BAB II

TINJAUAN PUSTAKA

2.1 Siklus Nitrogen

Sumber utama nitrogen didalam tanah berasal dari berbagai sumber.

Sumber utama adalah dari nitrogen bebas di atmosfir, hasil dekomposisi bahan

organik, loncatan listrik di udara (petir) dan pupuk buatan dan pupuk organik

(Damanik, dkk., 2010).

Nitrogen yang terdapat di atmosfer bumi jumlahnya sangat banyak, namun

ketersediaannya untuk organisme terutama tumbuhan sering kurang karena hanya

mikroorganisme tertentu saja yang mampu mengikat molekul nitrogen dan

mengubahnya menjadi bentuk yang dapat digunakan tumbuhan. Nitrogen yang

terdapat dalam tanah sebagian besar berupa organik hasil pembusukan organisme,

sedangkan lainnya berasal dari pelarutan bantuan air hujan (dalam bentuk nitrat

dan ammonia) serta aktivitas gunung berapi (Harahap, 2012).

Nitrogen bebas di atmosfir menempati 78% dari volume atmosfir. Namun

dalam bentuk unsur tidak dapat langung digunakan. Nitrogen harus diubah dulu

menjadi bentuk ammonium atau nitrat melalui proses-proses tertentu. Cara utama

nitrogen bebas masuk kedalam tanah melalui kegiatan-kegiatan jasad renik

mengikat nitrogen dari udara, baik yang bebas atau yang bersimbiosis dengan

tanaman seperti bintil akar tanaman leguminosa dengan bakteri rhizobium,

kemudian nitrogen yang diikat digunakan dalam sintesa asam amino dan protein

oleh tanaman induk. Jika tanaman atau jasad pengikat nitrogen mati, bakteri-

bakteri pembusuk membebaskan asam amino dari protein. Bakteri amonifikasi

Universitas Sumatera Utara

membebaskan ammonium dari gugus amino, yang kemudian dilarutkan dalam

larutan tanah (Damanik, dkk., 2010). Siklus nitrogen di dalam tanah dapat dilihat

pada Gambar 2.1.

Gambar 2.1 Siklus Nitrogen (Pidwirny, 2014)

2.2 Tranformasi Nitrogen

Transformasi utama nitrogen yaitu fiksasi nitrogen, nitrifikasi,

denitrifikasi, asimilasi dan amoninifikasi. Transformasi nitrogen adalah kunci

untuk produktivitas dalam biosfer dan sangat tergantung pada kegiatan kumpulan

beragam mikroorganisme, seperti bakteri, archaea, dan jamur (Bernhard, 2010).

Fiksasi nitrogen adalah suatu proses mengubah gas Nitrogen menjadi

nitrogen biologis yang tersedia disebut fiksasi nitrogen. Gas nitrogen adalah

senyawa yang sangat stabil karena kekuatan ikatan rangkap tiga antara atom

nitrogen, dan membutuhkan energi yang cukup besar untuk memecah ikatan ini.

Sebagian besar fiksasi nitrogen dilakukan oleh bakteri pengikat nitrogen seperti

rhizobium, azotobacter dan Frankia (Bernhard, 2010).

Amoniafikasi suatu organisme mengeluarkan limbah atau mati, nitrogen

dalam jaringan adalah berupa nitrogen organik (asam amino misalnya, DNA).

Universitas Sumatera Utara

Berbagai jamur dan prokariota kemudian membusuk di jaringan dan melepaskan

nitrogen anorganik kembali ke dalam ekosistem sebagai ammonia (Bernhard,

2010).

Nitrifikasi adalah proses yang mengubah amonia menjadi nitrit dan

kemudian menjadi nitrat dan merupakan langkah penting dalam siklus nitrogen

global. Kebanyakan nitrifikasi terjadi aerobik dan dilakukan secara eksklusif oleh

prokariota. Ada dua langkah yang berbeda dari nitrifikasi yang dilakukan oleh

jenis yang berbeda dari mikroorganisme (Bernhard, 2010).

Denitrifikasi adalah proses yang mengubah nitrat menjadi gas nitrogen,

sehingga menghilangkan nitrogen dan kembali ke atmosfer. Gas dinitrogen (N)

adalah produk akhir utama dari denitrifikasi (Bernhard, 2010).

2.3 Nitrat dan Nitrit

Nitrat dan nitrit adalah senyawa alami yang ditemukan dalam lingkungan

yang sering dikonsumsi oleh manusia melalui sayuran, daging dan air

minum.Nitrat dan nitrit terjadi secara alami dalam sayuran sebagai bagian dari

siklus nitrogen (Maynard, dkk., 1976).

Kalium/natrium nitrit dan kalium/natrium nitrat telah digunakan dalam

daging olahan (curing) sebagai bahan tambahan makanan dalamdaging yang

diawetkan selama bertahun-tahun terutama untuk mencegah pertumbuhan dan

produksi racun Clostridium botulinum (Silalahi, 2005).

Nitrat memegang peranan penting dalam nutrisi dan fungsi tanaman

karena potensinya untuk terakumulasi. konsentrasi nitrat dalam tanaman

dipengaruhi olehkelembaban tanah, intensitas cahaya suhu udara, pupuk, varietas

Universitas Sumatera Utara

tanaman, dan strategi proteksi tanaman. Nitrat umumnya ditemukan di sel vakuola

dan dibawa ke dalam xilem. Xilem membawa air dan nutrisi dari akar ke daun,

kemudian floem membawa produk fotosintesis daridaun pertumbuhan tanaman

(EFSA, 2008).

Nitrat ditemukan dalam jumlah yang besar pada sayuran, yaitu berkisar

70-90% dari asupan nitrat. Diantara sayuran, daun hijau mengandung kadar nitrat

yang sangat tinggi. Bayam adalah salah satu dari sayuran yang ditunjukkan dari

beberapa penelitian mengandung kadar nitrat yang tinggi, dibandingkan dengan

sayuran yang lain. Jumlahnya bisa mencapai 5 gram nitrat per kilogram pada

bayam segar (Keshavarz, dkk., 2015). klasifikasi kadar nitrat yang terkandung

pada sayuran dapat dilihat pada Tabel 2.1.

Tabel 2.1 Klasifikasi Kadar Nitrat pada Sayuran Jenis Sayur Rentang

KadarNitrat (mg/kg) Rentang Kadar Nitrit(mg/kg)

Kelas

Asparagus 3-700 0,2-0,9 1 Bit 100-4500 0-4,5 5 Brokoli 140-2300 0-1 2 Kubis 0-2700 0,16-0,4 3 Wortel 0-2800 0-0,6 3 Kembang Kol 53-4500 0-1,1 2 Seledri 50-5300 0,4-0,5 5 Ketimun 17-570 0,16-0,8 2 Kubis 30-5500 0,16-1,4 3 Selada 90-13000 0-94 5 Peterseli 0-4100 0,4-2,6 4 Kacang Polong 20-100 0-2,1 1 Kentang 57-1000 0-3,5 1 Lobak 60-9000 0-162 5 Bayam 2-6700 0,16-1,6 5 Tomat 0-170 0,2-0,9 1

Sumber: (Walters, 1996)

Universitas Sumatera Utara

2.4 Efek Toksik Nitrat dan Nitrit

Nitrit dapat bereaksi dengan zat-zat yang ada dalam saluran pencernaan.

Nitrit juga dapat terbentuk melalui reduksi nitrat oleh bakteri pada infeksi kelenjar

kemih. Sintesa nitrit dan nitrat juga terjadi di dalam jaringan tubuh mamalia oleh

bakteri heterotrop. Jika pH lambung meningkat, bakteri akan berkembang yang

kemudian dapat mereduksi nitrat menjadi nitrit. Nitrat diabsorbsi dengan cepat

pada saluran pencernaan bagian atas, dan sebagian besar dikeluarkan melalui urin.

Pengeluaran melalui urin mempunyai waktu paruh sekitar 5 jam. Sebagian nitrat

yang diangkut dalam darah dikeluarkan melalui kelenjar ludah. Nitrat yang berada

dalam rongga mulut dapat direduksi menjadi nitrit oleh mikroba rongga mulut dan

kemudian tertelan. Sebanyak 25% dari asupan nitrat dikeluarkan melalui kelenjar

ludah. Sekitar 20% dari nitrat dalam kelenjar ludah direduksi menjadi nitrit,

dengan demikian sekitar 5% dari seluruh asupan nitrat akan direduksi menjadi

nitrit dalam ludah dan tertelan kembali (Silalahi, 2005).

Methaemoglobin adalah hemoglobin yang di dalamnya ferro (Fe2+) telah

diubah menjadi ferri (Fe3+) dan kemampuannya untuk mengangkut oksigen telah

berkurang dan menyebabkan warna darah menjadi coklat. Methaemoglobin dapat

terjadi jika hemoglobin terpapar terhadap oksidator, termasuk nitrit. Sebenarnya

darah manusia secara normal mengandung methaemoglobin pada konsentrasi

tidak melebihi 2%. Tetapi, jika kadarnya meningkat menjadi 20% dapat

menyebabkan gangguan pada pengangkutan oksigen yang nyata, namun masih

dapat ditoleransi. Darah yang mengandung methaemoglobin yang tinggi disebut

methaemoglobinemia, terjadi gejala kulit biru (sianosis), sesak napas, mual dan

Universitas Sumatera Utara

muntah, serta shock. Kematian dapat terjadi jika kadar methaemoglobin mencapai

70% (Silalahi, 2005).

2.5 Fotosintesis

Proses sintesis karbohidrat dari bahan-bahan anorganik (CO2 dan H2O)

pada tumbuhan berpigmen dengan bantuan energi cahaya matahari disebut

fotosintesis dengan persamaan reaksi kimia berikut ini.

cahaya matahari

6 CO2+ 6 H2O C6H12O6 + 6 O2

pigmen fotosintesis

Berdasarkan reaksi fotosintesis di atas, CO2 dan H2O merupakan substrat

dalam reaksi fotosintesis dan dengan bantuan cahaya matahari dan pigmen

fotosintesis (berupa klorofil dan pigemen-pigmen lainnya) akan menghasilkan

karbohidrat dan melepaskan oksigen. Cahaya matahari meliputi semua warna dari

spektrum tampak dari merah hingga ungu, tetapi tidak semua panjang gelombang

dari spektrum tampak diserap (diabsorpsi) oleh pigmen fotosintesis. Atom O pada

karbohidrat berasal dari CO2 dan atom H pada karbohidrat berasal dari H2O

(Fitriana, 2008).

2.6 Tanaman Bayam

Bayam merupakan tanaman sayuran yang dikenal dengan nama ilmiah

Amaranthus spp. Kata amaranth dalam bahasa yunani berarti everlasting (abadi).

Tanaman bayam berasal dari daerah Amerika tropis. Tanaman bayam semula

Universitas Sumatera Utara

dikenal sebagai tumbuhan hias. Dalam perkembangan selanjutnya, tanaman

bayam dipromosikan sebagai bahan pangan sumber protein, terutama untuk

Negara-negara berkembang. Diduga tanaman bayam masuk keindonesia pada

abad XIX, ketika lalu lintas perdagangan orang luar negeri masuk ke wilayah

Indonesia (Ramdani, 2013).

2.6.1 Klasifikasi Bayam

Menurut Herbarium Medanese (2016), klasifikasi taksonomi tanaman

bayam yaitu:

Kerajaan : Plantae

Divisi : Spermatophyta

Subdivisi : Angiospermae

Kelas : Dicotiledonae

Ordo : Caryophyllales

Famili : Amaranthaceae

Genus : Amaranthus

Spesies : Amaranthus tricolor L.

2.6.2 Jenis-Jenis Bayam

Menurut Bandini dan Azis (1997), bayam terdiri atas dua jenis yaitu

bayam liar dan bayam dan bayam budidaya.

a. Bayam Liar

Bayam liar dapat dijumpai pada lahan-lahan kosong tidak terurus sebagai

gulma di lahan pertanian, atau di tempat-tempat lembab. Bayam ini dapat

dikonsumsi, tetapi rasanya agak getir (Bandini dan Azis, 1997).Jenis bayam liar

diantaranya sebagai berikut:

Universitas Sumatera Utara

1. Bayam tanah (Amaranthus blitum L.)

Ciri utamanya terletak pada batang yang berwarna merah dan berduri.

Daunnya berbentuk lancip dan kecil, rasanya agak keras dan kasar

(Bandini dan Azis, 1997).

2. Bayam berduri (Amaranthus spinosus L.)

Ciri-ciri bayam tanah hampir sama dengan bayam tanah , yaitu daun kecil

dan daun berwarna merah dan keras, namun pada batangnya terdapat duri

yang keluar dari buku-bukunya (Bandini dan Azis, 1997).

b. Bayam Budidaya

Bayam ini sengaja di budidayakan untuk di konsumsi karena rasa

daunnya yang enak dan mempunyai kandungan gizi yang tinggi (Bandini

dan Azis, 1997). Jenis bayam budidaya diantaranya sebagai berikut:

1. Bayam cabut (Amaranthus tricolor L.)

Bayam cabut disebut juga bayam sekul atau bayam putih. Cirinya, daun

agak bulat dengan daging yang tebal dan lemas. Bunga keluar dari bagian

ketiak cabang. Batang berwarna hijau keputih-putihan sampai merah. Dari

warna batang dan daun dikenal jenis bayam putih dan bayam merah

(Bandini dan Azis, 1997).

2. Bayam petik atau bayam tahunan (Amaranthus hybridus L.)

Tanaman ini tumbuh besar dan tingginya dapat mencapai 2 m. Tanaman

berdaun lebar, berbatang tegap, rasanya getir dan agak keras. Bijinya

berwarna hitam sampai putih. Daunnya diambil dengan cara dipetik atau

dipangkas cabang atau daunnya yang masih muda secara terus menerus.

Universitas Sumatera Utara

Pemetikan ini dapat berlangsung hingga tahunan sehingga disebut bayam

tahunan (Bandini dan Azis, 1997).

2.6.3 Manfaat dan Kandungan Gizi Bayam

Ditinjau dari kandungan gizinya, bayam merupakan jenis sayuran hijau

yang banyak manfaatnya bagi kesehatan dan pertumbuhan badan, terutama bagi

anak-anak dan para ibu yang sedang hamil. Didalam daun bayam terdapat cukup

banyak kandungan protein, mineral, kalsium, zat besi, dan vitamin yang

dibutuhkan oleh tubuh manusia (Bandini dan Azis, 1997). Pada Tabel 2.2

diuraikan mengenai komposisi gizi selengkapnya yang terkandung dalam daun

bayam.

Tabel 2.2 Kandungan Gizi 100 gram Bayam

Zat Gizi Kandungan Nutrisi

Protein 2,86 gram Karbohidrat 3,5 gram Vitamin C 28,1 gram

Vitamin B1 (Thiamin) 0,078 gram Viamin B2 (Riboflavin) 0,189 mg

Vitamin B3 (Niasin) 0,724 mg Vitamin E 1,89 mg

Kalsium (Ca) 99 mg Besi (Fe) 2,71 mg

Magnesium 79 mg Fosfor (P) 49 mg

Kalium (K) 558 mg Sodium (Na) 79 mg

Seng (Zn) 0,53 mg Mangan (Mn) 0,897 mg

(Sumber : Kaleka, 2013)

2.6.4 Syarat Tumbuh Tanaman Bayam

Untuk memperoleh hasil yang berkualitas tinggi, suatu usaha tani perlu

memperhatikan syarat tumbuh tanaman yang akan mendukung pertumbuhan dan

hasil. Bayam dapat tumbuh pada berbagai jenis tanah dan ketinggian tempat,mulai

Universitas Sumatera Utara

dari dataran rendah hingga tinggi, tetapi bayam dapat tumbuh optimal pada

ketinggian 300-700 m dpl. Bayam dapat tumbuh dengan baik pada tanah dengan

pH 6-7, tanah yang gembur dan banyak mengandung bahan organik. Bayam

toleran terhadap kekeringan, tetapi agak rentan terhadap kondisi drainase yang

buruk(Tafajani, 2011).

2.7 Penetapan Kadar Nitrat dan Nitrit dalam Makanan

2.7.1 Kromatografi Cair Kinerja Tinggi (KCKT)

Penggunaan KCKT untuk analisa nitrit dan nitrat telah berkembang.

Kedua anion dapat dianalisa dalam waktu yang bersamaan. Metode KCKT telah

dilaporkan untuk pengukuran kadar nitrat dan nitrit pada daging, sayuran dan air

(Massey, 1996).

Penetapan Kadar nitrat dan nitrit dengan KCKT menggunakan kolom C18

Water Spherisorb® (250 x 4,6) mm dengan fase gerak oktilamin 0,015 M pH 6,5

didalam methanol 30%. Laju alir optimal 0,8 mL/menit, volume injeksi 0,5 µL

kemudian dideteksi dengan UV 213 nm (Keshavarz, dkk.,2015).

Batas deteksi nitrat dan nitrit dengan metode KCKT berada pada kisaran

0,01 - 0,1 mg/L untuk air dan antara 0,1 – 1,0 mg/Kg untuk makanan. Pada

prakteknya batas deteksi tergantung pada reagen blanko (Massey, 1996).

2.7.2 Kromatografi Gas

Kromatografi merupakan teknik pemisahan yang mana solute yang mudah

menguap bermigrasi melalui kolom yang mengandung fase diam dengan suatu

kecepatan yang tergantung pada rasio distribusinya. Fase gerak yang berupa gas

akan mengelusi solute dari ujung kolom menghantarkannya ke detektor.

Universitas Sumatera Utara

Penggunaan suhu yang meningkat bertujuan untuk menjamin bahwa solute akan

menguap dan terelusi (Gandjar dan Rohman, 2009).

Metode kromatografi gas telah digunakan untuk pengujian nitrat dan nitrit

pada air dan makanan. Prosedur ini melibatkan pembentukan derivatif volatile,

ekstraksi dengan pelarut organik dan pengukuran oleh kromatografi gas dengan

menggunakan detektor selektif. Pengukuran dengan kromatografi gas dilakukan

dengan metode nitrasi dari benzen dalam kondisi asam untuk nitrat pada daging

(Hill, 1996). Reaksi nitrasi dari benzen dapat dilihat pada Gambar 2.2.

Gambar 2.2 Reaksi Nitrasi dari Benzen (Sumber : McMurry, 2008)

Pengembangan metode kromatografi gas untuk pengukuran kadar nitrit

telah dilakukan. Cara yang dilakukan adalah mereaksikan pentaflourobenzil

dengan nitrit sehingga diperoleh derivatif volatile, sedangkan pengukuran kadar

nitrat dilakukan terlebih dahulu dengan mereduksi nitrat menjadi nitrit, kemudian

diukur sebagai nitrit. Pengukuran kadar nitrat dan nitrit dengan kromatografi gas

menggunakan fase gerak Helium dengan tekanan 50 kPa, fused-sillica capillary

Universitas Sumatera Utara

coloum (OV1701, 25 m x 0,36 mm) yang dikondisikan pada suhu 60oC selama 2

menit kemudian suhu dinaikkan sampai 100oC dengan laju 5oC per menit dan

suhu dinaikkan kembali sampai 250oC dengan laju 30oC per menit (Tsikas,

dkk.,1994).

2.7.3 Spektrofotometri Sinar Tampak

Radiasi elektromagnetik, yang mana sinar ultraviolet dan sinar tampak

merupakan salah satunya, dapat dianggap sebagai energi yang merambat dalam

bentuk gelombang (Gandjar dan Rohman, 2012). Radiasi di daerah UV/visibel

diserap melalui eksitasi elektron-elektron yang terlibat dalam ikatan-ikatan antara

atom-atom pembentuk molekul sehingga awan elektron menahan atom bersama-

sama mendistribusikan kembali atom-atom itu sendiri dan orbital yang ditempati

oleh elektron-elektron pengikat tidak lagi bertumpang tindih (Watson, 2010).

Prinsip pengukuran kadar nitrit berdasarkan pembentukan warna kemerah-

merahan yang terjadi bila mereaksikan nitrit dengan asam sulfanilat dan N-(1-

naftil) etilendiamin dihidroklorida pada pH 2,0 sampai pH 5,2 kemudian diukur

pada panjang gelombang 540 nm (SNI, 2006). Reaksi pembentukan garam diazo

dan reaksi pengkoplingan dengan NED dapat dilihat pada Gambar 2.3.

Reaksi Diazotasi

HSO3 NH2+HNO2+ HCl HSO3 N + + Cl- + 2H2O

N

Asam sulfanilat Garam diazonium

Universitas Sumatera Utara

HSO3 N+ + Cl + NHCH2CH2NH2

N

Garam diazonium NED

HSO3 N = N NHCH2CH2NH2 + HCl

Senyawa azo (merah)

Gambar 2.3Reaksi antara nitrit dengan asam sulfanilat dan NED (Roth dan Gottfried, 1998).

Pengukuran nitrit dengan cara mereaksikan nitrit dengan asam sulfanilat

dalam suasanan asam sehingga terbentuk garam diazo, kemudian dikopling

dengan NED sehingga membentuk larutan yang berwarna. Larutan berwarna

inilah yang diukur secara spektrofotometri sinar tampak pada panjang

gelombang 540 nm (Gandjar dan Rohman, 2009).

Kebanyakan metode dikembangkan berdasarkan prosedur diazotasi

Griess. Prosedur ini terjadi pembentukan garam diazo antara nitrit dan sulfanilat.

Kemudian diazo direaksikan dengan senyawa amin aromatis atau fenol aromatis

membentuk senyawa berwarna. Penentuan kadar nitrat dilakukan terlebih dahulu

mereduksinya menjadi nitrit, kemudian diukur sebagai nitrit. Jika didalam

sampel juga terdapat nitrit maka kadar nitrat dikurangkan dari kadar nitrit yang

ditentukan sebelum direduksi (Silalahi, dkk., 2007).

Universitas Sumatera Utara

2.8 Validasi Metode

Validasi adalah suatu tindakan penilaian terhadap parameter tertentu pada

prosedur penetapan yang dipakai untuk membuktikan bahwa parameter tersebut

memenuhi persyaratan untuk penggunaannya (Harmita, 2004).

Proses validasi dimulai dengan perangkat lunak yang tervalidasi dan

sistem yang terjamin, lalu metode yang divalidasi menggunakan sistem yang

terjamin dikembangkan. Akhirnya, validasi total diperoleh dengan melakukan

kesesuaian sistem. Masing-masing tahap dalam proses validasi inimerupakan

suatu proses yang secara keseluruhan bertujuan untuk mencapai kesuksesan

validasi (Gandjar dan Rohman, 2009).

2.8.1 Ketepatan (Akurasi)

Akurasi merupakan ketelitian metode analisis atau kedekatan antara nilai

terukur dengan nilai yang diterima baik nilai konvensi, nilai sebenarnya atau nilai

rujukan. Akurasi diukur sebagai banyaknya analit yang diperoleh kembali pada

suatu pengukuran dengan melakukan spiking pada suatu sampel (Gandjar dan

Rohman, 2009).

Menurut Harmita (2004) persen perolehan kembali dapat dihitung dengan

rumus sebagai berikut:

% perolehan kembali = 𝐶𝐶𝐶𝐶−𝐶𝐶𝐶𝐶𝐶𝐶∗𝐶𝐶

x 100 %

Keterangan: CF = konsentrasi analit dalam sampel setelah penambahan baku CA = konsentrasi analit dalam sampel sebelum penambahan baku C*A = konsentrasi bahan baku yang ditambahkan ke dalam sampel

Universitas Sumatera Utara

2.8.2 Presisi

Presisi merupakan ukuran keterulangan metode analisis dan biasanya

diekspresikan sebagai simpangan baku relatif dari sejumlah sampel yang berbeda

signifikan secara statistik (Gandjar dan Rohman, 2009).

2.8.3 Batas Deteksi dan Batas Kuantitasi

Batas deteksi didefinisikan sebagai konsentrasi analit terendah dalam

sampel yang masih dapat dideteksi, meskipun tidak selalu dapat dikuantifikasi.

Sedangkan batas kuantitasi didefinisikan sebagai konsentrasi analit terendah

dalam sampel yang dapat ditentukan dengan presisi dan akurasi yang dapat

diterima pada kondisi operasional metode yang digunakan (Gandjar dan Rohman,

2009).

Universitas Sumatera Utara