Karakteristik Sifat Fisik Pati Tapioka Modifikasi Ganda dengan Hidroksipropilasi dan Ikat Silang
KARAKTERISTIK SIFAT FISIK PATI TAPIOKA
MODIFIKASI GANDA DENGAN HIDROKSIPROPILASI DAN
IKAT SILANG
ALI THONTHOWI
DEPARTEMEN ILMU DAN TEKNOLOGI PANGAN
FAKULTAS TEKNOLOGI PERTANIAN
INSTITUT PERTANIAN BOGOR
BOGOR
2014
PERNYATAAN MENGENAI SKRIPSI DAN
SUMBER INFORMASI SERTA PELIMPAHAN HAK CIPTA*
Dengan ini saya menyatakan bahwa skripsi berjudul Karakteristik Sifat
Fisik Pati Tapioka Modifikasi Ganda dengan Hidroksipropilasi dan Ikat Silang
adalah benar karya saya dengan arahan dari komisi pembimbing dan belum
diajukan dalam bentuk apa pun kepada perguruan tinggi mana pun. Sumber
informasi yang berasal atau dikutip dari karya yang diterbitkan maupun tidak
diterbitkan dari penulis lain telah disebutkan dalam teks dan dicantumkan dalam
Daftar Pustaka di bagian akhir skripsi ini.
Dengan ini saya melimpahkan hak cipta dari karya tulis saya kepada Institut
Pertanian Bogor.
Bogor, September 2014
Ali Thonthowi
NIM F24090080
ABSTRAK
ALI THONTHOWI. Karakteristik Sifat Fisik Pati Tapioka Modifikasi Ganda
dengan Hidroksipropilasi dan Ikat Silang. Dibimbing oleh DIDAH NUR
FARIDAH.
Modifikasi ganda pati tapioka dengan metode hidroksipropilasi dan ikat
silang dilakukan untuk mengatasi kekurangan sifat pati tapioka asli sehingga
lebih luas aplikasinya pada pengolahan makanan. Modifikasi ganda diterapkan
dengan kombinasi konsentrasi propilena oksida (8%, 10%, dan 12%) dan sodium
trimetafosfat (STMP) : sodium tripolifosfat (STPP) (2 % : 5 %). Pati tapioka hasil
modifikasi ganda memiliki suhu gelatinisasi lebih rendah (66.00 - 68.00oC)
dibandingkan dengan pati tapioka asli (68.45oC). Pati tapioka modifikasi ganda
memiliki viskositas puncak yang lebih tinggi pada tingkat yang berbeda dari
konsentrasi propilen oksida (>5735cP), sedangkan viskositas puncak pati tapioka
asli lebih rendah (5635cP). Nilai viskositas setback untuk pati termodifikasi
memiliki nilai yang lebih tinggi (3136-3564cP) dan untuk pati alaminya (1192cP).
Viskositas breakdown pati tapioka hasil modifikasi ganda lebih rendah (6981530cP) dibandingkan dengan pati alaminya (4089cP). Pada pH asam, viskositas
puncak menurun pada tingkat yang berbeda dari penambahan konsentrasi propilen
oksida. Pati tapioka hasil modifikasi ganda dengan konsentrasi propilen (10-12%)
dan campuran STMP : STTP (2%:5%) memiliki sifat tahan panas, asam dan
pengadukan.
Kata kunci : pati tapioka, hidroksipropilasi, modifikasi ganda, ikat silang
ABSTRACT
ALI THONTHOWI. Physical Characteristics of Dual Modified Tapioca
Starch with Hidroxypropylation and Cross-linked. Supervised by DIDAH NUR
FARIDAH.
Dual modified tapioca starch using hydroxypropylation and cross-linking
method was carried out to overcome the lack of native tapioca starch properties
in food processing application. The modifications applied were: combined
propylene oxide (8%, 10%, and 12%) and the ratio of sodium trimetaphosphate
(STMP): sodium tripolyphosphate (STPP) is (2%: 5%). Dual modified tapioca
starch had lower gelatinization temperature (66.00 - 68.00oC) than that of native
tapioca starch (68.45oC).The modified tapioca starches also had higher peaks
viscosity (> 5735cP) than that of native tapioca starch (5635cP). Setback
viscosity of modified tapioca starch was higher values (3136-3564cP) than the
native (1192cP). Breakdown viscosity was lower values (698-1530cP) than
native starch (4089cP). At acidic pH, viscosity decreased at different levels of
temperature change compared with that of normal pH. Dual modified tapioca
starch with propylene concentration (10-12%) and a mixture of STMP: STTP
(2%: 5%) have a heat-resistant properties, acid and shear.
Keywords: tapioca starch, hydroxypropylation, double modification, crosslinking
KARAKTERISTIK SIFAT FISIK PATI TAPIOKA
MODIFIKASI GANDA DENGAN HIDROKSIPROPILASI DAN
IKAT SILANG
ALI THONTHOWI
Skripsi
sebagai salah satu syarat untuk memperoleh gelar
Sarjana Teknologi Pertanian
pada
Departemen Ilmu dan Teknologi Pangan
DEPARTEMEN ILMU DAN TEKNOLOGI PANGAN
FAKULTAS TEKNOLOGI PERTANIAN
INSTITUT PERTANIAN BOGOR
BOGOR
2014
PRAKATA
Puji dan syukur penulis panjatkan kepada Allah subhanahu wa ta’ala atas
segala karunia-Nya sehingga karya ilmiah ini berhasil diselesaikan. Skripsi ini
diberi judul Karakteristik Sifat Fisik Pati Tapioka Modifikasi Ganda dengan
Hidroksipropilasi dan Ikat Silang
Terima kasih penulis ucapkan kepada Dr. Didah Nur Faridah, S.TP, M.Si
selaku dosen pembimbing, dan Indofood Riset Nugraha. Ungkapan terima kasih
juga disampaikan kepada ayah, ibu, kakak, adik, serta seluruh keluarga, atas
segala doa dan kasih sayangnya.
Semoga karya ilmiah ini bermanfaat.
Bogor, September 2014
Ali Thonthowi
DAFTAR ISI
DAFTAR TABEL
vi
DAFTAR GAMBAR
vi
DAFTAR LAMPIRAN
vi
PENDAHULUAN
2
Latar Belakang
1
Perumusan Masalah
2
Tujuan Penelitian
2
Manfaat Penelitian
2
Ruang Lingkup Penelitian
3
METODE
4
Bahan
4
Alat
4
Prosedur Analisis Data
4
HASIL DAN PEMBAHASAN
7
Hasil
7
Pembahasan
7
SIMPULAN DAN SARAN
15
Simpulan
15
Saran
15
DAFTAR PUSTAKA
15
LAMPIRAN
20
RIWAYAT HIDUP
21
DAFTAR TABEL
1 Kadar fosfor dan derajat subtitusi
2 Kadar air dan pH pati tapioka
3 Profil gelatinisasi pati tapioka hasil modifikasi hidroksipropilasi dan
ikat silang pada berbagai kombinasi konsentrasi menggunakan Rapid
Visco Analyzer (RVA)
4 Pengaruh konsentrasi propilena oksida dan campuran STMP:STPP
terhadap kejernihan pasta pati tapioka hasil modifikasi hidroksipropilasi
dan ikat silang
5 Derajat kristalinitas (%) granula pati tapioka hasil modifikasi
hidroksipropilasi dan ikat silang
6 Besar perubahan %W absorpsi pada pati native dan termodifikasi
9
9
12
13
15
16
DAFTAR GAMBAR
1 Granula pati tapioka di bawah mikroskop polarisasi (perbesaran 400x, 1
skala = 10 µm)
2 Profil gelatinisasi pati tapioka hasil modifikasi hidroksipropilasi dan
ikat silang menggunakan RVA pada berbagai kombinasi konsentrasi
propilena oksida dan campuran STMP : STPP
3 Profil gelatinisasi pati tapioka hasil modifikasi hidroksipropilasi dan
ikat silang menggunakan RVA pada berbagai kombinasi konsentrasi
propilena oksida dan campuran STMP : STPP dengan perlakuan asam
(pH 3,5)
4 Difaktogram kristal tapioka sebelum dan sesudah modifikasi ganda
5 Grafik penambahan % W absorpsi pada pati alami dan termodifikasi
10
11
13
14
15
DAFTAR LAMPIRAN
1 Sifat birefringence dan morfologi pati tapioka hasil modifikasi
hidroksipropilasi dan ikat silang
20
PENDAHULUAN
Latar Belakang
Pati alami memiliki kelemahan dalam sifat fisik maupun sifat kimianya
sehingga mendorong untuk dilakukan modifikasi untuk memperbaiki sifat aslinya.
Pati yang dimodifikasi akan mengalami perubahan komposisi dan sifat
fisikokimianya (Das et al. 2010). Modifikasi pati dapat dilakukan dengan berbagai
cara, salah satu yang sering digunakan adalah dengan dimodifikasi secara kimia
dengan menggunakan metode hidroksipropilasi dan ikat silang, karena dapat
meningkatkan konsistensi pasta, kelembutan dan kejernihan, serta memiliki
stabilitas yang tinggi pada proses beku-cair dan penyimpanan pada suhu rendah
sehingga aplikasinya lebih luas dalam pengolahan pangan (Singh et al. 2007).
Modifikasi ganda merupakan modifikasi pati dengan hidroksipropilasi dan
ikat silang yang nantinya akan menghasilkan pati resisten tipe 4. Hidroksipropilasi
pati adalah proses eterifikasi pati menggunakan pereaksi propilena oksida pada
kondisi basa. Granula pati alami mengalami proses eterifikasi gugus
hidroksipropil (-OCH2CH2CH3) pada derajat substitusi yang rendah,
menggantikan tempat gugus hidroksil (Ratnayake dan Jackson 2008). Modifikasi
ini meningkatkan stabilitas selama penyimpanan dingin, kejernihan dan tekstur
pasta pati (Wurzburg 1989). Ikat silang berperan di mana sejumlah kecil senyawa
yang dapat bereaksi dengan lebih dari satu gugus hidroksil ditambahkan ke
polimer pati, reaksi ikat silang melibatkan penggantian ikatan hidrogen antara
rantai pati dengan gugus fosfat dari reagen STMP (Sodium trimetaphosphat) dan
STPP (Sodium tripoliphosphat), membentuk jembatan ikat silang melalui ikatan
kovalen yang lebih kuat dan permanen. Pati ikat silang memiliki kemampuan
yang baik dalam mempertahankan viskositas (Wurzburg 1989). Pati yang
dimodifikasi ikat silang termasuk ke dalam pati resisten tipe 4 (RS4) (Tester dan
Karkalas 2002).
Pati tapioka terdiri atas 17% amilosa dan 83% amilopektin (Rickard et al.
1992). Granula tapioka berbentuk semi bulat dengan salah satu bagian ujungnya
mengerucut dengan ukuran 5-35 m (Rickard et al., 1992). Tapioka memiliki
karakteristik yang lebih baik terkait dengan kemampuan mengembang (swelling
power), suhu gelatinisasi, dan kelarutan dibanding pati lainnya (Pomeranz, 1991;
Wurzburg, 1989). Menurut Pomeranz, kandungan amilosa pati dapat
mempengaruhi swelling power, yang pada gilirannya akan mempengaruhi
modifikasi ganda. Berdasarkan keunggulan-keunggulan yang dimiliki terkait
dengan amilosa, daya kembang yang tinggi dan rata- rata ukuran granula yang
besar tapioka cocok dimodifikasi dengan cara modifikasi ganda yaitu dengan
hidroksipropilasi dan ikat silang.
Menurut Wattanachant et al., (2003) reaksi hidroksipropilasi akan
melemahkan ikatan antar molekul pati sehingga pereaksi ikat silang dapat lebih
banyak bereaksi dengan molekul pati. Modifikasi ganda menghasilkan pasta pati
dengan puncak viskositas yang tinggi dan stabilitas yang lebih baik dibandingkan
pati alaminya (Wu dan Seib 1990).
2
Lim dan Seib (1993) menyelidiki bahwa modifikasi ikat silang akan
memberikan hasil lebih baik dalam mempertahankan viskositas bila menggunakan
campuran garam fosfat (Sodium trimetaphosphat (STMP) dan Sodium
tripoliphosphat (STPP)) dibandingkan hanya menggunakan STMP. Hasil
penelitian Wattanachant et al., (2002), menunjukkan bahwa campuran garam
fosfat 2% STMP dan 5% STPP lebih efisien dalam hidroksipropilasi ikat silang
pati sagu dibandingkan dengan menggunakan POCl3 atau epiklorohidrin.
Modifikasi ganda ini dipengaruhi oleh prosedur pembuatannya. Telah
dilaporkan bahwa pati gandum yang dimodifikasi dengan hidroksipropilasi
kemudian ikat silang memiliki suhu gelatinisasi yang lebih rendah dan lebih
toleran terhadap proses beku-cair, dan konsistensi pasta yang lebih baik
dibandingkan dengan pati alaminya (Hung dan Morita 2005). Wang dan Wang
(2000) melaporkan bahwa pati jagung hasil reaksi hidroksipropilasi yang diikuti
reaksi ikat silang memiliki viskositas, suhu onset, suhu puncak, dan entalpi
gelatinisasi yang lebih tinggi, serta memiliki kecenderungan retrogradasi yang
lebih rendah dibandingkan dengan pati jagung hasil ikat silang yang diikuti
hidroksipropilasi, tetapi pati jagung hasil ikat silang yang diikuti hidroksipropilasi
lebih tahan terhadap serangan enzim maupun senyawa kimia.
Dengan sifat-sifat tersebut, maka pati hasil modifikasi ganda dapat
berfungsi sebagai produk pengental dan penstabil makanan, seperti tercantum di
dalam Standar CODEX (1995) dengan INS No.1442 sebagai hydroxypropyl
distarchphosphate.
Penelitian ini diharapkan akan memberikan informasi terkait karakteristik
sifat fisik pati tapioka hasil modifikasi ganda dengan hidroksipropilasi dan ikat
silang, dan dapat menjadi dasar pengembangan ingredien pangan fungsional yang
berbahan baku tapioka untuk meningkatkan nilai tambah tapioka
.
Perumusan Masalah
1. Pati tapioka alami memiliki kelemahan dalam sifat fisik sehingga mendorong
dilakukannya modifikasi ganda untuk memperbaiki karakteristik sifat fisiknya.
2. Modifikasi ganda dengan hidroksipropilasi dan ikat silang.menggunakan
propilen oksida dan STTP : STMP dapat merubah karakteristik sifat fisiknya
sehingga perlu dilakukan analisis (1) profil gelatinisasi pati dengan Rapid
Visco Analyzer (RVA); (2) morfologi pati dengan mikroskop polarisasi dan
SEM (Scanning Electron Microscope); (3) perubahan daerah kristalin dengan
difraksi sinar X; (4) kadar fosfor; (5) kejernihan pasta pati; (6) swelling power.
Tujuan Penelitian
Penelitian ini bertujuan untuk modifikasi tapioka dengan hidroksipropilasi
dan ikat silang dan mempelajari karakteristik sifat fisiknya, sehingga dapat
dikembangkan untuk diaplikasikan pada proses pengolahan sebagai bahan
tambahan pangan, ataupun ingredient pangan yang sesuai.
3
Manfaat Penelitian
Manfaat hasil penelitian ini diharapkan memberikan informasi mengenai
modifikasi ganda tapioka dengan metode hidroksipropilasi dan ikat silang dan
dapat menjadi acuan pembuatan pati termodifikasi untuk dimanfaatkan sebagai
bahan baku pada industri pangan dan diolah sebagai produk pangan yang
memiliki nilai fungsional.
Ruang Lingkup Penelitian
Penelitian ini berfokus pada pengujian terhadap sifat fisik, yaitu kombinasi
metode hidroksipropilasi dan metode ikat silang menggunakan campuran STMP
dan STPP pada berbagai konsentrasi. Pati tapioka diperoleh dari singkong kultivar
UJ-5 yang dipanen pada umur 10 bulan di Balai Penelitian Tanaman Kacangkacangan dan Umbi-umbian (BALITKABI) Malang. Pati tersebut kemudian
dimodifikasi ganda dengan hidroksipropilasi dan ikat silang. Pati hasil modifikasi
tersebut selanjutnya dianalisis sifat fisiknya.
METODE
Waktu dan Tempat Penelitian
Penelitian ini dilakukan bulan Oktober 2013 sampai Februari 2014.
Penelitian ini dilakukan di Laboratorium Departemen Ilmu dan Teknologi Pangan,
Fakultas Teknologi Pertanian, Institut Pertanian Bogor.
Bahan dan Alat
Pati yang digunakan dalam penelitian ini diperoleh dari ekstraksi singkong
kultivar UJ-5 (umur panen 10 bulan). Bahan untuk modifikasi pati adalah: garam
fosfat (Sodium trimetaphosphat (STMP) dan Sodium tripoliphosphat (STPP), dan
propilena oksida, dari Sigma-Aldrich Chemical, natrium sulfat (Na2SO4), asam
hidroklorida (HCl), natrium hidroksida (NaOH), asam sulfat (H2SO4), natrium
fosfat dihidroksi (Na2 H2PO4), dan reagen vanadat-molibdat.
Instrumen yang digunakan untuk analisis pati tapioka adalah
Spektrofotometer UV-Vis spectronic 20D+, difraksi sinar X, Rapid Visco
Analyzer (RVA), mikroskop polarisasi, Scanning Electron Microscope (SEM).
Peralatan lain yang digunakan dalam analisis adalah inkubator bergoyang,
crucible, blender, mortar, pH meter, penggiling tepung, refrigerator, freezer,
termometer, neraca analitik, inkubator, oven tanur, sentrifus, kertas saring, ayakan
100 mesh, oven, sudip, erlenmeyer, aluminium foil, pipet mohr, pipet tetes,
penangas air (waterbath), pipet mikro, alat sentrifus, tabung sentrifus, kaca arloji,
gelas piala, tanur, labu takar, dan alat-alat gelas lainnya.
4
Metode penelitian
Ekstraksi Pati Singkong
Umbi segar dikupas, dicuci bersih kemudian diparut menggunakan rasprer.
Hasil dari parutan ditambahkan air bersih dan disaring hingga menghasilkan
suspensi pati. Suspensi kemudian diendapkan dahulu selama 3 jam. Setelah itu
dipisah hingga tersisa endapan pati yang berwarna putih. Endapan tersebut
dilarutkan kembali dengan air bersih dan diendapkan kembali selama 12 jam,
selanjutnya air yang terpisah dibuang kembali dan endapan pati dikeringkan
dengan menghamparkan di atas loyang dan dimasukkan ke dalam oven dengan
suhu rata-rata 40oC kurang lebih selama 8 jam untuk mendapatkan kadar air
antara 12- 14%. Endapan pati kering kemudian diayak manual dengan ayakan
ukuran 100 mesh.
Modifikasi kombinasi hidroksipropilasi dan ikat silang
Proses modifikasi menggunakan metode yang telah dikembangkan oleh
Wattanachant et al. (2003) dan Aziz et al. (2004) dengan perbedaan konsentrasi
pereaksi yang digunakan. Pati garut (100 g bk) dilarutkan pada larutan natrium
sulfat 10% hingga diperoleh larutan suspensi 40% (b/v). Sambil diaduk pH
ditingkatkan menjadi 10,5 dengan menambahkan NaOH 5%. Propilena oksida
ditambahkan dengan konsentrasi 8%, 10%, dan 12% (v/b). Suspensi diaduk 30
menit pada suhu kamar (25 o C). Suspensi ditempatkan pada inkubator goyang
(suhu 40 o C; 200 rpm) selama 24 jam. Setelah itu ditambahkan campuran STMP
dan STPP dengan perbandingan konsentrasi 2% : 5% (b/b). Suspensi diaduk
kembali selama 30 menit pada suhu kamar dan kemudian pH diturunkan menjadi
5.5. Suspensi ditempatkan kembali pada inkubator goyang (suhu 40o C; 200 rpm)
selama 24 jam. Selanjutnya dilakukan sentrifugasi (2000 xg :15 menit),
selanjutnya endapan dicuci dengan air destilata sebanyak 5 kali. Endapan
dikeringkan pada suhu 40oC sampai kadar air 10-12%, dihaluskan, dan disaring
dengan ayakan 100 mesh.
Prosedur Analisis Data
Penetapan rendemen pati
Rendemen pati adalah persentase pati yang dihasilkan dari umbi garut
segar, dihitung dengan cara menimbang bobot pati yang dihasilkan dari proses
ekstraksi dibandingkan dengan bobot umbi garut segar sebagai bahan dasar
dikalikan 100%.
Kadar Air (AOAC 2006)
Pengukuran kadar air pati dilakukan dengan menggunakan metode
pengeringan. Pada metode ini, sampel ditimbang sebanyak 5 g, kemudian
dimasukkan ke dalam cawan yang telah dikeringkan terlebih dahulu selama 2 jam
dan ditimbang. Contoh selanjutnya dikeringkan dalam oven pada suhu 110oC
5
selama 24 jam atau hingga diperoleh bobot kering yang tetap. Contoh dikeluarkan
dari oven dan kemudian dimasukkan ke dalam desikator hingga dingin,
selanjutnya dilakukan penimbangan dengan menggunakan neraca analitik. Kadar
air pati ditentukan dengan menggunakan rumus sebagai berikut:
Kadar air (%bb)
=
( x – y ) *100%
(x–a)
Keterangan: x = bobot cawan dan sampel sebelum dikeringkan (g), y =
bobot cawan dan sampel setelah dikeringkan (g), a = bobot cawan kosong (g)
Analisis Profil Gelatinisasi Pati (RVA Standar 2)
Profil gelatinisasi pati tapioka alami dianalisis dengan menggunakan
Rapid Visco Analyzer (RVA). Sebanyak 3,0 g sampel (berat kering) ditimbang
dalam wadah RVA, lalu ditambahkan 25,0 g akuades. Pengukuran dengan RVA
mencakup fase proses pemanasan dan pendinginan pada pengadukan konstan (160
rpm). Pada fase pemanasan, suspensi pati dipanaskan dari suhu 50oC hingga 95oC
dengan kecepatan 6oC/menit, lalu dipertahankan pada suhu tersebut (holding)
selama 5 menit. Setelah fase pemanasan selesai, pasta pati dilewatkan pada fase
pendinginan, yaitu suhu diturunkan dari 95oC menjadi 50oC dengan kecepatan
6oC/menit, kemudian dipertahankan pada suhu tersebut selama 2 menit. Instrumen
RVA memplot kurva profil gelatinisasi sebagai hubungan dari nilai viskositas (cP)
pada sumbu y dengan perubahan suhu (oC) selama fase pemanasan dan
pendinginan pada sumbu x
Data yang diperoleh dari pengukuran RVA adalah suhu awal gelatinisasi,
viskositas puncak atau maximum viscosity, viskositas pada 95oC atau hot paste
viscosity, viskositas breakdown, viskositas setelah mencapai suhu 50oC, viskositas
akhir setelah dipertahankan di 50oC atau cold paste viscosity, viskositas setback
atau setback viscosity, dan stabili tas pengadukan pada 50oC. SAG (oC) adalah
suhu pada saat nilai viskositas mulai terbaca yang menandakan pati mulai
mengalami gelatinisasi. Viskositas puncak diukur saat pasta pati mencapai
viskositas maksimum selama fase pemanasan. Viskositas breakdown
menunjukkan kestabilan viskositas terhadap pemanasan yang dihitung dari selisih
antara viskositas puncak dengan viskositas pada 95oC. Setback viscosity
menunjukkan kecenderungan pati untuk mengalami retrogradasi yang dihitung
sebagai selisih antara viskositas pada suhu 50oC dengan viskositas pada suhu
95oC. Tipe profil gelatinisasi pati selanjutnya ditentukan berdasarkan
pengelompokan oleh Schoch dan Maywald (1968).
Analisis Morfologi granula
Pati tapioka dibuat suspensi encer dengan melarutkan 1 sudip sampel
dalam + 20 mL air. Selanjutnya beberapa tetes suspensi diambil dan diletakkan di
atas sebuah gelas objek. Gelas penutup dipasang, lalu preparat diamati dengan
menggunakan mikroskop polarisasi cahaya pada skala pembesaran 200 kali dan
gambar yang teramati dipotret dengan kamera dan foto granula pati yang
6
dihasilkan dicetak pada film (Ridal, 2003). Ukuran granula pati dibaca dari
gambar (dalam satuan m).
Morfologi permukaan granula pati tapioka sebelum dan setelah modifikasi
diamati di bawah Scanning Electron Microscope (SEM). Serbuk pati diletakkan di
atas tempat sampel dengan menggunakan double-tape. Sampel kemudian dilapisi
dengan emas, lalu dimasukkan ke dalam instrumen SEM JOEL JSM-6510LA.
Struktur pati diamati di layar monitor dengan menggunakan skala pembesaran 500
dan 800 kali.
Analisis Fosfor (Metode Vanadat-Molibdat)
Timbang 2-3 g tapioka ke dalam cawan porselin, tapioka diabukan dengan
memasukkan ke dalam tanur listrik suhu maksimum 550oC selama 12 jam.
Kemudian buat menjadi larutan abu dengan cara menambah kan 40-50 ml HCL
encer (1+1) secara bertahap, pindahkan pada gelas piala dan dipanaskan 60 menit.
ditambahkan 10 ml HCL encer (1+1) dan sarung menggunakan kertas saring,
tampung dalam labu takar 100 ml. Tepatkan larutan abu dalam labu takar hingga
100 ml dengan akuades.
Pereaksi vananadat-molibdat dibuat dengan melarutkan 20 g amonium
molibdat dalam 400 ml akuades hangat (50oC), lalu didinginkan. Di gelas piala
lainnya, 1.0 g amonium vanadat dilarutkan dalam 300 ml air destilata mendidih,
kemudian didinginkan. Perlahan- lahan tambahkan 140 ml asam nitrat pekat
sambil diaduk. Larutan molibdat dimasukkan kedalam larutan vanadat dan diaduk.
Diencerkan sampai 1 liter dengan air destilata.
Larutan fosfor standar. Ditimbang tepat 3.834 g potassium dihidrogen
fosfat, dilarutkan dalam air destilata dan diencerkan sampai volume 1 liter. Ambil
25 ml larutan tersebut, dimasukkan dalam labu takar 250 encerkan sampai tanda
tera.
Pembutan kurva standar
Larutan standar fosfat 0; 1.25; 2.0; 2.5; 3.0; 3.75 ml dimasukkan dalam
seri labu takar 50 ml, masing-masing diencerkan sampai volume 30 ml dengan
akuades. ditambahkan 1.25 ml pereaksi vanadat-molibdat ke dalam masingmasing labu takar dan tepatkan sampai tanda tera dengan akuades didiamkan 10
menit, diukur absorbansi pada panjang gelombang 400 nm.
Analisis sampel
Diambil 5 ml larutan abu, dimasukkan dalam labu takar 50 ml.
Ditambahkan 20 ml akuades dan 1.25 ml pereaksi vanadat molibdat dan
diencerkan dengan akuades sampai tanda tera, didiamkan 10 menit, diukur
absorbansi pada panjang gelombang 400 nm. Kadar fosfor dalam sampel dihitung
dengan rumus sebagi berikut :
(%) P2O5 = Absorbansi sampel – b x V. Larutan abu x 0.1
a
W
7
(%) P = (%) P2O5 x BM P
BM P2O5
keterangan :
P = konsentrasi fosfor dari kuva standar (mg/50ml)
W = berat contoh pada saat pengabuan (g)
Derajat substitusi
Derajat substitusi dihitung berdasarkan persamaan yang diuraikan dalam
(Matoz dan Pérez 2003) sebagai berikut:
S = 162P / (3100-102P)
dimana P adalah kadar fosfor (% basis kering) di pati diubah.
Stabilitas terhadap asam
Pengukuran stabilitas terhadap asam dilakukan menggunakan metode yang
dikembangkan oleh Wattanachant et al., (2002), yaitu membandingkan pola
gelatinisasi larutan pati hasil modifikasi pada kondisi pH 3.5. Larutan pati diuji
menggunakan RVA dengan prosedur standar. Untuk mengatur pH hingga
mencapai pH 3.5 dilakukan penambahan larutan asam asetat 0.003%
menggunakan pH meter.
Kejernihan pasta
Pengukuran kejernihan pasta menggunakan metode yang dikembangkan
oleh Kerr dan Cleveland (1959) dalam Wattanachant et al.,. (2002). Larutan pati
1% dipanaskan dalam water bath dengan suhu 95oC selama 30 menit sambil
diaduk, selanjutnya didinginkan sampai mencapai suhu 25oC selama satu jam.
Kejernihan pasta diukur menggunakan spektrofotometer dengan besaran persen
transmitan (%T) pada 650 nm dan air destilata digunakan sebagai blanko.
Difraksi sinar-X
Kristalinitas granula pati dapat dideteksi melalui difraksi sinar-X (Zobel,
1988). Instrumen yang digunakan adalah difraktometer Philips menggunakan
monokromatik radiasi kobalt, 31 kV, 26 mA, 4-detik waktu yang konstan dan
kecepatan kertas dari 1 cm/menit. Difraktogram ini direkam di 2θ = 4-30° dengan
kecepatan scan 1 °/menit.
Swelling power
Pengukuran swelling power menggunakan metode yang di kembangkan
oleh Nugraha (2014), sampel pati ditimbang sebesar 2-3 gram kemudian letakkan
pada cawan kering yang telang diketahui beratnya, kemudian disimpan dalam
desikator yang di dalamnya sudah diberi larutan K2SO4 jenuh atau KCl dan
8
diamati pertambahan berat sampel dengan ditimbang selama kurun waktu 6, 12,
24 48, 72 jam dan dihitung dengan rumus berikut,
(%) W absorpsi = bobot setelah t (jam) – bobot cawan dan sampel (g) x 100%
bobot sampel (g)
HASIL DAN PEMBAHASAN
Rendemen
Rendemen pati dihitung berdasarkan perbandingan bobot pati kering yang
dihasilkan dengan umbi yang sudah dibersihkan kulitnya sebelum dilakukan
ekstraksi. Ekstraksi pati dilakukan melalui proses pemarutan dan penyaringan.
Banyaknya jumlah pati yang dapat keluar dari jaringan selama proses pemarutan
akan berpengaruh terhadap jumlah pati yang dihasilkan. Selain itu juga proses
penyaringan dan pencucian ampas akan berpengaruh terhadap jumlah pati yang
keluar. Pada saat pati sudah dikeringkan dilakukan penggilingan dan pengayakan,
pada proses tersebut dapat terjadi kehilangan granula pati sehingga akan
berpengaruh terhadap rendemen pati yang dihasilkan. Rendemen pati yang
dihasilkan pada penelitian ini adalah sebesar 25.49% dengan kadar air 12.47%.
Menurut Sabrina (1990), faktor-faktor yang mempengaruhi kadar pati dalam
umbi ubi kayu adalah umur tanam, varietas, dan keadaan tanah. Umur panen
optimal setiap ubi kayu untuk menghasilkan rendemen pati tertinggi bervariasi
tergantung oleh beberapa faktor. Pemanenan lebih cepat atau lebih lambat akan
memberikan hasil yang kurang maksimal. Menurut Eris (2005), ubi kayu yang
digunakan untuk memproduksi tapioka biasanya mempunyai umur panen antara
9-12 bulan dengan rendemen sekitar 15-30%. Menurut Balagopalan et al. (1988),
kadar pati tertinggi berada pada pemanenan umur 10-11 bulan. Umur panen ubi
kayu yang digunakan pada penelitian ini dipanen ketika berumur 10 bulan, tepat
pada umur panen tersebut merupakan waktu yang optimal untuk memperoleh pati,
sehingga menghasilkan rendemen yang cukup tinggi.
Kadar Fosfor dan Derajat Subtitusi (DS)
Pengukuran kandungan fosfor dilakukan untuk membuktikan terbentuknya
jembatan fosfat pada rantai amilosa. Tabel 1. menunjukkan bahwa dimodifikasi
pati yang terkandung fosfor dalam kisaran 0,029-0,076%. Menurut Lim dan Seib,
tingkat fosfor maksimum yang diijinkan dalam modifikasi pati komersial adalah
0,4% (U.S. Regulation). Dalam proses modifikasi ganda dalam studi ini
menunjukkan bahwa penggunaan konsentrasi garam fosfat dengan rasio 2%
STMP : 5% STPP gabungan dengan konsentrasi propilena oksida dari 8-12%,
menghasilkan pati fosfat dengan kadar
MODIFIKASI GANDA DENGAN HIDROKSIPROPILASI DAN
IKAT SILANG
ALI THONTHOWI
DEPARTEMEN ILMU DAN TEKNOLOGI PANGAN
FAKULTAS TEKNOLOGI PERTANIAN
INSTITUT PERTANIAN BOGOR
BOGOR
2014
PERNYATAAN MENGENAI SKRIPSI DAN
SUMBER INFORMASI SERTA PELIMPAHAN HAK CIPTA*
Dengan ini saya menyatakan bahwa skripsi berjudul Karakteristik Sifat
Fisik Pati Tapioka Modifikasi Ganda dengan Hidroksipropilasi dan Ikat Silang
adalah benar karya saya dengan arahan dari komisi pembimbing dan belum
diajukan dalam bentuk apa pun kepada perguruan tinggi mana pun. Sumber
informasi yang berasal atau dikutip dari karya yang diterbitkan maupun tidak
diterbitkan dari penulis lain telah disebutkan dalam teks dan dicantumkan dalam
Daftar Pustaka di bagian akhir skripsi ini.
Dengan ini saya melimpahkan hak cipta dari karya tulis saya kepada Institut
Pertanian Bogor.
Bogor, September 2014
Ali Thonthowi
NIM F24090080
ABSTRAK
ALI THONTHOWI. Karakteristik Sifat Fisik Pati Tapioka Modifikasi Ganda
dengan Hidroksipropilasi dan Ikat Silang. Dibimbing oleh DIDAH NUR
FARIDAH.
Modifikasi ganda pati tapioka dengan metode hidroksipropilasi dan ikat
silang dilakukan untuk mengatasi kekurangan sifat pati tapioka asli sehingga
lebih luas aplikasinya pada pengolahan makanan. Modifikasi ganda diterapkan
dengan kombinasi konsentrasi propilena oksida (8%, 10%, dan 12%) dan sodium
trimetafosfat (STMP) : sodium tripolifosfat (STPP) (2 % : 5 %). Pati tapioka hasil
modifikasi ganda memiliki suhu gelatinisasi lebih rendah (66.00 - 68.00oC)
dibandingkan dengan pati tapioka asli (68.45oC). Pati tapioka modifikasi ganda
memiliki viskositas puncak yang lebih tinggi pada tingkat yang berbeda dari
konsentrasi propilen oksida (>5735cP), sedangkan viskositas puncak pati tapioka
asli lebih rendah (5635cP). Nilai viskositas setback untuk pati termodifikasi
memiliki nilai yang lebih tinggi (3136-3564cP) dan untuk pati alaminya (1192cP).
Viskositas breakdown pati tapioka hasil modifikasi ganda lebih rendah (6981530cP) dibandingkan dengan pati alaminya (4089cP). Pada pH asam, viskositas
puncak menurun pada tingkat yang berbeda dari penambahan konsentrasi propilen
oksida. Pati tapioka hasil modifikasi ganda dengan konsentrasi propilen (10-12%)
dan campuran STMP : STTP (2%:5%) memiliki sifat tahan panas, asam dan
pengadukan.
Kata kunci : pati tapioka, hidroksipropilasi, modifikasi ganda, ikat silang
ABSTRACT
ALI THONTHOWI. Physical Characteristics of Dual Modified Tapioca
Starch with Hidroxypropylation and Cross-linked. Supervised by DIDAH NUR
FARIDAH.
Dual modified tapioca starch using hydroxypropylation and cross-linking
method was carried out to overcome the lack of native tapioca starch properties
in food processing application. The modifications applied were: combined
propylene oxide (8%, 10%, and 12%) and the ratio of sodium trimetaphosphate
(STMP): sodium tripolyphosphate (STPP) is (2%: 5%). Dual modified tapioca
starch had lower gelatinization temperature (66.00 - 68.00oC) than that of native
tapioca starch (68.45oC).The modified tapioca starches also had higher peaks
viscosity (> 5735cP) than that of native tapioca starch (5635cP). Setback
viscosity of modified tapioca starch was higher values (3136-3564cP) than the
native (1192cP). Breakdown viscosity was lower values (698-1530cP) than
native starch (4089cP). At acidic pH, viscosity decreased at different levels of
temperature change compared with that of normal pH. Dual modified tapioca
starch with propylene concentration (10-12%) and a mixture of STMP: STTP
(2%: 5%) have a heat-resistant properties, acid and shear.
Keywords: tapioca starch, hydroxypropylation, double modification, crosslinking
KARAKTERISTIK SIFAT FISIK PATI TAPIOKA
MODIFIKASI GANDA DENGAN HIDROKSIPROPILASI DAN
IKAT SILANG
ALI THONTHOWI
Skripsi
sebagai salah satu syarat untuk memperoleh gelar
Sarjana Teknologi Pertanian
pada
Departemen Ilmu dan Teknologi Pangan
DEPARTEMEN ILMU DAN TEKNOLOGI PANGAN
FAKULTAS TEKNOLOGI PERTANIAN
INSTITUT PERTANIAN BOGOR
BOGOR
2014
PRAKATA
Puji dan syukur penulis panjatkan kepada Allah subhanahu wa ta’ala atas
segala karunia-Nya sehingga karya ilmiah ini berhasil diselesaikan. Skripsi ini
diberi judul Karakteristik Sifat Fisik Pati Tapioka Modifikasi Ganda dengan
Hidroksipropilasi dan Ikat Silang
Terima kasih penulis ucapkan kepada Dr. Didah Nur Faridah, S.TP, M.Si
selaku dosen pembimbing, dan Indofood Riset Nugraha. Ungkapan terima kasih
juga disampaikan kepada ayah, ibu, kakak, adik, serta seluruh keluarga, atas
segala doa dan kasih sayangnya.
Semoga karya ilmiah ini bermanfaat.
Bogor, September 2014
Ali Thonthowi
DAFTAR ISI
DAFTAR TABEL
vi
DAFTAR GAMBAR
vi
DAFTAR LAMPIRAN
vi
PENDAHULUAN
2
Latar Belakang
1
Perumusan Masalah
2
Tujuan Penelitian
2
Manfaat Penelitian
2
Ruang Lingkup Penelitian
3
METODE
4
Bahan
4
Alat
4
Prosedur Analisis Data
4
HASIL DAN PEMBAHASAN
7
Hasil
7
Pembahasan
7
SIMPULAN DAN SARAN
15
Simpulan
15
Saran
15
DAFTAR PUSTAKA
15
LAMPIRAN
20
RIWAYAT HIDUP
21
DAFTAR TABEL
1 Kadar fosfor dan derajat subtitusi
2 Kadar air dan pH pati tapioka
3 Profil gelatinisasi pati tapioka hasil modifikasi hidroksipropilasi dan
ikat silang pada berbagai kombinasi konsentrasi menggunakan Rapid
Visco Analyzer (RVA)
4 Pengaruh konsentrasi propilena oksida dan campuran STMP:STPP
terhadap kejernihan pasta pati tapioka hasil modifikasi hidroksipropilasi
dan ikat silang
5 Derajat kristalinitas (%) granula pati tapioka hasil modifikasi
hidroksipropilasi dan ikat silang
6 Besar perubahan %W absorpsi pada pati native dan termodifikasi
9
9
12
13
15
16
DAFTAR GAMBAR
1 Granula pati tapioka di bawah mikroskop polarisasi (perbesaran 400x, 1
skala = 10 µm)
2 Profil gelatinisasi pati tapioka hasil modifikasi hidroksipropilasi dan
ikat silang menggunakan RVA pada berbagai kombinasi konsentrasi
propilena oksida dan campuran STMP : STPP
3 Profil gelatinisasi pati tapioka hasil modifikasi hidroksipropilasi dan
ikat silang menggunakan RVA pada berbagai kombinasi konsentrasi
propilena oksida dan campuran STMP : STPP dengan perlakuan asam
(pH 3,5)
4 Difaktogram kristal tapioka sebelum dan sesudah modifikasi ganda
5 Grafik penambahan % W absorpsi pada pati alami dan termodifikasi
10
11
13
14
15
DAFTAR LAMPIRAN
1 Sifat birefringence dan morfologi pati tapioka hasil modifikasi
hidroksipropilasi dan ikat silang
20
PENDAHULUAN
Latar Belakang
Pati alami memiliki kelemahan dalam sifat fisik maupun sifat kimianya
sehingga mendorong untuk dilakukan modifikasi untuk memperbaiki sifat aslinya.
Pati yang dimodifikasi akan mengalami perubahan komposisi dan sifat
fisikokimianya (Das et al. 2010). Modifikasi pati dapat dilakukan dengan berbagai
cara, salah satu yang sering digunakan adalah dengan dimodifikasi secara kimia
dengan menggunakan metode hidroksipropilasi dan ikat silang, karena dapat
meningkatkan konsistensi pasta, kelembutan dan kejernihan, serta memiliki
stabilitas yang tinggi pada proses beku-cair dan penyimpanan pada suhu rendah
sehingga aplikasinya lebih luas dalam pengolahan pangan (Singh et al. 2007).
Modifikasi ganda merupakan modifikasi pati dengan hidroksipropilasi dan
ikat silang yang nantinya akan menghasilkan pati resisten tipe 4. Hidroksipropilasi
pati adalah proses eterifikasi pati menggunakan pereaksi propilena oksida pada
kondisi basa. Granula pati alami mengalami proses eterifikasi gugus
hidroksipropil (-OCH2CH2CH3) pada derajat substitusi yang rendah,
menggantikan tempat gugus hidroksil (Ratnayake dan Jackson 2008). Modifikasi
ini meningkatkan stabilitas selama penyimpanan dingin, kejernihan dan tekstur
pasta pati (Wurzburg 1989). Ikat silang berperan di mana sejumlah kecil senyawa
yang dapat bereaksi dengan lebih dari satu gugus hidroksil ditambahkan ke
polimer pati, reaksi ikat silang melibatkan penggantian ikatan hidrogen antara
rantai pati dengan gugus fosfat dari reagen STMP (Sodium trimetaphosphat) dan
STPP (Sodium tripoliphosphat), membentuk jembatan ikat silang melalui ikatan
kovalen yang lebih kuat dan permanen. Pati ikat silang memiliki kemampuan
yang baik dalam mempertahankan viskositas (Wurzburg 1989). Pati yang
dimodifikasi ikat silang termasuk ke dalam pati resisten tipe 4 (RS4) (Tester dan
Karkalas 2002).
Pati tapioka terdiri atas 17% amilosa dan 83% amilopektin (Rickard et al.
1992). Granula tapioka berbentuk semi bulat dengan salah satu bagian ujungnya
mengerucut dengan ukuran 5-35 m (Rickard et al., 1992). Tapioka memiliki
karakteristik yang lebih baik terkait dengan kemampuan mengembang (swelling
power), suhu gelatinisasi, dan kelarutan dibanding pati lainnya (Pomeranz, 1991;
Wurzburg, 1989). Menurut Pomeranz, kandungan amilosa pati dapat
mempengaruhi swelling power, yang pada gilirannya akan mempengaruhi
modifikasi ganda. Berdasarkan keunggulan-keunggulan yang dimiliki terkait
dengan amilosa, daya kembang yang tinggi dan rata- rata ukuran granula yang
besar tapioka cocok dimodifikasi dengan cara modifikasi ganda yaitu dengan
hidroksipropilasi dan ikat silang.
Menurut Wattanachant et al., (2003) reaksi hidroksipropilasi akan
melemahkan ikatan antar molekul pati sehingga pereaksi ikat silang dapat lebih
banyak bereaksi dengan molekul pati. Modifikasi ganda menghasilkan pasta pati
dengan puncak viskositas yang tinggi dan stabilitas yang lebih baik dibandingkan
pati alaminya (Wu dan Seib 1990).
2
Lim dan Seib (1993) menyelidiki bahwa modifikasi ikat silang akan
memberikan hasil lebih baik dalam mempertahankan viskositas bila menggunakan
campuran garam fosfat (Sodium trimetaphosphat (STMP) dan Sodium
tripoliphosphat (STPP)) dibandingkan hanya menggunakan STMP. Hasil
penelitian Wattanachant et al., (2002), menunjukkan bahwa campuran garam
fosfat 2% STMP dan 5% STPP lebih efisien dalam hidroksipropilasi ikat silang
pati sagu dibandingkan dengan menggunakan POCl3 atau epiklorohidrin.
Modifikasi ganda ini dipengaruhi oleh prosedur pembuatannya. Telah
dilaporkan bahwa pati gandum yang dimodifikasi dengan hidroksipropilasi
kemudian ikat silang memiliki suhu gelatinisasi yang lebih rendah dan lebih
toleran terhadap proses beku-cair, dan konsistensi pasta yang lebih baik
dibandingkan dengan pati alaminya (Hung dan Morita 2005). Wang dan Wang
(2000) melaporkan bahwa pati jagung hasil reaksi hidroksipropilasi yang diikuti
reaksi ikat silang memiliki viskositas, suhu onset, suhu puncak, dan entalpi
gelatinisasi yang lebih tinggi, serta memiliki kecenderungan retrogradasi yang
lebih rendah dibandingkan dengan pati jagung hasil ikat silang yang diikuti
hidroksipropilasi, tetapi pati jagung hasil ikat silang yang diikuti hidroksipropilasi
lebih tahan terhadap serangan enzim maupun senyawa kimia.
Dengan sifat-sifat tersebut, maka pati hasil modifikasi ganda dapat
berfungsi sebagai produk pengental dan penstabil makanan, seperti tercantum di
dalam Standar CODEX (1995) dengan INS No.1442 sebagai hydroxypropyl
distarchphosphate.
Penelitian ini diharapkan akan memberikan informasi terkait karakteristik
sifat fisik pati tapioka hasil modifikasi ganda dengan hidroksipropilasi dan ikat
silang, dan dapat menjadi dasar pengembangan ingredien pangan fungsional yang
berbahan baku tapioka untuk meningkatkan nilai tambah tapioka
.
Perumusan Masalah
1. Pati tapioka alami memiliki kelemahan dalam sifat fisik sehingga mendorong
dilakukannya modifikasi ganda untuk memperbaiki karakteristik sifat fisiknya.
2. Modifikasi ganda dengan hidroksipropilasi dan ikat silang.menggunakan
propilen oksida dan STTP : STMP dapat merubah karakteristik sifat fisiknya
sehingga perlu dilakukan analisis (1) profil gelatinisasi pati dengan Rapid
Visco Analyzer (RVA); (2) morfologi pati dengan mikroskop polarisasi dan
SEM (Scanning Electron Microscope); (3) perubahan daerah kristalin dengan
difraksi sinar X; (4) kadar fosfor; (5) kejernihan pasta pati; (6) swelling power.
Tujuan Penelitian
Penelitian ini bertujuan untuk modifikasi tapioka dengan hidroksipropilasi
dan ikat silang dan mempelajari karakteristik sifat fisiknya, sehingga dapat
dikembangkan untuk diaplikasikan pada proses pengolahan sebagai bahan
tambahan pangan, ataupun ingredient pangan yang sesuai.
3
Manfaat Penelitian
Manfaat hasil penelitian ini diharapkan memberikan informasi mengenai
modifikasi ganda tapioka dengan metode hidroksipropilasi dan ikat silang dan
dapat menjadi acuan pembuatan pati termodifikasi untuk dimanfaatkan sebagai
bahan baku pada industri pangan dan diolah sebagai produk pangan yang
memiliki nilai fungsional.
Ruang Lingkup Penelitian
Penelitian ini berfokus pada pengujian terhadap sifat fisik, yaitu kombinasi
metode hidroksipropilasi dan metode ikat silang menggunakan campuran STMP
dan STPP pada berbagai konsentrasi. Pati tapioka diperoleh dari singkong kultivar
UJ-5 yang dipanen pada umur 10 bulan di Balai Penelitian Tanaman Kacangkacangan dan Umbi-umbian (BALITKABI) Malang. Pati tersebut kemudian
dimodifikasi ganda dengan hidroksipropilasi dan ikat silang. Pati hasil modifikasi
tersebut selanjutnya dianalisis sifat fisiknya.
METODE
Waktu dan Tempat Penelitian
Penelitian ini dilakukan bulan Oktober 2013 sampai Februari 2014.
Penelitian ini dilakukan di Laboratorium Departemen Ilmu dan Teknologi Pangan,
Fakultas Teknologi Pertanian, Institut Pertanian Bogor.
Bahan dan Alat
Pati yang digunakan dalam penelitian ini diperoleh dari ekstraksi singkong
kultivar UJ-5 (umur panen 10 bulan). Bahan untuk modifikasi pati adalah: garam
fosfat (Sodium trimetaphosphat (STMP) dan Sodium tripoliphosphat (STPP), dan
propilena oksida, dari Sigma-Aldrich Chemical, natrium sulfat (Na2SO4), asam
hidroklorida (HCl), natrium hidroksida (NaOH), asam sulfat (H2SO4), natrium
fosfat dihidroksi (Na2 H2PO4), dan reagen vanadat-molibdat.
Instrumen yang digunakan untuk analisis pati tapioka adalah
Spektrofotometer UV-Vis spectronic 20D+, difraksi sinar X, Rapid Visco
Analyzer (RVA), mikroskop polarisasi, Scanning Electron Microscope (SEM).
Peralatan lain yang digunakan dalam analisis adalah inkubator bergoyang,
crucible, blender, mortar, pH meter, penggiling tepung, refrigerator, freezer,
termometer, neraca analitik, inkubator, oven tanur, sentrifus, kertas saring, ayakan
100 mesh, oven, sudip, erlenmeyer, aluminium foil, pipet mohr, pipet tetes,
penangas air (waterbath), pipet mikro, alat sentrifus, tabung sentrifus, kaca arloji,
gelas piala, tanur, labu takar, dan alat-alat gelas lainnya.
4
Metode penelitian
Ekstraksi Pati Singkong
Umbi segar dikupas, dicuci bersih kemudian diparut menggunakan rasprer.
Hasil dari parutan ditambahkan air bersih dan disaring hingga menghasilkan
suspensi pati. Suspensi kemudian diendapkan dahulu selama 3 jam. Setelah itu
dipisah hingga tersisa endapan pati yang berwarna putih. Endapan tersebut
dilarutkan kembali dengan air bersih dan diendapkan kembali selama 12 jam,
selanjutnya air yang terpisah dibuang kembali dan endapan pati dikeringkan
dengan menghamparkan di atas loyang dan dimasukkan ke dalam oven dengan
suhu rata-rata 40oC kurang lebih selama 8 jam untuk mendapatkan kadar air
antara 12- 14%. Endapan pati kering kemudian diayak manual dengan ayakan
ukuran 100 mesh.
Modifikasi kombinasi hidroksipropilasi dan ikat silang
Proses modifikasi menggunakan metode yang telah dikembangkan oleh
Wattanachant et al. (2003) dan Aziz et al. (2004) dengan perbedaan konsentrasi
pereaksi yang digunakan. Pati garut (100 g bk) dilarutkan pada larutan natrium
sulfat 10% hingga diperoleh larutan suspensi 40% (b/v). Sambil diaduk pH
ditingkatkan menjadi 10,5 dengan menambahkan NaOH 5%. Propilena oksida
ditambahkan dengan konsentrasi 8%, 10%, dan 12% (v/b). Suspensi diaduk 30
menit pada suhu kamar (25 o C). Suspensi ditempatkan pada inkubator goyang
(suhu 40 o C; 200 rpm) selama 24 jam. Setelah itu ditambahkan campuran STMP
dan STPP dengan perbandingan konsentrasi 2% : 5% (b/b). Suspensi diaduk
kembali selama 30 menit pada suhu kamar dan kemudian pH diturunkan menjadi
5.5. Suspensi ditempatkan kembali pada inkubator goyang (suhu 40o C; 200 rpm)
selama 24 jam. Selanjutnya dilakukan sentrifugasi (2000 xg :15 menit),
selanjutnya endapan dicuci dengan air destilata sebanyak 5 kali. Endapan
dikeringkan pada suhu 40oC sampai kadar air 10-12%, dihaluskan, dan disaring
dengan ayakan 100 mesh.
Prosedur Analisis Data
Penetapan rendemen pati
Rendemen pati adalah persentase pati yang dihasilkan dari umbi garut
segar, dihitung dengan cara menimbang bobot pati yang dihasilkan dari proses
ekstraksi dibandingkan dengan bobot umbi garut segar sebagai bahan dasar
dikalikan 100%.
Kadar Air (AOAC 2006)
Pengukuran kadar air pati dilakukan dengan menggunakan metode
pengeringan. Pada metode ini, sampel ditimbang sebanyak 5 g, kemudian
dimasukkan ke dalam cawan yang telah dikeringkan terlebih dahulu selama 2 jam
dan ditimbang. Contoh selanjutnya dikeringkan dalam oven pada suhu 110oC
5
selama 24 jam atau hingga diperoleh bobot kering yang tetap. Contoh dikeluarkan
dari oven dan kemudian dimasukkan ke dalam desikator hingga dingin,
selanjutnya dilakukan penimbangan dengan menggunakan neraca analitik. Kadar
air pati ditentukan dengan menggunakan rumus sebagai berikut:
Kadar air (%bb)
=
( x – y ) *100%
(x–a)
Keterangan: x = bobot cawan dan sampel sebelum dikeringkan (g), y =
bobot cawan dan sampel setelah dikeringkan (g), a = bobot cawan kosong (g)
Analisis Profil Gelatinisasi Pati (RVA Standar 2)
Profil gelatinisasi pati tapioka alami dianalisis dengan menggunakan
Rapid Visco Analyzer (RVA). Sebanyak 3,0 g sampel (berat kering) ditimbang
dalam wadah RVA, lalu ditambahkan 25,0 g akuades. Pengukuran dengan RVA
mencakup fase proses pemanasan dan pendinginan pada pengadukan konstan (160
rpm). Pada fase pemanasan, suspensi pati dipanaskan dari suhu 50oC hingga 95oC
dengan kecepatan 6oC/menit, lalu dipertahankan pada suhu tersebut (holding)
selama 5 menit. Setelah fase pemanasan selesai, pasta pati dilewatkan pada fase
pendinginan, yaitu suhu diturunkan dari 95oC menjadi 50oC dengan kecepatan
6oC/menit, kemudian dipertahankan pada suhu tersebut selama 2 menit. Instrumen
RVA memplot kurva profil gelatinisasi sebagai hubungan dari nilai viskositas (cP)
pada sumbu y dengan perubahan suhu (oC) selama fase pemanasan dan
pendinginan pada sumbu x
Data yang diperoleh dari pengukuran RVA adalah suhu awal gelatinisasi,
viskositas puncak atau maximum viscosity, viskositas pada 95oC atau hot paste
viscosity, viskositas breakdown, viskositas setelah mencapai suhu 50oC, viskositas
akhir setelah dipertahankan di 50oC atau cold paste viscosity, viskositas setback
atau setback viscosity, dan stabili tas pengadukan pada 50oC. SAG (oC) adalah
suhu pada saat nilai viskositas mulai terbaca yang menandakan pati mulai
mengalami gelatinisasi. Viskositas puncak diukur saat pasta pati mencapai
viskositas maksimum selama fase pemanasan. Viskositas breakdown
menunjukkan kestabilan viskositas terhadap pemanasan yang dihitung dari selisih
antara viskositas puncak dengan viskositas pada 95oC. Setback viscosity
menunjukkan kecenderungan pati untuk mengalami retrogradasi yang dihitung
sebagai selisih antara viskositas pada suhu 50oC dengan viskositas pada suhu
95oC. Tipe profil gelatinisasi pati selanjutnya ditentukan berdasarkan
pengelompokan oleh Schoch dan Maywald (1968).
Analisis Morfologi granula
Pati tapioka dibuat suspensi encer dengan melarutkan 1 sudip sampel
dalam + 20 mL air. Selanjutnya beberapa tetes suspensi diambil dan diletakkan di
atas sebuah gelas objek. Gelas penutup dipasang, lalu preparat diamati dengan
menggunakan mikroskop polarisasi cahaya pada skala pembesaran 200 kali dan
gambar yang teramati dipotret dengan kamera dan foto granula pati yang
6
dihasilkan dicetak pada film (Ridal, 2003). Ukuran granula pati dibaca dari
gambar (dalam satuan m).
Morfologi permukaan granula pati tapioka sebelum dan setelah modifikasi
diamati di bawah Scanning Electron Microscope (SEM). Serbuk pati diletakkan di
atas tempat sampel dengan menggunakan double-tape. Sampel kemudian dilapisi
dengan emas, lalu dimasukkan ke dalam instrumen SEM JOEL JSM-6510LA.
Struktur pati diamati di layar monitor dengan menggunakan skala pembesaran 500
dan 800 kali.
Analisis Fosfor (Metode Vanadat-Molibdat)
Timbang 2-3 g tapioka ke dalam cawan porselin, tapioka diabukan dengan
memasukkan ke dalam tanur listrik suhu maksimum 550oC selama 12 jam.
Kemudian buat menjadi larutan abu dengan cara menambah kan 40-50 ml HCL
encer (1+1) secara bertahap, pindahkan pada gelas piala dan dipanaskan 60 menit.
ditambahkan 10 ml HCL encer (1+1) dan sarung menggunakan kertas saring,
tampung dalam labu takar 100 ml. Tepatkan larutan abu dalam labu takar hingga
100 ml dengan akuades.
Pereaksi vananadat-molibdat dibuat dengan melarutkan 20 g amonium
molibdat dalam 400 ml akuades hangat (50oC), lalu didinginkan. Di gelas piala
lainnya, 1.0 g amonium vanadat dilarutkan dalam 300 ml air destilata mendidih,
kemudian didinginkan. Perlahan- lahan tambahkan 140 ml asam nitrat pekat
sambil diaduk. Larutan molibdat dimasukkan kedalam larutan vanadat dan diaduk.
Diencerkan sampai 1 liter dengan air destilata.
Larutan fosfor standar. Ditimbang tepat 3.834 g potassium dihidrogen
fosfat, dilarutkan dalam air destilata dan diencerkan sampai volume 1 liter. Ambil
25 ml larutan tersebut, dimasukkan dalam labu takar 250 encerkan sampai tanda
tera.
Pembutan kurva standar
Larutan standar fosfat 0; 1.25; 2.0; 2.5; 3.0; 3.75 ml dimasukkan dalam
seri labu takar 50 ml, masing-masing diencerkan sampai volume 30 ml dengan
akuades. ditambahkan 1.25 ml pereaksi vanadat-molibdat ke dalam masingmasing labu takar dan tepatkan sampai tanda tera dengan akuades didiamkan 10
menit, diukur absorbansi pada panjang gelombang 400 nm.
Analisis sampel
Diambil 5 ml larutan abu, dimasukkan dalam labu takar 50 ml.
Ditambahkan 20 ml akuades dan 1.25 ml pereaksi vanadat molibdat dan
diencerkan dengan akuades sampai tanda tera, didiamkan 10 menit, diukur
absorbansi pada panjang gelombang 400 nm. Kadar fosfor dalam sampel dihitung
dengan rumus sebagi berikut :
(%) P2O5 = Absorbansi sampel – b x V. Larutan abu x 0.1
a
W
7
(%) P = (%) P2O5 x BM P
BM P2O5
keterangan :
P = konsentrasi fosfor dari kuva standar (mg/50ml)
W = berat contoh pada saat pengabuan (g)
Derajat substitusi
Derajat substitusi dihitung berdasarkan persamaan yang diuraikan dalam
(Matoz dan Pérez 2003) sebagai berikut:
S = 162P / (3100-102P)
dimana P adalah kadar fosfor (% basis kering) di pati diubah.
Stabilitas terhadap asam
Pengukuran stabilitas terhadap asam dilakukan menggunakan metode yang
dikembangkan oleh Wattanachant et al., (2002), yaitu membandingkan pola
gelatinisasi larutan pati hasil modifikasi pada kondisi pH 3.5. Larutan pati diuji
menggunakan RVA dengan prosedur standar. Untuk mengatur pH hingga
mencapai pH 3.5 dilakukan penambahan larutan asam asetat 0.003%
menggunakan pH meter.
Kejernihan pasta
Pengukuran kejernihan pasta menggunakan metode yang dikembangkan
oleh Kerr dan Cleveland (1959) dalam Wattanachant et al.,. (2002). Larutan pati
1% dipanaskan dalam water bath dengan suhu 95oC selama 30 menit sambil
diaduk, selanjutnya didinginkan sampai mencapai suhu 25oC selama satu jam.
Kejernihan pasta diukur menggunakan spektrofotometer dengan besaran persen
transmitan (%T) pada 650 nm dan air destilata digunakan sebagai blanko.
Difraksi sinar-X
Kristalinitas granula pati dapat dideteksi melalui difraksi sinar-X (Zobel,
1988). Instrumen yang digunakan adalah difraktometer Philips menggunakan
monokromatik radiasi kobalt, 31 kV, 26 mA, 4-detik waktu yang konstan dan
kecepatan kertas dari 1 cm/menit. Difraktogram ini direkam di 2θ = 4-30° dengan
kecepatan scan 1 °/menit.
Swelling power
Pengukuran swelling power menggunakan metode yang di kembangkan
oleh Nugraha (2014), sampel pati ditimbang sebesar 2-3 gram kemudian letakkan
pada cawan kering yang telang diketahui beratnya, kemudian disimpan dalam
desikator yang di dalamnya sudah diberi larutan K2SO4 jenuh atau KCl dan
8
diamati pertambahan berat sampel dengan ditimbang selama kurun waktu 6, 12,
24 48, 72 jam dan dihitung dengan rumus berikut,
(%) W absorpsi = bobot setelah t (jam) – bobot cawan dan sampel (g) x 100%
bobot sampel (g)
HASIL DAN PEMBAHASAN
Rendemen
Rendemen pati dihitung berdasarkan perbandingan bobot pati kering yang
dihasilkan dengan umbi yang sudah dibersihkan kulitnya sebelum dilakukan
ekstraksi. Ekstraksi pati dilakukan melalui proses pemarutan dan penyaringan.
Banyaknya jumlah pati yang dapat keluar dari jaringan selama proses pemarutan
akan berpengaruh terhadap jumlah pati yang dihasilkan. Selain itu juga proses
penyaringan dan pencucian ampas akan berpengaruh terhadap jumlah pati yang
keluar. Pada saat pati sudah dikeringkan dilakukan penggilingan dan pengayakan,
pada proses tersebut dapat terjadi kehilangan granula pati sehingga akan
berpengaruh terhadap rendemen pati yang dihasilkan. Rendemen pati yang
dihasilkan pada penelitian ini adalah sebesar 25.49% dengan kadar air 12.47%.
Menurut Sabrina (1990), faktor-faktor yang mempengaruhi kadar pati dalam
umbi ubi kayu adalah umur tanam, varietas, dan keadaan tanah. Umur panen
optimal setiap ubi kayu untuk menghasilkan rendemen pati tertinggi bervariasi
tergantung oleh beberapa faktor. Pemanenan lebih cepat atau lebih lambat akan
memberikan hasil yang kurang maksimal. Menurut Eris (2005), ubi kayu yang
digunakan untuk memproduksi tapioka biasanya mempunyai umur panen antara
9-12 bulan dengan rendemen sekitar 15-30%. Menurut Balagopalan et al. (1988),
kadar pati tertinggi berada pada pemanenan umur 10-11 bulan. Umur panen ubi
kayu yang digunakan pada penelitian ini dipanen ketika berumur 10 bulan, tepat
pada umur panen tersebut merupakan waktu yang optimal untuk memperoleh pati,
sehingga menghasilkan rendemen yang cukup tinggi.
Kadar Fosfor dan Derajat Subtitusi (DS)
Pengukuran kandungan fosfor dilakukan untuk membuktikan terbentuknya
jembatan fosfat pada rantai amilosa. Tabel 1. menunjukkan bahwa dimodifikasi
pati yang terkandung fosfor dalam kisaran 0,029-0,076%. Menurut Lim dan Seib,
tingkat fosfor maksimum yang diijinkan dalam modifikasi pati komersial adalah
0,4% (U.S. Regulation). Dalam proses modifikasi ganda dalam studi ini
menunjukkan bahwa penggunaan konsentrasi garam fosfat dengan rasio 2%
STMP : 5% STPP gabungan dengan konsentrasi propilena oksida dari 8-12%,
menghasilkan pati fosfat dengan kadar