Kinetika Ekstraksi Ekstrak Bunga Calendula (Calendula officinalis L.):
Menggunakan Ultrasonic-Assisted Extraction
Naily Mufidatul Hasanah*, Eka Puji Susanti*, Ansori*, Ditta Kharisma Yolanda Putri* , Boy Arief Fachri*
*Program Studi Teknik Kimia Universitas JemberJalan Kalimantan 37, Jember, Indonesia
Abstrak
Penelitian ini bertujuan untuk mempelajari kinetika ekstraksi senyawa aktif dari bunga
Calendula (Calendula officinalis L.) menggunakan metode Ultrasonic-Assisted Extraction
(UAE). Parameter ekstraksi yang diteliti meliputi suhu (30–70°C), waktu ekstraksi (20–40
menit), dan rasio bahan terhadap pelarut (0,05–0,15 g/mL). Hasil menunjukkan bahwa ketiga
variabel tersebut memiliki pengaruh signifikan terhadap rendemen (yield) ekstrak. Yield
tertinggi sebesar 66,5% diperoleh pada kondisi suhu 50°C, waktu 40 menit, dan rasio bahan
0,15 g/mL. Model kinetika difusi terkendali digunakan untuk memodelkan pelepasan
senyawa aktif dari partikel ke dalam pelarut. Nilai koefisien difusi (D) yang diperoleh
berkisar dari 3,8 ×10−9 cm²/s pada yield rendah hingga 5 × 10−7 cm²/s pada yield maksimum,
menunjukkan hubungan positif antara yield dan laju difusi. Hasil ini menegaskan bahwa
mekanisme difusi internal menjadi tahap pembatas dalam proses ekstraksi, dan bahwa model
difusi radial dari hukum Fick dapat digunakan untuk menggambarkan dinamika ekstraksi
secara akurat. Melalui pendekatan pemodelan dan optimasi statistik menggunakan desain
Box-Behnken dan analisis ANOVA, diperoleh model regresi kuadratik yang sangat baik (R²
= 0,9951). Penelitian ini memberikan kontribusi penting dalam pengembangan metode
ekstraksi senyawa bioaktif yang efisien dan dapat digunakan sebagai dasar dalam skala
industri maupun aplikasi fungsional lainnya.
Kata Kunci: Calendula officinalis L., ekstraksi ekstrak calendula, Ultrasonic-Assisted
Extraction, kinetika reaksi, yield.
Abstrak Grafis
1
1. Latar Belakang
Calendula officinalis L. (pot marigold) termasuk dalam keluarga Asteraceae/
Compositae, yang berasal dari Eropa Tengah dan Mediterania. Calendula officinalis L. (pot
marigold) memiliki komponen aktifnya meliputi karotenoid, alkohol triterpene, dan ester
asam lemaknya, saponin triterpene, kumarin, ekstrak esensial, hidrokarbon, flavonoid, serta
asam lemak. Kepala bunga kering tanaman ini digunakan sebagai obat herbal dengan efek
anti-inflamasi dan antibakteri (Pourshahidi & Sheykhbahaei, 2021). Selain itu ekstrak bunga
tanaman ini merupakan bahan utama yang digunakan dalam produk kosmetik. Karena
mengandung beberapa senyawa bioaktif seperti terpenoids dan terpenes (bisabolol, faradiol,
chamazulene, arnidiol, dan ester), karotenoid (dengan struktur rubixanthin dan likopen),
flavonoid (quercetin, isorhamnetin, dan aglycones kaempferol), serta asam lemak tak jenuh
(asam calendic) (Silva et al., 2021).
Minat terhadap bahan-bahan alami saat ini semakin meningkat sehingga studi lebih
lanjut mengenai kandungan kimia dan sifat farmakologis bunga calendula menjadi semakin
relevan. Untuk memanfaatkan potensi bunga calendula secara optimal dalam berbagai
aplikasi industri, pemahaman mendalam tentang kinetika reaksi senyawa aktifnya sangat
diperlukan. Kinetika reaksi menggambarkan laju dan mekanisme reaksi kimia yang terjadi
pada senyawa-senyawa dalam kondisi tertentu. Pengetahuan ini penting dalam menentukan
metode ekstraksi, pemrosesan, dan stabilitas senyawa aktif dalam produk akhir (Tetti, 2014).
Dengan memahami bagaimana senyawa aktif bereaksi terhadap perubahan suhu, pH, dan
kondisi lingkungan lainnya, pengolahan bunga calendula dapat dioptimalkan untuk
memaksimalkan efisiensi dan kualitas produk yang dihasilkan (Escher et al., 2019).
Kajian mengenai kinetika ekstraksi ekstrak calendula dari tanaman telah banyak
dilakukan, Maharaj & McGaw (2020) mengkaji model matematika ekstraksi uap ekstrak
calendula daun basil, berdasarkan perpindahan difusi dan konveksi simultan ke fase uap.
Andras et al. (2018) menyatakan bahwa kinetika distilasi uap ekstrak calendula sejumlah
tanaman mengikuti kinetika orde satu. Model kinetika ekstraksi ekstrak calendula
sandalwood yang menggunakan persamaan orde dua juga telah dikembangkan oleh Kusuma
& Mahfud (2016), yang menunjukkan dua proses simultan selama ekstraksi. Karakteristik
kinetika ekstraksi orde dua ditandai dengan peningkatan cepat jumlah ekstrak calendula pada
awal ekstraksi dan penurunan yang lambat hingga akhir proses ekstraksi (Kusuma & Mahfud,
2016). Kinetika ekstraksi ekstrak calendula penting untuk memahami fenomena,
mengoperasikan, mengoptimalkan, mengendalikan, dan merancang distilasi di industri.
Model kinetika memainkan peran penting dalam mengkaji proses distilasi dari sudut pandang
2
teknologi dan keekonomisan proses. Berdasarkan hasil penelitian sebelumnya, kinetika
ekstraksi ekstrak calendula tanaman didekati oleh dua proses simultan yaitu difusi dan
konveksi, yang terwakili oleh model kinetika ekstraksi orde satu dan orde dua. Penelitian ini
bertujuan untuk mengkaji ekstraksi ekstrak calendula lada hitam secara hidrodistilasi
menggunakan dua model kinetika yaitu model kinetika ekstraksi orde satu dan orde dua serta
mengetahui nilai parameter kinetika yang berkesesuaian (Shintawati et al., 2020).
2. Tujuan Riset
Tujuan riset ini untuk:
1. Melakukan ekstraksi ekstrak bunga Calendula dengan metode UAE (UltrasonicAssisted Extraction)
2. Mempelajari kinetika ekstraksi ekstrak calendula dari bunga calendula (Calendula
officinalis L.) dengan menggunakan metode UAE (Ultrasonic-Assisted Extraction);
3. Mengidentifikasi pengaruh suhu, waktu, serta rasio bahan dengan pelarut ekstraksi
terhadap yield ekstrak calendula dari bunga calendula (Calendula officinalis L.);
3. Rumusan Masalah
Berdasarkan tujuan riset, maka permasalahan yang dapat dirumuskan sebagai berikut:
1. Apakah penggunaan metode UAE (Ultrasonic-Assisted Extraction) dapat mengekstrak
ekstrak calendula dari bunga calendula (Calendula officinalis L.)?
2. Apakah model kinetika ekstraksi yang dipakai tepat untuk menggambarkan proses
ekstraksi ekstrak calendula dari bunga calendula (Calendula officinalis L.)?
3. Bagaimana pengaruh suhu, waktu, serta rasio bahan dengan pelarut ekstraksi terhadap
yield
ekstrak
calendula
dari
bunga
calendula
(Calendula
officinalis
L.);
4. Pendekatan Pemecahan Masalah
Riset yang diusulkan merupakan riset eksperimental dan modeling. Berdasarkan tujuan
riset dan rumusan masalah maka metode pendekatan yang digunakan adalah:
1. Pendekatan ilmu di bidang teknik kimia khususnya konsep fundamental ekstraksi,
perpindahan masa, dan analisa kimia kualitatif dan kuantitatif.
2. Pendekatan empiris berdasarkan konsep statistik dan kinetika.
3. Pendekatan komparatif dengan berdasarkan pada riset kualitatif deskriptif.
3
5. State of the Art
5.1 Bunga Calendula (Calendula officinalis L.)
Calendula (Calendula officinalis L.) termasuk dalam ordo Asterales dan merupakan
anggota keluarga Asteraceae; nama genus Calendula berasal dari kata Latin "Calendae,"
yang berarti 'hari pertama setiap bulan'. Genus ini memiliki 29 spesies (Honório, el al., 2016)
Beberapa penelitian menjelaskan bahwa esktrak ekstrak Calendula (Calendula officinalis L.)
mengandung beberapa senyawa antimikroba terhadap jamur dan bakteri, seperti flavonoid
dan fenolik (Laura Et Al., 2020); (Ourabia, et al. 2019);
Tabel 5.1 Ekstrak ekstrak bunga Calendula (Calendula officinalis L.) pada berbagai metode
ekstraksi
No
Metode/Proses
Yield, %
Referensi
1.
Hydrodistilation
0,9
(Salomé-Abarca et al., 2015)
2.
Organic Solvent
6,7
(Salomé-Abarca et al., 2015)
3.
Enfleurage
7,1
(Salomé-Abarca et al., 2015)
4.
Pressurized Solvent Extraction
2.25
(Iudina, 2015)
7,38
(Ruiz-Rodriguez, 2017)
5.
Supercritical Carbon Dioxide
Extraction
6.
Ultrasound Extraction
0.38
(Laura Et Al., 2020)
7.
Hydrodistillation
1,25
(Mishra Et Al., 2018)
8.
Hydro-distilation apparatus
0,004
(Ourabia et al., 2019)
0,003
(Ourabia et al., 2019)
9.
Microwave-assisted
hydrodistillation
10.
Soxhlet
13,76-16,81
(Rafajlovska’ et al., 2014)
11.
Soxhlet
8,95-13,79
(Rafajlovska’ et al., 2014)
12.
Soxhlet
5,11-9,57
(Rafajlovska’ et al., 2014)
13.
Maserasi
22
(Ghadyeh et al., 2019)
14.
Maserasi
50
(Goktas et al., 2015)
15.
Soxhlet
31,23
(Chroho et al., 2021)
16.
Soxhlet
13,95
(Chroho et al., 2021)
17.
Maserasi
9,82
(Meitasari et al., 2024)
18.
Dekokta
0,23
(Rizki et al., 2024)
19.
enzyme-assisted extractio
0,109
(Kaimainen et al., 2015)
20.
hydrodistillation
0,78
(Tiwari et al., 2016)
4
21.
hydrodistillation
0,69
(Okan, 2024)
22.
Supercritical fluid extraction
0,55
(Zanotti et al., 2023)
5.2 Ultrasound Assisted Extraction (UAE)
Ekstraksi adalah proses pemisahan komponen yang diinginkan dari suatu bahan
dengan cara memisahkan satu atau lebih komponen dari bahan sumbernya. Ekstraksi
ultrasonik merupakan pengembangan dari metode maserasi, di mana ekstrak diproses
menggunakan gelombang ultrasonik berfrekuensi tinggi. Prinsip kerjanya melibatkan
pengamatan sifat akustik gelombang ultrasonik yang merambat melalui medium, yang
menyebabkan medium tersebut bergetar saat gelombang melewatinya (Setyantoro et al.,
2019). UAE (Ultrasound Assisted Extraction) merupakan salah satu metode ekstraksi nonkonvensional yang telah diterapkan dalam proses ekstraksi. Metode ini dianggap
menjanjikan dari sisi ekonomi karena lebih murah, sederhana, dan efisien. Selain itu, UAE
telah terbukti mampu meningkatkan rendemen, selektivitas, kecepatan ekstraksi, serta
kualitas senyawa fitokimia dalam hasil ekstraksi (Kusnadi et al., 2019).
6. Metodologi Riset
6.1. Tempat dan Waktu Riset
Riset ini dilakukan di Laboratorium Teknik Reaksi Kimia dan Laboratorium Bioproses
Program Studi Teknik Kimia Universitas Jember. Riset ini dilaksanakan mulai bulan oktober
2024 hingga bulan desember 2024.
6.2. Bahan Riset
Bahan baku utama yaitu Bunga Calendula (Calendula officinalis L.) yang diperoleh dari
beberapa wilayah di eropa. Etanol 96% sebagai pelarut ekstraksi, kertas saring, alkohol 70%
sebagai disinfektan.
6.3. Peralatan
Rancangan peralatan seperti pada Gambar 1.
Gambar 1. Rancangan peralatan ekstraksi
5
6.4. Prosedur Penelitian
6.4.1. Perlakuan bahan
Bunga Calendula (Calendula officinalis L.) setengah kering didesinfeksi dengan
semprotan alkohol (70%). Bunga Calendula kemudian dikeringkan dengan oven pada
suhu 50oC hingga beratnya konstan. Bunga calendula kering kemudian diblender hingga
halus dan kemudian di ayak dengan ukuran 80 mesh.
6.4.2. Ekstraksi Minak Atsiri
Prosedur ekstraksi bunga pot marigold dibantu dengan Ultrasound generator. Pada
gelas kimia 250 mL, bubuk Calendula dan pelarut dimasukkan, kemudian dugunakan
Ultrasound generator dengan frekuensi yang digunakan yaitu 40 kHz dengan daya 100
W untuk memaksimalkan ekstraksi ultrasonik bunga Calendula. Waktu ekstraksi, Suhu
ekstraksi, dan rasio pelarut terhadap bahan merupakan tiga variabel yang dimodifikasi.
Setelah ekstraksi, ekstrak yang diperoleh disaring dan diuapkan menggunakan rotary
evaporator pada suhu 40oC, selama kurang lebih 13-15 menit.
6.5. Parameter Ekstraksi
Parameter ekstraksi meliputi waktu ekstraksi ultrasound (20 – 40 menit), Suhu ekstraksi
ultrasound (30 – 70oC), dan rasio bahan baku terhadap pelarut etanol (0,05 – 0,15 g/mL).
6
Calendula Officinalis
L.
Perlakuan bahan
Ekstraksi calendula
Purifikasi (Rotary
evap)
Tidak
Ekstrak
Calendula
Ya
Analisis
Yield
Box-Behken
Model Kinetika
Gambar 2. Diagram alir riset
6.6. Analisis Hasil Yield
Proses analisis hasil yield yang dihasilkan dilakukan dengan menimbang berat ekstrak
yang dihasilkan dan bahan baku kering yang digunakan, kemudian digunakan menggunakan
rumus sebagai berikut :
𝐵𝑒𝑟𝑎𝑡 𝑀𝑖𝑛𝑦𝑎𝑘 𝐴𝑡𝑠𝑖𝑟𝑖 (𝑔)
𝑌𝑖𝑒𝑙𝑑 = ( 𝐵𝑒𝑟𝑎𝑡 𝑏𝑎ℎ𝑎𝑛 𝑏𝑎𝑘𝑢 𝑘𝑒𝑟𝑖𝑛𝑔 (𝑔) ) 𝑥100
(6.6.1)
Semakin tinggi yield yang diperoleh menunjukkan efisiensi ekstraksi yang lebih baik dalam
melarutkan senyawa aktif ke pelarut.
6.7. Proses optimasi dan analisa statistik
Design Box-Behnken adalah metode eksperimental yang digunakan dalam metodologi
permukaan respons (Response Surface Methodology, RSM) untuk optimasi proses. Metode
7
ini dirancang untuk mengoptimalkan variabel independen (faktor) dalam eksperimen
dengan tujuan mencapai nilai optimum dari variabel dependen (respon). Sebelum
dilakukan optimasi menggunakan desain Box-Behnken, faktor-faktor yang signifikan
secara statistik (20 - 40 menit), Suhu ekstraksi ultrasound (30 – 70oC), dan rasio bahan baku
terhadap pelarut (0,05 – 0,15 g/mL) digunakan screening design.
6.8. Diffusion-controlled Model
Kinetika ekstraksi yang menggunakan model ini merupakan pendekatan yang digunakan
untuk memahami bagaimana proses difusi mempengaruhi laju ekstraksi senyawa dari bahan
padat. Model difusi terkendali ini berfokus pada bagaimana zat terlarut (ekstrak) berpindah
dari dalam sel tanaman ke dalam pelarut selama proses ekstraksi. Model ini, mirip dengan
persamaan fick, dimana menggambarkan laju ekstraksi, yaitu :
𝑑𝐶
𝑑2 𝐶
=
𝐷.
𝑑𝑡
𝑑𝑥 2
(6.9.1)
di mana C adalah konsentrasi ekstrak, D adalah koefisien difusi, dan x adalah posisi dalam
matriks sel. Dari persamaan tersebut kemudian dapat dimodifikasi dengan mensubstitusi
𝑢(𝑟, 𝑡) = 𝐶(𝑟, 𝑡)𝑟
menjadi :
𝜕2 𝐶
𝜕𝐶
2 𝜕𝐶
= 𝐷 ( 𝜕𝑟 2 + 𝑟 𝜕𝑟 )
𝜕𝑡
(6.9.2)
Persamaan neraca massa Ekstrak Calendula dituliskan seperti pada Pers. (6.9.2) diasumsikan
bahwa bentuk ppartikel yang diekstraksi adalah bulat. Jika asumsikan bola awalnya berada
pada konsentrasi 𝐶1 yang seragamdan konsentrasi permukaan dijaga konstan pada 𝐶0 , maka
persamaan menjadi :
𝐶−𝐶1
2𝑅
= 1 − 𝜋 ∑∞
𝑛=1
𝐶 −𝐶
0
1
(−1)𝑛
𝑛
𝑛𝜋𝑟
sin ( 𝑅 ) exp (
−𝐷𝑛2 𝜋2 𝑡
𝑅2
)
(6.9.3)
Konsentrasi di pusat diberikan oleh batas r → 0, yaitu dengan
𝐶−𝐶1
𝑛
= 1 + 2 ∑∞
𝑛=1(−1) exp (
𝐶 −𝐶
0
−𝐷𝑛2 𝜋 2 𝑡
𝑅2
1
)
(6.9.4)
Jika M(t) menyatakan jumlah difusi yang masuk atau keluar bola dalam waktu t dan M(∞)
kuantitas yang bersesuaian pada waktu tak terhingga,maka senyawa yang telah terekstrak
pada waktu t dapat dimodelkan dengan persamaan berikut
𝑀𝑡
𝑀∞
6
1
−𝐷𝑛2 𝜋2 𝑡
= 1 − 𝜋 2 ∑∞
𝑛=1 𝑛2 exp (
𝑅2
)
(6.9.5)
7. Hasil dan Pembahasan
7.1 Analisis Hasil Yield
Ekstraksi dengan bantuan gelombang ultrasonik (ultrasound-assisted extraction)
memberikan hasil rendemen (yield) yang lebih tinggi dibandingkan dengan teknik ekstraksi
8
konvensional. Suhu, waktu ekstraksi, dan rasio pelarut terhadap bahan terbukti memiliki
pengaruh signifikan terhadap rendemen (yield) ekstrak calendula yang dihasilkan (Zerajic et
al., 2019). Salah satu parameter penting yang diukur dalam proses ekstraksi adalah rendemen
(yield). Rendemen akan mencerminkan seberapa banyak senyawa aktif yang berhasil
diekstraksi dari bahan. Berdasarkan Tabel 3.1, terdapat tiga variabel utama yang mempengaruhi
jumlah rendemen ekstrak bunga Calendula officinalis, yaitu rasio pelarut terhadap bahan, suhu
ekstraksi dan waktu ekstraksi.
Tabel 7.1 Yield Ekstrak Bunga Calendula Pada Berbagai Kondisi Eksraksi
No
Rasio Bahan (g/mL)
Suhu (°C)
Waktu (Menit)
Yield (%)
1
0.15
50
20
43.7
2
0.15
50
40
66,5
3
0.1
50
30
60,7
4
0.1
30
20
30,5
5
0.1
70
40
58
6
0.15
30
30
48,1
7
0.1
50
30
61,5
8
0.1
50
30
60,01
9
0.05
30
30
31
10
0.15
70
30
55,3
11
0.05
50
40
46,5
12
0.05
50
20
44,9
13
0.1
70
20
30,7
14
0.05
70
30
50,1
15
0.1
50
30
60,2
16
0.1
50
30
59,7
17
0.1
30
40
34,9
9
Berdasarkan tabel 7.1 yield ekstraksi tertinggi terjadi pada rasio bahan 0,15 g/mL, suhu
50°C, waktu 40 menit, dengan nilai yield sebesar 66,5%. Pada kondisi ini efisiensi ekstraksi
mencapai titik optimal, yang menunjukkan bahwa kombinasi suhu menengah dan waktu proses
yang cukup lama memberikan kontribusi yang signifikan terhadap peningkatan hasil. Suhu
yang lebih tinggi mempercepat proses pelarutan senyawa target ke dalam pelarut, dan waktu
yang cukup memungkinkan proses difusi berlangsung lebih sempurna, sehingga menghasilkan
yield yang lebih tinggi.
Dari pengulangan percobaan sebanyak 17 kali, dapat disimpulkan bahwa variabel optimal
terjadi pada variabel rasio bahan 0,15 g/mL, suhu 50°C, waktu 40 menit dengan yield yang
didapatkan sebesar 66,5%. Kombinasi ini memberikan keseimbangan yang baik antara efisiensi
pelarutan dan stabilitas senyawa yang diekstrak. Hasil yang bervariasi dari setiap perlakuan
menunjukkan pentingnya pengaruh suhu, waktu, dan rasio bahan terhadap pelarut untuk
mencapai yield ekstraksi yang maksimal.
Berdasarkan penelitian Zerajic, Stanko A., et al. (2019) tentang “Optimasi Ekstraksi
Flavonoid dari bunga Calendula Officinalis L. Menggunakan Metode Ultrasound-Assisted
Extraction” didapat yield paling rendah 3,28% dengan suhu 30°C, rasio bahan 20 g/mL, dan
lama waktu ekstraksi 5 menit. Begitu juga sebaliknya yield tertinggi sebesar 10,42% dengan
suhu 64,2°C, rasio bahan 39,6 g/mL, dan lama waktu ekstraksi 29 menit.
7.2 Proses optimasi dan analisa statistik
7.2.1
Plot Optimasi Respon Surface terhadap Yield Ektrak bung Calendula
Rasio bahan = 0,05 g/mL
Rasio bahan = 0,1 g/mL
(a)
(b)
10
Rasio bahan = 0,15 g/mL
(c)
Gambar 4. Hubungan antara suhu dan waktu terhadap yield ekstrak pada berbagai rasio
bahan-pelarut (a) rasio bahan 0,05 g/mL (b) rasio bahan 0,1 g/mL
(c) rasio bahan 0,15 g/mL
Analisis grafis yield ekstrak calendula menggunakan metode UAE disajikan pada
gambar 4 karakteristik plot permukaan 3-D menunjukkan bahwa ada interaksi yang saling
melengkapi diantara faktor-faktor rasio bahan dan suhu terhadap yield hasil ekstraksi (%).
Pengaruh rasio bahan, suhu dan waktu terhadap yield ekstrak terlihat pada gambar 4 (a), 4
(b), dan 4 (c). Dari grafik tersebut terlihat bahwa terdapat interaksi yang signifikan antara
ketiga variabel proses yang memengaruhi hasil akhir ekstraksi. Rasio bahan 0,05 g/mL pada
gambar 4a menghasilkan yield ekstrak cenderung lebih rendah dibandingkan dengan rasio
yang lebih tinggi. Hal ini dapat disebabkan oleh jumlah bahan yang terbatas dalam volume
pelarut yang relatif besar, sehingga senyawa aktif yang terekstraksi juga menjadi terbatas.
Meskipun demikian, terdapat kecenderungan peningkatan yield seiring bertambahnya suhu
dan waktu ekstraksi. Peningkatan suhu dari 40°C hingga 60°C umumnya berkontribusi
terhadap peningkatan yield karena suhu yang lebih tinggi dapat meningkatkan kelarutan dan
difusi senyawa aktif dari matriks bunga ke dalam pelarut. Demikian pula, bertambahnya
waktu ekstraksi dari 20 hingga 40 menit memungkinkan proses pelarutan berjalan lebih
sempurna sehingga menghasilkan yield yang lebih tinggi (Yuliantari et al., 2017).
Pada rasio bahan 0,1 g/mL pada gambar 4b, peningkatan yield terlihat lebih signifikan
dibandingkan dengan rasio sebelumnya. Hal ini menunjukkan bahwa peningkatan jumlah
bahan memberikan lebih banyak senyawa aktif yang tersedia untuk diekstraksi. Kombinasi
suhu tinggi dan waktu ekstraksi yang cukup lama menghasilkan yield yang optimal pada
kondisi ini. Namun, terlihat bahwa setelah titik tertentu, peningkatan suhu dan waktu tidak
lagi memberikan peningkatan yield yang signifikan, yang dapat mengindikasikan
11
tercapainya titik jenuh ekstraksi (Anwar et al., 2021). Gambar 4c, yang menunjukkan kondisi
ekstraksi pada rasio bahan 0,15 g/mL, memperlihatkan yield tertinggi di antara ketiga rasio
yang diuji. Namun, kurva permukaan mulai menunjukkan kecenderungan mendatar,
khususnya pada kombinasi suhu dan waktu ekstraksi yang tinggi. Hal ini dapat
mengindikasikan bahwa pelarut mulai mengalami kejenuhan terhadap senyawa aktif,
sehingga efektivitas ekstraksi tidak lagi meningkat secara proporsional dengan penambahan
jumlah bahan. Meskipun demikian, pada rasio ini, pengaruh suhu dan waktu masih terlihat
memberikan kontribusi positif terhadap yield.
Secara keseluruhan, ketiga parameter proses yaitu suhu, waktu, dan rasio bahan
menunjukkan interaksi yang saling memengaruhi terhadap hasil yield ekstrak. Berdasarkan
analisis permukaan respon, dapat disimpulkan bahwa kondisi optimum untuk menghasilkan
yield maksimal terdapat pada kombinasi suhu tinggi yaitu mendekati 60°C, waktu ekstraksi
antara 35–40 menit, dan rasio bahan mendekati 0,15 g/mL. Kondisi tersebut memberikan
efisiensi proses ekstraksi yang tinggi dengan pemanfaatan bahan dan energi secara optimal.
7.2.2
Analysis of variance (ANOVA)
Analysis of variance (ANOVA) adalah metode uji statistik yang digunakan
untuk memperkirakan variabel data yang lebih dominan berdasarkan hubungan antar
variabel lainnya (Septiadi & Ramadhani, 2020). Kriteria utama yang digunakan dalam
optimasi adalah signifikasi model (p < 0,05) dan lack of fit. Nilai komponen variabel dalam
ANOVA dinyatakan signifikan apabila nilai p-value p < 0,05, dinyatakan tidak signifikan
apabila nilai p-value p > 0,10 dan lack of fit harus non signifikan. Parameter lainnya adalah
nilai R2 lebih dari 0,7 dan nilai adequate precision lebih dari 4 (Sharma, et al., 2009).
Tabel 7.2 Analysis of variance (ANOVA) terhadap Yield Ekstrak Bunga Calendula
Source
Sum of Squares Df Mean Square F-value p-value
Model
2317.95
9
159.58
159.58 < 0.0001 significant
A-Rasio Bahan
211.15
1
130.83
130.83 < 0.0001
B-Suhu
307.52
1
307.52
190.55 < 0.0001
C-Waku
393.40
1
393.40
243.76 < 0.0001
AB
35.40
1
35.40
21.94
0.0023
12
AC
112.36
1
112.36
69.62 < 0.0001
BC
131.10
1
131.10
81.23 < 0.0001
A²
6.17
1
6.17
3.83
B²
721.02
1
721.02
446.76 < 0.0001
C²
326.88
1
326.88
202.54 < 0.0001
Residual
11.30
7
1.61
Lack of Fit
9.32
3
3.11
Pure Error
1.98
4
0.4949
Cor Total
2329.25
16
6.28
0.0194
0.054 not significant
Hasil analisis dari tabel 7.2 menunjukkan nilai F-value sebesar 159,58 yang
menandakan model terbentuk signifikan. Hal ini menunjukkan bahwa variabel-variabel
yang dianalisis dalam model memiliki pengaruh nyata terhadap yield ekstraksi. Nilai pvalue yang sangat kecil (< 0,0001), lebih kecil dari batas signifikansi 0,0500, memperkuat
kesimpulan bahwa model tersebut layak digunakan dalam mempelajari hubungan antar
variabel. Dari hasil analisis, diketahui bahwa faktor-faktor A (rasio bahan), B (suhu), dan
C (waktu), serta komponen kuadratnya (A², B², dan C²) merupakan istilah-istilah model
yang signifikan. Sementara itu, interaksi antar variabel seperti AB, AC, dan BC tidak
memberikan pengaruh yang signifikan terhadap yield, ditunjukkan oleh nilai p > 0,05.
Nilai F terbesar diperoleh pada variabel kuadrat suhu (B²), diikuti oleh waktu
linear (C), dan waktu kuadrat (C²), yang menunjukkan bahwa yield ekstraksi sangat
dipengaruhi oleh waktu dan suhu, terutama dalam bentuk non-linear. Hal ini
mengindikasikan bahwa baik penambahan waktu maupun peningkatan suhu perlu
dioptimalkan secara hati-hati karena efeknya tidak bersifat linier terhadap peningkatan
yield (Segui., et al., 2015). Nilai Lack of Fit sebesar 6,28 dengan p-value 0,541 tergolong
tidak signifikan (p > 0,05). Hal ini menunjukkan bahwa model tidak memiliki
penyimpangan yang berarti dari data eksperimen (fit dengan baik), dan model regresi yang
digunakan dapat menjelaskan data dengan akurat. Dengan demikian, model ini dapat
digunakan sebagai alat prediksi yang andal untuk memahami pengaruh rasio bahan, suhu,
13
dan waktu terhadap hasil ekstrak bunga Calendula (Anadebe., et al., 2019).
Tabel 7.3 Analysis of Variance (ANOVA) Fit Statistic
R2
0,9951
Adjusted R2 Predicted R2
0,9889
0,9347
Adec Precision
37,7819
Analisis varian ANOVA pada tabel 3.3 menunjukkan bahwa model regresi yang
digunakan dalam penelitian ini telah memenuhi kriteria kelayakan. Nilai Adjusted R² yang
diperoleh sebesar 0,9889, sedangkan Predicted R² adalah 0,9347. Selisih antara keduanya
adalah 0,0542, yaitu kurang dari 0,2, yang menunjukkan bahwa model memiliki stabilitas
yang baik dan mampu memprediksi data di luar titik-titik eksperimen dengan akurasi yang
dapat diterima. Hal ini mengindikasikan adanya hubungan yang signifikan antara variabelvariabel rasio bahan, suhu, dan waktu terhadap yield ekstrak bunga Calendula. Nilai R²
(Koefisien Determinasi) yang diperoleh adalah 0,9951, yang lebih dari 0,7 dan mendekati
angka 1, menunjukkan bahwa sebesar 99,51% variasi yield ekstraksi dapat dijelaskan oleh
model. Dengan demikian, hubungan antara variabel dalam model tergolong sangat kuat.
Selain itu, nilai Adequate Precision yang diperoleh adalah 37,7819, yang jauh
melebihi batas minimal 4. Hal ini menandakan bahwa model memiliki rasio sinyal terhadap
noise yang sangat baik, dan karenanya dapat digunakan secara efektif untuk menavigasi
ruang desain dalam proses ekstraksi. Berdasarkan hasil tersebut, dapat disimpulkan bahwa
model regresi kuadratik yang dibangun mampu menjelaskan hubungan antara variabelvariabel proses dan yield ekstraksi secara akurat dan valid. Dengan dukungan nilai-nilai
statistik yang sangat baik, model ini dapat digunakan untuk prediksi dan optimasi proses
ekstraksi bunga Calendula.
7.3 Diffusion-controlled Model
Studi kinetika proses ekstraksi melibatkan suatu model kinetika di mana
penggambaran mekanisme yang terjadi selama proses ekstraksi dinyatakan dalam suatu
persamaan matematika (Bahri, et al., 2023). Untuk memahami dinamika ekstraksi,
digunakan model difusi radial dalam partikel bula untuk memodelkan pelepasan senyawa
aktif yang terjadi saat ekstraksi bunga calendula. Dengan kondisi batas konsentrasi
permukaan yang tetap, model yang akan digunakan mengacu pada solusi difusi radial
dalam bola dengan konsentrasi awal seragam menggunakan persamaan berikut
(Mehrer,2007) :
14
𝑀𝑡
𝑀∞
6
1
−𝐷𝑛2 𝜋 2 𝑡
= 1 − 𝜋 2 ∑∞
𝑛=1 𝑛2 exp (
𝑅2
)
(7.4.1)
dengan :
𝑀𝑡
: jumlah senyawa yang terekstrak pada waktu t
𝑀∞
: jumlah senyawa total/yield maksimum
D
: koefisien difusi (cm2/s)
R
: jari – jari partikel 0,009 cm (80 mesh)
t
: waktu
berdasarkan persamaan 3.3.1 dan hasil percobaan yang ditampilkan pada tabel 3.1,
𝑀
nilai 𝑀 𝑡
∞
dapat dihitung dengan menggunakan data yield yang didapatkan. Selanjutnya
nilai D akan dihitung dengan menggunakan metode iteratif (numerik) supaya menemukan
model yang mendekati data aktual. Pendekatan yang dipakai merupakan pendekatan
berbasis metode numerik yaitu brute force. Brute force adalah sebuah pendekatan yang
lempang (straightforward) untuk memecahkan suatu masalah. Algoritma brute force
memecahkan masalah dengan sangat sederhana, langsung dan dengan cara yang jelas
(Munsyir, 2024). Perhitungan iterasi menggunakan bantuan software Matlab 2009 dan
software original 2025. Hasil perhitungan tersebut disajikan pada gambar berikut ini :
Gambar 5. Grafik diffusion controlled model
Dari perhitungan tersebut diperoleh data nilai koefisien difusi D berada dalam kisaran :

3.8 × 10⁻⁹ - 7.9 × 10⁻⁹ cm²/s untuk yield rendah (30.5–3.1%)

6.2 × 10⁻⁸ cm²/s untuk yield sedang (34.9%)

43.7 × 10⁻⁷ - 5 × 10⁻⁷ cm²/s untuk yield tinggi (43.7% - 66.5%)
15
Grafik yang diperoleh menunjukkan hubungan antara nilai koefisien difusi dan
yield ekstraksi, dimana semakin besar yield yang didapatkan maka semakin besar pula
nilai koefisien. Hal ini menunjukkan bahwa semakin meningkatnya nilai yield, maka
semakin banyak senyawa yang keluar dari partikel. Faktor – faktor yang mempengaruhi
nilai yield diantaranya yaitu Dalam proses ekstraksi Calendula menggunakan metode
Ultrasonic-Assisted Extraction (UAE), waktu dan suhu ekstraksi berpengaruh signifikan
terhadap hasil. Peningkatan suhu, khususnya hingga 70°C, juga mempercepat laju difusi
karena meningkatkan mobilitas molekul dan menurunkan viskositas pelarut, sehingga nilai
koefisien difusi (D) menjadi lebih tinggi. Seluruh percobaan menggunakan ukuran partikel
tetap (80 mesh), sehingga efek waktu dan suhu dapat diamati lebih jelas tanpa pengaruh
dari variasi ukuran ppartikel.
Pola hubungan antara yield dan koefisien difusi (D) menunjukkan
kecenderungan positif, di mana semakin tinggi yield yang diperoleh, semakin besar pula
laju difusi senyawa aktif dari matriks partikel ke dalam pelarut. Hal ini mengindikasikan
bahwa proses ekstraksi yang berlangsung didominasi oleh mekanisme kontrol difusi
internal. Dominasi mekanisme ini memperkuat dugaan bahwa perpindahan massa di dalam
partikel padat merupakan tahap pembatas dalam proses ekstraksi. Nilai D yang tinggi pada
yield maksimum mencerminkan kondisi di mana hambatan difusi mulai berkurang, yang
kemungkinan disebabkan oleh perubahan struktur matriks bahan atau meningkatnya
ketersediaan senyawa aktif pada permukaan partikel. Oleh karena itu, proses ekstraksi ini
berpotensi dimodelkan secara akurat menggunakan solusi analitik dari hukum difusi Fick,
khususnya model difusi dalam partikel berpori. Pemahaman mengenai mekanisme ini
sangat penting dalam perancangan proses industri, karena memungkinkan optimasi yield
ekstraksi melalui pengaturan parameter proses seperti ukuran partikel (semakin kecil,
semakin cepat laju difusi), waktu ekstraksi, serta suhu yang secara langsung memengaruhi
nilai koefisien difusi. Hasil ini sejalan dengan temuan dalam literatur Megawati et al.
(2019), yang juga menggunakan pendekatan model difusi radial pada ppartikel bola dalam
ekstraksi minyak atsiri dari bunga pala dengan metode Microwave-Assisted
Hydrodistillation (MAHD). Dalam studi tersebut, nilai koefisien difusi (De) berkisar
antara 3,97 × 10⁻⁹ hingga 5,65 × 10⁻⁸ cm²/s, dan diketahui meningkat seiring dengan
peningkatan suhu dan waktu ekstraksi. Walaupun kisaran D dalam studi Anda sedikit lebih
tinggi, hal ini dapat dijelaskan oleh perbedaan bahan baku, efisiensi metode UAE yang
digunakan, dan ukuran ppartikel yang relatif kecil (80 mesh). (Megawati et al., 2019)
16
Sementara itu, dalam studi Reche et al. (2021) yang mengkaji ekstraksi senyawa
fenolik dari limbah artichoke menggunakan model matematis difusi-konveksi pada
ekstraksi dengan dan tanpa ultrasound, nilai koefisien difusi yang diperoleh berada pada
kisaran yang lebih rendah, yaitu sekitar 10⁻¹⁰ hingga 10⁻⁹ cm²/s. Mereka menyimpulkan
bahwa aplikasi ultrasound (hingga 335 W/L) meningkatkan laju ekstraksi dengan
memperbesar nilai koefisien difusi melalui peningkatan permeabilitas membran sel dan
efek kavitasi. Meskipun tidak secara langsung menggunakan model difusi radial dalam
bola, studi ini menguatkan bahwa UAE berperan penting dalam mempercepat perpindahan
massa dan meningkatkan efisiensi ekstraksi. Dengan demikian, dibandingkan dengan
kedua referensi tersebut, hasil eksperimen Anda menunjukkan bahwa UAE pada bunga
Calendula memberikan peningkatan yang lebih signifikan terhadap nilai koefisien difusi,
memperlihatkan efektivitas metode ini terutama pada kondisi suhu dan waktu optimal
(Reche et al., 2021).
8.
Kesimpulan
Berdasarkan hasil penelitian yang telah dilakukan, dapat disimpulkan bahwa metode
Ultrasonic-Assisted Extraction (UAE) terbukti mampu mengekstrak senyawa aktif dari
bunga Calendula officinalis L. dengan cukup efektif. Hal ini terlihat dari variasi yield yang
diperoleh selama proses ekstraksi, yang dipengaruhi oleh tiga parameter utama yaitu rasio
bahan terhadap pelarut, suhu ekstraksi, dan waktu ekstraksi.
Model kinetika difusi terkendali (diffusion-controlled) digunakan dalam penelitian ini
untuk menggambarkan mekanisme pelepasan senyawa aktif dari partikel bunga ke dalam
pelarut. Hasil perhitungan koefisien difusi “D” menunjukkan bahwa semakin tinggi yield
yang diperoleh, semakin besar pula nilai D yang dihasilkan. Nilai D berkisar antara 3.8 ×
10⁻⁹ - 7.9 × 10⁻⁹ cm²/s untuk yield rendah (30.5–3.1%), 6.2 × 10⁻⁸ cm²/s untuk yield sedang
(34.9%), 43.7 × 10⁻⁷ - 5 × 10⁻⁷ cm²/s untuk yield tinggi (43.7% - 66.5%)
Secara umum, hasil ini menunjukkan bahwa waktu dan suhu ekstraksi merupakan
faktor yang paling berpengaruh signifikan, di mana peningkatan suhu dan durasi proses
mempercepat difusi senyawa aktif ke dalam pelarut. Rasio bahan juga berperan penting,
terutama dalam menyeimbangkan jumlah pelarut terhadap bahan agar ekstraksi berlangsung
efisien. Hasil pemodelan juga menunjukkan bahwa pendekatan model difusi radial untuk
partikel bola mampu mendekati data aktual dengan baik, yang berarti model ini cocok
digunakan untuk menggambarkan dinamika proses ekstraksi senyawa aktif dari bunga
calendula menggunakan metode UAE. Dengan demikian, kombinasi kondisi ekstraksi
17
terbaik dalam penelitian ini adalah rasio bahan 0,15 g/mL, suhu 50°C, dan waktu 40 menit,
yang menghasilkan yield tertinggi dan laju difusi paling tinggi. Penelitian ini memberikan
kontribusi penting terhadap pengembangan metode ekstraksi senyawa alami berbasis
ultrasound dan bisa menjadi dasar pengembangan lebih lanjut pada skala industri maupun
aplikasi fungsional lainnya.
18
Daftar Pustaka
Anwar, K., Istiqamah, F., & Hadi, S. (2021). Optimasi Suhu dan Waktu Ekstraksi Akar Pasak
Bumi (Eurycoma longifolia jack.) Menggunakan Metode RSM (response surface
methodology)
dengan
Pelarut
Etanol
70%.
Jurnal
Pharmascience,
8(1),
53.
https://doi.org/10.20527/jps.v8i1.9085
Chroho, M., Drioiche, A., Saidi, S., Zair, T., & Bouissane, L. (2021). Total phenolic and flavonoids
contents and in vitro evaluation of antioxidant activity of several Calendula officinalis (
Marigold ) extracts m er ci al us e on er. 94, 21–26. https://doi.org/10.4081/jbr.2021.9680
Escher, G. B., Cardoso, C., Santos, S., Cruz, T. M., Marques, M. B., Ara, M., Azevedo, L., Furtado,
M. M., Ana, A. S. S., Wen, M., Zhang, L., & Granato, D. (2019). From the Field to the Pot :
Phytochemical and Functional Analyses of Calendula o ffi cinalis L . Flower for
Incorporation in an Organic Yogurt.
Ghadyeh, I., Razmjoo, J., Abdali, A., Karim, H., & Boroomand, A. (2019). Industrial Crops &
Products Physiological response and productivity of pot marigold ( Calendula o ffi cinalis )
genotypes under water de fi cit. 139(March). https://doi.org/10.1016/j.indcrop.2019.111488
Goktas, F. M., Sahin, B., & Yigitarslan, S. (2015). Production of Sterilizing Agents from Calendula
officinalis Extracts Optimized by Response Surface Methodology. 2015, 1–8.
Iudina, Y. (2015). The Study Of The Calendula Flowers Extraction Process. News Of Pharmacy,
3(83), 28–31.
Kaimainen, M., Järvenpää, E., & Huopalahti, R. (2015). Enzyme-Assisted Oil Extraction of Lutein
from Marigold (Tagetes erecta) Flowers and Stability of Lutein during Storage. International
Journal
of
Agricultural
and
Food
Research,
4(2),
11–19.
https://doi.org/10.24102/ijafr.v4i2.569
Kusnadi, J., Wuri Andayani, D., & Zubaidah, E. (2019). Ekstraksi Senyawa Bioaktif Cabai Rawit
(Capsicum Frutescens L.) Menggunakan Metode Ekstraksi Gelombang Ultrasonik. Jurnal
Teknologi Pertanian, 20(2), 79–84. https://doi.org/10.21776/ub.jtp.2019.020.02.1
Kusuma, H. S., & Mahfud, M. (2016). Preliminary study: Kinetics of oil extraction from
sandalwood by microwave-assisted hydrodistillation. IOP Conference Series: Materials
Science and Engineering, 128(1), 62–69. https://doi.org/10.1088/1757-899X/128/1/012009
Laura, R. B., Catherine, G. L., & Nathalia, M. P. (2020). Extracción de metabolitos a partir de
Calendula officinalis y evaluación de su capacidad colorante y antibacterial Extraction of
metabolites from Calendula officinalis and evaluation of their colorant and antibacterial
capacity.
Rev.
Colomb.
Biotecnol,
XXII(1),
60–69.
https://doi.org/10.15446/rev.colomb.biote.v22n1.79999
19
Meitasari, A. D., Novita, B., & Susanto, A. (2024). Formulation and Activity of Sunscreen Cream
from
Ethanol
Extract
of
Calendula
Officinalis
L
Flowers.
48–57.
https://doi.org/10.25077/jsfk.11.1.48-57.2024
Mishra, A. K., Mishra, A., & Chattopadhyay, P. (2018). Screening of acute and sub-chronic dermal
toxicity of Calendula o ffi cinalis L essential oil. Regulatory Toxicology and Pharmacology,
98(February 2017), 184–189. https://doi.org/10.1016/j.yrtph.2018.07.027
Munsyir, M. (2024). Implementasi Metode Brute Force Pada Aplikasi Perubahan Tarif Angkutan
Kota Makassar Berbasis Android. Innovative: Journal Of Social Science Research, 4(3),
3252-3263.
OKAN, O. T. (2024). Analysis of Essential Oil from Calendula arvensis L. (Field Marigold
Flowers).
Bartın
Orman
Fakültesi
Dergisi,
26(1),
13–20.
https://doi.org/10.24011/barofd.1384784
Pourshahidi, S., & Sheykhbahaei, N. (2021). Effectiveness of herbal based medications in
treatment of oral lichen planus: A review article. Journal of Herbal Medicine, 29, 100458.
https://doi.org/10.1016/j.hermed.2021.100458
Rafajlovska’, V., Sinadinovic-Fiserolga Borota, S., & Srbinoska, M. (2014). Characterization And
Extraction Of Marigold (Calendula Officinalis L.) Cultivated In The Republic Of Macedonia
Characterization And Extraction Of Marigold (Calendula Officinalis L. 4, 45–49.
Rizki, R., Navtalia, N., & Terbuka, U. (2024). Affinity of Lutein from Marigold Extract as a
Potential Therapy for Thyroid Cancer on PPAR γ , RXR α , and MAP2K2 Proteins via
Compound Docking. October. https://doi.org/10.33830/saintek.v1i1.10034.2024
Ruiz-rodriguez, A. (2017). Supercritical carbon dioxide extraction of Calendula officinalis : kinetic
modeling
and
scaling
up
study.
The
Journal
of
Supercritical
Fluids.
https://doi.org/10.1016/j.supflu.2017.03.033
Salomé-Abarca, L. F., Soto-Hernández, R. M., Cruz-Huerta, N., González-Hernández, & A., V.
(2015). Chemical Composition Of Scented Extracts Obtained From Calendula Officinalis By
Three
Extraction
Methods.
Botanical
Sciences,
93(3),
633–638.
https://doi.org/10.17129/botsci.143
Shintawati, Analianasari, & Zukryandry. (2020). Kinetika Ekstraksi Minyak Atsiri Lada Hitam
(Piper
nigrum)
Secara
Hidrodistilasi.
Cheesa,
3(2),
63.
http://e-
journal.unipma.ac.id/index.php/cheesa
Silva, D., Ferreira, M. S., Sousa-Lobo, J. M., Cruz, M. T., & Almeida, I. F. (2021). Antiinflammatory activity of calendula officinalis l. Flower extract. Cosmetics, 8(2), 1–7.
https://doi.org/10.3390/cosmetics8020031
20
Tetti, M. (2014). Ekstraksi, pemisahan senyawa, dan identifikasi senyawa aktif. Jurnal Kesehatan,
7(2), 361–367.
Tiwari, A., Padalia, R. C., Goswami, P., Bisht, B. S., Chauhan, A., & Verma, R. S. (2016).
Essential oil composition of African marigold (Tagetes minuta L.) harvested at different
growth stages in foothills agroclimatic conditions of North India. ~ 4 ~ American Journal of
Essential Oils and Natural Products, 4(3), 4–07.
Yuliantari, N. W. A., Widarta, I. W. R., & Permana, I. D. G. M. (2017). Pengaruh Suhu dan Waktu
Ekstraksi Terhadap Kandungan Flavonoid dan Aktivitas Antioksidan Daun Sirsak ( Annona
muricata L .) Menggunakan Ultrasonik. Media Ilmiah Teknologi Pangan, 4(1), 35–42.
Zanotti, A., Baldino, L., Scognamiglio, M., & Reverchon, E. (2023). Fractionation of Marigold
Waxy
Extract
Using
Supercritical
CO2.
Separations,
10(5).
https://doi.org/10.3390/separations10050298
21