Kajian mekanisme antihiperglikemik campuran ekstrak daun sirih merah dan kulit kayu manis yang berpotensi sebagai minuman fungsional
MEMPELAJARI FENOMENA PERUBAHAN
KARAKTERISTIK FISIKOKIMIA TAPIOKA KARENA
HEAT-MOISTURE TREATMENT DAN MODEL
KINETIKANYA
ELVIRA SYAMSIR
SEKOLAH PASCASARJANA
INSTITUT PERTANIAN BOGOR
BOGOR
2012
PERNYATAAN MENGENAI DISERTASI DAN
SUMBER INFORMASI
Dengan ini saya menyatakan bahwa disertasi Mempelajari Fenomena
Perubahan Karakteristik Fisikokimia Tapioka Karena Heat-Moisture Treatment
dan Model Kinetikanya adalah karya saya dengan arahan dari komisi pembimbing
dan belum diajukan dalam bentuk apapun kepada perguruan tinggi manapun.
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 disertasi ini.
Bogor, Januari 2012
Elvira Syamsir
NIM F 261060071
ABSTRACT
ELVIRA SYAMSIR. Study on phenomena of physicochemical changes during
Heat-Moisture Treatment of tapiocas and its kinetic model. Under direction of
Purwiyatno Hariyadi, Dedi Fardiaz, Nuri Andarwulan dan Feri Kusnandar.
Tapioca is widely used as ingredients as well as additives in food industry.
With the ability to form paste with high viscosity, tapioca has potential to be used
as thickener. Due to its granule character that cannot stand on the heat, tapioca
cannot be used as a thickener for product to be processed at high temperature
processing products. Modification of tapioca with heat-moisture treatment (HMT)
can increase the resistance of starch to heat so it can be applied at high temperature environment. Blending the starch and water was performed in a closed
container mixer equipped with a stirrer to obtain a consistent and homogenous
raw material. HMT process was done by using a static retort. Sample tubes were
made from aluminum pipe (diameter of 12.7 mm, length 20 cm, and wall
thickness 0.75 mm). The sample tube was designed to produce condition of
isothermal heating with short lag time and maintain relative stable water content
during the HMT process. The types of tapioca used for the research were
extracted from five varieties of cassavas: Thailand, Kasetsar, Pucuk biru, Faroka
and Adira-4, which have different physicochemical characteristic. HMT
processing caused the loss of birefringence pattern in the center of the granule and
change of physicochemical characteristics of tapioca. Compared to its native,
HMT tapioca has decreased in its crystallinity, swelling power, improve paste
resistance to heat, occurrence of syneresis, increase hardness and gel adhesiveness
as well as decrease in digestibility of gelatinzed tapioca. Differences of
physicochemical characteristics of native tapioca were associated with differences in intensity of change during the HMT processing. Physical characteristics
(such as size, swelling power and solubilitas), amylose concentration, fat and ash
as well as crystallinity level were identified as factors that affected the characteristics of the HMT tapioca produced. Temperature and water content of tapioca
during the HMT process was affected to characteristics of tapioca produced. HMT
with high temperature and high water content caused tapioca to undergo partial
gelatinization, indicated by physical changes in granule shape and significant
reduction in its cristallinity. The changes of peak viscosity (VP), breakdown
viscosity (BDV), setback viscosity (SBV), pasting temperature (PT) and gel
hardness during HMT process could be explained using zero and first order
kinetic model. Changes of PV, BDV and SBV of tapioca starch obeyed model of
kinetic ordo-1, while changes of PT of tapioca paste and gel hardness were best
described by zero-order kinetic model. Rate of change of texture was identified as
the most sensitive against temperature change, followed by change of setback
viscosity. The rate of change of pasting temperature was the least sensitive to
temperature change
Keywords: tapioca, HMT, physicochemical characteristic, kinetic model
RINGKASAN
ELVIRA SYAMSIR. Mempelajari Fenomena Perubahan Karakteristik Fisikokimia Tapioka Karena Heat-Moisture Treatment dan Model Kinetikanya.
Dibimbing oleh Purwiyatno Hariyadi, Dedi Fardiaz, Nuri Andarwulan dan Feri
Kusnandar.
Tapioka banyak dimanfaatkan sebagai ingridien maupun aditif di industri
pangan. Kemampuan membentuk pasta dengan viskositas tinggi membuat tapioka
potensial untuk dikembangkan sebagai bahan pengental. Sifat granulanya yang
tidak tahan panas menyebabkan tapioka tidak bisa digunakan sebagai pengental
pada produk yang diproses dengan suhu tinggi. Granula tapioka perlu dimodifikasi menjadi lebih tahan panas agar dapat diaplikasikan pada produk yang diolah
dengan suhu tinggi.
Modifikasi pati dengan heat-moisture treatment (HMT) dapat meningkatkan
ketahanan pati terhadap panas, perlakuan mekanis dan pH asam. Modifikasi
dilakukan dengan memanaskan pati dengan kadar air terbatas (kadar air kurang
dari 35%) pada suhu di atas suhu transisi gelas tetapi masih dibawah suhu
gelatinisasinya selama periode waktu tertentu. Karakteristik fisikokimia pati
HMT dipengaruhi oleh distribusi panas yang terjadi selama proses, sifat
fisikokimia pati dan kondisi proses yang digunakan.
Penelitian ini bertujuan untuk 1). mendisain peralatan proses HMT yang
dapat meminimalkan waktu tunda dan mempertahankan kadar air selama proses
HMT agar diperoleh distribusi panas dan kondisi basah yang seragam sepanjang
proses berlangsung; 2). mengetahui karakteristik fisikokimia tapioka; 3). Mengetahui pengaruh dari karakteristik fisikokimia tapioka terhadap karakteristik
fisikokimia tapioka HMT yang dihasilkan; 4). mengetahui pengaruh kondisi proses terhadap perubahan karakteristik fisikokimia tapioka HMT yang dihasilkan
dan 5). mengetahui model kinetika yang dapat digunakan untuk menjelaskan laju
perubahan dari beberapa karakteristik fisikokimia tapioka sebagai fungsi dari suhu
dan waktu proses HMT, serta ketergantungannya terhadap suhu.
Untuk memperoleh bahan baku yang konsisten dan homogen untuk proses
HMT, maka pencampuran pati dan air dilakukan di wadah pencampur tertutup
yang dilengkapi dengan pengaduk. Proses HMT dilakukan dengan menggunakan
retort. Tabung sampel terbuat dari pipa aluminium diameter 12,7 mm, panjang 20
cm dan tebal dinding 0,75 mm. Tabung sampel didisain untuk menghasilkan
kondisi pemanasan isotermal dengan waktu tunda yang pendek dan
mempertahankan kadar air tetap stabil selama proses HMT.
Tapioka yang digunakan dalam penelitian ini berasal dari lima varietas ubi
kayu: Thailand, Kasetsar, Pucuk biru, Faroka dan Adira-4 dengan karakteristik
fisikokimia yang berbeda. Secara umum, pasta tapioka memiliki viskositas
puncak yang tinggi, ketahanan panas yang rendah dan kecenderungan retrogradasi
yang rendah.
Penelitian ini menunjukkan bahwa proses HMT menyebabkan tapioka
kehilangan pola birefringence di bagian tengah granula, dan perubahan
karakteristik fisikokimia. Dibandingkan dengan bentuk nativenya, tapioka HMT
menunjukkan penurunan kristalinitas, penurunan swelling power, peningkatan
ketahanan pasta terhadap panas, terjadinya sineresis, peningkatan kekerasan dan
kelengketan gel serta penurunan daya cerna tapioka gelatinisasi.
Perbedaan karakteristik fisikokimia tapioka native menyebabkan perbedaan
intensitas perubahan yang terjadi selama proses HMT. Karakteristik fisik
(ukuran, kapasitas pembengkakan dan solubilitas), kadar amilosa, lemak dan abu
serta tingkat kristalinitas teridentifikasi sebagai faktor-faktor yang mempengaruhi
karakteristik tapioka HMT yang dihasilkan.
Suhu dan kadar air tapioka selama proses HMT mempengaruhi karakteristik
tapioka yang dihasilkan. HMT dengan suhu dan kadar air yang tinggi dapat
menyebabkan pati mengalami gelatinisasi parsial yang diindikasikan oleh
perubahan bentuk granula dan penurunan tingkat kristalinitas pati dalam jumlah
yang besar.
Penelitian ini juga menunjukkan bahwa perubahan dari beberapa
karakteristik fisikokimia tapioka selama HMT (viskositas puncak, viskositas
breakdown, viskositas balik, suhu pasting dan kekerasan gel) bisa dijelaskan
dengan menggunakan model kinetika ordo-0 dan ordo-1. Perubahan viskositas
puncak, viskositas breakdown dan viskositas balik bisa dijelaskan dengan
menggunakan model kinetika ordo-1 sementara perubahan suhu pasting dan
kekerasan gel dapat dijelaskan dengan model kinetika ordo-0. Dengan persamaan
Arrhenius diketahui bahwa laju perubahan tekstur paling sensitif terhadap
perubahan suhu, diikuti oleh laju perubahan dari viskositas balik. Dari lima
karakteristik fisikokimia yang diamati, laju perubahan dari suhu pasting adalah
yang paling tidak sensitif terhadap perubahan suhu.
@ Hak Cipta milik IPB, tahun 2012
Hak Cipta dilindungi Undang-Undang
Dilarang mengutip sebagian atau seluruh karya tulis ini tanpa mencantumkan
atau menyebutkan sumbernya. Pengutipan hanya untuk kepentingan pendidikan,
penelitian, penulisan karya ilmiah, penyusunan laporan, penulisan kritik atau
tinjauan suatu masalah; dan pengutipan tersebut tidak merugikan kepentingan
yang wajar di IPB. Dilarang mengumumkan dan memperbanyak sebagian atau
seluruh karya tulis dalam bentuk apapun tanpa izin IPB
MEMPELAJARI FENOMENA PERUBAHAN
KARAKTERISTIK FISIKOKIMIA TAPIOKA KARENA HEATMOISTURE TREATMENT DAN MODEL KINETIKANYA
ELVIRA SYAMSIR
Disertasi
sebagai salah satu syarat untuk memperoleh gelar
Doktor pada
Program Studi Ilmu Pangan
SEKOLAH PASCASARJANA
INSTITUT PERTANIAN BOGOR
BOGOR
2012
Penguji pada Ujian Tertutup:
Dr. Nugraha Edhi Suyatma, STp. DEA
(Fakultas Teknologi Pertanian – Institut Pertanian Bogor)
Dr. Eko Hari Purnomo, STp. MSc
(Fakultas Teknologi Pertanian – Institut Pertanian Bogor)
Penguji pada Ujian Terbuka:
Prof. Dr. Ir. Imas Setiasih, MSi
(Fakultas Teknologi Industri Pertanian – Universitas Padjadjaran)
Dr. Ir. Sugiyono, MAppSc
(Fakultas Teknologi Pertanian – Institut Pertanian Bogor)
Judul Disertasi : Mempelajari Fenomena Perubahan Karakteristik
Fisikokimia Tapioka Karena Heat-Moisture Treatment
dan Model Kinetikanya
Nama
: Elvira Syamsir
NIM
: F 261060071
Disetujui
Komisi Pembimbing
Prof. Dr. Ir. Purwiyatno Hariyadi, MSc
Ketua
Prof. Dr. Ir. Dedi Fardiaz, MSc
Anggota
Dr. Ir. Nuri Andarwulan, Msi
Anggota
Dr. Ir. Feri Kusnandar, MSc
Anggota
Mengetahui
Ketua Program Studi
Ilmu Pangan
Dekan Sekolah Pascasarjana
Dr. Ir. Ratih Dewanti-Hariyadi, MSc
Dr. Ir. Dahrul Syah, MSc.Agr
Tanggal Ujian: 19 Januari 2012
Tanggal Lulus: Januari 2012
PRAKATA
Puji syukur kepada Allah SWT untuk semua karunia-Nya, termasuk kesempatan untuk menyelesaikan pendidikan jenjang S-3 di PS Ilmu Pangan dengan
disertasi berjudul “Mempelajari Fenomena Perubahan Karakteristik Fisikokimia
Tapioka Karena Heat-Moisture Treatment dan Model Kinetikanya”. Bagian dari
disertasi ini yang membahas tentang “Pengaruh Heat-Moisture Treatment (HMT)
terhadap Beberapa Karakteristik Fisikokimia Tapioka dari Lima Varietas Ubi
Kayu” telah dipresentasikan pada Seminar Nasional PATPI 2011 di Manado dan
telah dikirim untuk publikasi ke Jurnal Teknologi dan Industri Pangan. Dua artikel
lain terkait penelitian ini juga telah dikirim untuk publikasi, yaitu ‘Karakterisasi
Tapioka dari Lima Varietas Ubi Kayu (Manihot utilisima Crantz) Asal Lampung”
ke Jurnal Agroteknologi dan “Pengaruh Proses HMT Terhadap Karakteristik
Fisikokimia Pati - Artikel Review” ke Jurnal Teknologi dan Industri Pangan.
Untuk semua bimbingan, bantuan dan dukungan yang telah diberikan dalam
penyelesaian perkuliahan dan penelitian, penulis mengucapkan penghargaan dan
rasa terimakasih kepada yang terhormat:
1.
Ketua komisi pembimbing: Prof. Dr. Ir. Purwiyatno Hariyadi, MSc
2.
Bapak dan ibu anggota komisi pembimbing: Prof. Dr. Ir. Dedi Fardiaz, MSc,
Dr. Ir. Nuri Andarwulan, MSi dan Dr. Ir. Feri Kusnandar, MSc
3.
Penguji pada ujian terbuka: Prof. Dr. Ir. Imas Setyasih, MSi dan Dr. Ir.
Sugiyono, MAppSc
4.
Penguji pada ujian tertutup: Dr. Nugraha Edhi Suyatma, STp DEA dan Dr.
Eko Hari Purnomo, STp, MSc
5.
Penguji pada prelim lisan: Dr. Ir. Titi Chandra Sunarti, MSc dan Dr. Eko Hari
Purnomo, MSc
6.
Dekan Fakultas Teknologi Pertanian IPB, Dr. Ir. Sam Herodian selaku
pimpinan sidang ujian terbuka dan Wakil Dekan Fakultas Teknologi
Pertanian IPB, Dr. Ir. Sugiyono selaku pimpinan sidang tertutup.
7.
Ketua PS Ilmu Pangan: Dr. Ir. Ratih Dewanti-Hariyadi, MSc
8.
Dekan Sekolah Pasca Sarjana IPB: Dr. Ir. Dahrul Syah
9.
Ketua Departemen, teman-teman staf pengajar, teknisi dan administrasi di
Departemen Ilmu dan Teknologi Pangan Fateta IPB
10. Teman-teman kuliah di PS Ilmu Pangan
11. Direktorat Jenderal Pendidikan Tinggi Departemen Pendidikan Nasional –
Beasiswa BPPS
12. Orang tua (papa dr. Syamsir Maaruf dan mama Irdawati) dan mertua (bapak
drs. Achmad Jatim dan ibu dra. Sri Sumardikaningsih), adik-adik (Lanny
Syamsir SP, MM – Adila Fadly, SE; Chandra Syamsir, ST – Eni Cancerina,
ST; Hendra Syamsir, SP – Wandhira Celesthe, SP; Febi Dwi Yanarti STP –
Agus Wijaya SPd) beserta keluarga besar kami
13. Keluarga kecil saya: suami, Yanar Siswanto dan anak-anak, Anindya dan
Yudhistira.
Walaupun tulisan ini belum memberi penjelasan yang memuaskan, tetapi
penulis berharap tulisan dapat bermanfaat terutama dalam memahami proses
modifikasi pati dengan teknik HMT.
Bogor, 28 Januari 2012
Elvira Syamsir-Siswanto
Riwayat Hidup
Penulis dilahirkan di Padang pada tanggal 9 Agustus 1969, sebagai anak
pertama dari empat bersaudara dalam keluarga bapak dr. Syamsir Ma’aruf dan ibu
Irdawati. Pendidikan jenjang S1 dijalani di PS Teknologi Pangan dan Gizi IPB
dan diselesaikan pada tahun 1993. Jenjang S2 diselesaikan pada tahun 2001
dengan menekuni bidang pangan di PS Ilmu Pangan IPB. Jenjang pendidikan S-3
di PS Ilmu Pangan IPB dimulai pada tahun 2006 dengan beasiswa BPPS selama 3
tahun pertama dan untuk selanjutnya dengan biaya sendiri.
Sejak tahun 1995, penulis bekerja sebagai staf pengajar di Departemen Ilmu
dan Teknologi Pangan Fakultas Teknologi Pertanian IPB. Saat ini, penulis juga
menjadi redaksi/kontributor ahli di Kulinologi Indonesia (http://kulinologi.biz),
sebuah majalah online yang diterbitkan oleh PT Media Pangan Indonesia.
DAFTAR ISI
Halaman
DAFTAR ISI ..................................................................................................
xiii
DAFTAR TABEL ..........................................................................................
xvi
DAFTAR GAMBAR .....................................................................................
xviii
DAFTAR LAMPIRAN .................................................................................
xxi
PENDAHULUAN .........................................................................................
1
Latar Belakang ..........................................................................................
1
Tujuan Penelitian ......................................................................................
5
Hipotesis ...................................................................................................
5
Manfaat Penelitian ....................................................................................
5
Tahapan Penelitian ....................................................................................
6
TINJAUAN PUSTAKA ................................................................................
9
Ubi Kayu ........... .......................................................................................
9
Granula Pati ..............................................................................................
10
Struktur Granula Pati ................................................................................
11
Gelatinisasi Pati ........................................................................................
13
Karakteristik Pasting .................................................................................
15
Modifikasi Pati Dengan Heat Moisture Treatment ...................................
16
Pengaruh HMT Terhadap Morfologi Granula ...................................
17
Pengaruh HMT Terhadap Kristalinitas Pati .......................................
20
Pengaruh HMT Terhadap Karakteristik Gelatinisasi .........................
21
Pengaruh HMTTerhadap Karakteristik Pasting .................................
22
Kinetika Reaksi .........................................................................................
23
Daftar Pustaka ...........................................................................................
25
DISAIN PROSES HEAT-MOISTURE TREATMENT ...................................
31
Abstract .....................................................................................................
31
Pendahuluan ..............................................................................................
31
Bahan dan Metode .....................................................................................
33
Hasil dan Pembahasan ...............................................................................
34
Simpulan ...................................................................................................
40
Daftar Pustaka ...........................................................................................
41
Halaman
KARAKTERISASI FISIKOKIMIA TAPIOKA DARI LIMA VARIETAS
UBI KAYU ....................................................................................................
43
Abstract .....................................................................................................
43
Pendahuluan ..............................................................................................
43
Bahan dan Metode .....................................................................................
44
Hasil dan Pembahasan ...............................................................................
49
Simpulan ...................................................................................................
67
Daftar Pustaka ...........................................................................................
67
PENGARUH KARAKTERISTIK FISIKOKIMIA TAPIOKA PADA KARAKTERISTIK FISIKOKIMIA TAPIOKA HMT YANG DIHASILKAN..
71
Abstract .....................................................................................................
71
Pendahuluan ..............................................................................................
71
Bahan dan Metode .....................................................................................
73
Hasil dan Pembahasan ...............................................................................
76
Simpulan ...................................................................................................
99
Daftar Pustaka ...........................................................................................
100
PENGARUH PROSES HMT TERHADAP KARAKTERISTIK MORFOLOGI DAN KRISTALINITAS TAPIOKA ...................................................
103
Abstract .....................................................................................................
103
Pendahuluan ..............................................................................................
103
Bahan dan Metode .....................................................................................
105
Hasil dan Pembahasan ...............................................................................
105
Simpulan ...................................................................................................
109
Daftar Pustaka ...........................................................................................
111
KINETIKA BEBERAPA SIFAT FISIKOKIMIA PATI SELAMA PROSES HMT .......................................................................................................
113
Abstract .....................................................................................................
113
Pendahuluan ..............................................................................................
113
Bahan dan Metode .....................................................................................
114
Hasil dan Pembahasan ...............................................................................
116
Simpulan ...................................................................................................
138
Daftar Pustaka ...........................................................................................
140
PEMBAHASAN UMUM ..............................................................................
143
Halaman
SIMPULAN DAN SARAN ...........................................................................
157
Simpulan ...................................................................................................
157
Saran ..........................................................................................................
158
DAFTAR PUSTAKA ....................................................................................
159
LAMPIRAN ...................................................................................................
161
DAFTAR TABEL
Halaman
Tabel 2.1
Sifat-sifat amilosa dan amilopektin ....................................
11
Tabel 2.2
Komposisi kimia beberapa jenis pati .................................
11
Tabel 2.3
Karakteristik gelatinisasi berbagai jenis pati ......................
14
Tabel 2.4
Karakteristik pasting menggunakan RVA .........................
16
Tabel 2.5
Kondisi HMT pada penelitian dari berbagai jenis pati ......
18
Tabel 3.1
Disain proses HMT yang dilaporkan dalam berbagai penelitian ................................................................................
32
Tabel 3.2
Data kadar air produk sebelum dan sesudah proses HMT..
40
Tabel 4.1
Karakteristik bahan baku ubi kayu yang digunakan ..........
50
Tabel 4.2
Persentase distribusi ukuran granula tapioka dari lima
varietas ubi kayu ................................................................
51
Komposisi kimia tapioka dari lima varietas ubi kayu (data
dalam g/100 g bk, kecuali untuk kadar air dalam g/100 g
bb) dan dari beberapa sitasi ................................................
52
Kristalinitas dan intensitas puncak utama tapioka lima varietas ubi kayu ....................................................................
54
Korelasi antara kristalinitas dengan komposisi kimia tapioka ...................................................................................
55
Kapasitas pembengkakan dan solubilitas tapioka dari lima
varietas ...............................................................................
56
Korelasi antara SP dan solubilitas dengan karakter fisikokimia tapioka ......................................................................
57
Karakteristik pasting tapioka dari lima varietas ubi kayu
menggunakan RVA ............................................................
60
Korelasi antara parameter pasting dengan karakter fisikokimia tapioka ......................................................................
61
Tabel 4.10
Nilai analisis tekstur tapioka dari lima varietas ubi kayu...
65
Tabel 4.11
Korelasi antara parameter tekstur dengan karakter fisikokimia tapioka ......................................................................
66
Tabel 5.1
Komposisi kimia tapioka dari lima varietas .......................
73
Tabel 5.2
Perubahan difraktogram difraksi sinar X tapioka karena
HMT ...................................................................................
79
Perubahan puncak difraksi tapioka setelah HMT ..............
81
Tabel 4.3
Tabel 4.4
Tabel 4.5
Tabel 4.6
Tabel 4.7
Tabel 4.8
Tabel 4.9
Tabel 5.3
Halaman
Tabel 5.4
Korelasi kristalinitas relatif HMT terhadap native dengan
beberapa parameter fisikokimia tapioka native ..................
83
Korelasi SP dan solubilitas relatif tapioka HMT dengan
beberapa parameter kimiafisik tapioka native ....................
86
Karakteristik parameter pasting tapioka native, HMT dan
intensitas perubahan parameter HMT terhadap native
(%) ......................................................................................
91
Korelasi nilai intensitas perubahan (absolut) parameter
pasting setelah HMT dengan beberapa sifat kimia tapioka
native ..................................................................................
92
Tabel 5.8
Atribut tekstur dari tapioka native dan tapioka HMT ........
96
Tabel 5.9
Korelasi nilai intensitas perubahan parameter tekstur setelah HMT dengan beberapa sifat fisikokimia tapioka native ......................................................................................
97
Pengaruh suhu dan kadar air proses HMT terhadap kristalinitas tapioka .....................................................................
109
Korelasi kondisi proses dengan perubahan SP dan solubilitas tapioka .....................................................................
119
Korelasi antara parameter proses HMT (kadar air, suhu
dan waktu) dengan parameter pasting tapioka ...................
124
Nilai r² dari persamaan ordo 0, 1 dan 2 dari perubahan
parameter pasting sebagai fungsi dari waktu .....................
125
Nilai k dari model kinetika termal untuk beberapa
parameter pasting ...............................................................
126
Korelasi antara parameter proses HMT (kadar air, suhu
dan waktu) dengan parameter tekstur tapioka ....................
134
Nilai r² dari persamaan ordo 0, 1 dan 2 dari perubahan
parameter tekstur sebagai fungsi dari waktu ......................
134
Nilai k dari model kinetika termal untuk perubahan kekerasan gel .............................................................................
136
Persamaan Arrhenius dan nilai Ea dari parameter pasting
dan tekstur ..........................................................................
136
Tabel 8.1
Karakteristik fisikokimia tapioka native ............................
146
Tabel 8.2
Karakteristik perubahan fisikokimia tapioka HMT terhadap native ...........................................................................
147
Tabel 5.5
Tabel 5.6
Tabel 5.7
Tabel 6.1
Tabel 7.1
Tabel 7.2
Tabel 7.3
Tabel 7.4
Tabel 7.5
Tabel 7.6
Tabel 7.7
Tabel 7.8
DAFTAR GAMBAR
Halaman
Gambar 1.1
Diagram alir penelitian .......................................................
7
Gambar 2.1
Pembentukan struktur double-heliks amilopektin, pengaturannya dalam bentuk klastering serta daerah kristal dan
amorfous pada pati (www.Isbu.ac.uk) ...............................
12
Gambar 2.2
Pola difraksi sinar X kristalit pati (Liu, 2005) ...................
13
Gambar 2.3
Analisis mikroskopis granula pati kentang. A, pati awal;
B, pati modifikasi HMT (110oC, 30 menit); 1, mikroskop
cahaya terpolarisasi; 2, SEM permukaan granula; 3, SEM
irisan melintang granula (Kawabata et al, 1994) ...............
19
Gambar 3.1
Disain wadah pencampur sampel .......................................
35
Gambar 3.2
Wadah proses HMT ...........................................................
36
Gambar 3.3
Proses persiapan sampel HMT ...........................................
37
Gambar 3.4
Profil distribusi panas retort ...............................................
38
Gambar 3.5
Pola penetrasi panas tapioka selama proses HMT .............
39
Gambar 3.6
Bentuk mikroskopis granula tapioka sebelum dan sesudah
HMT ...................................................................................
41
Gambar 3.7
Karakteristik pasting tapioka sebelum dan sesudah HMT..
41
Gambar 4.1
Kurva RVA dan perhitungan parameter pasta ...................
47
Gambar 4.2
Kurva analisis profil tekstur ...............................................
48
Gambar 4.3
Bahan baku ubi kayu yang digunakan ...............................
50
Gambar 4.4
Penampakan granula tapioka native ...................................
50
Gambar 4.5
Distribusi ukuran granula tapioka ......................................
51
Gambar 4.6
Pola difraksi sinar X tapioka dari lima varietas ubi kayu...
54
Gambar 4.7
Amilograf pasting tapioka dari 5 varietas ubi kayu ...........
59
Gambar 4.8
Kurva profil tekstur gel tapioka dari lima varietas ubi
kayu ....................................................................................
64
Perbedaan morfologi granula tapioka native dengan hasil
HMT dilihat dengan mikroskop polarisasi .........................
77
Difraktogram kristal tapioka sebelum (native) dan sesudah HMT ............................................................................
78
Kapasitas pembengkakan dan solubilitas tapioka sebelum
dan sesudah HMT ..............................................................
84
Gambar 5.1
Gambar 5.2
Gambar 5.3
Halaman
Gambar 5.4
SP dan solubilitas relatif serta sineresis tapioka karena
HMT ...................................................................................
88
Amilograf pasting tapioka dari 5 varietas ubi kayu sebelum dan setelah HMT .........................................................
90
Diagram analisis profil tekstur gel tapioka dari lima varietas ubi kayu ........................................................................
95
Gambar 5.7
Daya cerna tapioka masak ..................................................
98
Gambar 6.1
Penampakan granula tapioka dilihat dengan mikroskop
polarisasi ............................................................................
106
Permukaan granula tapioka HMT dari kombinasi dua kadar air dan dua suhu proses selama 240 menit ...................
107
Perubahan bentuk granula tapioka HMT yang diproses
pada kadar air 20% dan suhu 120°C selama 240 menit .....
109
Difraktogram sinar X dari tapioka native dan tapioka
HMT ...................................................................................
110
Contoh kurva hubungan waktu proses dan respon pada
suatu kombinasi suhu dan kadar air ...................................
115
Grafik perubahan kapasitas pembengkakan tapioka selama HMT .............................................................................
117
Gambar 7.3
Grafik perubahan solubilitas tapioka selama proses HMT.
118
Gambar 7.4
Viskogram tapioka setelah HMT pada suhu 100°C pada
kadar air proses 18% dan 20% ...........................................
120
Viskogram tapioka setelah HMT pada suhu 120°C pada
kadar air proses 18% dan 20% ...........................................
121
Kurva perubahan parameter pasting pada kombinasi suhu
dan waktu pada dua tingkat kadar air proses .....................
122
Kurva kinetika termal ordo 1 dari viskositas puncak
tapioka HMT ......................................................................
127
Kurva kinetika termal ordo 1 dari viskositas breakdown
tapioka HMT ......................................................................
128
Kurva kinetika termal ordo 1 dari viskositas balik tapioka
HM .....................................................................................
129
Kurva kinetika termal ordo 0 dari suhu pasting tapioka
HMT ...................................................................................
130
Perubahan profil tekstur gel tapioka karena proses HMT...
131
Gambar 5.5
Gambar 5.6
Gambar 6.2
Gambar 6.3
Gambar 6.4
Gambar 7.1
Gambar 7.2
Gambar 7.5
Gambar 7.6
Gambar 7.7a
Gambar 7.7b
Gambar 7.7c
Gambar 7.7d
Gambar 7.8
Halaman
Gambar 7.9
Kurva perubahan parameter tekstur pada kombinasi suhu
dan waktu pada dua tingkat kadar air proses .....................
133
Gambar 7.10
Kurva kinetika termal untuk parameter kekerasan gel .......
135
Gambar 7.11
Kurva Arrhenius parameter pasting dan tekstur .................
137
Gambar 7.12
Kurva Arrhenius 4 parameter pasting pada masing-masing kadar air ......................................................................
139
Gambar 8.1
Diagram alir proses HMT yang dilakukan pada penelitian
144
Gambar 8.2
Usulan mekanisme perubahan granula tapioka selama
proses HMT ........................................................................
149
Perubahan kristalinitas tapioka pada berbagai kondisi proses HMT .............................................................................
155
Gambar 8.3
DAFTAR LAMPIRAN
Halaman
Lampiran 1
Metode analisis proksimat ..................................................
161
Lampiran 2
Analisis kadar pati (Dubois et al, 1956 disitasi dari Faridah, 2010) ...........................................................................
164
Lampiran 3
Analisis kadar amilosa (Juliano, 1971) ..............................
165
Lampiran 4
Daya cerna pati gelatinasi (modifikasi Muchtadi et al,
1992) ..................................................................................
166
PENDAHULUAN
Latar Belakang
Produksi ubi kayu (Manihot esculenta Crantz) Indonesia pada periode 20042010, berkisar antara 19,4 – 23,9 juta ton. Sepertiga dari total produksi tersebut
berasal dari Lampung, diikuti oleh Jawa Timur, Jawa Tengah, Jawa Barat, Daerah
Istimewa Yogyakarta dan Nusa Tenggara Timur (Badan Pusat Statistik, 2011).
Ketahanan yang tinggi terhadap kondisi stress lingkungan menyebabkan ubi
kayu banyak ditanam pada skala kecil dan dengan sumber daya terbatas (ElSharkawy, 2004).
Di lain sisi, keragaman varietas ubi kayu di Indonesia cukup
tinggi. Bank Gen BB-Biogen Bogor mencatat sebanyak 600 aksesi plasma nutfah,
452 diantaranya ada dalam data base (BB-Biogen, 2010). Kondisi ini menyebabkan beragamnya varietas ubi kayu di lapangan.
Pati merupakan komponen utama ubi kayu dan tapioka (pati ubi kayu) merupakan salah satu hasil industri berbasis ubi kayu. Proses ekstraksi yang relatif
mudah, sifat patinya yang unik dengan warna dan flavor netral menyebabkan
tapioka banyak dimanfaatkan sebagai ingridien maupun aditif di industri pangan.
Tapioka direkomendasikan untuk memperbaiki ekspansi produk ekstrusi, pengental pada produk yang kondisi prosesnya tidak ekstrim, bahan pengisi dalam produk makanan bayi olahan dan bahan pengikat pada produk-produk biskuit dan
konfeksioneri (Tonukari, 2004).
Perbedaan karakteristik fisikokimia pati seperti bentuk dan ukuran granula,
rasio amilosa/amilopektin, karakteristik molekuler pati dan keberadaan komponen
lain merupakan penyebab perbedaan sifat fungsional (Copelan et al., 2009; Nwokocha et al., 2009). Variasi sifat fungsional pati di dalam suatu spesies menyebabkan masalah dalam pengolahan karena inkonsistensi bahan baku.
Kemampuan membentuk pasta dengan viskositas tinggi membuat tapioka
potensial untuk dikembangkan sebagai bahan pengental. Akan tetapi, sifat granulanya yang tidak tahan panas menyebabkan tapioka tidak bisa digunakan sebagai
pengental pada produk yang diproses dengan suhu tinggi. Pemanasan di suhu
tinggi menyebabkan granula pati pecah dan viskositas turun secara drastis
sehingga fungsinya sebagai pengental tidak tercapai. Sifat fisikokimia tapioka
1
perlu dimodifikasi menjadi lebih tahan panas agar dapat diaplikasikan pada
produk yang diolah dengan suhu tinggi.
Modifikasi pati dengan heat-moisture treatment (HMT) dilaporkan dapat
meningkatkan ketahanan pati terhadap panas, perlakuan mekanis dan pH asam
(Taggart, 2004). Pada modifikasi dengan HMT, pati dengan kadar air terbatas
(kurang dari 35% air, w/w) dipanaskan pada kondisi di atas suhu transisi gelas
tetapi masih di bawah suhu gelatinisasinya selama periode waktu tertentu. HMT
menyebabkan perubahan konformasi molekul pati dan menghasilkan struktur
kristalin yang lebih resisten terhadap proses gelatinisasi (Jacobs dan Delcour,
1998; Collado dan Corke, 1999; Stute, 1992 di dalam Zondag, 2003; Singh et al.,
2005; Vermeylen et al., 2006; dan Pukkahuta dan Varavinit, 2007).
Teknik komersial untuk produksi pati tahan panas saat ini dilakukan secara
kimiawi dengan teknik ikatan silang. Ketertarikan terhadap produk pangan yang
bebas aditif kimia membuat metode modifikasi secara fisik seperti HMT ini perlu
dikaji dengan lebih baik.
Penelitian terkait pati HMT telah banyak dilaporkan dengan menggunakan
pati dan teknik yang beragam. Penelitian dilakukan diantaranya pada pati ubi kayu (tapioka), jagung (normal dan waxy), new cocoyam (Xanthosoma sagittifolium), yam (Dioscorea hispida Dennst), finger millet (Eleusine coracana), wortel
Peru, ubi jalar, jahe, mucuna bean (Mucuna pruriens), berbagai pati polong-polongan (legume), sagu, gandum, oat, lentil, taro (Alocassia indica), true yam
(Dioscorea alata) dan kentang (Abraham, 1993; Franco et al., 1995; Lawal, 2005;
Tattiyakul et al., 2006; Adebowale et al., 2005; Adebowale dan Lawal, 2003;
Hoover dan Manuel, 1996; Pukkahuta dan Varavinit, 2007; Hoover dan Vasanthan, 1994; Gunaratne dan Hoover, 2002; Vieira dan Sarmento, 2008; Purwani et
al., 2006; Herawati, 2009; Ahmad, 2009; dan Pinasthi, 2011).
Proses HMT
dilakukan dengan menggunakan oven (Herawati, 2009; Olayinka, 2008; Hoover
dan Manuel, 1996), retort (Abraham, 1993; Kawabata et al., 1994) dan oven
gelombang mikro (Pinasthi, 2011; Anderson dan Guraya, 2006).
Karakteristik fisikokimia pati HMT sangat beragam dan dipengaruhi oleh
beberapa faktor seperti jenis (sumber) pati (Gunaratne dan Hoover, 2002; Lim et
al., 2001; Lorenz dan Kulp, 1982), kadar amilosa (Collado dan Corke, 1999;
2
Hoover dan Manuel, 1996) dan tipe kristalisasi pati (Gunaratne dan Hoover,
2002). Selain itu, karakteristik pati HMT juga dipengaruhi oleh perbedaan kondisi proses seperti suhu (Adebowale dan Lawal, 2003; Vermeylen et al., 2006;
Pukkahuta dan Varavinit, 2007), kadar air (Vermeylen et al., 2006; Adebowale et
al., 2005), pH (Collado dan Corke, 1999) dan lama waktu proses (Collado and
Corke, 1999). Secara umum dilaporkan bahwa HMT menurunkan viskositas puncak, menurunkan viskositas breakdown, meningkatkan suhu pasting, meningkatkan suhu gelatinisasi dan menurunkan kapasitas pembengkakan granula pati. Beberapa parameter lain seperti morfologi granula, tipe kristalit dan kristalinitas, kapasitas pembengkakan, solubilitas dan tekstur dilaporkan dengan hasil berbeda.
Penelitian tentang tapioka HMT relatif sedikit (Lorenz dan Kulp, 1982;
Abraham, 1993; Gunaratne dan Hoover, 2002; Jyothi et al., 2010). Proses HMT
dilaporkan tidak mengubah bentuk dan ukuran granula (Abraham, 1993; Gunaratne dan Hoover, 2002), tidak mengubah tipe kristalit tapioka tetapi sedikit
menurunkan kristalinitas (Abraham, 1993; Gunaratne dan Hoover, 2002; Jyothi et
al., 2010) dan meningkatkan suhu gelatinisasi dengan enthalpy yang lebih rendah
(Gunaratne dan Hoover, 2002; Jyothi et al., 2010). Tekstur gel dari tapioka HMT
memiliki kekerasan dan kelengketan yang lebih tinggi dengan kepaduan dan elastisitas yang lebih rendah dari gel tapioka native (Jyothi et al., 2010). Pasca HMT,
resistensi tapioka terhadap proses hidrolisis asam meningkat sementara resistensi
terhadap hidrolisis enzimatis meningkat atau menurun (Abraham, 1993; Gunaratne dan Hoover, 2002). Stabilitas pasting meningkat pasca HMT yaitu suhu
pasting meningkat, viskositas puncak dan viskositas breakdown turun; dan viskositas balik meningkat (Abraham, 1993) atau menurun (Jyothi et al., 2010).
Pengaruh HMT terhadap beberapa karakteristik fisikokimia tapioka dilaporkan secara berbeda, diduga disebabkan oleh perbedaan jenis tapioka dan kondisi
proses (suhu, waktu, kadar air dan metode) yang digunakan. Menurut Jyothi et al.
(2010), HMT meningkatkan solubilitas tapioka sementara Gunaratne dan Hoover
(2002) justru melaporkan sedikit penurunan solubilitas pasca HMT. Perbedaan
intensitas proses (suhu, waktu dan kadar air tapioka) menyebabkan perbedaan
pada besarnya perubahan karakteristik tapioka (Jyothi et al., 2010). Proses HMT
dengan oven menghasilkan tapioka HMT dengan kapasitas pembengkakan yang
3
lebih rendah dari tapioka native (Abraham, 1993; Gunaratne dan Hoover, 2002;
Jyothi et al., 2010) sementara peningkatan kapasitas pembengkakan dilaporkan
jika proses HMT tapioka dilakukan menggunakan autoklaf (Abraham, 1993).
Perubahan karakteristik sifat fisikokimia pati karena proses modifikasi menjadi salah satu kriteria penting untuk pengembangan teknologi proses pembuatan
pati termodifikasi. Terbatasnya kajian mengenai proses HMT tapioka dengan
bahan baku dan kondisi proses yang berbeda, menyebabkan karakterisasi tapioka
HMT secara komprehesif sukar dilakukan. Karena varietas ubi kayu dan karakteristik fisikokimianya sangat beragam, maka pengaruh varietas terhadap karakteristik tapioka HMT perlu dipelajari.
Idealnya, disain proses bisa diatur secara fleksibel untuk mencapai parameter mutu yang diinginkan. Cara trial and error untuk mendisain proses bukanlah
cara yang baik. Pengaruh kondisi proses (suhu, waktu dan kadar air) terhadap
perubahan karakteristik tapioka HMT penting untuk diketahui untuk memprediksi
karakteristik tapioka HMT yang dihasilkan dari suatu proses HMT. Penggunaan
model matematis merupakan cara yang lebih sistematis untuk memprediksi
hubungan parameter proses dengan perubahan suatu parameter mutu.
Model kinetika merupakan model matematika yang bisa dipakai untuk menjelaskan laju perubahan suatu atribut mutu sebagai fungsi waktu pada suatu suhu
tertentu (Van Boekel, 2008; Van Boekel dan Tijskens, 2001). Pendekatan menggunakan model kinetika disini merupakan pendekatan rekayasa karena lebih kearah pemodelan matematis guna memahami jalannya perubahan untuk tujuan rekayasa dan bukan untuk memahami mekanisme reaksi kinetikanya (Van Boekel dan
Tijskens, 2001).
Analisis kinetika termal dapat digunakan untuk melihat laju perubahan suatu
parameter fisikokimia pati sebagai fungsi dari waktu pada suatu kondisi suhu dan
kadar air. Dengan menggunakan persamaan Arrhenius, yang menghubungkan laju
perubahan parameter dengan suhu, dapat diketahui sensitifitas perubahan parameter tersebut terhadap suhu proses.
Suhu, waktu dan kadar air proses HMT dapat mempengaruhi perubahan
yang terjadi selama proses dan karakteristik fisikokimia pati HMT yang
dihasilkan. Agar pengaruh bahan baku dan/atau kondisi proses HMT terhadap
4
perubahan karakteristik fisikokimia pati dapat dijelaskan dengan baik, maka
disain proses perlu diperhatikan agar suhu proses dapat tercapai dengan cepat dan
kadar air proses dapat dipertahankan selama waktu proses HMT.
Tujuan Penelitian
Secara umum, tujuan penelitian ini adalah mempelajari fenomena perubahan
karakteristik fisikokimia tapioka karena HMT dan model kinetikanya. Agar tujuan
penelitian dapat tercapai, maka tahap awal penelitian ini ditujukan untuk pengembangan disain peralatan dan proses HMT yang bisa mempertahankan kondisi
proses yang dikehendaki (suhu dan kadar air) tetap terjaga selama proses berlangsung. Penelitian dibagi dalam beberapa tahapan dengan tiga tujuan khusus yaitu:
Mempelajari pengaruh perbedaan karakteristik fisikokimia tapioka terhadap
karakteristik fisikokimia tapioka HMT yang dihasilkan.
Mempelajari pengaruh kondisi proses HMT (suhu dan kadar air) terhadap
karakteristik morfologi dan kristalinitas tapioka HMT yang dihasilkan.
Mempelajari kinetika termal beberapa sifat fisikokimia tapioka selama proses
HMT pada dua tingkat kadar air sebagai fungsi suhu dan waktu.
Hipotesis
HMT meningkatkan ketahanan granula tapioka terhadap proses pemanasan.
Tapioka dari varietas berbeda memiliki karakteristik fisikokimia berbeda.
Perbedaan karakteristik fisikokimia tapioka akan menyebabkan perbedaan
karakteristik sifat fisikokimia tapioka HMT yang dihasilkan.
Kondisi proses HMT (kadar air dan waktu proses) mempengaruhi intensitas
perubahan sifat fisikokimia tapioka, termasuk perubahan karakteristik morfologi dan kristalinitas.
Beberapa sifat fisikokimia tapioka HMT dapat dijelaskan menggunakan model
kinetika termal
Manfaat Penelitian
Memahami pengaruh perbedaan varietas tapioka terhadap karakteristik fisikokimia tapioka HMT yang dihasilkan
5
Memahami pengaruh perbedaan kondisi proses (suhu dan kadar air) terhadap
karakteristik morfologi dan kristalinitas tapioka HMT yang dihasilkan
Mengetahui parameter fisikokimia yang perubahannya dapat dijelaskan
sebagai fungsi dari perubahan kadar air, suhu dan waktu proses.
Tahapan Penelitian
Penelitian dilakukan dalam lima tahapan sebagai berikut: 1). Pengembangan
disain peralatan dan proses HMT; 2). Karakterisasi fisikokimia tapioka dari lima
varietas ubi kayu; 3). Karakterisasi fisikokimia tapioka HMT dari lima varietas
ubi kayu; 4). Karakterisasi morfologi dan kristalinitas tapioka HMT (dari varietas
Faroka) pada kondisi proses (kadar air dan suhu proses) yang berbeda; dan 5).
Analisis kinetika termal dari beberapa sifat fisikokimia tapioka (dari varietas Faroka) sebagai fungsi dari suhu dan waktu pada dua tingkat kadar air HMT (18 dan
20%). Diagram alir penelitian ditampilkan pada Gambar 1.1.
1. Pengembangan disain peralatan dan proses HMT
Tahap ini bertujuan untuk mengembangkan peralatan dan proses HMT yang
selanjutnya digunakan pada keseluruhan penelitian. Dilakukan pembuatan wadah
pencampuran dan wadah sampel untuk proses HMT serta disain proses HMT.
Target yang ingin dicapai dari tahap ini adalah tersedianya disain proses yang
mampu mencapai suhu proses dalam waktu singkat, mempertahankan kadar air
selama proses berlangsung dan menghasilkan tapioka HMT.
2. Karakterisasi sifat fisikokimia tapioka dari lima varietas ubi kayu
Tahap ini bertujuan untuk mengetahui karakteristik fisikokimia tapioka yang
berasal dari lima varietas ubi kayu yang ditanam di daerah Lampung; mengetahui
pengaruh perbedaan varietas terhadap parameter yang dianalisis; dan korelasi
antar parameter yang dianalisis sekaligus sebagai informasi untuk pengendalian
proses HMT. Parameter yang diamati mencakup komposisi kimia, bentuk dan
ukuran granula, kristalinitas, kapasitas pengembangan dan solubilitas, karakteristik pasting dan tekstur serta daya cerna pati gelatinisasi.
6
Tahap 1:
Pengembangan disain peralatan dan proses HMT
Disain wadah pencampuran, tabung sampel dan proses HMT
Analisis:
Waktu tunda minimal, perubahan kadar air minimal, menghasilkan tapioka HMT
Tahap 2:
Karakterisasi fisikokimia tapioka dari lima
varietas ubi kayu asal
Lampung
Analisis:
Komposisi kimia, morfologi dan ukuran granula, kristalinitas, kapasitas pembengkakan dan
solubilitas, karakteristik
pasting, karakteristik
tekstur, daya cerna pati
gelatinisasi
Proses HMT
(kadar air 20%,
110°C, 240 menit)
Tahap 3:
Pengaruh karakteristik
fisikokimia tapioka
terhadap karakteristik
fisikokimia tapioka
HMT yang dihasilkan
Analisis:
Morfologi granula,
kristalinitas, kapasitas
pembengkakan dan
solubilitas, sineresis,
karakteristik pasting,
karakteristik tekstur,
daya cerna pati
gelatinisasi
Tahap 4:
Pengaruh proses HMT pada karakteristik morfologi dan kristalinitas tapioka
Tapioka var. Faroka, HMT selama 240 menit pada kombinasi suhu (110°C, 120°C) dan
kadar air (18 dan 20%)
Analisis:
Morfologi granula, kristalinitas, perubahan pasting
Tahap 5:
Analisis kinetika termal tapioka HMT
Tapioka varietas Faroka, perlakuan: kadar air (18 dan 20%), suhu (100, 110, 115 dan
120°C), waktu (0, 30, 100°C, 60, 120, 180, 240 dan 300 menit)
Analisis:
Kapasitas pengembangan dan solubilitas, karakteristik pasting, karakteristik tekstur
Diperoleh gambaran mengenai fenomena perubahan karakteristik fisikokimia tapioka
dari lima varietas ubi kayu asal Lampung karena HMT dan model kinetikanya
Gambar 1.1 Diagram alir penelitian
3. Pengaruh karakteristik fisikokimia tapioka terhadap karakteristik fisikokimia tapioka HMT yang dihasilkan
Tahap ini bertujuan untuk mengetahui karakteristik fisikokimia tapioka
HMT dari lima tapioka yang berbeda; mengetahui pengaruh perbedaan varietas
pada sifat fisikokimia tapioka HMT yang dihasilkan; dan mengetahui korelasi
antara parameter yang dianalisis dengan komponen kimia tapioka awal untuk
7
mengidentifikasi faktor kritis pada pati native yang berperan dalam perubahan
sifat fisikokimia dan fungsional tapioka selama proses HMT. Parameter yang
diamati adalah bentuk granula, kristalinitas, kapasitas pengembangan dan solubilitas, sineresis, karakteristik pasting dan tekstur serta daya cerna pati gelatinisasi.
4. Pengaruh proses HMT pada karakteristik morfologi dan kristalinitas
tapioka
Tahap ini bertujuan untuk mengetahui pengaruh suhu dan kadar air pada
karakteristik morfologi dan kristalinitas tapioka HMT yang dihasilkan. Proses
HMT dilakukan pada kombinasi dua suhu (110 dan 120°C) dan dua kadar air (18
dan 20%) selama 240 menit (4 jam) menggunakan tapioka dari varietas faroka.
Pengamatan dilakukan terhadap morfologi dan kristalinitas granula pati.
5. Analisis kinetika termal tapioka HMT
Tahap ini bertujuan untuk membuat model kinetika termal dari beberapa
sifat fisikokimia tapioka varietas faroka selama HMT untuk mengetahui laju perubahannya sebagai fungsi dari suhu dan waktu proses pada dua tingkat kadar air
yang berbeda. Persamaan Arrhenius digunakan untuk melihat sensitifitas perubahan sifat tersebut terhadap suhu proses. Penelitian dilakukan pada dua tingkat
kadar air (18 dan 20%), empat suhu proses (100, 110, 115 dan 120°C) dan enam
waktu proses (0, 30 -kecuali untuk suhu 100°C, 60, 120, 180, 240 dan 300 menit–
hanya untuk suhu 100°C). Sifat yang diamati adalah kapasitas pembengkakan dan
solubilitas, karakteristik pasting dan tekstur.
8
TINJAUAN PUSTAKA
UBI KAYU
Ubi kayu (Manihot esculenta Crantz) merupakan tanaman tropis, tetapi
dapat beradaptasi dan tumbuh baik di daerah sub tropis. Secara umum tanaman ini
tidak menuntut iklim dan kondisi tanah spesifik untuk pertumbuhannya. Tanaman
ubi kayu memiliki ketahanan yang tinggi terhadap kondisi stress lingkungan dan
dapat tumbuh pada lahan marjinal yang kering dengan kondisi tanah asam, tanpa
pemupukan dan kondisi curah hujan yang bervariasi (kurang dari 600 mm/tahun
sampai lebih dari 1000 mm/tahun). Karena budidayanya yang tidak banyak
membutuhkan input produksi per
KARAKTERISTIK FISIKOKIMIA TAPIOKA KARENA
HEAT-MOISTURE TREATMENT DAN MODEL
KINETIKANYA
ELVIRA SYAMSIR
SEKOLAH PASCASARJANA
INSTITUT PERTANIAN BOGOR
BOGOR
2012
PERNYATAAN MENGENAI DISERTASI DAN
SUMBER INFORMASI
Dengan ini saya menyatakan bahwa disertasi Mempelajari Fenomena
Perubahan Karakteristik Fisikokimia Tapioka Karena Heat-Moisture Treatment
dan Model Kinetikanya adalah karya saya dengan arahan dari komisi pembimbing
dan belum diajukan dalam bentuk apapun kepada perguruan tinggi manapun.
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 disertasi ini.
Bogor, Januari 2012
Elvira Syamsir
NIM F 261060071
ABSTRACT
ELVIRA SYAMSIR. Study on phenomena of physicochemical changes during
Heat-Moisture Treatment of tapiocas and its kinetic model. Under direction of
Purwiyatno Hariyadi, Dedi Fardiaz, Nuri Andarwulan dan Feri Kusnandar.
Tapioca is widely used as ingredients as well as additives in food industry.
With the ability to form paste with high viscosity, tapioca has potential to be used
as thickener. Due to its granule character that cannot stand on the heat, tapioca
cannot be used as a thickener for product to be processed at high temperature
processing products. Modification of tapioca with heat-moisture treatment (HMT)
can increase the resistance of starch to heat so it can be applied at high temperature environment. Blending the starch and water was performed in a closed
container mixer equipped with a stirrer to obtain a consistent and homogenous
raw material. HMT process was done by using a static retort. Sample tubes were
made from aluminum pipe (diameter of 12.7 mm, length 20 cm, and wall
thickness 0.75 mm). The sample tube was designed to produce condition of
isothermal heating with short lag time and maintain relative stable water content
during the HMT process. The types of tapioca used for the research were
extracted from five varieties of cassavas: Thailand, Kasetsar, Pucuk biru, Faroka
and Adira-4, which have different physicochemical characteristic. HMT
processing caused the loss of birefringence pattern in the center of the granule and
change of physicochemical characteristics of tapioca. Compared to its native,
HMT tapioca has decreased in its crystallinity, swelling power, improve paste
resistance to heat, occurrence of syneresis, increase hardness and gel adhesiveness
as well as decrease in digestibility of gelatinzed tapioca. Differences of
physicochemical characteristics of native tapioca were associated with differences in intensity of change during the HMT processing. Physical characteristics
(such as size, swelling power and solubilitas), amylose concentration, fat and ash
as well as crystallinity level were identified as factors that affected the characteristics of the HMT tapioca produced. Temperature and water content of tapioca
during the HMT process was affected to characteristics of tapioca produced. HMT
with high temperature and high water content caused tapioca to undergo partial
gelatinization, indicated by physical changes in granule shape and significant
reduction in its cristallinity. The changes of peak viscosity (VP), breakdown
viscosity (BDV), setback viscosity (SBV), pasting temperature (PT) and gel
hardness during HMT process could be explained using zero and first order
kinetic model. Changes of PV, BDV and SBV of tapioca starch obeyed model of
kinetic ordo-1, while changes of PT of tapioca paste and gel hardness were best
described by zero-order kinetic model. Rate of change of texture was identified as
the most sensitive against temperature change, followed by change of setback
viscosity. The rate of change of pasting temperature was the least sensitive to
temperature change
Keywords: tapioca, HMT, physicochemical characteristic, kinetic model
RINGKASAN
ELVIRA SYAMSIR. Mempelajari Fenomena Perubahan Karakteristik Fisikokimia Tapioka Karena Heat-Moisture Treatment dan Model Kinetikanya.
Dibimbing oleh Purwiyatno Hariyadi, Dedi Fardiaz, Nuri Andarwulan dan Feri
Kusnandar.
Tapioka banyak dimanfaatkan sebagai ingridien maupun aditif di industri
pangan. Kemampuan membentuk pasta dengan viskositas tinggi membuat tapioka
potensial untuk dikembangkan sebagai bahan pengental. Sifat granulanya yang
tidak tahan panas menyebabkan tapioka tidak bisa digunakan sebagai pengental
pada produk yang diproses dengan suhu tinggi. Granula tapioka perlu dimodifikasi menjadi lebih tahan panas agar dapat diaplikasikan pada produk yang diolah
dengan suhu tinggi.
Modifikasi pati dengan heat-moisture treatment (HMT) dapat meningkatkan
ketahanan pati terhadap panas, perlakuan mekanis dan pH asam. Modifikasi
dilakukan dengan memanaskan pati dengan kadar air terbatas (kadar air kurang
dari 35%) pada suhu di atas suhu transisi gelas tetapi masih dibawah suhu
gelatinisasinya selama periode waktu tertentu. Karakteristik fisikokimia pati
HMT dipengaruhi oleh distribusi panas yang terjadi selama proses, sifat
fisikokimia pati dan kondisi proses yang digunakan.
Penelitian ini bertujuan untuk 1). mendisain peralatan proses HMT yang
dapat meminimalkan waktu tunda dan mempertahankan kadar air selama proses
HMT agar diperoleh distribusi panas dan kondisi basah yang seragam sepanjang
proses berlangsung; 2). mengetahui karakteristik fisikokimia tapioka; 3). Mengetahui pengaruh dari karakteristik fisikokimia tapioka terhadap karakteristik
fisikokimia tapioka HMT yang dihasilkan; 4). mengetahui pengaruh kondisi proses terhadap perubahan karakteristik fisikokimia tapioka HMT yang dihasilkan
dan 5). mengetahui model kinetika yang dapat digunakan untuk menjelaskan laju
perubahan dari beberapa karakteristik fisikokimia tapioka sebagai fungsi dari suhu
dan waktu proses HMT, serta ketergantungannya terhadap suhu.
Untuk memperoleh bahan baku yang konsisten dan homogen untuk proses
HMT, maka pencampuran pati dan air dilakukan di wadah pencampur tertutup
yang dilengkapi dengan pengaduk. Proses HMT dilakukan dengan menggunakan
retort. Tabung sampel terbuat dari pipa aluminium diameter 12,7 mm, panjang 20
cm dan tebal dinding 0,75 mm. Tabung sampel didisain untuk menghasilkan
kondisi pemanasan isotermal dengan waktu tunda yang pendek dan
mempertahankan kadar air tetap stabil selama proses HMT.
Tapioka yang digunakan dalam penelitian ini berasal dari lima varietas ubi
kayu: Thailand, Kasetsar, Pucuk biru, Faroka dan Adira-4 dengan karakteristik
fisikokimia yang berbeda. Secara umum, pasta tapioka memiliki viskositas
puncak yang tinggi, ketahanan panas yang rendah dan kecenderungan retrogradasi
yang rendah.
Penelitian ini menunjukkan bahwa proses HMT menyebabkan tapioka
kehilangan pola birefringence di bagian tengah granula, dan perubahan
karakteristik fisikokimia. Dibandingkan dengan bentuk nativenya, tapioka HMT
menunjukkan penurunan kristalinitas, penurunan swelling power, peningkatan
ketahanan pasta terhadap panas, terjadinya sineresis, peningkatan kekerasan dan
kelengketan gel serta penurunan daya cerna tapioka gelatinisasi.
Perbedaan karakteristik fisikokimia tapioka native menyebabkan perbedaan
intensitas perubahan yang terjadi selama proses HMT. Karakteristik fisik
(ukuran, kapasitas pembengkakan dan solubilitas), kadar amilosa, lemak dan abu
serta tingkat kristalinitas teridentifikasi sebagai faktor-faktor yang mempengaruhi
karakteristik tapioka HMT yang dihasilkan.
Suhu dan kadar air tapioka selama proses HMT mempengaruhi karakteristik
tapioka yang dihasilkan. HMT dengan suhu dan kadar air yang tinggi dapat
menyebabkan pati mengalami gelatinisasi parsial yang diindikasikan oleh
perubahan bentuk granula dan penurunan tingkat kristalinitas pati dalam jumlah
yang besar.
Penelitian ini juga menunjukkan bahwa perubahan dari beberapa
karakteristik fisikokimia tapioka selama HMT (viskositas puncak, viskositas
breakdown, viskositas balik, suhu pasting dan kekerasan gel) bisa dijelaskan
dengan menggunakan model kinetika ordo-0 dan ordo-1. Perubahan viskositas
puncak, viskositas breakdown dan viskositas balik bisa dijelaskan dengan
menggunakan model kinetika ordo-1 sementara perubahan suhu pasting dan
kekerasan gel dapat dijelaskan dengan model kinetika ordo-0. Dengan persamaan
Arrhenius diketahui bahwa laju perubahan tekstur paling sensitif terhadap
perubahan suhu, diikuti oleh laju perubahan dari viskositas balik. Dari lima
karakteristik fisikokimia yang diamati, laju perubahan dari suhu pasting adalah
yang paling tidak sensitif terhadap perubahan suhu.
@ Hak Cipta milik IPB, tahun 2012
Hak Cipta dilindungi Undang-Undang
Dilarang mengutip sebagian atau seluruh karya tulis ini tanpa mencantumkan
atau menyebutkan sumbernya. Pengutipan hanya untuk kepentingan pendidikan,
penelitian, penulisan karya ilmiah, penyusunan laporan, penulisan kritik atau
tinjauan suatu masalah; dan pengutipan tersebut tidak merugikan kepentingan
yang wajar di IPB. Dilarang mengumumkan dan memperbanyak sebagian atau
seluruh karya tulis dalam bentuk apapun tanpa izin IPB
MEMPELAJARI FENOMENA PERUBAHAN
KARAKTERISTIK FISIKOKIMIA TAPIOKA KARENA HEATMOISTURE TREATMENT DAN MODEL KINETIKANYA
ELVIRA SYAMSIR
Disertasi
sebagai salah satu syarat untuk memperoleh gelar
Doktor pada
Program Studi Ilmu Pangan
SEKOLAH PASCASARJANA
INSTITUT PERTANIAN BOGOR
BOGOR
2012
Penguji pada Ujian Tertutup:
Dr. Nugraha Edhi Suyatma, STp. DEA
(Fakultas Teknologi Pertanian – Institut Pertanian Bogor)
Dr. Eko Hari Purnomo, STp. MSc
(Fakultas Teknologi Pertanian – Institut Pertanian Bogor)
Penguji pada Ujian Terbuka:
Prof. Dr. Ir. Imas Setiasih, MSi
(Fakultas Teknologi Industri Pertanian – Universitas Padjadjaran)
Dr. Ir. Sugiyono, MAppSc
(Fakultas Teknologi Pertanian – Institut Pertanian Bogor)
Judul Disertasi : Mempelajari Fenomena Perubahan Karakteristik
Fisikokimia Tapioka Karena Heat-Moisture Treatment
dan Model Kinetikanya
Nama
: Elvira Syamsir
NIM
: F 261060071
Disetujui
Komisi Pembimbing
Prof. Dr. Ir. Purwiyatno Hariyadi, MSc
Ketua
Prof. Dr. Ir. Dedi Fardiaz, MSc
Anggota
Dr. Ir. Nuri Andarwulan, Msi
Anggota
Dr. Ir. Feri Kusnandar, MSc
Anggota
Mengetahui
Ketua Program Studi
Ilmu Pangan
Dekan Sekolah Pascasarjana
Dr. Ir. Ratih Dewanti-Hariyadi, MSc
Dr. Ir. Dahrul Syah, MSc.Agr
Tanggal Ujian: 19 Januari 2012
Tanggal Lulus: Januari 2012
PRAKATA
Puji syukur kepada Allah SWT untuk semua karunia-Nya, termasuk kesempatan untuk menyelesaikan pendidikan jenjang S-3 di PS Ilmu Pangan dengan
disertasi berjudul “Mempelajari Fenomena Perubahan Karakteristik Fisikokimia
Tapioka Karena Heat-Moisture Treatment dan Model Kinetikanya”. Bagian dari
disertasi ini yang membahas tentang “Pengaruh Heat-Moisture Treatment (HMT)
terhadap Beberapa Karakteristik Fisikokimia Tapioka dari Lima Varietas Ubi
Kayu” telah dipresentasikan pada Seminar Nasional PATPI 2011 di Manado dan
telah dikirim untuk publikasi ke Jurnal Teknologi dan Industri Pangan. Dua artikel
lain terkait penelitian ini juga telah dikirim untuk publikasi, yaitu ‘Karakterisasi
Tapioka dari Lima Varietas Ubi Kayu (Manihot utilisima Crantz) Asal Lampung”
ke Jurnal Agroteknologi dan “Pengaruh Proses HMT Terhadap Karakteristik
Fisikokimia Pati - Artikel Review” ke Jurnal Teknologi dan Industri Pangan.
Untuk semua bimbingan, bantuan dan dukungan yang telah diberikan dalam
penyelesaian perkuliahan dan penelitian, penulis mengucapkan penghargaan dan
rasa terimakasih kepada yang terhormat:
1.
Ketua komisi pembimbing: Prof. Dr. Ir. Purwiyatno Hariyadi, MSc
2.
Bapak dan ibu anggota komisi pembimbing: Prof. Dr. Ir. Dedi Fardiaz, MSc,
Dr. Ir. Nuri Andarwulan, MSi dan Dr. Ir. Feri Kusnandar, MSc
3.
Penguji pada ujian terbuka: Prof. Dr. Ir. Imas Setyasih, MSi dan Dr. Ir.
Sugiyono, MAppSc
4.
Penguji pada ujian tertutup: Dr. Nugraha Edhi Suyatma, STp DEA dan Dr.
Eko Hari Purnomo, STp, MSc
5.
Penguji pada prelim lisan: Dr. Ir. Titi Chandra Sunarti, MSc dan Dr. Eko Hari
Purnomo, MSc
6.
Dekan Fakultas Teknologi Pertanian IPB, Dr. Ir. Sam Herodian selaku
pimpinan sidang ujian terbuka dan Wakil Dekan Fakultas Teknologi
Pertanian IPB, Dr. Ir. Sugiyono selaku pimpinan sidang tertutup.
7.
Ketua PS Ilmu Pangan: Dr. Ir. Ratih Dewanti-Hariyadi, MSc
8.
Dekan Sekolah Pasca Sarjana IPB: Dr. Ir. Dahrul Syah
9.
Ketua Departemen, teman-teman staf pengajar, teknisi dan administrasi di
Departemen Ilmu dan Teknologi Pangan Fateta IPB
10. Teman-teman kuliah di PS Ilmu Pangan
11. Direktorat Jenderal Pendidikan Tinggi Departemen Pendidikan Nasional –
Beasiswa BPPS
12. Orang tua (papa dr. Syamsir Maaruf dan mama Irdawati) dan mertua (bapak
drs. Achmad Jatim dan ibu dra. Sri Sumardikaningsih), adik-adik (Lanny
Syamsir SP, MM – Adila Fadly, SE; Chandra Syamsir, ST – Eni Cancerina,
ST; Hendra Syamsir, SP – Wandhira Celesthe, SP; Febi Dwi Yanarti STP –
Agus Wijaya SPd) beserta keluarga besar kami
13. Keluarga kecil saya: suami, Yanar Siswanto dan anak-anak, Anindya dan
Yudhistira.
Walaupun tulisan ini belum memberi penjelasan yang memuaskan, tetapi
penulis berharap tulisan dapat bermanfaat terutama dalam memahami proses
modifikasi pati dengan teknik HMT.
Bogor, 28 Januari 2012
Elvira Syamsir-Siswanto
Riwayat Hidup
Penulis dilahirkan di Padang pada tanggal 9 Agustus 1969, sebagai anak
pertama dari empat bersaudara dalam keluarga bapak dr. Syamsir Ma’aruf dan ibu
Irdawati. Pendidikan jenjang S1 dijalani di PS Teknologi Pangan dan Gizi IPB
dan diselesaikan pada tahun 1993. Jenjang S2 diselesaikan pada tahun 2001
dengan menekuni bidang pangan di PS Ilmu Pangan IPB. Jenjang pendidikan S-3
di PS Ilmu Pangan IPB dimulai pada tahun 2006 dengan beasiswa BPPS selama 3
tahun pertama dan untuk selanjutnya dengan biaya sendiri.
Sejak tahun 1995, penulis bekerja sebagai staf pengajar di Departemen Ilmu
dan Teknologi Pangan Fakultas Teknologi Pertanian IPB. Saat ini, penulis juga
menjadi redaksi/kontributor ahli di Kulinologi Indonesia (http://kulinologi.biz),
sebuah majalah online yang diterbitkan oleh PT Media Pangan Indonesia.
DAFTAR ISI
Halaman
DAFTAR ISI ..................................................................................................
xiii
DAFTAR TABEL ..........................................................................................
xvi
DAFTAR GAMBAR .....................................................................................
xviii
DAFTAR LAMPIRAN .................................................................................
xxi
PENDAHULUAN .........................................................................................
1
Latar Belakang ..........................................................................................
1
Tujuan Penelitian ......................................................................................
5
Hipotesis ...................................................................................................
5
Manfaat Penelitian ....................................................................................
5
Tahapan Penelitian ....................................................................................
6
TINJAUAN PUSTAKA ................................................................................
9
Ubi Kayu ........... .......................................................................................
9
Granula Pati ..............................................................................................
10
Struktur Granula Pati ................................................................................
11
Gelatinisasi Pati ........................................................................................
13
Karakteristik Pasting .................................................................................
15
Modifikasi Pati Dengan Heat Moisture Treatment ...................................
16
Pengaruh HMT Terhadap Morfologi Granula ...................................
17
Pengaruh HMT Terhadap Kristalinitas Pati .......................................
20
Pengaruh HMT Terhadap Karakteristik Gelatinisasi .........................
21
Pengaruh HMTTerhadap Karakteristik Pasting .................................
22
Kinetika Reaksi .........................................................................................
23
Daftar Pustaka ...........................................................................................
25
DISAIN PROSES HEAT-MOISTURE TREATMENT ...................................
31
Abstract .....................................................................................................
31
Pendahuluan ..............................................................................................
31
Bahan dan Metode .....................................................................................
33
Hasil dan Pembahasan ...............................................................................
34
Simpulan ...................................................................................................
40
Daftar Pustaka ...........................................................................................
41
Halaman
KARAKTERISASI FISIKOKIMIA TAPIOKA DARI LIMA VARIETAS
UBI KAYU ....................................................................................................
43
Abstract .....................................................................................................
43
Pendahuluan ..............................................................................................
43
Bahan dan Metode .....................................................................................
44
Hasil dan Pembahasan ...............................................................................
49
Simpulan ...................................................................................................
67
Daftar Pustaka ...........................................................................................
67
PENGARUH KARAKTERISTIK FISIKOKIMIA TAPIOKA PADA KARAKTERISTIK FISIKOKIMIA TAPIOKA HMT YANG DIHASILKAN..
71
Abstract .....................................................................................................
71
Pendahuluan ..............................................................................................
71
Bahan dan Metode .....................................................................................
73
Hasil dan Pembahasan ...............................................................................
76
Simpulan ...................................................................................................
99
Daftar Pustaka ...........................................................................................
100
PENGARUH PROSES HMT TERHADAP KARAKTERISTIK MORFOLOGI DAN KRISTALINITAS TAPIOKA ...................................................
103
Abstract .....................................................................................................
103
Pendahuluan ..............................................................................................
103
Bahan dan Metode .....................................................................................
105
Hasil dan Pembahasan ...............................................................................
105
Simpulan ...................................................................................................
109
Daftar Pustaka ...........................................................................................
111
KINETIKA BEBERAPA SIFAT FISIKOKIMIA PATI SELAMA PROSES HMT .......................................................................................................
113
Abstract .....................................................................................................
113
Pendahuluan ..............................................................................................
113
Bahan dan Metode .....................................................................................
114
Hasil dan Pembahasan ...............................................................................
116
Simpulan ...................................................................................................
138
Daftar Pustaka ...........................................................................................
140
PEMBAHASAN UMUM ..............................................................................
143
Halaman
SIMPULAN DAN SARAN ...........................................................................
157
Simpulan ...................................................................................................
157
Saran ..........................................................................................................
158
DAFTAR PUSTAKA ....................................................................................
159
LAMPIRAN ...................................................................................................
161
DAFTAR TABEL
Halaman
Tabel 2.1
Sifat-sifat amilosa dan amilopektin ....................................
11
Tabel 2.2
Komposisi kimia beberapa jenis pati .................................
11
Tabel 2.3
Karakteristik gelatinisasi berbagai jenis pati ......................
14
Tabel 2.4
Karakteristik pasting menggunakan RVA .........................
16
Tabel 2.5
Kondisi HMT pada penelitian dari berbagai jenis pati ......
18
Tabel 3.1
Disain proses HMT yang dilaporkan dalam berbagai penelitian ................................................................................
32
Tabel 3.2
Data kadar air produk sebelum dan sesudah proses HMT..
40
Tabel 4.1
Karakteristik bahan baku ubi kayu yang digunakan ..........
50
Tabel 4.2
Persentase distribusi ukuran granula tapioka dari lima
varietas ubi kayu ................................................................
51
Komposisi kimia tapioka dari lima varietas ubi kayu (data
dalam g/100 g bk, kecuali untuk kadar air dalam g/100 g
bb) dan dari beberapa sitasi ................................................
52
Kristalinitas dan intensitas puncak utama tapioka lima varietas ubi kayu ....................................................................
54
Korelasi antara kristalinitas dengan komposisi kimia tapioka ...................................................................................
55
Kapasitas pembengkakan dan solubilitas tapioka dari lima
varietas ...............................................................................
56
Korelasi antara SP dan solubilitas dengan karakter fisikokimia tapioka ......................................................................
57
Karakteristik pasting tapioka dari lima varietas ubi kayu
menggunakan RVA ............................................................
60
Korelasi antara parameter pasting dengan karakter fisikokimia tapioka ......................................................................
61
Tabel 4.10
Nilai analisis tekstur tapioka dari lima varietas ubi kayu...
65
Tabel 4.11
Korelasi antara parameter tekstur dengan karakter fisikokimia tapioka ......................................................................
66
Tabel 5.1
Komposisi kimia tapioka dari lima varietas .......................
73
Tabel 5.2
Perubahan difraktogram difraksi sinar X tapioka karena
HMT ...................................................................................
79
Perubahan puncak difraksi tapioka setelah HMT ..............
81
Tabel 4.3
Tabel 4.4
Tabel 4.5
Tabel 4.6
Tabel 4.7
Tabel 4.8
Tabel 4.9
Tabel 5.3
Halaman
Tabel 5.4
Korelasi kristalinitas relatif HMT terhadap native dengan
beberapa parameter fisikokimia tapioka native ..................
83
Korelasi SP dan solubilitas relatif tapioka HMT dengan
beberapa parameter kimiafisik tapioka native ....................
86
Karakteristik parameter pasting tapioka native, HMT dan
intensitas perubahan parameter HMT terhadap native
(%) ......................................................................................
91
Korelasi nilai intensitas perubahan (absolut) parameter
pasting setelah HMT dengan beberapa sifat kimia tapioka
native ..................................................................................
92
Tabel 5.8
Atribut tekstur dari tapioka native dan tapioka HMT ........
96
Tabel 5.9
Korelasi nilai intensitas perubahan parameter tekstur setelah HMT dengan beberapa sifat fisikokimia tapioka native ......................................................................................
97
Pengaruh suhu dan kadar air proses HMT terhadap kristalinitas tapioka .....................................................................
109
Korelasi kondisi proses dengan perubahan SP dan solubilitas tapioka .....................................................................
119
Korelasi antara parameter proses HMT (kadar air, suhu
dan waktu) dengan parameter pasting tapioka ...................
124
Nilai r² dari persamaan ordo 0, 1 dan 2 dari perubahan
parameter pasting sebagai fungsi dari waktu .....................
125
Nilai k dari model kinetika termal untuk beberapa
parameter pasting ...............................................................
126
Korelasi antara parameter proses HMT (kadar air, suhu
dan waktu) dengan parameter tekstur tapioka ....................
134
Nilai r² dari persamaan ordo 0, 1 dan 2 dari perubahan
parameter tekstur sebagai fungsi dari waktu ......................
134
Nilai k dari model kinetika termal untuk perubahan kekerasan gel .............................................................................
136
Persamaan Arrhenius dan nilai Ea dari parameter pasting
dan tekstur ..........................................................................
136
Tabel 8.1
Karakteristik fisikokimia tapioka native ............................
146
Tabel 8.2
Karakteristik perubahan fisikokimia tapioka HMT terhadap native ...........................................................................
147
Tabel 5.5
Tabel 5.6
Tabel 5.7
Tabel 6.1
Tabel 7.1
Tabel 7.2
Tabel 7.3
Tabel 7.4
Tabel 7.5
Tabel 7.6
Tabel 7.7
Tabel 7.8
DAFTAR GAMBAR
Halaman
Gambar 1.1
Diagram alir penelitian .......................................................
7
Gambar 2.1
Pembentukan struktur double-heliks amilopektin, pengaturannya dalam bentuk klastering serta daerah kristal dan
amorfous pada pati (www.Isbu.ac.uk) ...............................
12
Gambar 2.2
Pola difraksi sinar X kristalit pati (Liu, 2005) ...................
13
Gambar 2.3
Analisis mikroskopis granula pati kentang. A, pati awal;
B, pati modifikasi HMT (110oC, 30 menit); 1, mikroskop
cahaya terpolarisasi; 2, SEM permukaan granula; 3, SEM
irisan melintang granula (Kawabata et al, 1994) ...............
19
Gambar 3.1
Disain wadah pencampur sampel .......................................
35
Gambar 3.2
Wadah proses HMT ...........................................................
36
Gambar 3.3
Proses persiapan sampel HMT ...........................................
37
Gambar 3.4
Profil distribusi panas retort ...............................................
38
Gambar 3.5
Pola penetrasi panas tapioka selama proses HMT .............
39
Gambar 3.6
Bentuk mikroskopis granula tapioka sebelum dan sesudah
HMT ...................................................................................
41
Gambar 3.7
Karakteristik pasting tapioka sebelum dan sesudah HMT..
41
Gambar 4.1
Kurva RVA dan perhitungan parameter pasta ...................
47
Gambar 4.2
Kurva analisis profil tekstur ...............................................
48
Gambar 4.3
Bahan baku ubi kayu yang digunakan ...............................
50
Gambar 4.4
Penampakan granula tapioka native ...................................
50
Gambar 4.5
Distribusi ukuran granula tapioka ......................................
51
Gambar 4.6
Pola difraksi sinar X tapioka dari lima varietas ubi kayu...
54
Gambar 4.7
Amilograf pasting tapioka dari 5 varietas ubi kayu ...........
59
Gambar 4.8
Kurva profil tekstur gel tapioka dari lima varietas ubi
kayu ....................................................................................
64
Perbedaan morfologi granula tapioka native dengan hasil
HMT dilihat dengan mikroskop polarisasi .........................
77
Difraktogram kristal tapioka sebelum (native) dan sesudah HMT ............................................................................
78
Kapasitas pembengkakan dan solubilitas tapioka sebelum
dan sesudah HMT ..............................................................
84
Gambar 5.1
Gambar 5.2
Gambar 5.3
Halaman
Gambar 5.4
SP dan solubilitas relatif serta sineresis tapioka karena
HMT ...................................................................................
88
Amilograf pasting tapioka dari 5 varietas ubi kayu sebelum dan setelah HMT .........................................................
90
Diagram analisis profil tekstur gel tapioka dari lima varietas ubi kayu ........................................................................
95
Gambar 5.7
Daya cerna tapioka masak ..................................................
98
Gambar 6.1
Penampakan granula tapioka dilihat dengan mikroskop
polarisasi ............................................................................
106
Permukaan granula tapioka HMT dari kombinasi dua kadar air dan dua suhu proses selama 240 menit ...................
107
Perubahan bentuk granula tapioka HMT yang diproses
pada kadar air 20% dan suhu 120°C selama 240 menit .....
109
Difraktogram sinar X dari tapioka native dan tapioka
HMT ...................................................................................
110
Contoh kurva hubungan waktu proses dan respon pada
suatu kombinasi suhu dan kadar air ...................................
115
Grafik perubahan kapasitas pembengkakan tapioka selama HMT .............................................................................
117
Gambar 7.3
Grafik perubahan solubilitas tapioka selama proses HMT.
118
Gambar 7.4
Viskogram tapioka setelah HMT pada suhu 100°C pada
kadar air proses 18% dan 20% ...........................................
120
Viskogram tapioka setelah HMT pada suhu 120°C pada
kadar air proses 18% dan 20% ...........................................
121
Kurva perubahan parameter pasting pada kombinasi suhu
dan waktu pada dua tingkat kadar air proses .....................
122
Kurva kinetika termal ordo 1 dari viskositas puncak
tapioka HMT ......................................................................
127
Kurva kinetika termal ordo 1 dari viskositas breakdown
tapioka HMT ......................................................................
128
Kurva kinetika termal ordo 1 dari viskositas balik tapioka
HM .....................................................................................
129
Kurva kinetika termal ordo 0 dari suhu pasting tapioka
HMT ...................................................................................
130
Perubahan profil tekstur gel tapioka karena proses HMT...
131
Gambar 5.5
Gambar 5.6
Gambar 6.2
Gambar 6.3
Gambar 6.4
Gambar 7.1
Gambar 7.2
Gambar 7.5
Gambar 7.6
Gambar 7.7a
Gambar 7.7b
Gambar 7.7c
Gambar 7.7d
Gambar 7.8
Halaman
Gambar 7.9
Kurva perubahan parameter tekstur pada kombinasi suhu
dan waktu pada dua tingkat kadar air proses .....................
133
Gambar 7.10
Kurva kinetika termal untuk parameter kekerasan gel .......
135
Gambar 7.11
Kurva Arrhenius parameter pasting dan tekstur .................
137
Gambar 7.12
Kurva Arrhenius 4 parameter pasting pada masing-masing kadar air ......................................................................
139
Gambar 8.1
Diagram alir proses HMT yang dilakukan pada penelitian
144
Gambar 8.2
Usulan mekanisme perubahan granula tapioka selama
proses HMT ........................................................................
149
Perubahan kristalinitas tapioka pada berbagai kondisi proses HMT .............................................................................
155
Gambar 8.3
DAFTAR LAMPIRAN
Halaman
Lampiran 1
Metode analisis proksimat ..................................................
161
Lampiran 2
Analisis kadar pati (Dubois et al, 1956 disitasi dari Faridah, 2010) ...........................................................................
164
Lampiran 3
Analisis kadar amilosa (Juliano, 1971) ..............................
165
Lampiran 4
Daya cerna pati gelatinasi (modifikasi Muchtadi et al,
1992) ..................................................................................
166
PENDAHULUAN
Latar Belakang
Produksi ubi kayu (Manihot esculenta Crantz) Indonesia pada periode 20042010, berkisar antara 19,4 – 23,9 juta ton. Sepertiga dari total produksi tersebut
berasal dari Lampung, diikuti oleh Jawa Timur, Jawa Tengah, Jawa Barat, Daerah
Istimewa Yogyakarta dan Nusa Tenggara Timur (Badan Pusat Statistik, 2011).
Ketahanan yang tinggi terhadap kondisi stress lingkungan menyebabkan ubi
kayu banyak ditanam pada skala kecil dan dengan sumber daya terbatas (ElSharkawy, 2004).
Di lain sisi, keragaman varietas ubi kayu di Indonesia cukup
tinggi. Bank Gen BB-Biogen Bogor mencatat sebanyak 600 aksesi plasma nutfah,
452 diantaranya ada dalam data base (BB-Biogen, 2010). Kondisi ini menyebabkan beragamnya varietas ubi kayu di lapangan.
Pati merupakan komponen utama ubi kayu dan tapioka (pati ubi kayu) merupakan salah satu hasil industri berbasis ubi kayu. Proses ekstraksi yang relatif
mudah, sifat patinya yang unik dengan warna dan flavor netral menyebabkan
tapioka banyak dimanfaatkan sebagai ingridien maupun aditif di industri pangan.
Tapioka direkomendasikan untuk memperbaiki ekspansi produk ekstrusi, pengental pada produk yang kondisi prosesnya tidak ekstrim, bahan pengisi dalam produk makanan bayi olahan dan bahan pengikat pada produk-produk biskuit dan
konfeksioneri (Tonukari, 2004).
Perbedaan karakteristik fisikokimia pati seperti bentuk dan ukuran granula,
rasio amilosa/amilopektin, karakteristik molekuler pati dan keberadaan komponen
lain merupakan penyebab perbedaan sifat fungsional (Copelan et al., 2009; Nwokocha et al., 2009). Variasi sifat fungsional pati di dalam suatu spesies menyebabkan masalah dalam pengolahan karena inkonsistensi bahan baku.
Kemampuan membentuk pasta dengan viskositas tinggi membuat tapioka
potensial untuk dikembangkan sebagai bahan pengental. Akan tetapi, sifat granulanya yang tidak tahan panas menyebabkan tapioka tidak bisa digunakan sebagai
pengental pada produk yang diproses dengan suhu tinggi. Pemanasan di suhu
tinggi menyebabkan granula pati pecah dan viskositas turun secara drastis
sehingga fungsinya sebagai pengental tidak tercapai. Sifat fisikokimia tapioka
1
perlu dimodifikasi menjadi lebih tahan panas agar dapat diaplikasikan pada
produk yang diolah dengan suhu tinggi.
Modifikasi pati dengan heat-moisture treatment (HMT) dilaporkan dapat
meningkatkan ketahanan pati terhadap panas, perlakuan mekanis dan pH asam
(Taggart, 2004). Pada modifikasi dengan HMT, pati dengan kadar air terbatas
(kurang dari 35% air, w/w) dipanaskan pada kondisi di atas suhu transisi gelas
tetapi masih di bawah suhu gelatinisasinya selama periode waktu tertentu. HMT
menyebabkan perubahan konformasi molekul pati dan menghasilkan struktur
kristalin yang lebih resisten terhadap proses gelatinisasi (Jacobs dan Delcour,
1998; Collado dan Corke, 1999; Stute, 1992 di dalam Zondag, 2003; Singh et al.,
2005; Vermeylen et al., 2006; dan Pukkahuta dan Varavinit, 2007).
Teknik komersial untuk produksi pati tahan panas saat ini dilakukan secara
kimiawi dengan teknik ikatan silang. Ketertarikan terhadap produk pangan yang
bebas aditif kimia membuat metode modifikasi secara fisik seperti HMT ini perlu
dikaji dengan lebih baik.
Penelitian terkait pati HMT telah banyak dilaporkan dengan menggunakan
pati dan teknik yang beragam. Penelitian dilakukan diantaranya pada pati ubi kayu (tapioka), jagung (normal dan waxy), new cocoyam (Xanthosoma sagittifolium), yam (Dioscorea hispida Dennst), finger millet (Eleusine coracana), wortel
Peru, ubi jalar, jahe, mucuna bean (Mucuna pruriens), berbagai pati polong-polongan (legume), sagu, gandum, oat, lentil, taro (Alocassia indica), true yam
(Dioscorea alata) dan kentang (Abraham, 1993; Franco et al., 1995; Lawal, 2005;
Tattiyakul et al., 2006; Adebowale et al., 2005; Adebowale dan Lawal, 2003;
Hoover dan Manuel, 1996; Pukkahuta dan Varavinit, 2007; Hoover dan Vasanthan, 1994; Gunaratne dan Hoover, 2002; Vieira dan Sarmento, 2008; Purwani et
al., 2006; Herawati, 2009; Ahmad, 2009; dan Pinasthi, 2011).
Proses HMT
dilakukan dengan menggunakan oven (Herawati, 2009; Olayinka, 2008; Hoover
dan Manuel, 1996), retort (Abraham, 1993; Kawabata et al., 1994) dan oven
gelombang mikro (Pinasthi, 2011; Anderson dan Guraya, 2006).
Karakteristik fisikokimia pati HMT sangat beragam dan dipengaruhi oleh
beberapa faktor seperti jenis (sumber) pati (Gunaratne dan Hoover, 2002; Lim et
al., 2001; Lorenz dan Kulp, 1982), kadar amilosa (Collado dan Corke, 1999;
2
Hoover dan Manuel, 1996) dan tipe kristalisasi pati (Gunaratne dan Hoover,
2002). Selain itu, karakteristik pati HMT juga dipengaruhi oleh perbedaan kondisi proses seperti suhu (Adebowale dan Lawal, 2003; Vermeylen et al., 2006;
Pukkahuta dan Varavinit, 2007), kadar air (Vermeylen et al., 2006; Adebowale et
al., 2005), pH (Collado dan Corke, 1999) dan lama waktu proses (Collado and
Corke, 1999). Secara umum dilaporkan bahwa HMT menurunkan viskositas puncak, menurunkan viskositas breakdown, meningkatkan suhu pasting, meningkatkan suhu gelatinisasi dan menurunkan kapasitas pembengkakan granula pati. Beberapa parameter lain seperti morfologi granula, tipe kristalit dan kristalinitas, kapasitas pembengkakan, solubilitas dan tekstur dilaporkan dengan hasil berbeda.
Penelitian tentang tapioka HMT relatif sedikit (Lorenz dan Kulp, 1982;
Abraham, 1993; Gunaratne dan Hoover, 2002; Jyothi et al., 2010). Proses HMT
dilaporkan tidak mengubah bentuk dan ukuran granula (Abraham, 1993; Gunaratne dan Hoover, 2002), tidak mengubah tipe kristalit tapioka tetapi sedikit
menurunkan kristalinitas (Abraham, 1993; Gunaratne dan Hoover, 2002; Jyothi et
al., 2010) dan meningkatkan suhu gelatinisasi dengan enthalpy yang lebih rendah
(Gunaratne dan Hoover, 2002; Jyothi et al., 2010). Tekstur gel dari tapioka HMT
memiliki kekerasan dan kelengketan yang lebih tinggi dengan kepaduan dan elastisitas yang lebih rendah dari gel tapioka native (Jyothi et al., 2010). Pasca HMT,
resistensi tapioka terhadap proses hidrolisis asam meningkat sementara resistensi
terhadap hidrolisis enzimatis meningkat atau menurun (Abraham, 1993; Gunaratne dan Hoover, 2002). Stabilitas pasting meningkat pasca HMT yaitu suhu
pasting meningkat, viskositas puncak dan viskositas breakdown turun; dan viskositas balik meningkat (Abraham, 1993) atau menurun (Jyothi et al., 2010).
Pengaruh HMT terhadap beberapa karakteristik fisikokimia tapioka dilaporkan secara berbeda, diduga disebabkan oleh perbedaan jenis tapioka dan kondisi
proses (suhu, waktu, kadar air dan metode) yang digunakan. Menurut Jyothi et al.
(2010), HMT meningkatkan solubilitas tapioka sementara Gunaratne dan Hoover
(2002) justru melaporkan sedikit penurunan solubilitas pasca HMT. Perbedaan
intensitas proses (suhu, waktu dan kadar air tapioka) menyebabkan perbedaan
pada besarnya perubahan karakteristik tapioka (Jyothi et al., 2010). Proses HMT
dengan oven menghasilkan tapioka HMT dengan kapasitas pembengkakan yang
3
lebih rendah dari tapioka native (Abraham, 1993; Gunaratne dan Hoover, 2002;
Jyothi et al., 2010) sementara peningkatan kapasitas pembengkakan dilaporkan
jika proses HMT tapioka dilakukan menggunakan autoklaf (Abraham, 1993).
Perubahan karakteristik sifat fisikokimia pati karena proses modifikasi menjadi salah satu kriteria penting untuk pengembangan teknologi proses pembuatan
pati termodifikasi. Terbatasnya kajian mengenai proses HMT tapioka dengan
bahan baku dan kondisi proses yang berbeda, menyebabkan karakterisasi tapioka
HMT secara komprehesif sukar dilakukan. Karena varietas ubi kayu dan karakteristik fisikokimianya sangat beragam, maka pengaruh varietas terhadap karakteristik tapioka HMT perlu dipelajari.
Idealnya, disain proses bisa diatur secara fleksibel untuk mencapai parameter mutu yang diinginkan. Cara trial and error untuk mendisain proses bukanlah
cara yang baik. Pengaruh kondisi proses (suhu, waktu dan kadar air) terhadap
perubahan karakteristik tapioka HMT penting untuk diketahui untuk memprediksi
karakteristik tapioka HMT yang dihasilkan dari suatu proses HMT. Penggunaan
model matematis merupakan cara yang lebih sistematis untuk memprediksi
hubungan parameter proses dengan perubahan suatu parameter mutu.
Model kinetika merupakan model matematika yang bisa dipakai untuk menjelaskan laju perubahan suatu atribut mutu sebagai fungsi waktu pada suatu suhu
tertentu (Van Boekel, 2008; Van Boekel dan Tijskens, 2001). Pendekatan menggunakan model kinetika disini merupakan pendekatan rekayasa karena lebih kearah pemodelan matematis guna memahami jalannya perubahan untuk tujuan rekayasa dan bukan untuk memahami mekanisme reaksi kinetikanya (Van Boekel dan
Tijskens, 2001).
Analisis kinetika termal dapat digunakan untuk melihat laju perubahan suatu
parameter fisikokimia pati sebagai fungsi dari waktu pada suatu kondisi suhu dan
kadar air. Dengan menggunakan persamaan Arrhenius, yang menghubungkan laju
perubahan parameter dengan suhu, dapat diketahui sensitifitas perubahan parameter tersebut terhadap suhu proses.
Suhu, waktu dan kadar air proses HMT dapat mempengaruhi perubahan
yang terjadi selama proses dan karakteristik fisikokimia pati HMT yang
dihasilkan. Agar pengaruh bahan baku dan/atau kondisi proses HMT terhadap
4
perubahan karakteristik fisikokimia pati dapat dijelaskan dengan baik, maka
disain proses perlu diperhatikan agar suhu proses dapat tercapai dengan cepat dan
kadar air proses dapat dipertahankan selama waktu proses HMT.
Tujuan Penelitian
Secara umum, tujuan penelitian ini adalah mempelajari fenomena perubahan
karakteristik fisikokimia tapioka karena HMT dan model kinetikanya. Agar tujuan
penelitian dapat tercapai, maka tahap awal penelitian ini ditujukan untuk pengembangan disain peralatan dan proses HMT yang bisa mempertahankan kondisi
proses yang dikehendaki (suhu dan kadar air) tetap terjaga selama proses berlangsung. Penelitian dibagi dalam beberapa tahapan dengan tiga tujuan khusus yaitu:
Mempelajari pengaruh perbedaan karakteristik fisikokimia tapioka terhadap
karakteristik fisikokimia tapioka HMT yang dihasilkan.
Mempelajari pengaruh kondisi proses HMT (suhu dan kadar air) terhadap
karakteristik morfologi dan kristalinitas tapioka HMT yang dihasilkan.
Mempelajari kinetika termal beberapa sifat fisikokimia tapioka selama proses
HMT pada dua tingkat kadar air sebagai fungsi suhu dan waktu.
Hipotesis
HMT meningkatkan ketahanan granula tapioka terhadap proses pemanasan.
Tapioka dari varietas berbeda memiliki karakteristik fisikokimia berbeda.
Perbedaan karakteristik fisikokimia tapioka akan menyebabkan perbedaan
karakteristik sifat fisikokimia tapioka HMT yang dihasilkan.
Kondisi proses HMT (kadar air dan waktu proses) mempengaruhi intensitas
perubahan sifat fisikokimia tapioka, termasuk perubahan karakteristik morfologi dan kristalinitas.
Beberapa sifat fisikokimia tapioka HMT dapat dijelaskan menggunakan model
kinetika termal
Manfaat Penelitian
Memahami pengaruh perbedaan varietas tapioka terhadap karakteristik fisikokimia tapioka HMT yang dihasilkan
5
Memahami pengaruh perbedaan kondisi proses (suhu dan kadar air) terhadap
karakteristik morfologi dan kristalinitas tapioka HMT yang dihasilkan
Mengetahui parameter fisikokimia yang perubahannya dapat dijelaskan
sebagai fungsi dari perubahan kadar air, suhu dan waktu proses.
Tahapan Penelitian
Penelitian dilakukan dalam lima tahapan sebagai berikut: 1). Pengembangan
disain peralatan dan proses HMT; 2). Karakterisasi fisikokimia tapioka dari lima
varietas ubi kayu; 3). Karakterisasi fisikokimia tapioka HMT dari lima varietas
ubi kayu; 4). Karakterisasi morfologi dan kristalinitas tapioka HMT (dari varietas
Faroka) pada kondisi proses (kadar air dan suhu proses) yang berbeda; dan 5).
Analisis kinetika termal dari beberapa sifat fisikokimia tapioka (dari varietas Faroka) sebagai fungsi dari suhu dan waktu pada dua tingkat kadar air HMT (18 dan
20%). Diagram alir penelitian ditampilkan pada Gambar 1.1.
1. Pengembangan disain peralatan dan proses HMT
Tahap ini bertujuan untuk mengembangkan peralatan dan proses HMT yang
selanjutnya digunakan pada keseluruhan penelitian. Dilakukan pembuatan wadah
pencampuran dan wadah sampel untuk proses HMT serta disain proses HMT.
Target yang ingin dicapai dari tahap ini adalah tersedianya disain proses yang
mampu mencapai suhu proses dalam waktu singkat, mempertahankan kadar air
selama proses berlangsung dan menghasilkan tapioka HMT.
2. Karakterisasi sifat fisikokimia tapioka dari lima varietas ubi kayu
Tahap ini bertujuan untuk mengetahui karakteristik fisikokimia tapioka yang
berasal dari lima varietas ubi kayu yang ditanam di daerah Lampung; mengetahui
pengaruh perbedaan varietas terhadap parameter yang dianalisis; dan korelasi
antar parameter yang dianalisis sekaligus sebagai informasi untuk pengendalian
proses HMT. Parameter yang diamati mencakup komposisi kimia, bentuk dan
ukuran granula, kristalinitas, kapasitas pengembangan dan solubilitas, karakteristik pasting dan tekstur serta daya cerna pati gelatinisasi.
6
Tahap 1:
Pengembangan disain peralatan dan proses HMT
Disain wadah pencampuran, tabung sampel dan proses HMT
Analisis:
Waktu tunda minimal, perubahan kadar air minimal, menghasilkan tapioka HMT
Tahap 2:
Karakterisasi fisikokimia tapioka dari lima
varietas ubi kayu asal
Lampung
Analisis:
Komposisi kimia, morfologi dan ukuran granula, kristalinitas, kapasitas pembengkakan dan
solubilitas, karakteristik
pasting, karakteristik
tekstur, daya cerna pati
gelatinisasi
Proses HMT
(kadar air 20%,
110°C, 240 menit)
Tahap 3:
Pengaruh karakteristik
fisikokimia tapioka
terhadap karakteristik
fisikokimia tapioka
HMT yang dihasilkan
Analisis:
Morfologi granula,
kristalinitas, kapasitas
pembengkakan dan
solubilitas, sineresis,
karakteristik pasting,
karakteristik tekstur,
daya cerna pati
gelatinisasi
Tahap 4:
Pengaruh proses HMT pada karakteristik morfologi dan kristalinitas tapioka
Tapioka var. Faroka, HMT selama 240 menit pada kombinasi suhu (110°C, 120°C) dan
kadar air (18 dan 20%)
Analisis:
Morfologi granula, kristalinitas, perubahan pasting
Tahap 5:
Analisis kinetika termal tapioka HMT
Tapioka varietas Faroka, perlakuan: kadar air (18 dan 20%), suhu (100, 110, 115 dan
120°C), waktu (0, 30, 100°C, 60, 120, 180, 240 dan 300 menit)
Analisis:
Kapasitas pengembangan dan solubilitas, karakteristik pasting, karakteristik tekstur
Diperoleh gambaran mengenai fenomena perubahan karakteristik fisikokimia tapioka
dari lima varietas ubi kayu asal Lampung karena HMT dan model kinetikanya
Gambar 1.1 Diagram alir penelitian
3. Pengaruh karakteristik fisikokimia tapioka terhadap karakteristik fisikokimia tapioka HMT yang dihasilkan
Tahap ini bertujuan untuk mengetahui karakteristik fisikokimia tapioka
HMT dari lima tapioka yang berbeda; mengetahui pengaruh perbedaan varietas
pada sifat fisikokimia tapioka HMT yang dihasilkan; dan mengetahui korelasi
antara parameter yang dianalisis dengan komponen kimia tapioka awal untuk
7
mengidentifikasi faktor kritis pada pati native yang berperan dalam perubahan
sifat fisikokimia dan fungsional tapioka selama proses HMT. Parameter yang
diamati adalah bentuk granula, kristalinitas, kapasitas pengembangan dan solubilitas, sineresis, karakteristik pasting dan tekstur serta daya cerna pati gelatinisasi.
4. Pengaruh proses HMT pada karakteristik morfologi dan kristalinitas
tapioka
Tahap ini bertujuan untuk mengetahui pengaruh suhu dan kadar air pada
karakteristik morfologi dan kristalinitas tapioka HMT yang dihasilkan. Proses
HMT dilakukan pada kombinasi dua suhu (110 dan 120°C) dan dua kadar air (18
dan 20%) selama 240 menit (4 jam) menggunakan tapioka dari varietas faroka.
Pengamatan dilakukan terhadap morfologi dan kristalinitas granula pati.
5. Analisis kinetika termal tapioka HMT
Tahap ini bertujuan untuk membuat model kinetika termal dari beberapa
sifat fisikokimia tapioka varietas faroka selama HMT untuk mengetahui laju perubahannya sebagai fungsi dari suhu dan waktu proses pada dua tingkat kadar air
yang berbeda. Persamaan Arrhenius digunakan untuk melihat sensitifitas perubahan sifat tersebut terhadap suhu proses. Penelitian dilakukan pada dua tingkat
kadar air (18 dan 20%), empat suhu proses (100, 110, 115 dan 120°C) dan enam
waktu proses (0, 30 -kecuali untuk suhu 100°C, 60, 120, 180, 240 dan 300 menit–
hanya untuk suhu 100°C). Sifat yang diamati adalah kapasitas pembengkakan dan
solubilitas, karakteristik pasting dan tekstur.
8
TINJAUAN PUSTAKA
UBI KAYU
Ubi kayu (Manihot esculenta Crantz) merupakan tanaman tropis, tetapi
dapat beradaptasi dan tumbuh baik di daerah sub tropis. Secara umum tanaman ini
tidak menuntut iklim dan kondisi tanah spesifik untuk pertumbuhannya. Tanaman
ubi kayu memiliki ketahanan yang tinggi terhadap kondisi stress lingkungan dan
dapat tumbuh pada lahan marjinal yang kering dengan kondisi tanah asam, tanpa
pemupukan dan kondisi curah hujan yang bervariasi (kurang dari 600 mm/tahun
sampai lebih dari 1000 mm/tahun). Karena budidayanya yang tidak banyak
membutuhkan input produksi per