Pengaruh Proses Fisik dan Proses Kimia Terhadap Produksi Pati Resisten Pada Empat Varietas Ubi Kayu (Manihot esculenta)
PENGARUH PROSES FISIK DAN PROSES KIMIA TERHADAP PRODUKSI PATI RESISTEN PADA EMPAT VARIETAS UBI KAYU
(Manihot esculenta)
SKRIPSI Oleh:
NAZHRAH 090305036
PROGRAM STUDI ILMU DAN TEKNOLOGI PANGAN FAKULTAS PERTANIAN
UNIVERSITAS SUMATERA UTARA MEDAN 2013
2
PENGARUH PROSES FISIK DAN PROSES KIMIA TERHADAP PRODUKSI PATI RESISTEN PADA EMPAT VARIETAS UBI KAYU
(Manihot esculenta)
SKRIPSI
Oleh:
NAZHRAH 090305036/ILMU DAN TEKNOLOGI PANGAN
Skripsi sebagai salah satu syarat untuk memperoleh gelar sarjana di Fakultas Pertanian Universitas Sumatera Utara
PROGRAM STUDI ILMU DAN TEKNOLOGI PANGAN FAKULTAS PERTANIAN
UNIVERSITAS SUMATERA UTARA MEDAN 2013
3
Judul Skripsi : Pengaruh Proses Fisik dan Proses Kimia Terhadap Produksi Pati
Resisten Pada Empat Varietas Ubi Kayu (Manihot esculenta)
Nama
: Nazhrah
Nim : 090305036
Program Studi : Ilmu dan Teknologi Pangan
Disetujui oleh: Komisi Pembimbing
Dr. Ir. Elisa Julianti, M.Si Ketua
Linda Masniary Lubis, STP, M.Si Anggota
Mengetahui:
Dr. Ir. Herla Rusmarilin, MP Ketua Program Studi
Tanggal Lulus : 28 Agustus 2013
4
Penelitian ini disponsori oleh PT. Indofood Sukses Makmur, Tbk melalui Program Indofood Riset Nugraha 2012, sesuai dengan Perjanjian Kerjasama Penelitian No: SKE.019/S1/IRN-ISM/V/2012 tanggal 30 Mei 2012
5
ABSTRAK
NAZHRAH. Pengaruh Proses Fisik dan Proses Kimia Terhadap Produksi Pati Resisten Pada Empat Varietas Ubi Kayu (Manihot esculenta), dibimbing oleh Elisa Julianti dan Linda Masniary Lubis.
Pati resisten adalah pati atau produk degradasi pati yang tidak tercerna dalam sistem pencernaan manusia sehingga pati ini dapat lolos dari sistem pencernaan pada usus halus tetapi dapat terfermentasi oleh mikroflora alami dalam usus besar. Pati resisten memiliki pengaruh positif bagi kesehatan tubuh, diantaranya adalah mencegah peningkatan kadar glukosa darah secara signifikan. Penelitian ini menggunakan ubi kayu karena memiliki sifat fungsional yaitu kandungan pati resisten yang dapat diperoleh melalui proses pengolahan.
Tujuan dari penelitian ini adalah untuk mengetahui karakteristik pati alami dari empat varietas ubi kayu yang ada di Sumatera Utara yaitu ubi kayu ketan, ubi kayu kuning, ubi kayu gunting saga dan ubi kayu roti, mempelajari pengaruh proses fisik dan proses kimia terhadap produksi pati resisten pada empat varietas ubi kayu, dan untuk mengetahui karakteristik pati modifikasi yang dihasilkan dari beberapa proses modifikasi pati pada empat varietas ubi kayu. Proses fisik yang dilakukan adalah autoclaving dan proses kimia dilakukan dengan cara penambahan asam klorida.
Penelitian ini dilakukan dalam 2 tahap yaitu pembuatan pati alami dari empat varietas ubi kayu dan modifikasi pati dengan metode fisik dan kimia. Pada setiap tahap, dilakukan pengujian karakteristik fisik dan kimia meliputi kadar air, kadar abu, kadar protein, kadar lemak, nilai pH, sifat amilografi dengan rapid viscoanalizer, bentuk dan ukuran granula pati, total gula, kadar pati, dan kadar pati resisten. Perlakuan modifikasi dengan cara autoclaving pada suhu 110oC menghasilkan kadar pati resisten tertinggi yaitu 36,78% dan perlakuan V2P2 (pati alami ubi kayu kuning yang dimodifikasi dengan perlakuan autoclaving 121oC) memiliki kadar pati resisten tertinggi yaitu 53,22%.
Kata Kunci :Ubi Kayu, Pati Termodifikasi Fisik/Kimia, Varietas
ABSTRACT
NAZHRAH. The Effect of Physical and Chemical Process on Resistant Starch Production In Four Varieties of Cassava (Manihot esculenta), supervised by Elisa Julianti and Linda Masniary Lubis.
Resistant starch is a starch or starch degradation products that are not digested in the human digestive system so that the starch can escape digestion in the small intestine system but can be fermented by the natural microflora in the large intestine. Resistant starch has a positive impact on health, such as preventing the increase in blood glucose levels significantly. The research used cassava because it had functional properties i.e resistant starch content that can be obtained through the treatment process.
The purpose of this research was to determine the characteristics of the natural starch from four cassava varieties that exist in North Sumatra, namely ketan cassava, yellow cassava, gunting saga cassava and bread cassava, studying the influence of physical and chemical processes on the production of resistant starch of the four varieties of cassava, and to determine the characteristics of the modified starch through two starch modification process of four cassava varieties. The physical process was autoclaving and the addition of hydrochloric acid.
The research was conducted in two phases, making the natural starch from four varieties of cassava starch and modification by physical and chemical methods. At each phase, the physical and chemical characteristics were tested including moisture content, ash content, protein content, fat content, pH value, amilograph with rapid viscoanalizer, form and size of the starch granules, total sugars, starch content and resistant starch content. Modification treatment by autoclaving at 110oC produced the highest resistant starch content (36,78%) and treatment V2P2 (yellow cassava natural starch which is modified by autoclaving treatment 121oC) had the highest resistant starch content (53,22%).
Keywords: Cassava, Physical/Chemical Modified Starch, Variety
RIWAYAT HIDUP
6
Penulis dilahirkan di Medan pada tanggal 09 Agustus 1991 dari Bapak Alm. Sulaiman Effendi dan Ibu Almh. Hanifah. Penulis merupakan anak kedelapan dari delapan bersaudara. Tahun 2009 penulis lulus dari Madrasah Aliyah Negeri 1 Medan dan pada tahun yang sama berhasil masuk ke Fakultas Pertanian Universitas Sumatera Utara melalui jalur Seleksi Nasional Masuk Perguruan Tinggi Negeri (SNMPTN) di Program Studi Ilmu dan Teknologi Pangan.
Selama mengikuti perkuliahan, penulis aktif sebagai anggota Ikatan Mahasiswa Ilmu dan Teknologi Pangan (IMITP) USU, anggota Himpunan Mahasiswa Peduli Pangan Indonesia (HMPPI) dan sebagai asisten Laboratorium Analisa Kimia Bahan Pangan pada tahun 2011-2013. Selain itu, penulis aktif dalam organisasi ekstra yaitu sebagai anggota Badan Kenaziran Mushola (BKM) AlMukhlisin FP USU pada tahun 2010-2011. Penulis juga termasuk dalam kelompok PKM Pengabdian Masyarakat dari DIKTI dengan judul : “Peningkatan Mutu Melalui Teknik Aseptik di Industri Pengolahan Singkong Desa Tambakrejo Kabupaten Deli Serdang (2010)” dan lolos sebagai peserta Pekan Ilmiah Mahasiswa Nasional (PIMNAS) XXIV pada tahun 2011 di Universitas Hasanuddin Makassar, Sulawesi Selatan.
Penulis telah melaksanakan Praktik Kerja Lapangan (PKL) di Balai Besar Pengawas Obat dan Makanan Di Medan, Medan, Sumatera Utara dari tanggal 16 Juli sampai 10 Agustus 2012. Penelitian ini disponsori oleh PT. Indofood Sukses Makmur Tbk, dalam kerangka program Indofood Riset Nugraha tahun 2012.
KATA PENGANTAR
7
Puji dan syukur penulis panjatkan kepada Tuhan Yang Maha Esa, atas segala rahmat dan karuniaNya sehingga penulis dapat menyelesaikan skripsi yang berjudul “Pengaruh Proses Fisik dan Proses Kimia Terhadap Produksi Pati Resisten Pada Empat Varietas Ubi Kayu (Manihot esculenta)”.
Pada kesempatan ini penulis menyampaikan ucapan terima kasih kepada PT. Indofood Sukses Makmur, Tbk atas dana penelitiannya, Buya dan Ummi tercinta yang telah membesarkan, memelihara, dan mendidik penulis selama ini, kepada abang-abang saya Hasanul Arifin, Hasnil Irfan, Ahmad Muhajir dan kakak-kakak saya Syafrida Hafni, Meutia Hayati, Salmah, Laila Azizah atas doa dan dukungannya. Penulis menyampaikan ucapan terima kasih kepada Ibu Dr. Ir. Elisa Julianti, M.Si dan Ibu Linda Masniary Lubis, STP, M.Si. yang telah membimbing dan memberikan berbagai masukan berharga kepada penulis dari mulai menetapkan judul, melakukan penelitian, sampai pada ujian akhir. Penulis juga mengucapkan terima kasih kepada Ibu Dr. Ir. Herla Rusmarilin, MP, Bapak Prof. Dr. Ir. Zulkifli Lubis, M.App.Sc, dan Bapak Ir. Sentosa Ginting, MP. atas kritik dan saran kepada penulis untuk menyempurnakan skripsi, Bapak Prof. Dr. F.G. Winarno, Bapak Dr. Ir. Purwiyatno Hariyadi, dan Ibu Ir. Winarti, TK. selaku Dewan Pakar dari PT. Indofood Sukses Makmur, Tbk atas saran serta motivasi dalam memberi masukan kepada penulis untuk menyempurnakan skripsi.
Di samping itu, penulis juga mengucapkan terima kasih kepada staf Pengajar dan pegawai di Program Studi Ilmu dan Teknologi Pangan, teman-teman seperjuangan ITP 2009 atas semangat dan dukungannya selama ini, rekan asisten di
8 Laboratorium Analisa Kimia Bahan Pangan, adik-adik ITP 2010 dan 2011, dan semua pihak yang tidak dapat disebutkan satu per satu di sini yang telah membantu penulis dalam menyelesaikan skripsi ini. Semoga skripsi ini dapat bermanfaat bagi pihak yang membutuhkan.
Medan, Agustus 2013
Penulis
9
DAFTAR ISI
Hal ABSTRAK.......................................................................................................... i
ABSTRACT ....................................................................................................... i
RIWAYAT HIDUP............................................................................................ ii
KATA PENGANTAR........................................................................................ iii
DAFTAR ISI ...................................................................................................... v
DAFTAR TABEL .............................................................................................. viii
DAFTAR GAMBAR.......................................................................................... ix
DAFTAR LAMPIRAN ...................................................................................... xi
PENDAHULUAN Latar Belakang.............................................................................................. Perumusan Masalah ...................................................................................... Tujuan Penelitian ..........................................................................................
Kegunaan Penelitian ..................................................................................... Hipotesis Penelitian ......................................................................................
1 6 7 7 8
TINJAUAN PUSTAKA Ubi Kayu ..................................................................................................... Pati .............................................................................................................. Pati Resisten ................................................................................................ Proses Fisik................................................................................................... Proses Kimia.................................................................................................
Studi Pendahuluan yang Telah Dilaksanakan ...............................................
9 11 14 15 17 18
BAHAN DAN METODA Waktu dan Tempat Penelitian ....................................................................... 19 Bahan Penelitian .......................................................................................... 19 Reagensia ..................................................................................................... 19 Alat Penelitian ............................................................................................. 20 Metode Penelitian ........................................................................................ 20 Model Rancangan ........................................................................................ 21 Pelaksanaan Penelitian ................................................................................. 22
Ekstraksi pati ubi kayu ........................................................................... 22 Modifikasi proses fisik ........................................................................... 23 Modifikasi proses kimia ......................................................................... 23 Pengamatan dan Pengukuran Data Kadar air ............................................................................................... 24
10
Kadar abu .............................................................................................. 25 Kadar lemak .......................................................................................... 25 Kadar protein ........................................................................................ 26 Nilai pH ................................................................................................ 27
Sifat amilografi dengan Rapid Visco Analyzer (RVA) ............................ 27 Kadar pati ............................................................................................. 27 Kadar pati resisten ................................................................................. 28 Total gula .............................................................................................. 29 Bentuk granula pati ............................................................................... 29 Skema Penelitian........................................................................................... 30
HASIL DAN PEMBAHASAN Karakteristik Fisikokimia Pati Alami dari Empat Varietas Ubi Kayu............. Kadar air ................................................................................................
Kadar abu............................................................................................... Kadar lemak........................................................................................... Kadar protein ......................................................................................... Nilai pH ................................................................................................. Bentuk dan ukuran granula pati .............................................................. Karakteristik Pasta Pati Alami dari Empat Varietas Ubi kayu........................ Karakteristik Fungsional Pati Alami dari empat Varietas Ubi Kayu............... Kadar pati resisten.................................................................................. Total gula............................................................................................... Kadar pati ..............................................................................................
Modifikasi Pati dengan Proses Fisik dan Proses Kimia Pada Empat Varietas Ubi Kayu ........................................................................................ Karakteristik Fisikokimia Pati Termodifikasi Dari Empat Varietas Ubi Kayu
Kadar air ................................................................................................ Kadar abu............................................................................................... Kadar lemak........................................................................................... Kadar protein ......................................................................................... Nilai pH ................................................................................................. Bentuk dan ukuran granula pati ..............................................................
Karakteristik Pasta Pati Termodifikasi dari Empat Varietas Ubi kayu............ Suhu gelatinisasi .................................................................................... Viskositas puncak .................................................................................. Viskositas breakdown ............................................................................ Viskositas setback .................................................................................. Viskositas Akhir.....................................................................................
Karakteristik Fungsional Pati Termodifikasi Dari Empat Varietas Ubi Kayu. Total gula............................................................................................... Kadar pati .............................................................................................. Kadar pati resisten..................................................................................
33 33 34 35 35 36 37 37 40 41 42 42
43 43 44 45 46 47 48 49 52 53 54 55 56 57 60 60 63 64
KESIMPULAN DAN SARAN Kesimpulan................................................................................................... 68
Saran............................................................................................................. 69
11
DAFTAR PUSTAKA......................................................................................... 70 LAMPIRAN
DAFTAR TABEL
12
No. Hal
1. Data statistik penderita diabetes .................................................................. 2
2. Kandungan gizi dalam 100 gram ubi kayu .................................................. 11
3. Komposisi amilosa dan amilopektin............................................................ 12
4. Karakteristik granula pati............................................................................ 13
5. Sifat granula beberapa jenis pati.................................................................. 14
6. Karakteristik gelatinisasi beberapa jenis pati ............................................... 14
7. Karakteristik fisikokimia pati alami dari empat varietas ubi kayu................ 33
8. Pengaruh varietas ubi kayu terhadap karakteristik pasta pati alami ubi kayu 38
9. Pengaruh varietas ubi kayu terhadap karakteristik fungsional pati alami Ubi kayu..................................................................................................... 41
10. Pengaruh varietas ubi kayu terhadap karakteristik fisikokimia pati ubi kayu termodifikasi ................................................................................ 43
11. Pengaruh proses modifikasi pati ubi kayu terhadap karakteristik fisikokimia pati ubi kayu termodifikasi ....................................................... 44
12. Pengaruh varietas ubi kayu terhadap karakteristik pasta pati ubi kayu termodifikasi ................................................................................ 53
13. Pengaruh proses modifikasi pati ubi kayu terhadap karakteristik pasta pati ubi kayu termodifikasi.......................................................................... 53
14. Pengaruh varietas ubi kayu terhadap karakteristik fungsional pati ubi kayu termodifikasi ................................................................................ 60
15. Pengaruh proses modifikasi pati ubi kayu terhadap karakteristik fungsional pati ubi kayu termodifikasi ........................................................ 60
16. Kadar pati resisten dari pati alami dan pati hasil modifikasi dari empat varietas ubi kayu......................................................................................... 66
DAFTAR GAMBAR
13
No. Hal
1. Struktur molekul amilosa dan amilopektin.............................................. 13
2. Skema ekstraksi pati ubi kayu................................................................. 30
3. Skema modifikasi pati ubi kayu secara fisik............................................ 31
4. Skema modifikasi pati ubi kayu secara kimia.......................................... 32
5. Kadar air pati alami dari empat varietas ubi kayu.................................... 34
6. Kadar abu pati alami dari empat varietas ubi kayu .................................. 34
7. Kadar lemak pati alami dari empat varietas ubi kayu .............................. 35
8. Kadar protein pati alami dari empat varietas ubi kayu............................. 36
9. Nilai pH pati alami dari empat varietas ubi kayu..................................... 36
10. Bentuk granula pati alami dari empat varietas ubi kayu dengan perbesaran 100 kali................................................................................. 37
11. Karakteristik pasta pati alami dari empat varietas ubi kayu ..................... 38
12. Kadar pati resisten pati alami dari empat varietas ubi kayu ..................... 41
13. Total gula pati alami dari empat varietas ubi kayu .................................. 42
14. Kadar pati pati alami dari empat varietas ubi kayu.................................. 43
15. Kadar air pati termodifikasi dari empat varietas ubi kayu yang dimodifikasi dengan empat proses modifikasi pati yang berbeda ........... 45
16. Kadar abu pati termodifikasi dari empat varietas ubi kayu yang dimodifikasi dengan empat proses modifikasi pati yang berbeda ............ 46
17. Kadar lemak pati termodifikasi dari empat varietas ubi kayu yang dimodifikasi dengan empat proses modifikasi pati yang berbeda ............ 47
18. Kadar protein pati termodifikasi dari empat varietas ubi kayu yang dimodifikasi dengan empat proses modifikasi pati yang berbeda ............ 48
19. Nilai pH pati termodifikasi dari empat varietas ubi kayu yang dimodifikasi dengan empat proses modifikasi pati yang berbeda ............ 49
14
20. Bentuk granula pati termodifikasi dari varietas ubi kayu ketan dengan empat metode modifikasi........................................................................ 50
21. Bentuk granula pati termodifikasi dari varietas ubi kayu kuning dengan empat metode modifikasi........................................................................ 51
22. Bentuk granula pati termodifikasi dari varietas ubi kayu gunting saga dengan empat metode modifikasi............................................................ 51
23. Bentuk granula pati termodifikasi dari varietas ubi kayu roti dengan empat metode modifikasi........................................................................ 52
24. Karakteristik pasta pati dari varietas ubi kayu ketan dengan empat metode modifikasi .................................................................................. 58
25. Karakteristik pasta pati dari varietas ubi kayu kuning dengan empat metode modifikasi .................................................................................. 58
26. Karakteristik pasta pati dari varietas ubi kayu gunting saga dengan empat metode modifikasi........................................................................ 59
27. Karakteristik pasta pati dari varietas ubi kayu roti dengan empat metode modifikasi .................................................................................. 59
28. Total gula pati termodifikasi dari empat varietas ubi kayu yang dimodifikasi dengan empat proses modifikasi pati yang berbeda ............ 62
29. Kadar pati pati termodifikasi dari empat varietas ubi kayu yang dimodifikasi dengan empat proses modifikasi pati yang berbeda ............ 64
30. Kadar pati resisten pati termodifikasi dari empat varietas ubi kayu yang dimodifikasi dengan empat proses modifikasi pati yang berbeda ............ 67
DAFTAR LAMPIRAN
15
No. Hal
1. Daftar analisis ragam kadar air pati alami dan uji LSR efek utama pengaruh varietas ubi kayu terhadap kadar air pati alami........................... 74
2. Daftar analisis ragam kadar abu pati alami dan uji LSR efek utama pengaruh varietas ubi kayu terhadap kadar abu pati alami ......................... 75
3. Daftar analisis ragam kadar protein pati alami dan uji LSR efek utama pengaruh varietas ubi kayu terhadap kadar protein pati alami ......... 76
4. Daftar analisis ragam kadar lemak pati alami dan uji LSR efek utama pengaruh varietas ubi kayu terhadap kadar lemak pati alami ..................... 77
5. Daftar analisis ragam nilai pH pati alami dan uji LSR efek utama pengaruh varietas ubi kayu terhadap nilai pH pati alami............................ 78
6. Daftar analisis ragam ukuran granula pati alami dan uji LSR efek utama pengaruh varietas ubi kayu terhadap ukuran granula pati alami...... 79
7. Daftar analisis ragam viskositas puncak pati alami dan uji LSR efek utama pengaruh varietas ubi kayu terhadap viskositas puncak pati alami.. 80
8. Daftar analisis ragam viskositas breakdown pati alami dan uji LSR efek utama pengaruh varietas ubi kayu terhadap viskositas breakdown pati alami.................................................................................................. 81
9. Daftar analisis ragam viskositas setback pati alami dan uji LSR efek utama pengaruh varietas ubi kayu terhadap viskositas setback pati alami......................................................................................................... 82
10. Daftar analisis ragam viskositas akhir pati alami dan uji LSR efek utama pengaruh varietas ubi kayu terhadap viskositas akhir pati alami...... 83
11. Daftar analisis ragam suhu gelatinisasi pati alami dan uji LSR efek utama pengaruh varietas ubi kayu terhadap suhu gelatinisasi pati alami .... 84
12. Daftar analisis ragam kadar pati resisten pati alami dan uji LSR efek utama pengaruh varietas ubi kayu terhadap kadar pati resisten pati alami......................................................................................................... 85
13. Daftar analisis ragam total gula pati alami dan uji LSR efek utama pengaruh varietas ubi kayu terhadap total gula pati alami.......................... 86
16
14. Daftar analisis ragam kadar pati pati alami dan uji LSR efek utama pengaruh varietas ubi kayu terhadap kadar pati pati alami......................... 87
15. Daftar analisis ragam kadar air pati termodifikasi ..................................... 88
16. Uji LSR efek utama pengaruh varietas ubi kayu dan proses modifikasi fisik dan kimia terhadap kadar air pati termodifikasi ................................. 89
17. Daftar analisis ragam kadar abu pati termodifikasi .................................... 90
18. Uji LSR efek utama pengaruh varietas ubi kayu dan proses modifikasi fisik dan kimia terhadap kadar abu pati termodifikasi................................ 91
19. Daftar analisis ragam kadar protein pati termodifikasi............................... 92
20. Uji LSR efek utama pengaruh varietas ubi kayu dan proses modifikasi fisik dan kimia terhadap kadar protein pati termodifikasi .......................... 93
21. Daftar analisis ragam kadar lemak pati termodifikasi ................................ 94
22. Uji LSR efek utama pengaruh varietas ubi kayu dan proses modifikasi fisik dan kimia terhadap kadar lemak pati termodifikasi............................ 95
23. Daftar analisis ragam nilai pH pati termodifikasi....................................... 96
24. Uji LSR efek utama pengaruh varietas ubi kayu dan proses modifikasi fisik dan kimia terhadap nilai pH pati termodifikasi .................................. 97
25. Daftar analisis ragam viskositas puncak pati termodifikasi........................ 98
26. Uji LSR efek utama pengaruh varietas ubi kayu dan proses modifikasi fisik dan kimia terhadap viskositas puncak pati termodifikasi ................... 99
27. Daftar analisis ragam viskositas breakdown pati termodifikasi.................. 100
28. Uji LSR efek utama pengaruh varietas ubi kayu dan proses modifikasi fisik dan kimia terhadap viskositas breakdown pati termodifikasi ............ 101
29. Daftar analisis ragam viskositas setback pati termodifikasi ....................... 102
30. Uji LSR efek utama pengaruh varietas ubi kayu dan proses modifikasi fisik dan kimia terhadap viskositas setback pati termodifikasi ................... 103
31. Daftar analisis ragam viskositas akhir pati termodifikasi ........................... 104
32. Uji LSR efek utama pengaruh varietas ubi kayu dan proses modifikasi fisik dan kimia terhadap viskositas akhir pati termodifikasi....................... 105
17
33. Daftar analisis ragam kadar pati resisten pati termodifikasi ....................... 106
34. Uji LSR efek utama pengaruh varietas ubi kayu dan proses modifikasi fisik dan kimia terhadap kadar pati resisten pati termodifikasi................... 107
35. Daftar analisis ragam total gula pati termodifikasi..................................... 108
36. Uji LSR efek utama pengaruh varietas ubi kayu dan proses modifikasi fisik dan kimia terhadap total gula pati termodifikasi ................................ 109
37. Daftar analisis ragam kadar pati pati termodifikasi.................................... 110
38. Uji LSR efek utama pengaruh varietas ubi kayu dan proses modifikasi fisik dan kimia terhadap kadar pati pati termodifikasi ............................... 111
39. Matriks korelasi ........................................................................................ 112
5
ABSTRAK
NAZHRAH. Pengaruh Proses Fisik dan Proses Kimia Terhadap Produksi Pati Resisten Pada Empat Varietas Ubi Kayu (Manihot esculenta), dibimbing oleh Elisa Julianti dan Linda Masniary Lubis.
Pati resisten adalah pati atau produk degradasi pati yang tidak tercerna dalam sistem pencernaan manusia sehingga pati ini dapat lolos dari sistem pencernaan pada usus halus tetapi dapat terfermentasi oleh mikroflora alami dalam usus besar. Pati resisten memiliki pengaruh positif bagi kesehatan tubuh, diantaranya adalah mencegah peningkatan kadar glukosa darah secara signifikan. Penelitian ini menggunakan ubi kayu karena memiliki sifat fungsional yaitu kandungan pati resisten yang dapat diperoleh melalui proses pengolahan.
Tujuan dari penelitian ini adalah untuk mengetahui karakteristik pati alami dari empat varietas ubi kayu yang ada di Sumatera Utara yaitu ubi kayu ketan, ubi kayu kuning, ubi kayu gunting saga dan ubi kayu roti, mempelajari pengaruh proses fisik dan proses kimia terhadap produksi pati resisten pada empat varietas ubi kayu, dan untuk mengetahui karakteristik pati modifikasi yang dihasilkan dari beberapa proses modifikasi pati pada empat varietas ubi kayu. Proses fisik yang dilakukan adalah autoclaving dan proses kimia dilakukan dengan cara penambahan asam klorida.
Penelitian ini dilakukan dalam 2 tahap yaitu pembuatan pati alami dari empat varietas ubi kayu dan modifikasi pati dengan metode fisik dan kimia. Pada setiap tahap, dilakukan pengujian karakteristik fisik dan kimia meliputi kadar air, kadar abu, kadar protein, kadar lemak, nilai pH, sifat amilografi dengan rapid viscoanalizer, bentuk dan ukuran granula pati, total gula, kadar pati, dan kadar pati resisten. Perlakuan modifikasi dengan cara autoclaving pada suhu 110oC menghasilkan kadar pati resisten tertinggi yaitu 36,78% dan perlakuan V2P2 (pati alami ubi kayu kuning yang dimodifikasi dengan perlakuan autoclaving 121oC) memiliki kadar pati resisten tertinggi yaitu 53,22%.
Kata Kunci :Ubi Kayu, Pati Termodifikasi Fisik/Kimia, Varietas
ABSTRACT
NAZHRAH. The Effect of Physical and Chemical Process on Resistant Starch Production In Four Varieties of Cassava (Manihot esculenta), supervised by Elisa Julianti and Linda Masniary Lubis.
Resistant starch is a starch or starch degradation products that are not digested in the human digestive system so that the starch can escape digestion in the small intestine system but can be fermented by the natural microflora in the large intestine. Resistant starch has a positive impact on health, such as preventing the increase in blood glucose levels significantly. The research used cassava because it had functional properties i.e resistant starch content that can be obtained through the treatment process.
The purpose of this research was to determine the characteristics of the natural starch from four cassava varieties that exist in North Sumatra, namely ketan cassava, yellow cassava, gunting saga cassava and bread cassava, studying the influence of physical and chemical processes on the production of resistant starch of the four varieties of cassava, and to determine the characteristics of the modified starch through two starch modification process of four cassava varieties. The physical process was autoclaving and the addition of hydrochloric acid.
The research was conducted in two phases, making the natural starch from four varieties of cassava starch and modification by physical and chemical methods. At each phase, the physical and chemical characteristics were tested including moisture content, ash content, protein content, fat content, pH value, amilograph with rapid viscoanalizer, form and size of the starch granules, total sugars, starch content and resistant starch content. Modification treatment by autoclaving at 110oC produced the highest resistant starch content (36,78%) and treatment V2P2 (yellow cassava natural starch which is modified by autoclaving treatment 121oC) had the highest resistant starch content (53,22%).
Keywords: Cassava, Physical/Chemical Modified Starch, Variety
PENDAHULUAN
18
Latar Belakang Karbohidrat merupakan senyawa organik yang jumlahnya paling banyak dan
bervariasi dibandingkan dengan senyawa organik lainnya yang terdapat di alam. Sumber utama karbohidrat, diantaranya adalah serealia (contoh gandum, jagung, beras, dan sorgum), biji-bijian (contoh kacang merah, kacang kedelai, dan kacang hijau), umbi-umbian (contoh ubi kayu, ubi jalar, dan kentang), buah-buahan, sayursayuran, susu, dan lain-lain. Karbohidrat juga merupakan sumber energi utama dalam kehidupan manusia. Karbohidrat menyediakan sekitar 40-75% asupan energi dan memberikan nilai energi sebesar 4 Kkal/gram (Kusnandar, 2011).
Pangan (makanan) yang mengandung karbohidrat dapat dibedakan menjadi 2 golongan, yaitu pangan (makanan) dengan kandungan karbohidrat sederhana (contoh gula pasir, permen, minuman ringan, beberapa jenis produk bakery, dan makanan yang diolah dengan panas yang tinggi) dan pangan (makanan) dengan kandungan karbohidrat kompleks (contoh biji-bijian, umbi-umbian, serealia, dan kacang-kacangan). Kebiasaan mengonsumsi makanan yang mengandung karbohidrat, terutama makanan dengan jumlah karbohidrat sederhana yang tinggi tidak selalu berdampak baik bagi kesehatan. Hal ini disebabkan karena pankreas akan kelelahan ketika harus memroses karbohidrat sederhana dalam jumlah besar, sehingga tidak semua karbohidrat diproses menjadi energi. Sebagian karbohidrat akan tetap menjadi gula darah yang mengendap di dalam darah. Hal ini akan menimbulkan penyakit diabetes dan kegemukan. Data statistik jumlah penderita
1
192
diabetes di dunia versi WHO pada tahun 2000 dan proyeksi jumlah penderita
diabetes dunia pada tahun 2030 peringkat 1 sampai 5 dapat dilihat pada Tabel 1.
Tabel 1. Data statistik penderita diabetes
No. Negara
Tahun 2000
1. India
31.705.000
2 China
20.757.000
3. USA
17.702.000
4. Indonesia
8.426.000
5. Jepang
6.765.000
Sumber : Indodiabetes, 2012
Tahun 2030
79.441.000 42.321.000 30.312.000
21.257.000 8.914.000
Growth
151% 104% 71%
152% 32%
Berdasarkan hal tersebut, maka dibutuhkan makanan yang tidak hanya
menghasilkan energi yang besar tetapi juga memberikan pengaruh yang baik bagi
kesehatan. Dewasa ini, kesadaran masyarakat terhadap kesehatan melalui diet
semakin meningkat. Salah satu komponen pangan yang menjadi sorotan yaitu pati
resisten atau pati tahan cerna (Resistant Starch).
Pati resisten merupakan jenis pati yang tidak tercerna dalam
sistem pencernaan manusia (tahan terhadap hidrolisis enzim pencernaan
amilase dan perlakuan pulunase secara in vitro) yang memiliki sifat
fisiologis yang unik yang dapat digunakan untuk meningkatkan serat
pangan dengan sedikit perubahan dari penampakan dan sifat
organoleptiknya (Wikipedia, 2011). Pati resisten sulit dicerna di usus halus
sehingga pati ini memiliki sifat yang mirip seperti serat makanan yang langsung
masuk ke usus besar dan sedikit terfermentasi oleh mikroflora di dalam usus
besar dan memberikan pengaruh positif terhadap koloni di dalam usus meningkatkan
jumlah produksi bakteri baik (Fuentes-Zaragoza, et al., 2010).
Pati resisten dapat dikelompokkan menjadi 4 tipe. Pati tipe pertama (RS I)
yaitu pati yang terperangkap di dalam jaringan seperti pada serealia dan biji-bijian.
Pati tipe kedua (RS II) merupakan granula pati yang tidak tercerna oleh enzim
203
pencernaan seperti pati pada pisang mentah, kentang mentah, dan tepung jagung. Pati tipe ketiga (RS III) adalah pati yang terbentuk dari hasil retrogradasi pati. Pati tipe keempat (RS IV) adalah pati hasil modifikasi kimia (Kusnandar, 2011).
Pati termodifikasi tipe RS III dan RS IV dapat diperoleh dengan beberapa cara pengolahan. Proses pengolahan tersebut dikelompokkan menjadi 3 proses modifikasi, yaitu proses fisik, proses kimia, dan proses biokimia. Proses fisik dapat dilakukan dengan beberapa cara pengolahan, seperti pregelatinisasi, HMT (heat moisture treatment), pemasakan dengan uap (steam cooking), pemasakan dengan uap bertekanan tinggi (autoclaving), parboiling, pemanggangan (baking), dan ekstruksi (Siljestrom dan Asp, 1985; Kusnandar, 2011).
Proses modifikasi secara kimia dapat dilakukan dengan berbagai proses, seperti ikatan silang (crosslinking), substitusi, hidrolisis asam, dan kombinasi ikatan silang dengan substitusi (Kusnandar, 2011). Sedangkan proses modifikasi pati secara biokimia dapat dilakukan dengan menambahkan enzim atau mikroba penghasil enzim (Herawati, 2010).
Menurut Okoniewska dan Witwer (2007), pati resisten di dalam usus halus dapat menurunkan respon glikemik dan insulemik pada penderita diabetes, penderita hiperinsulemik, dan penderita disiplidemia. Pati resisten akan sampai di usus besar tanpa mengalami perubahan dan berkontribusi sebagai serat pangan. Pati resisten memiliki banyak manfaat selain perannya sebagai serat pangan dan mencegah kenaikan gula darah. Di dalam usus besar, pati resisten akan terfermentasi oleh bakteri anerobik. Proses fermentasi tersebut juga banyak memberikan efek positif bagi kesehatan manusia.
241
Proses fermentasi pati resisten yang terjadi di usus besar menghasilkan asam lemak rantai pendek (butirat) yang lebih tinggi dan menurunkan pH di usus besar sehingga pertumbuhan bakteri pathogen dapat terhambat. Proses fermentasi tersebut terjadi secara sempurna dan fermentasi ini akan menstimulasi kolonisasi Lactobacillus dan Bifidobacteria. Fermentasi yang terjadi tidak menghasilkan gas dalam jumlah yang besar dan juga dapat menurunkan toksisitas air fekal. Selain itu, proses fermentasi yang terjadi di usus besar akan menurunkan jumlah asam empedu sekunder, meningkatkan penyerapan magnesium dan kalsium, meningkatkan rasa kenyang dengan adanya peningkatan ekspresi genetik penstimulasi rasa kenyang yang dihubungkan pada hormone GLP-1 dan PYY di dalam usus besar, memperbaiki sensitifitas hormon insulin, menstimulasi sistem imun, menurunkan faktor resiko kanker kolon (Harmayani, 2008).
Pati resisten bersifat mudah mengikat dan memerangkap air. Hal ini menyebabkan kadar air feses akan tetap terjaga sehingga mencegah terjadinya sembelit. Selain itu, pati resisten juga memiliki efek hipoglikemik dan hipokolesterolemik, menghambat akumulasi lemak, dan mengurangi pembentukan batu empedu (Sajilata, et al., 2006).
Ubi kayu (Manihot esculenta) merupakan sejenis tanaman umbi-umbian yang mengandung karbohidrat tinggi dengan kadar amilosa yang rendah dan amilopektin yang tinggi sehingga dapat dijadikan bahan makanan sumber karbohidrat sebagai pengganti beras (Rismayani, 2007). Ubi kayu memiliki sifat fungsional yaitu kandungan pati resisten yang dapat diperoleh melalui proses pengolahan.
Pada penelitian ini, perlakuan modifikasi dilakukan dengan dua macam proses modifikasi, yaitu proses fisik dan proses kimia. Proses modifikasi fisik
252
dilakukan dengan cara autoclaving pada suhu 110oC dan 121oC, sedangkan perlakuan modifikasi kimia dilakukan dengan cara perlakuan asam, yaitu dengan penambahan HCl 1% dan 2%. Perlakuan modifikasi ini dilakukan pada empat varietas ubi kayu khas Sumatera Utara, yaitu ubi kayu ketan, ubi kayu kuning, ubi kayu gunting saga, dan ubi kayu roti.
Karakteristik fisik, kimia, dan fungsional pati ubi kayu berhubungan erat dengan jenis, umur panen, dan tempat tanam ubi kayu (Chatakanonda, et al., 2003). Ubi kayu dari jenis yang berbeda akan menghasilkan karakteristik pati ubi kayu yang berbeda. Teknik pengolahan (proses modifikasi) pati dalam hal ini pati alami ubi kayu juga akan mempengaruhi karakteristik pati resisten yang dihasilkan (Sajilata, et al., 2006). Lebih lanjut karakteristik pati ubi kayu termodifikasi tersebut dapat mempengaruhi bagaimana pemanfaatan pati tersebut sebagai sumber bahan baku untuk olahan pangan. Pati resisten tipe III memiliki sifat yang stabil terhadap panas pada proses pengolahan sehingga baik digunakan sebagai bahan (ingridien) pada berbagai macam makanan konvensional (Harmayani, 2008).
Pati resisten yang dimodifikasi secara fisik baik digunakan untuk produk roti tawar, bubur instan, memperbaiki tekstur pada pembuatan cake, muffins atau brownies, meningkatkan kerenyahan (crispness) permukaan produk pangan yang diolah dengan menggunakan suhu tinggi seperti waffles dan toaste, meningkatkan ekspansi produk pangan ekstrusi seperti snack dan sereal (Anggi, 2011; Sajilata, et al., 2006). Pati resisten yang dimodifikasi secara kimia baik digunakan produk makanan beku, bahan pengisi pie, bakery, puding, sup, saos, salad dressing, gum candy (Hustiany, 2006; Smith, 1982). Sejauh ini data
236
tentang produksi dan karakteristik pati resisten dari ubi kayu lokal di Sumatera Utara belum banyak diperoleh. Dengan demikian penelitian ini bertujuan untuk mengkaji produksi dan karakteristik pati resisten dari ubi kayu jenis lokal di Sumatera Utara.
Perumusan Masalah Karbohidrat merupakan sumber energi terbaik dibandingkan lemak dan
protein. Akan tetapi, banyak sekali masalah-masalah kesehatan yang timbul akibat mengonsumsi karbohidrat seperti obesitas, diabetes, dan lain-lain. Karbohidrat sederhana seperti gula meja (gula pasir, sukrosa) akan menimbulkan peningkatan kadar gula darah yang cepat apabila dikonsumsi dalam jumlah besar karena penyerapan glukosa oleh usus halus juga terjadi dalam waktu yang cepat sehingga jumlah glukosa yang dialirkan ke darah akan banyak dalam waktu yang singkat. Proses pencernaan karbohidrat kompleks membutuhkan waktu antara 1 sampai 4 jam untuk sampai ke usus halus sehingga kadar gula dalam darah juga lebih terkontrol. Walaupun karbohidrat kompleks dapat mencegah peningkatan gula darah, tetapi mengonsumsi karbohidrat dalam jumlah besar juga akan menyebabkan kegemukan. Oleh sebab itu, dibutuhkan bahan pangan yang tidak memberikan dampak yang buruk bagi kesehatan.
Salah satu bentuk karbohidrat kompleks adalah pati resisten yaitu jenis pati yang tidak tercerna dalam sistem pencernaan manusia yang memiliki sifat fisiologis yang unik yang dapat digunakan untuk meningkatkan serat pangan dengan sedikit perubahan dari penampakan dan sifat organoleptiknya. Pati resisten tersebut akan dihasilkan melalui proses pengolahan pati seperti proses fisik, proses kimia, dan proses biokimia.
247
Ubi kayu merupakan bahan pangan lokal yang ternyata tidak hanya mengandung pati biasa dalam jumlah besar tetapi juga memiliki sifat fungsional yang sangat bermanfaat bagi manusia. Sifat fungsional yang penting pada pati ubi kayu di antaranya adalah kandungan pati resisten yang sifatnya mirip dengan serat pangan. Kandungan dan karakteristik pati resisten ubi kayu akan berbeda-beda untuk masingmasing varietas. Oleh karena itu, perlu dilakukan penelitian tentang proses produksi pati resisten dan karakteristik pati resisten dari berbagai varietas ubi kayu, dalam hal ini adalah varietas ubi kayu yang banyak ditanam di Sumatera Utara yaitu ubi kayu ketan, ubi kayu kuning, ubi kayu gunting saga, dan ubi kayu roti.
Tujuan Penelitian Tujuan dari penelitian ini adalah untuk mempelajari karakteristik pati alami
dari empat varietas ubi kayu yang ada di Sumatera Utara yaitu ubi kayu ketan, ubi kayu kuning, ubi kayu gunting saga dan ubi kayu roti, mempelajari pengaruh proses fisik dan proses kimia terhadap produksi pati resisten pada empat varietas ubi kayu, dan untuk mengetahui karakteristik pati modifikasi yang dihasilkan dari beberapa proses modifikasi pati pada empat varietas ubi kayu.
Kegunaan Penelitian Penelitian ini berguna untuk mendapatkan data penyusunan skripsi sebagai
salah satu syarat dalam memperoleh gelar Sarjana Teknologi Pertanian di Fakultas Pertanian, Universitas Sumatera Utara, Medan. Hasil penelitian ini diharapkan dapat digunakan sebagai sumber informasi ilmiah dan rekomendasi baik bagi pemerintah maupun pihak industri dalam memanfaatkan ubi kayu sebagai bahan pangan yang sehat serta menunjang ketahanan pangan nasional melalui diversifikasi pangan. Pati
258
modifikasi yang dihasilkan juga dapat menjadi peluang sebagai bahan baku bagi industri pangan fungsional sehingga mendorong munculnya produk-produk ubi kayu yang lebih beragam dan mendorong berkembangnya industri berbahan pati resisten ubi kayu. Hal ini pada akhirnya akan dapat meningkatkan nilai jual komoditas ubi kayu dan meningkatkan pendapatan petani ubi kayu.
Hipotesis Penelitian Varietas ubi kayu, proses modifikasi pati ubi kayu (proses fisik dan proses
kimia), serta interaksi antara varietas dan proses modifikasi pati berpengaruh terhadap produksi pati resisten.
TINJAUAN PUSTAKA
26
Ubi Kayu (Manihot esculenta) Ubi kayu (Manihot esculenta) tumbuh dengan sangat baik di daerah-daerah
dengan suhu antara 25oC-29oC dengan ketinggian daerah sekitar 1.500 m. dpl. ke bawah, dan dengan rata-rata curah hujan antara 1.000-1.500 mm per tahun. Akan tetapi, tanaman ini juga dapat tumbuh di daerah kering dengan hasil yang lebih rendah. Untuk hasil panen yang lebih baik dapat diperoleh dengan pemberian pupuk potash (kalium karbonat). Beberapa varietas tanaman ubi kayu yang banyak memberikan hasil adalah sebagai berikut: 1. Jenis Mangi yaitu umbi-umbian berbentuk panjang bertangkai, kadar zat tepung
sekitar 37%, rasanya manis, dan umbi yang dihasilkan sebanyak ±200 kuintal/hektar luas pertanaman. 2. Jenis Valenca yaitu umbi-umbian yang berukuran sedang sampai gemuk dan bertangkai, kadar zat tepung 33,1%, rasanya manis, dan umbi yang dihasilkan sebanyak 200 kuintal per hektar luas pertanaman. 3. Jenis Betawi yaitu umbi-umbian yang berukuran gemuk dan tidak bertangkai, kadar zat tepung ± 34,4%, rasanya manis, dan umbi yang dihasilkan sebanyak 200-300 kuintal per hektar luas pertanaman. 4. Jenis Bogor yaitu umbi-umbian yang berukuran gemuk dan bertangkai, kadar zat tepung 30,9%, rasanya pahit dan beracun, dan umbi yang dihasilkan sebanyak 400 kuintal per hektar luas pertanaman.
9
2170
5. Jenis Basiorao yaitu umbi-umbian yang berukuran agak gemuk dan bertangkai, kadar zat tepung 31,2%, beracun dan rasanya pahit, dan umbi yang dihasilkan sebanyak 300 kuintal per hektar luas pertanaman.
6. Jenis Sao Pedro Petro yaitu umbi-umbian yang berukuran sedang sampai gemuk dan bertangkai, kadar zat tepung 35,4%, pahit dan beracun, dan umbi yang dihasilkan sebanyak 400 kuintal per hektar luas pertanaman.
7. Jenis Muara yaitu umbi-umbian yang berukuran gemuk, kadar zat tepung 26,9%, sangat beracun, dan umbi yang dihasilkan sebanyak 400 kuintal per hektar luas pertanaman (Kartasapoetra, 1989). Komponen fisik ubi kayu terdiri dari kulit, biasanya terdapat 2 lapis kulit
yaitu kulit luar dan kulit dalam. Diikuti oleh daging ubi kayu dengan lapisan kambium dan daging ubi kayu yang berwarna putih, kuning atau gading. Umbiumbinya kaya akan karbohidrat dan dapat diolah dengan berbagai macam pengolahan seperti peragian ubi yang disebut dengan tape ubi. Umbi yang mentah dapat diolah menjadi tepung tapioka dan daunnya yang kering dimanfaatkan untuk pakan ternak (Syarief dan Irawati, 1988).
Ubi kayu/singkong (Manihot esculenta) merupakan sejenis tanaman umbiumbian yang mengandung karbohidrat tinggi dengan kadar amilosa yang rendah dan amilopektin yang tinggi sehingga dapat dijadikan bahan makanan sumber karbohidrat sebagai pengganti beras. Karbohidrat yang tinggi pada ubi kayu ternyata merupakan sifat yang tidak dimiliki oleh umbi-umbian lainnya sehingga ubi kayu dapat dimanfaatkan secara luas (Rismayani, 2007). Kandungan gizi yang terkandung dalam 100 gram ubi kayu dapat dilihat pada Tabel 2.
2181
Tabel 2. Kandungan gizi dalam 100 gram ubi kayu
Komponen gizi
Energi Karbohidrat Protein Lemak Mineral Zat besi Kalsium Fosfor Vitamin C Vitamin B Air
Sumber : Suprapti (2005)
Kadar per 100 gram bahan
146 Kal 34,7 g
1,2 g 0,3 g 1,3 g 0,0007 mg 0,003 mg 0,004 mg 0,003 mg 0,006 mg 62,5 g
Pati Pati merupakan karbohidrat yang terdiri atas amilosa dan amilopektin.
Amilosa adalah bagian polimer linier dengan ikatan α-(1,4) unit glukosa yang memiliki derajat polimerisasi setiap molekulnya yaitu 102-104 unit glukosa. Sedangkan amilopektin merupakan polimer α-(1,4) unit glukosa yang memiliki percabangan α-(1,6) unit glukosa dengan derajat polimerisasi yang lebih besar yaitu 104-105 unit glukosa. Bagian percabangan amilopektin terdiri dari α-D-glukosa dengan derajat polimerisasi sekitar 20-25 unit glukosa (Kusnandar, 2011).
Jumlah pati yang dihasilkan dengan beberapa perbandingan molekul amilosa dan amilopektin tergantung dari sumber tanaman asal, seperti tapioka yang hanya mengandung amilosa sebesar 17% dan sisanya adalah amilopektin yaitu sebesar 83% sedangkan pada jagung jumlah amilosa bisa mencapai 25% sampai 80% dan sisanya amilopektin (Smith, 1982).
Menurut Winarno (1992), kandungan pati yang terdapat di dalam ubi kayu adalah 34,6%. Amilosa merupakan fraksi pati yang terlarut. Molekul amilosa yang memiliki sifat hidrofilik dengan afinitas air yang tinggi menyebabkan amilosa pati
2192
semakin paralel dengan ikatan hidrogen. Apabila afinitas tersebut menurun maka
ukuran pati akan membesar sehingga pada konsentrasi rendah akan terjadi
(Manihot esculenta)
SKRIPSI Oleh:
NAZHRAH 090305036
PROGRAM STUDI ILMU DAN TEKNOLOGI PANGAN FAKULTAS PERTANIAN
UNIVERSITAS SUMATERA UTARA MEDAN 2013
2
PENGARUH PROSES FISIK DAN PROSES KIMIA TERHADAP PRODUKSI PATI RESISTEN PADA EMPAT VARIETAS UBI KAYU
(Manihot esculenta)
SKRIPSI
Oleh:
NAZHRAH 090305036/ILMU DAN TEKNOLOGI PANGAN
Skripsi sebagai salah satu syarat untuk memperoleh gelar sarjana di Fakultas Pertanian Universitas Sumatera Utara
PROGRAM STUDI ILMU DAN TEKNOLOGI PANGAN FAKULTAS PERTANIAN
UNIVERSITAS SUMATERA UTARA MEDAN 2013
3
Judul Skripsi : Pengaruh Proses Fisik dan Proses Kimia Terhadap Produksi Pati
Resisten Pada Empat Varietas Ubi Kayu (Manihot esculenta)
Nama
: Nazhrah
Nim : 090305036
Program Studi : Ilmu dan Teknologi Pangan
Disetujui oleh: Komisi Pembimbing
Dr. Ir. Elisa Julianti, M.Si Ketua
Linda Masniary Lubis, STP, M.Si Anggota
Mengetahui:
Dr. Ir. Herla Rusmarilin, MP Ketua Program Studi
Tanggal Lulus : 28 Agustus 2013
4
Penelitian ini disponsori oleh PT. Indofood Sukses Makmur, Tbk melalui Program Indofood Riset Nugraha 2012, sesuai dengan Perjanjian Kerjasama Penelitian No: SKE.019/S1/IRN-ISM/V/2012 tanggal 30 Mei 2012
5
ABSTRAK
NAZHRAH. Pengaruh Proses Fisik dan Proses Kimia Terhadap Produksi Pati Resisten Pada Empat Varietas Ubi Kayu (Manihot esculenta), dibimbing oleh Elisa Julianti dan Linda Masniary Lubis.
Pati resisten adalah pati atau produk degradasi pati yang tidak tercerna dalam sistem pencernaan manusia sehingga pati ini dapat lolos dari sistem pencernaan pada usus halus tetapi dapat terfermentasi oleh mikroflora alami dalam usus besar. Pati resisten memiliki pengaruh positif bagi kesehatan tubuh, diantaranya adalah mencegah peningkatan kadar glukosa darah secara signifikan. Penelitian ini menggunakan ubi kayu karena memiliki sifat fungsional yaitu kandungan pati resisten yang dapat diperoleh melalui proses pengolahan.
Tujuan dari penelitian ini adalah untuk mengetahui karakteristik pati alami dari empat varietas ubi kayu yang ada di Sumatera Utara yaitu ubi kayu ketan, ubi kayu kuning, ubi kayu gunting saga dan ubi kayu roti, mempelajari pengaruh proses fisik dan proses kimia terhadap produksi pati resisten pada empat varietas ubi kayu, dan untuk mengetahui karakteristik pati modifikasi yang dihasilkan dari beberapa proses modifikasi pati pada empat varietas ubi kayu. Proses fisik yang dilakukan adalah autoclaving dan proses kimia dilakukan dengan cara penambahan asam klorida.
Penelitian ini dilakukan dalam 2 tahap yaitu pembuatan pati alami dari empat varietas ubi kayu dan modifikasi pati dengan metode fisik dan kimia. Pada setiap tahap, dilakukan pengujian karakteristik fisik dan kimia meliputi kadar air, kadar abu, kadar protein, kadar lemak, nilai pH, sifat amilografi dengan rapid viscoanalizer, bentuk dan ukuran granula pati, total gula, kadar pati, dan kadar pati resisten. Perlakuan modifikasi dengan cara autoclaving pada suhu 110oC menghasilkan kadar pati resisten tertinggi yaitu 36,78% dan perlakuan V2P2 (pati alami ubi kayu kuning yang dimodifikasi dengan perlakuan autoclaving 121oC) memiliki kadar pati resisten tertinggi yaitu 53,22%.
Kata Kunci :Ubi Kayu, Pati Termodifikasi Fisik/Kimia, Varietas
ABSTRACT
NAZHRAH. The Effect of Physical and Chemical Process on Resistant Starch Production In Four Varieties of Cassava (Manihot esculenta), supervised by Elisa Julianti and Linda Masniary Lubis.
Resistant starch is a starch or starch degradation products that are not digested in the human digestive system so that the starch can escape digestion in the small intestine system but can be fermented by the natural microflora in the large intestine. Resistant starch has a positive impact on health, such as preventing the increase in blood glucose levels significantly. The research used cassava because it had functional properties i.e resistant starch content that can be obtained through the treatment process.
The purpose of this research was to determine the characteristics of the natural starch from four cassava varieties that exist in North Sumatra, namely ketan cassava, yellow cassava, gunting saga cassava and bread cassava, studying the influence of physical and chemical processes on the production of resistant starch of the four varieties of cassava, and to determine the characteristics of the modified starch through two starch modification process of four cassava varieties. The physical process was autoclaving and the addition of hydrochloric acid.
The research was conducted in two phases, making the natural starch from four varieties of cassava starch and modification by physical and chemical methods. At each phase, the physical and chemical characteristics were tested including moisture content, ash content, protein content, fat content, pH value, amilograph with rapid viscoanalizer, form and size of the starch granules, total sugars, starch content and resistant starch content. Modification treatment by autoclaving at 110oC produced the highest resistant starch content (36,78%) and treatment V2P2 (yellow cassava natural starch which is modified by autoclaving treatment 121oC) had the highest resistant starch content (53,22%).
Keywords: Cassava, Physical/Chemical Modified Starch, Variety
RIWAYAT HIDUP
6
Penulis dilahirkan di Medan pada tanggal 09 Agustus 1991 dari Bapak Alm. Sulaiman Effendi dan Ibu Almh. Hanifah. Penulis merupakan anak kedelapan dari delapan bersaudara. Tahun 2009 penulis lulus dari Madrasah Aliyah Negeri 1 Medan dan pada tahun yang sama berhasil masuk ke Fakultas Pertanian Universitas Sumatera Utara melalui jalur Seleksi Nasional Masuk Perguruan Tinggi Negeri (SNMPTN) di Program Studi Ilmu dan Teknologi Pangan.
Selama mengikuti perkuliahan, penulis aktif sebagai anggota Ikatan Mahasiswa Ilmu dan Teknologi Pangan (IMITP) USU, anggota Himpunan Mahasiswa Peduli Pangan Indonesia (HMPPI) dan sebagai asisten Laboratorium Analisa Kimia Bahan Pangan pada tahun 2011-2013. Selain itu, penulis aktif dalam organisasi ekstra yaitu sebagai anggota Badan Kenaziran Mushola (BKM) AlMukhlisin FP USU pada tahun 2010-2011. Penulis juga termasuk dalam kelompok PKM Pengabdian Masyarakat dari DIKTI dengan judul : “Peningkatan Mutu Melalui Teknik Aseptik di Industri Pengolahan Singkong Desa Tambakrejo Kabupaten Deli Serdang (2010)” dan lolos sebagai peserta Pekan Ilmiah Mahasiswa Nasional (PIMNAS) XXIV pada tahun 2011 di Universitas Hasanuddin Makassar, Sulawesi Selatan.
Penulis telah melaksanakan Praktik Kerja Lapangan (PKL) di Balai Besar Pengawas Obat dan Makanan Di Medan, Medan, Sumatera Utara dari tanggal 16 Juli sampai 10 Agustus 2012. Penelitian ini disponsori oleh PT. Indofood Sukses Makmur Tbk, dalam kerangka program Indofood Riset Nugraha tahun 2012.
KATA PENGANTAR
7
Puji dan syukur penulis panjatkan kepada Tuhan Yang Maha Esa, atas segala rahmat dan karuniaNya sehingga penulis dapat menyelesaikan skripsi yang berjudul “Pengaruh Proses Fisik dan Proses Kimia Terhadap Produksi Pati Resisten Pada Empat Varietas Ubi Kayu (Manihot esculenta)”.
Pada kesempatan ini penulis menyampaikan ucapan terima kasih kepada PT. Indofood Sukses Makmur, Tbk atas dana penelitiannya, Buya dan Ummi tercinta yang telah membesarkan, memelihara, dan mendidik penulis selama ini, kepada abang-abang saya Hasanul Arifin, Hasnil Irfan, Ahmad Muhajir dan kakak-kakak saya Syafrida Hafni, Meutia Hayati, Salmah, Laila Azizah atas doa dan dukungannya. Penulis menyampaikan ucapan terima kasih kepada Ibu Dr. Ir. Elisa Julianti, M.Si dan Ibu Linda Masniary Lubis, STP, M.Si. yang telah membimbing dan memberikan berbagai masukan berharga kepada penulis dari mulai menetapkan judul, melakukan penelitian, sampai pada ujian akhir. Penulis juga mengucapkan terima kasih kepada Ibu Dr. Ir. Herla Rusmarilin, MP, Bapak Prof. Dr. Ir. Zulkifli Lubis, M.App.Sc, dan Bapak Ir. Sentosa Ginting, MP. atas kritik dan saran kepada penulis untuk menyempurnakan skripsi, Bapak Prof. Dr. F.G. Winarno, Bapak Dr. Ir. Purwiyatno Hariyadi, dan Ibu Ir. Winarti, TK. selaku Dewan Pakar dari PT. Indofood Sukses Makmur, Tbk atas saran serta motivasi dalam memberi masukan kepada penulis untuk menyempurnakan skripsi.
Di samping itu, penulis juga mengucapkan terima kasih kepada staf Pengajar dan pegawai di Program Studi Ilmu dan Teknologi Pangan, teman-teman seperjuangan ITP 2009 atas semangat dan dukungannya selama ini, rekan asisten di
8 Laboratorium Analisa Kimia Bahan Pangan, adik-adik ITP 2010 dan 2011, dan semua pihak yang tidak dapat disebutkan satu per satu di sini yang telah membantu penulis dalam menyelesaikan skripsi ini. Semoga skripsi ini dapat bermanfaat bagi pihak yang membutuhkan.
Medan, Agustus 2013
Penulis
9
DAFTAR ISI
Hal ABSTRAK.......................................................................................................... i
ABSTRACT ....................................................................................................... i
RIWAYAT HIDUP............................................................................................ ii
KATA PENGANTAR........................................................................................ iii
DAFTAR ISI ...................................................................................................... v
DAFTAR TABEL .............................................................................................. viii
DAFTAR GAMBAR.......................................................................................... ix
DAFTAR LAMPIRAN ...................................................................................... xi
PENDAHULUAN Latar Belakang.............................................................................................. Perumusan Masalah ...................................................................................... Tujuan Penelitian ..........................................................................................
Kegunaan Penelitian ..................................................................................... Hipotesis Penelitian ......................................................................................
1 6 7 7 8
TINJAUAN PUSTAKA Ubi Kayu ..................................................................................................... Pati .............................................................................................................. Pati Resisten ................................................................................................ Proses Fisik................................................................................................... Proses Kimia.................................................................................................
Studi Pendahuluan yang Telah Dilaksanakan ...............................................
9 11 14 15 17 18
BAHAN DAN METODA Waktu dan Tempat Penelitian ....................................................................... 19 Bahan Penelitian .......................................................................................... 19 Reagensia ..................................................................................................... 19 Alat Penelitian ............................................................................................. 20 Metode Penelitian ........................................................................................ 20 Model Rancangan ........................................................................................ 21 Pelaksanaan Penelitian ................................................................................. 22
Ekstraksi pati ubi kayu ........................................................................... 22 Modifikasi proses fisik ........................................................................... 23 Modifikasi proses kimia ......................................................................... 23 Pengamatan dan Pengukuran Data Kadar air ............................................................................................... 24
10
Kadar abu .............................................................................................. 25 Kadar lemak .......................................................................................... 25 Kadar protein ........................................................................................ 26 Nilai pH ................................................................................................ 27
Sifat amilografi dengan Rapid Visco Analyzer (RVA) ............................ 27 Kadar pati ............................................................................................. 27 Kadar pati resisten ................................................................................. 28 Total gula .............................................................................................. 29 Bentuk granula pati ............................................................................... 29 Skema Penelitian........................................................................................... 30
HASIL DAN PEMBAHASAN Karakteristik Fisikokimia Pati Alami dari Empat Varietas Ubi Kayu............. Kadar air ................................................................................................
Kadar abu............................................................................................... Kadar lemak........................................................................................... Kadar protein ......................................................................................... Nilai pH ................................................................................................. Bentuk dan ukuran granula pati .............................................................. Karakteristik Pasta Pati Alami dari Empat Varietas Ubi kayu........................ Karakteristik Fungsional Pati Alami dari empat Varietas Ubi Kayu............... Kadar pati resisten.................................................................................. Total gula............................................................................................... Kadar pati ..............................................................................................
Modifikasi Pati dengan Proses Fisik dan Proses Kimia Pada Empat Varietas Ubi Kayu ........................................................................................ Karakteristik Fisikokimia Pati Termodifikasi Dari Empat Varietas Ubi Kayu
Kadar air ................................................................................................ Kadar abu............................................................................................... Kadar lemak........................................................................................... Kadar protein ......................................................................................... Nilai pH ................................................................................................. Bentuk dan ukuran granula pati ..............................................................
Karakteristik Pasta Pati Termodifikasi dari Empat Varietas Ubi kayu............ Suhu gelatinisasi .................................................................................... Viskositas puncak .................................................................................. Viskositas breakdown ............................................................................ Viskositas setback .................................................................................. Viskositas Akhir.....................................................................................
Karakteristik Fungsional Pati Termodifikasi Dari Empat Varietas Ubi Kayu. Total gula............................................................................................... Kadar pati .............................................................................................. Kadar pati resisten..................................................................................
33 33 34 35 35 36 37 37 40 41 42 42
43 43 44 45 46 47 48 49 52 53 54 55 56 57 60 60 63 64
KESIMPULAN DAN SARAN Kesimpulan................................................................................................... 68
Saran............................................................................................................. 69
11
DAFTAR PUSTAKA......................................................................................... 70 LAMPIRAN
DAFTAR TABEL
12
No. Hal
1. Data statistik penderita diabetes .................................................................. 2
2. Kandungan gizi dalam 100 gram ubi kayu .................................................. 11
3. Komposisi amilosa dan amilopektin............................................................ 12
4. Karakteristik granula pati............................................................................ 13
5. Sifat granula beberapa jenis pati.................................................................. 14
6. Karakteristik gelatinisasi beberapa jenis pati ............................................... 14
7. Karakteristik fisikokimia pati alami dari empat varietas ubi kayu................ 33
8. Pengaruh varietas ubi kayu terhadap karakteristik pasta pati alami ubi kayu 38
9. Pengaruh varietas ubi kayu terhadap karakteristik fungsional pati alami Ubi kayu..................................................................................................... 41
10. Pengaruh varietas ubi kayu terhadap karakteristik fisikokimia pati ubi kayu termodifikasi ................................................................................ 43
11. Pengaruh proses modifikasi pati ubi kayu terhadap karakteristik fisikokimia pati ubi kayu termodifikasi ....................................................... 44
12. Pengaruh varietas ubi kayu terhadap karakteristik pasta pati ubi kayu termodifikasi ................................................................................ 53
13. Pengaruh proses modifikasi pati ubi kayu terhadap karakteristik pasta pati ubi kayu termodifikasi.......................................................................... 53
14. Pengaruh varietas ubi kayu terhadap karakteristik fungsional pati ubi kayu termodifikasi ................................................................................ 60
15. Pengaruh proses modifikasi pati ubi kayu terhadap karakteristik fungsional pati ubi kayu termodifikasi ........................................................ 60
16. Kadar pati resisten dari pati alami dan pati hasil modifikasi dari empat varietas ubi kayu......................................................................................... 66
DAFTAR GAMBAR
13
No. Hal
1. Struktur molekul amilosa dan amilopektin.............................................. 13
2. Skema ekstraksi pati ubi kayu................................................................. 30
3. Skema modifikasi pati ubi kayu secara fisik............................................ 31
4. Skema modifikasi pati ubi kayu secara kimia.......................................... 32
5. Kadar air pati alami dari empat varietas ubi kayu.................................... 34
6. Kadar abu pati alami dari empat varietas ubi kayu .................................. 34
7. Kadar lemak pati alami dari empat varietas ubi kayu .............................. 35
8. Kadar protein pati alami dari empat varietas ubi kayu............................. 36
9. Nilai pH pati alami dari empat varietas ubi kayu..................................... 36
10. Bentuk granula pati alami dari empat varietas ubi kayu dengan perbesaran 100 kali................................................................................. 37
11. Karakteristik pasta pati alami dari empat varietas ubi kayu ..................... 38
12. Kadar pati resisten pati alami dari empat varietas ubi kayu ..................... 41
13. Total gula pati alami dari empat varietas ubi kayu .................................. 42
14. Kadar pati pati alami dari empat varietas ubi kayu.................................. 43
15. Kadar air pati termodifikasi dari empat varietas ubi kayu yang dimodifikasi dengan empat proses modifikasi pati yang berbeda ........... 45
16. Kadar abu pati termodifikasi dari empat varietas ubi kayu yang dimodifikasi dengan empat proses modifikasi pati yang berbeda ............ 46
17. Kadar lemak pati termodifikasi dari empat varietas ubi kayu yang dimodifikasi dengan empat proses modifikasi pati yang berbeda ............ 47
18. Kadar protein pati termodifikasi dari empat varietas ubi kayu yang dimodifikasi dengan empat proses modifikasi pati yang berbeda ............ 48
19. Nilai pH pati termodifikasi dari empat varietas ubi kayu yang dimodifikasi dengan empat proses modifikasi pati yang berbeda ............ 49
14
20. Bentuk granula pati termodifikasi dari varietas ubi kayu ketan dengan empat metode modifikasi........................................................................ 50
21. Bentuk granula pati termodifikasi dari varietas ubi kayu kuning dengan empat metode modifikasi........................................................................ 51
22. Bentuk granula pati termodifikasi dari varietas ubi kayu gunting saga dengan empat metode modifikasi............................................................ 51
23. Bentuk granula pati termodifikasi dari varietas ubi kayu roti dengan empat metode modifikasi........................................................................ 52
24. Karakteristik pasta pati dari varietas ubi kayu ketan dengan empat metode modifikasi .................................................................................. 58
25. Karakteristik pasta pati dari varietas ubi kayu kuning dengan empat metode modifikasi .................................................................................. 58
26. Karakteristik pasta pati dari varietas ubi kayu gunting saga dengan empat metode modifikasi........................................................................ 59
27. Karakteristik pasta pati dari varietas ubi kayu roti dengan empat metode modifikasi .................................................................................. 59
28. Total gula pati termodifikasi dari empat varietas ubi kayu yang dimodifikasi dengan empat proses modifikasi pati yang berbeda ............ 62
29. Kadar pati pati termodifikasi dari empat varietas ubi kayu yang dimodifikasi dengan empat proses modifikasi pati yang berbeda ............ 64
30. Kadar pati resisten pati termodifikasi dari empat varietas ubi kayu yang dimodifikasi dengan empat proses modifikasi pati yang berbeda ............ 67
DAFTAR LAMPIRAN
15
No. Hal
1. Daftar analisis ragam kadar air pati alami dan uji LSR efek utama pengaruh varietas ubi kayu terhadap kadar air pati alami........................... 74
2. Daftar analisis ragam kadar abu pati alami dan uji LSR efek utama pengaruh varietas ubi kayu terhadap kadar abu pati alami ......................... 75
3. Daftar analisis ragam kadar protein pati alami dan uji LSR efek utama pengaruh varietas ubi kayu terhadap kadar protein pati alami ......... 76
4. Daftar analisis ragam kadar lemak pati alami dan uji LSR efek utama pengaruh varietas ubi kayu terhadap kadar lemak pati alami ..................... 77
5. Daftar analisis ragam nilai pH pati alami dan uji LSR efek utama pengaruh varietas ubi kayu terhadap nilai pH pati alami............................ 78
6. Daftar analisis ragam ukuran granula pati alami dan uji LSR efek utama pengaruh varietas ubi kayu terhadap ukuran granula pati alami...... 79
7. Daftar analisis ragam viskositas puncak pati alami dan uji LSR efek utama pengaruh varietas ubi kayu terhadap viskositas puncak pati alami.. 80
8. Daftar analisis ragam viskositas breakdown pati alami dan uji LSR efek utama pengaruh varietas ubi kayu terhadap viskositas breakdown pati alami.................................................................................................. 81
9. Daftar analisis ragam viskositas setback pati alami dan uji LSR efek utama pengaruh varietas ubi kayu terhadap viskositas setback pati alami......................................................................................................... 82
10. Daftar analisis ragam viskositas akhir pati alami dan uji LSR efek utama pengaruh varietas ubi kayu terhadap viskositas akhir pati alami...... 83
11. Daftar analisis ragam suhu gelatinisasi pati alami dan uji LSR efek utama pengaruh varietas ubi kayu terhadap suhu gelatinisasi pati alami .... 84
12. Daftar analisis ragam kadar pati resisten pati alami dan uji LSR efek utama pengaruh varietas ubi kayu terhadap kadar pati resisten pati alami......................................................................................................... 85
13. Daftar analisis ragam total gula pati alami dan uji LSR efek utama pengaruh varietas ubi kayu terhadap total gula pati alami.......................... 86
16
14. Daftar analisis ragam kadar pati pati alami dan uji LSR efek utama pengaruh varietas ubi kayu terhadap kadar pati pati alami......................... 87
15. Daftar analisis ragam kadar air pati termodifikasi ..................................... 88
16. Uji LSR efek utama pengaruh varietas ubi kayu dan proses modifikasi fisik dan kimia terhadap kadar air pati termodifikasi ................................. 89
17. Daftar analisis ragam kadar abu pati termodifikasi .................................... 90
18. Uji LSR efek utama pengaruh varietas ubi kayu dan proses modifikasi fisik dan kimia terhadap kadar abu pati termodifikasi................................ 91
19. Daftar analisis ragam kadar protein pati termodifikasi............................... 92
20. Uji LSR efek utama pengaruh varietas ubi kayu dan proses modifikasi fisik dan kimia terhadap kadar protein pati termodifikasi .......................... 93
21. Daftar analisis ragam kadar lemak pati termodifikasi ................................ 94
22. Uji LSR efek utama pengaruh varietas ubi kayu dan proses modifikasi fisik dan kimia terhadap kadar lemak pati termodifikasi............................ 95
23. Daftar analisis ragam nilai pH pati termodifikasi....................................... 96
24. Uji LSR efek utama pengaruh varietas ubi kayu dan proses modifikasi fisik dan kimia terhadap nilai pH pati termodifikasi .................................. 97
25. Daftar analisis ragam viskositas puncak pati termodifikasi........................ 98
26. Uji LSR efek utama pengaruh varietas ubi kayu dan proses modifikasi fisik dan kimia terhadap viskositas puncak pati termodifikasi ................... 99
27. Daftar analisis ragam viskositas breakdown pati termodifikasi.................. 100
28. Uji LSR efek utama pengaruh varietas ubi kayu dan proses modifikasi fisik dan kimia terhadap viskositas breakdown pati termodifikasi ............ 101
29. Daftar analisis ragam viskositas setback pati termodifikasi ....................... 102
30. Uji LSR efek utama pengaruh varietas ubi kayu dan proses modifikasi fisik dan kimia terhadap viskositas setback pati termodifikasi ................... 103
31. Daftar analisis ragam viskositas akhir pati termodifikasi ........................... 104
32. Uji LSR efek utama pengaruh varietas ubi kayu dan proses modifikasi fisik dan kimia terhadap viskositas akhir pati termodifikasi....................... 105
17
33. Daftar analisis ragam kadar pati resisten pati termodifikasi ....................... 106
34. Uji LSR efek utama pengaruh varietas ubi kayu dan proses modifikasi fisik dan kimia terhadap kadar pati resisten pati termodifikasi................... 107
35. Daftar analisis ragam total gula pati termodifikasi..................................... 108
36. Uji LSR efek utama pengaruh varietas ubi kayu dan proses modifikasi fisik dan kimia terhadap total gula pati termodifikasi ................................ 109
37. Daftar analisis ragam kadar pati pati termodifikasi.................................... 110
38. Uji LSR efek utama pengaruh varietas ubi kayu dan proses modifikasi fisik dan kimia terhadap kadar pati pati termodifikasi ............................... 111
39. Matriks korelasi ........................................................................................ 112
5
ABSTRAK
NAZHRAH. Pengaruh Proses Fisik dan Proses Kimia Terhadap Produksi Pati Resisten Pada Empat Varietas Ubi Kayu (Manihot esculenta), dibimbing oleh Elisa Julianti dan Linda Masniary Lubis.
Pati resisten adalah pati atau produk degradasi pati yang tidak tercerna dalam sistem pencernaan manusia sehingga pati ini dapat lolos dari sistem pencernaan pada usus halus tetapi dapat terfermentasi oleh mikroflora alami dalam usus besar. Pati resisten memiliki pengaruh positif bagi kesehatan tubuh, diantaranya adalah mencegah peningkatan kadar glukosa darah secara signifikan. Penelitian ini menggunakan ubi kayu karena memiliki sifat fungsional yaitu kandungan pati resisten yang dapat diperoleh melalui proses pengolahan.
Tujuan dari penelitian ini adalah untuk mengetahui karakteristik pati alami dari empat varietas ubi kayu yang ada di Sumatera Utara yaitu ubi kayu ketan, ubi kayu kuning, ubi kayu gunting saga dan ubi kayu roti, mempelajari pengaruh proses fisik dan proses kimia terhadap produksi pati resisten pada empat varietas ubi kayu, dan untuk mengetahui karakteristik pati modifikasi yang dihasilkan dari beberapa proses modifikasi pati pada empat varietas ubi kayu. Proses fisik yang dilakukan adalah autoclaving dan proses kimia dilakukan dengan cara penambahan asam klorida.
Penelitian ini dilakukan dalam 2 tahap yaitu pembuatan pati alami dari empat varietas ubi kayu dan modifikasi pati dengan metode fisik dan kimia. Pada setiap tahap, dilakukan pengujian karakteristik fisik dan kimia meliputi kadar air, kadar abu, kadar protein, kadar lemak, nilai pH, sifat amilografi dengan rapid viscoanalizer, bentuk dan ukuran granula pati, total gula, kadar pati, dan kadar pati resisten. Perlakuan modifikasi dengan cara autoclaving pada suhu 110oC menghasilkan kadar pati resisten tertinggi yaitu 36,78% dan perlakuan V2P2 (pati alami ubi kayu kuning yang dimodifikasi dengan perlakuan autoclaving 121oC) memiliki kadar pati resisten tertinggi yaitu 53,22%.
Kata Kunci :Ubi Kayu, Pati Termodifikasi Fisik/Kimia, Varietas
ABSTRACT
NAZHRAH. The Effect of Physical and Chemical Process on Resistant Starch Production In Four Varieties of Cassava (Manihot esculenta), supervised by Elisa Julianti and Linda Masniary Lubis.
Resistant starch is a starch or starch degradation products that are not digested in the human digestive system so that the starch can escape digestion in the small intestine system but can be fermented by the natural microflora in the large intestine. Resistant starch has a positive impact on health, such as preventing the increase in blood glucose levels significantly. The research used cassava because it had functional properties i.e resistant starch content that can be obtained through the treatment process.
The purpose of this research was to determine the characteristics of the natural starch from four cassava varieties that exist in North Sumatra, namely ketan cassava, yellow cassava, gunting saga cassava and bread cassava, studying the influence of physical and chemical processes on the production of resistant starch of the four varieties of cassava, and to determine the characteristics of the modified starch through two starch modification process of four cassava varieties. The physical process was autoclaving and the addition of hydrochloric acid.
The research was conducted in two phases, making the natural starch from four varieties of cassava starch and modification by physical and chemical methods. At each phase, the physical and chemical characteristics were tested including moisture content, ash content, protein content, fat content, pH value, amilograph with rapid viscoanalizer, form and size of the starch granules, total sugars, starch content and resistant starch content. Modification treatment by autoclaving at 110oC produced the highest resistant starch content (36,78%) and treatment V2P2 (yellow cassava natural starch which is modified by autoclaving treatment 121oC) had the highest resistant starch content (53,22%).
Keywords: Cassava, Physical/Chemical Modified Starch, Variety
PENDAHULUAN
18
Latar Belakang Karbohidrat merupakan senyawa organik yang jumlahnya paling banyak dan
bervariasi dibandingkan dengan senyawa organik lainnya yang terdapat di alam. Sumber utama karbohidrat, diantaranya adalah serealia (contoh gandum, jagung, beras, dan sorgum), biji-bijian (contoh kacang merah, kacang kedelai, dan kacang hijau), umbi-umbian (contoh ubi kayu, ubi jalar, dan kentang), buah-buahan, sayursayuran, susu, dan lain-lain. Karbohidrat juga merupakan sumber energi utama dalam kehidupan manusia. Karbohidrat menyediakan sekitar 40-75% asupan energi dan memberikan nilai energi sebesar 4 Kkal/gram (Kusnandar, 2011).
Pangan (makanan) yang mengandung karbohidrat dapat dibedakan menjadi 2 golongan, yaitu pangan (makanan) dengan kandungan karbohidrat sederhana (contoh gula pasir, permen, minuman ringan, beberapa jenis produk bakery, dan makanan yang diolah dengan panas yang tinggi) dan pangan (makanan) dengan kandungan karbohidrat kompleks (contoh biji-bijian, umbi-umbian, serealia, dan kacang-kacangan). Kebiasaan mengonsumsi makanan yang mengandung karbohidrat, terutama makanan dengan jumlah karbohidrat sederhana yang tinggi tidak selalu berdampak baik bagi kesehatan. Hal ini disebabkan karena pankreas akan kelelahan ketika harus memroses karbohidrat sederhana dalam jumlah besar, sehingga tidak semua karbohidrat diproses menjadi energi. Sebagian karbohidrat akan tetap menjadi gula darah yang mengendap di dalam darah. Hal ini akan menimbulkan penyakit diabetes dan kegemukan. Data statistik jumlah penderita
1
192
diabetes di dunia versi WHO pada tahun 2000 dan proyeksi jumlah penderita
diabetes dunia pada tahun 2030 peringkat 1 sampai 5 dapat dilihat pada Tabel 1.
Tabel 1. Data statistik penderita diabetes
No. Negara
Tahun 2000
1. India
31.705.000
2 China
20.757.000
3. USA
17.702.000
4. Indonesia
8.426.000
5. Jepang
6.765.000
Sumber : Indodiabetes, 2012
Tahun 2030
79.441.000 42.321.000 30.312.000
21.257.000 8.914.000
Growth
151% 104% 71%
152% 32%
Berdasarkan hal tersebut, maka dibutuhkan makanan yang tidak hanya
menghasilkan energi yang besar tetapi juga memberikan pengaruh yang baik bagi
kesehatan. Dewasa ini, kesadaran masyarakat terhadap kesehatan melalui diet
semakin meningkat. Salah satu komponen pangan yang menjadi sorotan yaitu pati
resisten atau pati tahan cerna (Resistant Starch).
Pati resisten merupakan jenis pati yang tidak tercerna dalam
sistem pencernaan manusia (tahan terhadap hidrolisis enzim pencernaan
amilase dan perlakuan pulunase secara in vitro) yang memiliki sifat
fisiologis yang unik yang dapat digunakan untuk meningkatkan serat
pangan dengan sedikit perubahan dari penampakan dan sifat
organoleptiknya (Wikipedia, 2011). Pati resisten sulit dicerna di usus halus
sehingga pati ini memiliki sifat yang mirip seperti serat makanan yang langsung
masuk ke usus besar dan sedikit terfermentasi oleh mikroflora di dalam usus
besar dan memberikan pengaruh positif terhadap koloni di dalam usus meningkatkan
jumlah produksi bakteri baik (Fuentes-Zaragoza, et al., 2010).
Pati resisten dapat dikelompokkan menjadi 4 tipe. Pati tipe pertama (RS I)
yaitu pati yang terperangkap di dalam jaringan seperti pada serealia dan biji-bijian.
Pati tipe kedua (RS II) merupakan granula pati yang tidak tercerna oleh enzim
203
pencernaan seperti pati pada pisang mentah, kentang mentah, dan tepung jagung. Pati tipe ketiga (RS III) adalah pati yang terbentuk dari hasil retrogradasi pati. Pati tipe keempat (RS IV) adalah pati hasil modifikasi kimia (Kusnandar, 2011).
Pati termodifikasi tipe RS III dan RS IV dapat diperoleh dengan beberapa cara pengolahan. Proses pengolahan tersebut dikelompokkan menjadi 3 proses modifikasi, yaitu proses fisik, proses kimia, dan proses biokimia. Proses fisik dapat dilakukan dengan beberapa cara pengolahan, seperti pregelatinisasi, HMT (heat moisture treatment), pemasakan dengan uap (steam cooking), pemasakan dengan uap bertekanan tinggi (autoclaving), parboiling, pemanggangan (baking), dan ekstruksi (Siljestrom dan Asp, 1985; Kusnandar, 2011).
Proses modifikasi secara kimia dapat dilakukan dengan berbagai proses, seperti ikatan silang (crosslinking), substitusi, hidrolisis asam, dan kombinasi ikatan silang dengan substitusi (Kusnandar, 2011). Sedangkan proses modifikasi pati secara biokimia dapat dilakukan dengan menambahkan enzim atau mikroba penghasil enzim (Herawati, 2010).
Menurut Okoniewska dan Witwer (2007), pati resisten di dalam usus halus dapat menurunkan respon glikemik dan insulemik pada penderita diabetes, penderita hiperinsulemik, dan penderita disiplidemia. Pati resisten akan sampai di usus besar tanpa mengalami perubahan dan berkontribusi sebagai serat pangan. Pati resisten memiliki banyak manfaat selain perannya sebagai serat pangan dan mencegah kenaikan gula darah. Di dalam usus besar, pati resisten akan terfermentasi oleh bakteri anerobik. Proses fermentasi tersebut juga banyak memberikan efek positif bagi kesehatan manusia.
241
Proses fermentasi pati resisten yang terjadi di usus besar menghasilkan asam lemak rantai pendek (butirat) yang lebih tinggi dan menurunkan pH di usus besar sehingga pertumbuhan bakteri pathogen dapat terhambat. Proses fermentasi tersebut terjadi secara sempurna dan fermentasi ini akan menstimulasi kolonisasi Lactobacillus dan Bifidobacteria. Fermentasi yang terjadi tidak menghasilkan gas dalam jumlah yang besar dan juga dapat menurunkan toksisitas air fekal. Selain itu, proses fermentasi yang terjadi di usus besar akan menurunkan jumlah asam empedu sekunder, meningkatkan penyerapan magnesium dan kalsium, meningkatkan rasa kenyang dengan adanya peningkatan ekspresi genetik penstimulasi rasa kenyang yang dihubungkan pada hormone GLP-1 dan PYY di dalam usus besar, memperbaiki sensitifitas hormon insulin, menstimulasi sistem imun, menurunkan faktor resiko kanker kolon (Harmayani, 2008).
Pati resisten bersifat mudah mengikat dan memerangkap air. Hal ini menyebabkan kadar air feses akan tetap terjaga sehingga mencegah terjadinya sembelit. Selain itu, pati resisten juga memiliki efek hipoglikemik dan hipokolesterolemik, menghambat akumulasi lemak, dan mengurangi pembentukan batu empedu (Sajilata, et al., 2006).
Ubi kayu (Manihot esculenta) merupakan sejenis tanaman umbi-umbian yang mengandung karbohidrat tinggi dengan kadar amilosa yang rendah dan amilopektin yang tinggi sehingga dapat dijadikan bahan makanan sumber karbohidrat sebagai pengganti beras (Rismayani, 2007). Ubi kayu memiliki sifat fungsional yaitu kandungan pati resisten yang dapat diperoleh melalui proses pengolahan.
Pada penelitian ini, perlakuan modifikasi dilakukan dengan dua macam proses modifikasi, yaitu proses fisik dan proses kimia. Proses modifikasi fisik
252
dilakukan dengan cara autoclaving pada suhu 110oC dan 121oC, sedangkan perlakuan modifikasi kimia dilakukan dengan cara perlakuan asam, yaitu dengan penambahan HCl 1% dan 2%. Perlakuan modifikasi ini dilakukan pada empat varietas ubi kayu khas Sumatera Utara, yaitu ubi kayu ketan, ubi kayu kuning, ubi kayu gunting saga, dan ubi kayu roti.
Karakteristik fisik, kimia, dan fungsional pati ubi kayu berhubungan erat dengan jenis, umur panen, dan tempat tanam ubi kayu (Chatakanonda, et al., 2003). Ubi kayu dari jenis yang berbeda akan menghasilkan karakteristik pati ubi kayu yang berbeda. Teknik pengolahan (proses modifikasi) pati dalam hal ini pati alami ubi kayu juga akan mempengaruhi karakteristik pati resisten yang dihasilkan (Sajilata, et al., 2006). Lebih lanjut karakteristik pati ubi kayu termodifikasi tersebut dapat mempengaruhi bagaimana pemanfaatan pati tersebut sebagai sumber bahan baku untuk olahan pangan. Pati resisten tipe III memiliki sifat yang stabil terhadap panas pada proses pengolahan sehingga baik digunakan sebagai bahan (ingridien) pada berbagai macam makanan konvensional (Harmayani, 2008).
Pati resisten yang dimodifikasi secara fisik baik digunakan untuk produk roti tawar, bubur instan, memperbaiki tekstur pada pembuatan cake, muffins atau brownies, meningkatkan kerenyahan (crispness) permukaan produk pangan yang diolah dengan menggunakan suhu tinggi seperti waffles dan toaste, meningkatkan ekspansi produk pangan ekstrusi seperti snack dan sereal (Anggi, 2011; Sajilata, et al., 2006). Pati resisten yang dimodifikasi secara kimia baik digunakan produk makanan beku, bahan pengisi pie, bakery, puding, sup, saos, salad dressing, gum candy (Hustiany, 2006; Smith, 1982). Sejauh ini data
236
tentang produksi dan karakteristik pati resisten dari ubi kayu lokal di Sumatera Utara belum banyak diperoleh. Dengan demikian penelitian ini bertujuan untuk mengkaji produksi dan karakteristik pati resisten dari ubi kayu jenis lokal di Sumatera Utara.
Perumusan Masalah Karbohidrat merupakan sumber energi terbaik dibandingkan lemak dan
protein. Akan tetapi, banyak sekali masalah-masalah kesehatan yang timbul akibat mengonsumsi karbohidrat seperti obesitas, diabetes, dan lain-lain. Karbohidrat sederhana seperti gula meja (gula pasir, sukrosa) akan menimbulkan peningkatan kadar gula darah yang cepat apabila dikonsumsi dalam jumlah besar karena penyerapan glukosa oleh usus halus juga terjadi dalam waktu yang cepat sehingga jumlah glukosa yang dialirkan ke darah akan banyak dalam waktu yang singkat. Proses pencernaan karbohidrat kompleks membutuhkan waktu antara 1 sampai 4 jam untuk sampai ke usus halus sehingga kadar gula dalam darah juga lebih terkontrol. Walaupun karbohidrat kompleks dapat mencegah peningkatan gula darah, tetapi mengonsumsi karbohidrat dalam jumlah besar juga akan menyebabkan kegemukan. Oleh sebab itu, dibutuhkan bahan pangan yang tidak memberikan dampak yang buruk bagi kesehatan.
Salah satu bentuk karbohidrat kompleks adalah pati resisten yaitu jenis pati yang tidak tercerna dalam sistem pencernaan manusia yang memiliki sifat fisiologis yang unik yang dapat digunakan untuk meningkatkan serat pangan dengan sedikit perubahan dari penampakan dan sifat organoleptiknya. Pati resisten tersebut akan dihasilkan melalui proses pengolahan pati seperti proses fisik, proses kimia, dan proses biokimia.
247
Ubi kayu merupakan bahan pangan lokal yang ternyata tidak hanya mengandung pati biasa dalam jumlah besar tetapi juga memiliki sifat fungsional yang sangat bermanfaat bagi manusia. Sifat fungsional yang penting pada pati ubi kayu di antaranya adalah kandungan pati resisten yang sifatnya mirip dengan serat pangan. Kandungan dan karakteristik pati resisten ubi kayu akan berbeda-beda untuk masingmasing varietas. Oleh karena itu, perlu dilakukan penelitian tentang proses produksi pati resisten dan karakteristik pati resisten dari berbagai varietas ubi kayu, dalam hal ini adalah varietas ubi kayu yang banyak ditanam di Sumatera Utara yaitu ubi kayu ketan, ubi kayu kuning, ubi kayu gunting saga, dan ubi kayu roti.
Tujuan Penelitian Tujuan dari penelitian ini adalah untuk mempelajari karakteristik pati alami
dari empat varietas ubi kayu yang ada di Sumatera Utara yaitu ubi kayu ketan, ubi kayu kuning, ubi kayu gunting saga dan ubi kayu roti, mempelajari pengaruh proses fisik dan proses kimia terhadap produksi pati resisten pada empat varietas ubi kayu, dan untuk mengetahui karakteristik pati modifikasi yang dihasilkan dari beberapa proses modifikasi pati pada empat varietas ubi kayu.
Kegunaan Penelitian Penelitian ini berguna untuk mendapatkan data penyusunan skripsi sebagai
salah satu syarat dalam memperoleh gelar Sarjana Teknologi Pertanian di Fakultas Pertanian, Universitas Sumatera Utara, Medan. Hasil penelitian ini diharapkan dapat digunakan sebagai sumber informasi ilmiah dan rekomendasi baik bagi pemerintah maupun pihak industri dalam memanfaatkan ubi kayu sebagai bahan pangan yang sehat serta menunjang ketahanan pangan nasional melalui diversifikasi pangan. Pati
258
modifikasi yang dihasilkan juga dapat menjadi peluang sebagai bahan baku bagi industri pangan fungsional sehingga mendorong munculnya produk-produk ubi kayu yang lebih beragam dan mendorong berkembangnya industri berbahan pati resisten ubi kayu. Hal ini pada akhirnya akan dapat meningkatkan nilai jual komoditas ubi kayu dan meningkatkan pendapatan petani ubi kayu.
Hipotesis Penelitian Varietas ubi kayu, proses modifikasi pati ubi kayu (proses fisik dan proses
kimia), serta interaksi antara varietas dan proses modifikasi pati berpengaruh terhadap produksi pati resisten.
TINJAUAN PUSTAKA
26
Ubi Kayu (Manihot esculenta) Ubi kayu (Manihot esculenta) tumbuh dengan sangat baik di daerah-daerah
dengan suhu antara 25oC-29oC dengan ketinggian daerah sekitar 1.500 m. dpl. ke bawah, dan dengan rata-rata curah hujan antara 1.000-1.500 mm per tahun. Akan tetapi, tanaman ini juga dapat tumbuh di daerah kering dengan hasil yang lebih rendah. Untuk hasil panen yang lebih baik dapat diperoleh dengan pemberian pupuk potash (kalium karbonat). Beberapa varietas tanaman ubi kayu yang banyak memberikan hasil adalah sebagai berikut: 1. Jenis Mangi yaitu umbi-umbian berbentuk panjang bertangkai, kadar zat tepung
sekitar 37%, rasanya manis, dan umbi yang dihasilkan sebanyak ±200 kuintal/hektar luas pertanaman. 2. Jenis Valenca yaitu umbi-umbian yang berukuran sedang sampai gemuk dan bertangkai, kadar zat tepung 33,1%, rasanya manis, dan umbi yang dihasilkan sebanyak 200 kuintal per hektar luas pertanaman. 3. Jenis Betawi yaitu umbi-umbian yang berukuran gemuk dan tidak bertangkai, kadar zat tepung ± 34,4%, rasanya manis, dan umbi yang dihasilkan sebanyak 200-300 kuintal per hektar luas pertanaman. 4. Jenis Bogor yaitu umbi-umbian yang berukuran gemuk dan bertangkai, kadar zat tepung 30,9%, rasanya pahit dan beracun, dan umbi yang dihasilkan sebanyak 400 kuintal per hektar luas pertanaman.
9
2170
5. Jenis Basiorao yaitu umbi-umbian yang berukuran agak gemuk dan bertangkai, kadar zat tepung 31,2%, beracun dan rasanya pahit, dan umbi yang dihasilkan sebanyak 300 kuintal per hektar luas pertanaman.
6. Jenis Sao Pedro Petro yaitu umbi-umbian yang berukuran sedang sampai gemuk dan bertangkai, kadar zat tepung 35,4%, pahit dan beracun, dan umbi yang dihasilkan sebanyak 400 kuintal per hektar luas pertanaman.
7. Jenis Muara yaitu umbi-umbian yang berukuran gemuk, kadar zat tepung 26,9%, sangat beracun, dan umbi yang dihasilkan sebanyak 400 kuintal per hektar luas pertanaman (Kartasapoetra, 1989). Komponen fisik ubi kayu terdiri dari kulit, biasanya terdapat 2 lapis kulit
yaitu kulit luar dan kulit dalam. Diikuti oleh daging ubi kayu dengan lapisan kambium dan daging ubi kayu yang berwarna putih, kuning atau gading. Umbiumbinya kaya akan karbohidrat dan dapat diolah dengan berbagai macam pengolahan seperti peragian ubi yang disebut dengan tape ubi. Umbi yang mentah dapat diolah menjadi tepung tapioka dan daunnya yang kering dimanfaatkan untuk pakan ternak (Syarief dan Irawati, 1988).
Ubi kayu/singkong (Manihot esculenta) merupakan sejenis tanaman umbiumbian yang mengandung karbohidrat tinggi dengan kadar amilosa yang rendah dan amilopektin yang tinggi sehingga dapat dijadikan bahan makanan sumber karbohidrat sebagai pengganti beras. Karbohidrat yang tinggi pada ubi kayu ternyata merupakan sifat yang tidak dimiliki oleh umbi-umbian lainnya sehingga ubi kayu dapat dimanfaatkan secara luas (Rismayani, 2007). Kandungan gizi yang terkandung dalam 100 gram ubi kayu dapat dilihat pada Tabel 2.
2181
Tabel 2. Kandungan gizi dalam 100 gram ubi kayu
Komponen gizi
Energi Karbohidrat Protein Lemak Mineral Zat besi Kalsium Fosfor Vitamin C Vitamin B Air
Sumber : Suprapti (2005)
Kadar per 100 gram bahan
146 Kal 34,7 g
1,2 g 0,3 g 1,3 g 0,0007 mg 0,003 mg 0,004 mg 0,003 mg 0,006 mg 62,5 g
Pati Pati merupakan karbohidrat yang terdiri atas amilosa dan amilopektin.
Amilosa adalah bagian polimer linier dengan ikatan α-(1,4) unit glukosa yang memiliki derajat polimerisasi setiap molekulnya yaitu 102-104 unit glukosa. Sedangkan amilopektin merupakan polimer α-(1,4) unit glukosa yang memiliki percabangan α-(1,6) unit glukosa dengan derajat polimerisasi yang lebih besar yaitu 104-105 unit glukosa. Bagian percabangan amilopektin terdiri dari α-D-glukosa dengan derajat polimerisasi sekitar 20-25 unit glukosa (Kusnandar, 2011).
Jumlah pati yang dihasilkan dengan beberapa perbandingan molekul amilosa dan amilopektin tergantung dari sumber tanaman asal, seperti tapioka yang hanya mengandung amilosa sebesar 17% dan sisanya adalah amilopektin yaitu sebesar 83% sedangkan pada jagung jumlah amilosa bisa mencapai 25% sampai 80% dan sisanya amilopektin (Smith, 1982).
Menurut Winarno (1992), kandungan pati yang terdapat di dalam ubi kayu adalah 34,6%. Amilosa merupakan fraksi pati yang terlarut. Molekul amilosa yang memiliki sifat hidrofilik dengan afinitas air yang tinggi menyebabkan amilosa pati
2192
semakin paralel dengan ikatan hidrogen. Apabila afinitas tersebut menurun maka
ukuran pati akan membesar sehingga pada konsentrasi rendah akan terjadi