Waktu dan Tempat Penelitian
Penelitian ini dilaksanakan pada bulan Agustus 2012 – April 2013 di Laboratorium Analisa Kimia Bahan Pangan dan Teknologi Pangan Fakultas Pertanian Universitas Sumatera Utara. Sedangkan pengujian sifat amilografi dilakukan di Laboratorium PAU Pangan dan Gizi, Institut Pertanian Bogor, pengujian kadar pati resisten di Laboratorium CV. Chemix Pratama, Yogyakarta, dan pengujian bentuk dan ukuran granula pati di Laboratorium Mikrobiologi Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam, Universitas Sumatera Utara.
Bahan Penelitian
Bahan utama yang digunakan dalam penelitian ini adalah pati alami dari empat varietas ubi kayu lokal Sumatera Utara, yaitu ubi kayu ketan, ubi kayu kuning, ubi kayu gunting saga dan ubi kayu roti. Empat varietas ubi kayu tersebut diperoleh dari petani ubi kayu Desa Tambakrejo Kabupaten Deli Serdang dengan usia panen rata-rata 10 bulan.
Reagensia
Bahan-bahan kimia yang digunakan untuk modifikasi pati adalah HCl 1% dan 2%, NaOH 0,1 N, dan akuades serta bahan-bahan untuk analisa sifat fisika-kimia dan fungsional pati ubi kayu seperti etanol, NaOH, H2SO4 pekat, K2SO4, CuSO4, hexan, aseton, glukosa standard, phenol, eter, DNS (Dinitrosalisilat).
Alat Penelitian
Peralatan yang digunakan untuk ekstraksi pati ubi kayu yaitu mesin penggiling, oven, sieve shaker, saringan 80 mesh. Peralatan yang digunakan untuk modifikasi pati ubi kayu dengan proses fisik adalah autoclave, refrigerator, oven. Peralatan yang digunakan untuk modifikasi pati ubi kayu dengan proses kimia adalah waterbath, oven. Peralatan yang digunakan untuk karakterisasi sifat fisika-kimia dan fungsional pati alami dan pati termodifikasi adalah neraca analitik, cawan aluminium, cawan porselin, desikator, mikroskop polarisasi, hot plate, Rapid Visco Analyzer (RVA), soxhlet, kjedhal, oven, spektrofotometer, pH meter.
Metode Penelitian
Kegiatan yang dilakukan dalam penelitian ini terdiri dari dua tahap, yaitu : a. Tahap 1 : Pembuatan pati alami dari 4 varietas ubi kayu (V).
V1= Ubi kayu ketan V2= Ubi kayu kuning V3= Ubi kayu gunting saga V4= Ubi kayu roti
Semua perlakuan dibuat dalam 5 kali ulangan. Parameter mutu pati yang diamati meliputi karakteristik fisikokimia dan fungsional meliputi sifat amilografi dengan Rapid Visco Analyzer (RVA), bentuk dan ukuran granula pati (Mikroskop Polarisasi), kadar air (AOAC, 1995), nilai pH, kadar abu (SNI-01- 3451-1994), kadar lemak dengan metode Soxhlet (AOAC, 1995), kadar protein dengan metode Mikro-Kjeldhal (AOAC, 1995), pengukuran kadar pati resisten (Kim, et al., 2003), kadar pati dengan metode hidrolisis asam (Apriyantono, et al., 1989), dan analisis total gula (Dubois, et al., 1956).
b. Tahap 2 : Modifikasi pati dengan metode fisik dan kimia. Penelitian ini menggunakan Rancangan Acak Lengkap (RAL) dengan dua faktor yaitu pati alami dari 4 varietas ubi kayu dan metode modifikasi pati resisten.
Faktor I : Varietas ubi kayu (V)
V1= Pati alami ubi kayu ketan
V2= Pati alami ubi kayu kuning (mentega) V3= pati alami ubi kayu gunting saga V4= Pati alami ubi kayu roti
Faktor II : Metode modifikasi pati resisten (P) P1= Autoclaving(110oC)
P2= Autoclaving(121oC) P3= Penambahan HCl 1% P4= Penambahan HCl 2%
Semua perlakuan dibuat dalam 3 kali ulangan. Pati termodifikasi yang dihasilkan kemudian dilakukan pengujian karakteristik fisikokimia dan fungsional meliputi sifat amilografi dengan Rapid Visco Analyzer(RVA), bentuk dan ukuran granula pati (Mikroskop Polarisasi), kadar air (AOAC, 1995), nilai pH, kadar abu (SNI- 01-3451-1994), kadar lemak dengan metode Soxhlet (AOAC, 1995), kadar protein dengan metode Mikro-Kjeldhal (AOAC, 1995), pengukuran kadar pati resisten (Kim, et al., 2003), kadar pati dengan metode hidrolisis asam (Apriyantono, et al., 1989), dan analisis total gula (Dubois, et al., 1956).
Model Rancangan (Bangun, 1991)
Penelitian ini dilakukan dengan model Rancangan Acak Lengkap (RAL) dua faktorial dengan model sebagai berikut:
Ŷijk= µ + αi+ βj+ (αβ)ij+ εijk dimana:
Ŷijk : Hasil pengamatan dari faktor V pada taraf ke-i dan faktor P pada taraf ke-j dalam ulangan ke-k
µ : Efek nilai tengah
αi : Efek faktor V pada taraf ke-i βj : Efek faktor P pada taraf ke-j
(αβ)ij : Efek interaksi faktor V pada taraf ke-i dan faktor P pada taraf ke-j
εijk : Efek galat dari faktor V pada taraf ke-i dan faktor P pada taraf ke-j dalam
ulangan ke-k
Apabila diperoleh hasil yang berbeda nyata dan sangat nyata maka uji dilanjutkan dengan uji beda rataan, menggunakan uji Least Significant Range(LSR).
Pelaksanaan Penelitian Ekstraksi pati ubi kayu
Ubi kayu (ubi kayu ketan, ubi kayu kuning, ubi kayu gunting saga, dan ubi kayu roti) dikupas dan dicuci kemudian ditimbang beratnya. Bahan dihaluskan dengan menggunakan alat penghalus sampai bahan halus menjadi bubur. Setelah itu, bubur bahan ditambahkan air (1 bagian bubur ditambah dengan 3 bagian air) dan diaduk-aduk agar pati lebih banyak keluar dari jaringan bahan. Kemudian bubur bahan ubi kayu (ubi kayu ketan, ubi kayu kuning, ubi kayu gunting sagu, dan ubi kayu roti) disaring dengan kain saring sehingga pati lolos dari saringan sebagai suspensi pati dan serat tertinggal pada kain saring. Suspensi pati ditampung pada wadah pengendapan. Lalu suspensi pati dibiarkan mengendap di dalam wadah pengendapan selama 12 jam. Pati akan mengendap sebagai pasta. Setelah
mengendap, pasta dicuci berulang kali. Kemudian pasta diletakkan di atas loyang dan dikeringkan dengan menggunakan oven pada suhu 50oC selama 24 jam. Setelah pati kering, selanjutnya dihaluskan dengan menggunakan blender dan diayak dengan ayakan yang berukuran 80 mesh. Dihasilkan pati ubi kayu dan dikemas di dalam plastik dalam keadaan tertutup rapat.
Modifikasi proses fisik
Prosedur modifikasi proses fisik mengacu pada metode Sajilata, et al., (2006). Pati alami ubi kayu (ubi kayu ketan, ubi kayu kuning, ubi kayu gunting saga, dan ubi kayu roti) disuspensikan dengan cara menambahkan air dengan perbandingan pati dan air yaitu 1:3. Kemudian suspensi tersebut dipanaskan dengan menggunakan autoclavepada suhu tinggi selama 30 menit. Suhu pemanasan yang digunakan pada penelitian ini adalah suhu 110oC (Berry, 1986 di dalam Herawati, 2010) dan suhu 121oC (Berry (1986) di dalam Herawati (2010); Bjorck dan Nyoman (1987) di dalam Herawati (2010); Sievert dan Pomeranz (1989) di dalam Herawati (2010); Sievert dan Wursch (1993) di dalam Herawati (2010)). Setelah dipanaskan, suspensi pati didinginkan pada suhu ruang selama 20 menit dan dilanjutkan dengan penyimpanan pada suhu 4oC selama 24 jam. Kemudian dikeringkan pada suhu 60oC selama 24 jam dan setelah itu dihaluskan. Pati yang telah dihaluskan, diayak dengan menggunakan ayakan 80 mesh. Pati yang lolos dikemas dengan menggunakan plastik dan tertutup rapat.
Modifikasi proses kimia
Prosedur modifikasi proses kimia mengacu pada metode Haryati (2004). Pati alami ubi kayu (ubi kayu ketan, ubi kayu kuning, ubi kayu gunting saga, dan ubi kayu roti) disuspensikan sebanyak 30% ke dalam larutan HCl berbagai konsentrasi.
Pada penelitian ini, 90 gr pati alami disuspensikan ke dalam 300 ml HCl dengan konsentrasi 1% dan 2%. Suspensi pati tersebut dipanaskan dengan menggunakan penangas air. Selama pemanasan, dilakukan pengadukan secara terus-menerus untuk menghomogenkan pati yang tergelatinisasi. Pemanasan dilakukan selama 1 jam. Setelah itu pati yang telah tergelatinisasi didinginkan pada suhu ruang selama 20 menit dan dilanjutkan dengan pengeringan pada suhu 50oC selama 24 jam. Pati yang telah kering, dihaluskan dan disuspensikan kembali dengan 100 ml air kemudian dinetralkan dengan menambahkan NaOH 0,1 N sampai pH netral (7). Setelah itu, pati dibiarkan mengendap kembali kemudian airnya dibuang. Pati yang telah mengendap dikeringkan kembali pada suhu 50oC selama 24 jam. Setelah kering, dihaluskan dan disuspensikan dengan menambahkan air kembali lalu diendapkan dan pati yang mengendap dikeringkan pada suhu 50oC selama 12 jam. Setelah kering, pati dihaluskan dan diayak dengan ayakan 80 mesh. Pati yang lolos dikemas dengan plastik tertutup rapat.
Pengamatan dan pengukuran data
Pengamatan dan pengukuran data dilakukan dengan cara analisa. Pada pati ubi kayu baik yang alami maupun yang termodifikasi fisik dan kimia diamati karakteristik fisiko kimia meliputi kadar air, nilai pH, kadar abu, kadar protein, kadar lemak serta sifat fungsional meliputi sifat amilografi, bentuk dan ukuran granula pati, kadar pati, kadar pati resisten, dan total gula.
Kadar air (AOAC, 1995)
Sampel sebanyak 5 g dimasukkan ke dalam cawan alumunium yang telah dikeringkan selama satu jam pada suhu 105oC dan telah diketahui beratnya. Sampel
tersebut dipanaskan pada suhu 105oC selama tiga jam, kemudian didinginkan dalam desikator sampai dingin kemudian ditimbang. Pemanasan dan pendinginan dilakukan berulang sampai diperoleh berat sampel konstan.
Kadar air = Berat sampel awal – Berat sampel akhir x 100% Berat sampel awal
Kadar abu (SNI-01-3451-1994)
Sampel sejumlah 5 g dimasukkan ke dalam cawan porselin kering yang telah diketahui beratnya (yang terlebih dulu dibakar dalam tanur dan didinginkan dalam desikator). Kemudian sampel dipijarkan di atas pembakar mecker kira-kira 1 jam, mula-mula api kecil dan selanjutnya api dibesarkan secara perlahan-lahan sampai terjadi perubahan contoh menjadi arang. Arang dimasukkan ke dalam tanur dengan suhunya 580 – 620oC sampai terbentuk abu. Cawan yang berisi abu dipindahkan ke dalam oven pada suhu sekitar 100oC selama 1 jam. Setelah itu cawan yang berisi abu didinginkan dalam desikator sampai mencapai suhu kamar dan selanjutnya ditimbang beratnya. Pemijaran dan pendinginan diulangi sehingga diperoleh perbedaan berat antara dua penimbangan berturut-turut lebih kecil dari 0,001 g. Kadar abu dihitung dengan formula sebagai berikut.
Kadar abu = (g) sampel bobot (g) abu bobot x 100 %
Kadar lemak (AOAC, 1995)
Analisa lemak dilakukan dengan metode Soxhlet. Sampel sebanyak 5 g dibungkus dengan kertas saring, kemudian diletakkan diletakkan dalam alat ekstraksi Soxhlet. Alat kondensor dipasang diatasnya dan labu lemak di bawahnya. Pelarut lemak heksan dimasukkan ke dalam labu lemak, kemudian dilakukan reflux selama ± 6 jam sampai pelarut turun kembali ke labu lemak dan berwarna jernih. Pelarut yang
ada dalam labu lemak didestilasi dan ditampung kembali. Kemudian labu lemak yang berisi lemak hasil ekstraksi dipanaskan dalam oven pada suhu 105oC hingga mencapai berat yang tetap, kemudian didinginkan dalam desikator. Labu beserta lemaknya ditimbang. Kadar (g) Sampel Bobot (g) Lemak Bobot Lemak x 100 %
Kadar protein (metode kjeidahl, AOAC, 1995)
Sampel sebanyak 0,2 g yang telah dihaluskan dimasukkan ke dalam labu kjedhal 30 ml selanjutnya ditambahkan dengan 1,5 ml H2SO4 pekat, 2 g katalis (CuSO4 dan K2SO4). Sampel dididihkan selama 2 jam atau sampai cairan bewarna hijau kebiruan. Labu beserta isinya didinginkan lalu isinya dipindahkan ke dalam alat destilasi dan ditambahkan 15 ml larutan NaOH 40%. Kemudian dibilas dengan air suling. Labu erlenmeyer 250 ml berisi H2SO40,025N diletakan di bawah kondensor, sebelumnya ditambahkan ke dalamnya 2 – 4 tetes indikator mengsel (campuran metil merah 0,02% dalam alkohol dan metil biru 0,02% dalam alkohol dengan perbandingan 2:1). Ujung tabung kondensor harus terendam dalam labu larutan H2SO4, kemudian dilakukan destilasi hingga sekitar 125 ml destilat dalam labu erlenmeyer. Ujung kondensor kemudian dibilas dengan sedikit air destilat dan ditampung dalam erlenmeyer lalu dititrasi dengan NaOH 0,02 N sampai terjadi perubahan warna ungu menjadi hijau. Penetapan blanko dilakukan dengan cara yang sama.
Kadar Protein = ( A-B) X N X 0,014 X 6,25 x 100% Bobot Sampel
A = ml NaOH untuk tittrasi blanko B = ml NaOH untuk titrasi sampel N = Normalitas NaOH
Nilai pH
Sampel ditimbang sebanyak 10 g, dimasukkan dalam beaker glass, ditambah dengan 100 ml akuades, kemudian diaduk. Diukur Nilai pH dengan menggunakan pH meter (Hanna Instrument).
Sifat amilografi dengan Rapid Visco Analyzer(RVA)
Karakteristik pasta diukur dengan menggunakan Rapid Visco Analyzer (RVA). Sebanyak ± 3 g dilarutkan secara langsung pada akuades sebanyak ± 25 ml pada canister. Pada pengukurannya digunakan standard dua dimana sampel akan diatur suhu awalnya 50oC dalam satu menit pertama kemudian dipanaskan sampai suhu 95oC dalam waktu 7,5 menit dan ditahan pada suhu tersebut selama 5 menit. Setelah itu, suhu sampel didinginkan kembali pada suhu awal 50oC selama 7,5 menit dan ditahan selama 2 menit. Kecepatan rotasi diatur pada 160 rpm selama proses berlangsung. Parameter yang dapat diukur antara lain suhu awal gelatinisasi, viskositas puncak (VP), viskositas pasta panas (VPP), viskositas akhir (FV) pada akhir pendinginan, viskositas breakdown (BD=VP-VPP), viskositas setback (SB=FV-VPP), suhu pada saat viskositas puncak.
Kadar pati (hidrolisis asam, Apriyantono et al., 1989)
Sampel sebanyak 2-5 g yang telah dihaluskan dimasukkan ke dalam beaker glass 250 ml, selanjutnya ditambahkan 50 ml alkohol 80 % dan diaduk selama 1 jam. Suspensi tersebut disaring dengan kertas saring dan dicuci dengan air sampai volume filtrat 250 ml. filtrat ini mengandung karbohidrat yang terlarut dan dibuang. Residu pati yang terdapat pada kertas saring dicuci sebanyak 5 kali dengan 10 ml ether. Dibiarkan ether menguap dari residu, kemudian cuci kembali dengan 150 ml alkohol
10% untuk membebaskan lebih lanjut karbohidrat yang terlarut. Residu dipindahkan secara kuantitatif dari kertas saring ke dalam erlenmeyer dengan cara pencucian dengan 200 ml air dan ditambahkan 20 ml HCl 25%. Kemudian ditutup dengan penangas balik dan dipanaskan di atas penangas air sampai mendidih selama 2,5 jam pada suhu 100oC. Dibiarkan dingin dan dinetralkan dengan larutan NaOH 45% dan diencerkan sampai volume 500 ml sampai ± pH 7. Disaring kembali campuran di atas pada kertas saring, setelah itu ditentukan kadar gula yang dinyatakan sebagai glukosa dari filtrat yang diperoleh.
Kadar pati resisten (Kim, et al., 2003)
Sampel pati sebanyak 0,5 g didispersikan ke dalam 25 ml buffer fosfat (0,08 M, pH 6). Ditambahkan 0,05 ml heat stable alfa-amilase (ditutup dengan aluminium foil). Dimasukkan ke dalam penangas air dengan suhu 95oC selama 15 menit, diagitasi setiap 5 menit. Didinginkan di suhu ruang. Ditambahkan 5 ml NaOH (0,275 N) dan 0,05 ml protease (50 mg/ml larutan protease dalam buffer fosfat). Dimasukkan ke dalam penangas air ber-shaker pada suhu 60oC selama 30 menit, kemudian didinginkan. Ditambahkan 5 ml HCl (0,325 N) sehingga pH menjadi 4,3. Ditambahkan 0,6 ml enzim amyloglukosidase. Diletakkan pada penangas air ber- shaker (60oC, 30 menit). Ditambahkan etanol 95% dan campuran dibiarkan di suhu ruang selama satu malam. Endapan disaring dengan kertas saring. Residu yang tidak larut dicuci dengan 20 ml etanol 78% sebanyak 3 kali, 10 ml etanol murni sebanyak 2 kali, dan 10 ml aseton sebanyak 2 kali. Dikeringkan residu di dalam oven pada suhu 105oC. Kadar pati resisten dihitung dengan menggunakan rumus :
Kadar pati resisten = berat residu yang tidak larut x 100% berat sampel (g)
Penetapan total gula (metode Nelson-Somogyi, Apriyantono et al., 1989)
Dipipet 2 ml larutan jernih yang bebas impuritas, kemudian dimasukkan ke dalam tabung reaksi, tambahkan 2 ml pereaksi tembaga sulfat. Ditutup tabung reaksi. Kemudian ditempatkan tabung reaksi dalam penangas air 100oC selama 10 menit, kemudian didinginkan selama 5 menit di dalam air mengalir. Ditambahkan 1 ml pereaksi arsenomolibdat, dicampur merata. Diencerkan sisi tabung reaksi sampai volume tertentu antara 10-25 ml, tergantung kepekatan warna larutan. Diukur absorbansinya pada 500 atau 520 nm (absorbansi maksimum pada 660 nm). Blanko dibuat sama seperti di atas kecuali sampel diganti dengan air. Dibuat kurva standar dari larutan glukosa standar 50, 150, dan 300 µg/ml dengan cara yang sama seperti penetapan sampel.
Bentuk granula pati (metode mikroskop polarisasi)
Bentuk granula dapat dilihat di bawah mikroskop yaitu, mikroskop polarisasi cahaya dan mikroskop cahaya (Olympus model BHB, Nippon Kogaku, Jepang) yang dilengkapi dengan kamera (Olympus model C-35A) dengan cara sebagai berikut :
Untuk pengamatan di bawah mikroskop polarisasi cahaya yaitu suspensi pati disiapkan dengan mencampur butir pati dengan air destilasi, kemudian ditambahkan larutan iod untuk menambah daya konsus. Suspensi ini diteteskan di atas gelas objek dan kemudian ditutup dengan gelas penutup. Objek diuji dengan meneruskan cahaya melalui alat polisator dan selama pengamatan alat analisator diputar sehingga cahaya terpolarisasi sempurna yang ditunjukkan oleh butir-butir pati yang belum mengalami gelatinisasi dengan sifat birefringence. Bila pengamatan dilakukan tanpa menggunakan polisator dan alat penganalisa (analisator), maka disebut mikroskop cahaya.
Gambar 2. Skema ekstraksi pati ubi kayu Dihaluskan dengan menggunakan blender Dikeringkan di oven dengan suhu 50oC selama 24 jam
Diletakkan pasta diatas loyang
Dibiarkan selama 12 jam dan pati akan mengendap sebagai pasta lalu pasta dicuci Disaring dengan kain saring
Ditambah air (1:3) dan diaduk Diparut halus hingga menjadi bubur
Ditimbang beratnya Ubi Kayu
Pati ubi kayu
Diayak dengan menggunakan ayakan ukuran 80 mesh dan dikemas Analisa : - Kadar air - Kadar abu - Kadar lemak - Kadar protein - Nilai pH - Sifat amilograf - Bentuk dan ukuran
granula pati - Pati resisten - Pati
- Total gula Disortasi dan dikupas
1. Ubi kayu ketan 2. Ubi kayu kuning 3. Ubi kayu gunting saga 4. Ubi kayu roti
Gambar 3. Skema modifikasi pati ubi kayu secara fisik Pati termodifikasi
Dikeringkan di oven pada suhu 60oC selama 24 jam Disimpan pada suhu 4oC di refrigerator selama 24 jam
Didinginkan pada suhu ruang selama 20 menit Autoclaving selama 30 menit
Pati ubi kayu
1. Suhu 1100C 2. Suhu 1210C Analisa : - Kadar air - Nilai pH - Sifat amilografi - Bentuk dan ukuran
granula pati - Kadar lemak - Kadar abu - Kadar protein - Kadar pati
- Kadar pati resisten - Total gula
1. Ubi kayu ketan 2. Ubi kayu kuning 3. Ubi kayu gunting saga 4. Ubi kayu roti
Disuspensikan dengan air (1:3)
Gambar 4. Skema modifikasi pati ubi kayu secara kimia Pati termodifikasi
Dipanaskan dipenangas air selama 1 jam sambil diaduk agar homogen
Analisa : - Kadar air - Nilai pH - Sifat amilografi - Bentuk dan ukuran
granula pati - Kadar lemak - Kadar abu - Kadar protein - Kadar pati
- Kadar pati resisten - Total gula
Pati ubi kayu
Disuspensikan dengan menambahkan HCl
Didinginkan pada suhu ruang selama 20 menit
1. Ubi kayu ketan 2. Ubi kayu kuning 3. Ubi kayu gunting saga 4. Ubi kayu roti
1. HCl 1% 2. HCl 2%
Dikeringkan pada suhu 50oC selama 24 jam
Dihaluskan
Dikeringkan pada suhu 50oC selama 24 jam
Dikeringkan pada suhu 50oC selama 12 jam Disuspensikan dengan menambahkan air sebanyak 100 ml
dan dinetralkan dengan NaOH 0,1 N sampai pH netral (7)
Dihaluskan dengan blender dan diayak dengan ayakan 80 mesh Dihaluskan dan disuspensikan kembali dengan air