur Tengah. Kemudian pada zaman kolonialisme, jahe yang bisa memberikan rasa hangat dan pedas pada makanan segera menjadi komoditas yang populer di Eropa.

Karena jahe hanya bisa bertahan hidup di daerah tropis, penanamannya hanya bisadilakukan di daerah katulistiwa dengan curah hujan 2500-4000 mm per tahun, pada suhu 25-35°C seperi Asia Tenggara, Brasil, dan Afrika. Saat ini Equador dan Brasil menjadi pemasok jahe terbesar di dunia.

2.      Deskripsi Jahe

Jahe tergolong tanaman herba, tegak, dapat mencapai ketinggian 40 – 600 cm dan dapat berumur tahunan. Batangnya berupa batang semu yang tersusun dari helaian daun yang pipih memanjang dengan ujung lancip. Bunganya terdiri dari tandan bunga yang berbentuk kerucut dengan kelopak berwarna putih kekuningan. Akarnya sering disebut rimpang jahe berbau harum dan berasa pedas. Rimpang bercabang tak teratur, berserat kasar, menjalar mendatar. Bagian dalam berwarna kuning pucat. Rhizoma (rimpang) adalah batang yang tumbuh dalam tanah dan dipanen setelah berumur 9-11 bulan. Rhizoma dapat bercabang, dengan panjang sekitar 7-15 cm, lebar 3-6 cm dan tebal 1-2 cm. Berdasar ukuran, bentuk, dan warna umbi akarnya digolongkan menjadi 3 klon yaitu jahe besar, putih kecil, dan jahe merah.

Tabel 1. Sifat fisik kimia minyak jahe dari berbagai jenis

Umbi jahe dapat dipanen, jika warna berubah dari warna hijau menjadi kuning, dan setelah berbunga, biasanya setelah berumur 9-10 tahun. Tetapi, jahe juga dipanen saat umur 4-6 bulan untuk pembuatan manisan.

Berdasar penelitian yang pernah dilakukan di Fakultas Teknologi UGM, ternyata tingkat umur dan pengupasan kulit mempengaruhi mutu minyak dan oleoresin jahe.

Tabel 2. kadar minyak jahe dan oleoresin dalam rimpang jahe

Tingkat kematangan umbi jahe	Minyak atsiri (%)			Oleoresin (%)
	segar	jemur	oven	Segar	Jemur	oven
Tua -dikupas -tidak	2,75 2,21	2,41 1,94	2,25 1,93	11,03 7,14	13,42 11,65	14,84 13,27
Setengah tua -dikupas -tidak	3,45 2,87	2,69 2,40	2,66 2,38	12,96 11,11	15,68 14,15	16,30 14,34
Muda -dikupas -tidak	4,09 8,53	3,56 3,04	3,18 3,03	19,99 17,20	20,98 17,48	21,86 17,78

Di pasaran, berdasar tingkat kesegarannya dikenal 2 macam tipe jahe yaitu jahe segar yang digunakan sebagai kembang gula jahe dan jahe kering yang sering diperdagangkan sebagai rempah-rempah untuk pembuatan oleoresin dan minyak jahe. Grade jahe dalam dunia perdagangan dikenal dengan nama scraped (dirajang atau tanpa dilamur) dan coated ( dilamur). Scraped adalah mutu jahe dimana lapisan korteksnya telah dipisahkan dan diproduksi di Jamaika. Dan coated jika lapisan luar jahe tidak dipisahkan.

Untuk penyimpanan dan pengawetan jahe, banyak dilakukan dengan berbagai cara. Misalnya, umbi jahe direbus dalam larutan kapur 10% selama 3 menit pada 100°C dan yang dihasilkan jahe pucat agak putih. Perendaman dalam larutan kapur akan mempermudah penguapan kulit luar sedangkan perendaman dalam larutan alkali mengakibatkan kulit luarnya dapat terpisah sendiri. Setelah perendaman, dicuci bersih dan dikeringkan. Susut berat umbi jahe selama pengeringan sekitar 70% dari berat segar. Jahe kering yang bermutu baik mempunyai kadar air tidak lebih dari 10% sedangkan jahe kering yang bermutu rendah berkadar 25%. 

Tabel 3. Syarat Mutu Jahe Kering (Sesuai SNI 01-3393-1994)

Karakteristik	Syarat umum	Pengujian
Bau dan rasa	Khas	organoleptik
Kadar air maksimum (%)	12,0	SP-SMP-7-1975 (ISO R 939-1969 (E))
Kadar Minyak ar,(ml/100g),min	1,5	SP-SMP-37-1975
Kadar abu, % (bobot/bobot), maks	8,0	SP-SMP-35-1975 (ISO R 929-1969 (E))
Berjamur dan berserangga	Tidak ada	Organoleptik
Benda asing,%(bobot/bobot), maks	2,0	SP-SMP-32-1975 (ISO R 937-1969 (E))

Penelitian modern telah menganalisis secara ilmiah manfaat jahe, antara lain:

a.       Menurunkan tekanan darah

b.      Potease dan lipase membantu pencernaan

c.       Gingerol bersifat antikoagulan

d.      Mencegah mual, meringankan kram perut, dan membantu mengeluarkan angin

e.       Mengandung antioksidan

3.      Komponen Utama

Secara umum, rimpang jahe mengandung minyak atsiri, pati, resin, asam-asam organic, asam malat, asam oksalat, dan gingerol. Sifat khas jahe disebabkan adanya minyak atsiri dan oleoresin jahe. Aroma harum jahe disebabkan oleh minyak atsiri, sedangkan oleoresinnya menyebabkan rasa pedas.  Minyak atsiri dapat diperoleh atau diisolasi dengan destilasi uap dari rhizoma jahe kering. Ekstrak minyak jahe berbentuk cairan kental berwarna kehijauan sampai kuning, berbau harum tetapi tidak memiliki komponen pembentuk rasa pedas. Kandungan minyak atsiri dalam jahe kering sekitar 1 – 3 persen. Komponen utama minyak atsiri jahe yang menyebabkan bau harum adalah zingiberen dan zingiberol.

Tabel 4. Komposisi kimia minyak jahe berdasarkan analisa dengan kromatografi gas

Sumber : DickesNicholas (1976)

Zingiberin (C15H24) adalah senyawa paling utama dalam minyak jahe. Senyawa ini memiliki titik didih 34°C pada tekanan 44 mm, dengan berat jenis pada 20°C adalah 0,8684. Indeks biasnya 1,4956 dan putaran optic 73038’ pada suhu 20°C. Selama penyimpanan zingiberence akan mengalami resinifikasi. Sementara zingiberol merupakan seskwiterpen alcohol (C15H26O) yang menyebabkan aroma khas pada minyak jahe.

RUMUS BANGUN ZINGIBEREN (C15H24)

          CH3

             |

          CH                  CH2

                                     

    

CH3              CH                 CH

     

   

 CH2             CH                   C

       

                                 CH                 CH3

         CH

         

          

                    C

                 

        

        CH3               CH3

5R)-2-Metil-5-[(2S)-6-metilhept-5-en-2-il]sikloheksa-1,3-diena

Sifat Rumus molekul C15H24

- Massa molar 204,35 g/mol

- Densitas 0,8713 g/cm3 pada 20°C Titik didih

- Titik didih 134-135°C pada 15 Torr

RUMUS BANGUN ZINGEROL

OH                                CH3

 |                                          |

C6H3-CH2-CH2-CO-CH2-CH-(CH2)n-CH3

 |

H3CO

Pengambilan Minyak Atsiri Jahe

            Pengambilan minyak atsiri dari jahe ada beberapa cara, diantaranya dengan penyulingan, ekstraksi, maserasi, dan MAE (microwave assisted extraction).

1.      Penyulingan

a.        Penyulingan dengan air : Bahan yang akan di suling berkontak langsung dengan air yang mendidih. Bahan ini dapat mengapung atau  tenggelam, tergantung berat jenis bahan dan jumlah bahan yang akan di sulig dan di masukkan kedalam ketel. Pemanasannya dapat dilakukan dengan menggunakan pemanasan langsung, mantel uap, ataupun pipa uap dalam spiral terbuka atau berlubang. Kecepatan penyulingan dapat di atur melalui intensitas apinya, juga harus sesuai dengan keadaan alat dan bahan yang akan di suling. diusahakan ada penambahan air untuk menjaga agar bahan tidak terlalu panas dan pengisian bahan tidak terlalu penuh.

b.        Penyulingan dengan air dan uap: Bahan olahan diletakkan di atas rak-rak atau saringan berlubang. Ketel sulingnya di isi air hingga tidak berada jauh di bawah sarigan. Pemanasan air dapat dilakukan dengan uap jenuh yang basah dengan bertekanan rendah jika bahannya dalam jumlah yang banyak. Keuntungan alat ini adalah uap selalu dalam keadaan panas, jenuh, dan tidak panas. Dengan demikian penggunaan alat ini lebih unggul, dilihat dari penggunaan bahan bakar yang sedikit. Akan tetapi proses penyulingan lebih lama. Dalam beberapa keadaan, tekanan  uap yang rendah akan menghasilkan minyak atsiri  berkualitas baik.

c.       Penyulingan dengan uap: Penyuingan dengan uap ini prinsipnya sama dengan penyulingan air dan uap. Perbedaan air tidak dimasukkan  dalam ketel penyulingan. Uap yang digunakan adalah uap jenuh atau  uap yang kelewat panas pada tekanan di atas 1 atm. Uap dialirkan melalui pipa uap spiral berlubang yang terletak dibagian bawah bahan. Kemudian uap bergerak keatas melalui bahan yang ada disaringan. Penyulingan ini merupakan yang terbaik di bandingkan kedua jenis penyulingan tadi, jika ditinjau dari segi biaya, kecepatan penyulingan, kapasitas minyak yang dihasilkan.

Adapun alat-alat  penyulingan terdiri dari:

1.      Ketel Suling (retor), berfungsi sebagai wadah air dan atau uap untuk mengadakan kontak dengan bahan serta untuk menguapkan minyak atsiri.

2.       Pendingin (kondensor), berfungsi untuk mengubah seluruh uap air dan uap minyak menjadi fase cair. Kondensor terdiri dari 4 tipe, yaitu : kondensor kisi, kondensor pipa lurus, kondensor berpilin, kondensor tubular. 

3.      Penampung hasil kondensasi (receiver) yang berupa alat pemisah minyak (decanter) yang berfungsi untuk memisahkan minyak dari air suling (condesed water), dimana air suling tersebut akan terpisah secara otomatis dari minyak atsiri. 

4.       Ketel uap berfungsi sebagai sumber penghasil uap.

Kelemahan – kelemahan Metode Penyulingan:

1.      Penyulingan dengan uap air atau air mendidih yang relatif lama cenderung merusak komponen minyak karena proses hidrolisasi, polimerisasi, dan resinifikasi. 

2.      Komponen minyak yang bertitik didih tinggi, khususnya yang larut dalam air tidak dapat diangkut oleh uap air sehingga rendemen minyak yang dihasilkan lebih rendah. 

3.      Komponen tertentu dapat terurai di dalam air suling dan tidak dapat diperoleh kembali.

2.      Ekstraksi

Alat ekstraksi atau ekstraktor menghasilkan bentuk minyak  atsiri dari bahan yang di ekstraksi. Ada 2 cara mengekstraksi yaitu mengekstraksi dengan lemak dingin, dan ekstraksi dengan  menguap. Untuk mengekstaksi  jahe menjadi oleoresin biasanya menggunakan cara dengan pelarut menguap. Alat ekstaksi ini umunya tersusun atas tangki air, ketel uap, kondensor, serta bangunan ekstraksi yang terdiri atas alat penyuling dan beberapa tabung.

Bahan pelarut dialirkan secara terus-menerus melalui suatu penampang kedalam tabung berisi bahan. Teknik yang digunakan adalah teknik arus berlawanan sampai ekstraksi selesai. Cairan ekstrak disalurkan ke dalam tabung hampa udara dan dipanaskan pada suhu tertentu untuk menguapkan pelarut dalam ekstrak. Uap pelarut yang timbul dialirkan dalam kondensor untuk mencairkan kembali pelarutnya, sedangkan unsur- unsur yang tertinggal dalam tabung merupakan unsur tumbuhan yang bersifat lilin padat yang biasa disebut concrete. Concrete ini sebenarnya sudah meerupakan oleoresin, tetapi masih kasar sehingga masih perlu dilakukan ekstraksi ulang dengan mencampurkan pelarut dalam concrete.

Ekstrak ini dipanaskan pada suhu tertentu antara 30-400°C untuk memperoleh oleoresin absolute hasil pada ekstraksi kedua masih perlu diekstraksi lagi pada suhu 300°C dengan menambahkan pelarut alkohol. Walaupun sudah dilakukan ekstraksi sebanyak 3 kali terhadap bubuk jahe oleoresin masih belum juga murni. Oleoresin ini masih mengandung pelarut, yang dapat merepotkan dalam menentukan kulitasnya, dan inilah kelemahannya.

Oleoresin jahe Adalah hasil pengolahan lebih lanjut dari tepung jahe. Bentuknya berupa cairan cokelat dengan kandungan minyak asiri 15 hingga 35%.

3.      Maserasi

Maserasi merupakan proses perendaman sampel bahan menggunakan pelarut organik pada temperatur ruangan. Proses ini sangat menguntungkan dalam isolasi senyawa bahan alam karena dengan perendaman sampel tumbuhan akan terjadi pemecahan dinding dan membran sel akibat perbedaan tekanan antara didalam dan diluar sel, sehingga metabolit sekunder yang ada dalam sitoplasma akan terlarut dalam pelarut organik dan ekstraksi senyawa akan sempurna karena dapat diatur lama perendaman yang dilakukan.

Pemilihan pelarut untuk proses maserasi akan memberikan efektifatas yang tinggi dengan memperhatikan kelarutan senyawa bahan alam dalam bahan tersebut. Secara umum, pelarut metanol adalah yang sering digunakan karena dapat melarutkan seluruh golongan metabolit sekunder.

Kelemahan dari proses ini adalah tidak bisa bila diaplikasikan pada sekala industri, jikapun diaplikasikan tidak efektif karena biaya yang mahal, membutuhkan banyak pelarut organik yang harganya tidak murah.

4.      Microwave Assisted Extraction (MAE) 

MAE merupakan teknik untuk mengekstraksi bahan-bahan terlarut di dalam bahan tanaman dengan bantuan energi microwave. Teknik ini dapat diterapkan baik pada fasa cair yakni cairan digunakan sebagai pelarut maupun fasa gas yakni gas sebagai media pengekstrak. Proses ekstraksi fasa cair didasarkan pada prinsip perbedaan kemampuan menyerap energi microwave pada masing-masing senyawa yang terkandung di dalam bahan tanaman. Parameter yang biasa digunakan untuk mengukur sifat fisik ini disebut sebagai konstanta dielektrik. Teknik MAE juga tergantung pada konstanta dielektrik dari pelarut yang digunakan.

Dewasa ini, teknologi mikrowave tidak hanya diaplikasikan pada pengolahan bahan makanan. Salah satu aplikasi yang saat ini sedang banyak dikaji adalah untuk isolasi minyak atsiri dari bahan tanaman menggantikan teknologi konvensional seperti distilasi uap (hydrodistillation), ekstraksi dengan lemak (enfleurage), dan ekstraksi pelarut (solvent extraction) (Guenther, 1948). Keuntungan proses ini terutama adalah kecepatan waktu untuk mengisolasi seluruh minyak atsiri dibandingkan proses-proses sebelumnya.

Beberapa penelitian yang telah dilakukan mengenai penggunaan MAE antara lain, pengambilan senyawa polyphenol dan caffein dari daun teh (Pandan Niu, 2003), pengambilan saponin dari chestnut (Kerem, 2005) dan pengambilan minyak lada hitam (Ramanadhan,2005). Berdasarkan berbagai penelitian tersebut, dapat disimpulkan bahwa MAE memiliki berbagai kelebihan dibandingkan dengan teknologi konvensional seperti distilasi uap (hydrodistillation), ekstraksi dengan lemak (enfleurage), dan ekstraksi pelarut (solvent extraction) Teori Mikrowave Daerah gelombang mikro pada spektrumelektromagnetik terletak di antara radiasi infra merah dan frekuensi radio dengan panjang gelombang 1 cm - 1 m dan frekuensi 30 GHz – 300 MHz. Pada oven microwave komersial biasanya digunakan frekuensi 2450 MHz dengan panjang gelombang 12cm. Meskipun pada oven microwave terdapat lubang-lubang berdiameter kecil di sisinya, gelombang mikro tersebut tidak akan mampu melewatinya selama diameter lubang tersebut masih jauh di bawah panjang gelombangnya. Oleh sebab itu kemungkinan lolosnya energi ke lingkungan menjadi sangat kecil.Gelombang mikro dihasilkan dari dua medan perpendicullar yang berosilasi misalnya medan listrik dan medan magnet. Pada proses pemanasan konvensional yang tergantung pada fenomena konveksi dan konduksi  biasanya sebagian besar panas hilang ke lingkungan. Sedangkan pada proses Microwave Assisted Extraction (MAE), proses pamanasan terjadi dengan target yang spesifik dan cara yang spesifik, sehingga tidak ada panas yang hilang ke lingkungan, karena proses pemanasan berlangsung dalam sistem yang tertutup. Mekanisme pemanasan yang unik dapat dengan signifikan mengurangi waktu yang dibutuhkan untuk proses ekstraksi (biasanya kurang dari 30 menit), terutama dibandingkan dengan proses menggunakan sohklet.

Pada dasarnya mikrowave terbagi menjadi empat komponen dasar, yakni:

1.  Generator mikrowave: magnetron, komponen yang menghasilkan energi gelombang mikro

2.  Pengarah gelombang (wave guide), komponen ini akan mempropagasi gelombang mikro dari sumbernya ke cavity mikrowave

3.  Aplikator, merupakan ruangan bagi umpan

4.  Sirkulator, komponen ini akan memyebabkan gelombang mikro akan bergerak hanya ke arah depan

Prinsip pemanasan menggunakan gelombang mikro adalah bedasarkan  tumbukan langsung dengan material polar atau solvent dan diatur oleh dua fenomena yaitu konduksi ionik dan rotasi dipol. Dalam sebagian besar kasus, kedua fenomena tersebut berjalan secara simultan. Konduksi ionik mengacu pada migrasi elektrophoretik ion dalam pengaruh perubahan medan listrik. Resistansi yang ditimbulkan oleh larutan terhadap proses migrasi ion menghasilkan friksi yang akan memanaskan larutan. Rotasi dipole merupakan pengaturan kembali dipole-dipole molekul akibat medan listrik yang terus berubah dengan cepat. Proses pemanasan hanya akan terpengaruh pada frekuensi 2450 MHz. Komponen elektrik gelombang berubah 4-9 104 kali perdetik. Oven microwave bekerja dengan melewatkan radiasi gelombang mikro pada molekul air, lemak, maupun gula yang sering terdapat pada bahan makanan. Molekul-molekul ini akan menyerap energi elektromagnetik tersebut. Proses penyerapan energi ini disebut sebagai pemanasan dielektrik (dielectric heating). Molekul-molekul pada makanan bersifat elektrik dipol (electric dipoles), artinya molekul tersebut memiliki muatan negatif pada satu sisi dan muatan positif pada sisi yang lain. Akibatnya, dengan kehadiran medan elektrik yang berubah-ubah yang diinduksikan melalui gelombang mikro pada masing-masing sisi akan berputar untuk saling mensejajarkan diri satu sama lain. Pergerakan molekul ini akan menciptakan panas seiring dengan timbulnya gesekan antara molekul yang satu dengan molekul lainnya. Energi panas yang dihasilkan oleh peristiwa inilah yang berfungsi sebagai agen pemanasan bahanmakanan di dalam dapur oven microwave. Dari penjelasan di atas, pemanasan menggunakan microwave  melibatkan tiga kali konversi energi, yaitu konversi energi listrik menjadi energi elektromagnetik, konversi energi elektromagnetik menjadi energi kinetik, dan konversi energi kinetik menjadi energi panas. Proses pemanasan menggunakan microwave berlangsung mulai dari luar permukaan bahan. Selanjutnya pemanasan akan berlangsung secara konduksi sehingga bagian dalam bahanpun akan turut terpanaskan.  Point kunci yang menjdikan energi gelombang mikro menjadi alternatif yang menarik guna menggantikan proses pemanasan konvensional adalah bahwa pada proses pemanasan konvensional, proses pemanasan terjadi melalui gradien panas, sedangkan pada pemanasan menggunakan gelombang mikro (microwave), pemanasan terjadi melalui interaksi langsung antara material dengan gelombang mikro. Perbedaan profil temperature pada pemanasan konvensional dan pemanasan menggunakan gelombang mikro disajikan. Hal tersebut mengakibatkan transfer energi berlangsung lebih cepat, dan berpotensi meningkatkan kualitas produk.  Dan itulah salah satu keunggulan MAE dibanding cara lain.

Daftar pustaka

Ketaren, S. 1985: “Pengantar Teknologi Minyak Atsiri” PN Balai Pustaka.,Jakarta

Clark, D. E., and Sutton, W. H,1996, ”Microwave processing of materials’’ Annual Reviews Mater. Sci. 26, 299-331

Weerachai Phutdhawong,’’ Microwave-Assisted Isolation of Essential oil of Cinnamomum iners Reinw. ex Bl.: Comparison with Conventional Hydrodistillation ‘’, Molecules Journal