4. HASIL DAN PEMBAHASAN
4.2. Derajat Gelatinisasi Beras Analog
Mikroskop cahaya terpolarisasi dan DSC digunakan untuk mengamati perubahan granula pati yang diakibatkan oleh perlakuan percobaan. Pengukuran derajat gelatinisasi dengan menggunakan mikroskop cahaya terpolarisasi dilakukan berdasarkan penurunan jumlah granula pati pada 64 bidang sudut pandang. Hasil pengamatan dengan menggunakan mikroskop cahaya terpolarisasi ditampilkan pada Gambar 20 dan 21. Foto mikroskop cahaya terpolarisasi memperlihatkan bahwa granula pati jagung masih terlihat sempurna dan birefringence granula pati masih tampak terlihat jelas (Gambar 20a). Pada tepung jagung yang telah mengalami perlakuan ekstrusi, granula pati memperlihatkan terjadinya perubahan. Pada suhu ekstrusi 50oC dan kadar air adonan 40% birefringence granula pati masih
38
terlihat dan mulai muncul lubang ditengah pada beberapa granula pati yang mengindikasikan bahwa granula pati tersebut mulai mengalami proses gelatinisasi (Gambar 20b). Pada suhu ekstrusi 60oC beberapa granula pati mulai berubah bentuk
akibat adanya pembengkakan (swelling). Jumlah granula pati yang masih memperlihatkan birefringence semakin berkurang dan hal ini menandakan telah terjadinya peningkatan proses gelatinisasi (Gambar 20c, 20d, dan 20e).
Gambar 20. Hasil pengamatan dengan menggunakan mikroskop cahaya terpolarisasi. Campuran pati-tepung jagung dengan rasio 1/9 (a), beras analog yang dihasilkan pada kondisi operasi 50oC-40% (b),
dan beras analog yang dihasilkan pada kondisi operasi 60oC-35%,
60oC-40%, 60oC-45 % (c, d, e).
Peningkatan kadar air adonan dari 35% menjadi 40% dan 45 % juga berpengaruh terhadap penurunan jumlah granula pati yang masih memperlihatkan birefringence. Pada suhu ekstrusi 70oC, 80oC, 90oC dan kadar air adonan 35%, 40%, 45% granula
pati di dalam beras analog tampak mengalami kerusakan seperti: kehilangan
birefringence, pecah menjadi beberapa bagian, dan terjadi penggumpalan dari
beberapa pecahan granula seperti yang tampak pada Gambar 21b–j (Budi et al.
2015a). Hasil ini membuktikan bahwa proses ekstrusi pada suhu 70oC–90oC dan
kadar air 35% – 45% telah menyebabkan granula pati tergelatinisasi sempurna (derajat gelatinisasi 100%).
Granula pati di dalam beras analog yang tergelatinisasi sempurna pada kondisi operasi ekstruder suhu 70oC – 90oC dan kadar air adonan 35% - 45% juga
teramati pada thermogram DSC tepung jagung dan beras analog seperti yang ditunjukkan pada Gambar 22 (Budi et al. 2015a). Kondisi operasi ekstruder pada suhu 70oC – 90oC dan kadar air adonan 35% – 45% telah menyebabkan hilangnya
puncak kurva gelatinisasi (Gambar 22). Pada thermogram DSC tepung jagung yang tidak diekstrusi, puncak kurva gelatinisasi masih terlihat jelas tetapi puncak kurva gelatinisasi tersebut hilang pada thermogram DSC beras analog pada kondisi operasi ekstruder suhu 70oC – 90oC dan kadar air adonan 35% – 45%.
39 Gambar 21. Hasil pengamatan dengan menggunakan mikroskop cahaya
terpolarisasi. Campuran pati-jagung dengan rasio 1/9 (a), beras analog yang dihasilkan pada kondisi operasi 70oC-35%, 70oC-40%,
70oC-45 % (b, c, d), pada kondisi operasi 80oC-35%, 80oC-40%,
80oC-45 % (e, f, g) dan pada kondisi operasi 90oC-35%, 90oC-40%,
90oC-45 % (h, i, j).
F.A.Nyanzi et al. (1995) menyatakan bahwa campuran pati jagung dan isolat protein kedelai (75:25) dengan kadar air 20% yang diekstrusi dengan ekstruder ulir tunggal pada suhu 50oC dan kecepatan ulir 120 rpm menghasilkan derajat
gelatinisasi 91.6%. Bhatnagar dan Hanna (1996) mengatakan bahwa pati jagung yang meninggalkan daerah melting zone sudah tergelatinisasi sempurna. Gaya geser pada adonan yang dihasilkan oleh gerakan memutar ulir ekstruder dan tekanan tinggi di daerah cooking zone dapat menghancurkan granula pati sehingga gelatinisasi dapat dicapai pada kadar air yang rendah karena kemungkinan perpindahan air ke dalam molekul amilopektin berlangsung lebih cepat (F.A.Nyanzi et al. 1995; Liu et al. 2009).
Mikroskop cahaya terpolarisasi dapat digunakan untuk mengukur derajat gelatinisasi berdasarkan granula pati yang masih utuh dan terlihat birefringencenya. Hasil pengukuran derajat gelatinisasi beras analog dengan mikroskop cahaya terpolarisasi ditampilkan pada Table 7 (Budi et al. 2015a). Pada suhu ekstrusi di bawah 70oC granula pati di dalam beras analog belum tergelatinisasi sempurna (<
40
Gambar 22. Thermogram DSC pati/tepung jagung pada rasio 1/9 dan beras analog yang dihasilkan pada suhu ekstrusi 70oC (a), 80oC (b), dan 90oC (c)
serta kadar air adonan 35% , 40%, dan 45%.
Kenaikan suhu ekstrusi dari 50oC menjadi 60oC pada kadar air adonan 40% akan
meningkatkan derajat gelatinisasi beras analog dari 8% menjadi 73%. Kenaikan kadar air adonan dari 35% menjadi 40% dan 45% juga meningkatkan derajat gelatinisasi dari 68% menjadi 73% dan 84%. Pada suhu ekstrusi 70oC, 80oC, dan
41 90oC granula pati di dalam beras analog sudah tergelatinisasi sempurna baik pada
kadar air adonan 35%, 40% maupun 45%. Begitu juga pengukuran derajat gelatinisasi dengan menggunakan DSC yang digunakan sebagai pembanding memberikan hasil yang sama seperti yang diperlihatkan pada Tabel 7 untuk suhu ekstrusi 70oC, 80oC, dan 90oC serta kadar air adonan 35%, 40%, dan 45% (Budi et al. 2015a). Hal ini menunjukkan bahwa tepung jagung yang digunakan mempunyai suhu gelatinisasi di sekitar suhu 70oC dan sesuai dengan data suhu gelatinisasi
campuran pati-tepung jagung dengan rasio 1/9 yang dianalisis dengan DSC, yaitu 72.68oC (Gambar 18). Gelatinisasi merupakan proses perubahan irreversible yang
disertai dengan perusakan struktur granula pati yang disebabkan oleh adanya pemanasan terhadap granula pati yang berada dalam lingkungan air (Liu et al.
2009). Di bawah kondisi tanpa adanya gaya geser proses gelatinisasi granula pati membutuhkan air dalam jumlah cukup banyak atau lebih dari 63%. Namun pada kondisi di bawah gaya geser seperti proses ekstrusi, gelatinisasi dapat dicapai pada kadar air rendah karena gaya geser merusak granula pati sehingga memungkinkan perpindahan ke dalam molekul secara lebih cepat. Selama proses ekstrusi kehilangan kristalinitas tidak disebabkan oleh penetrasi air tetapi oleh perusakan ikatan molekul secara mekanis dan thermal yang disebabkan oleh intensnya gaya geser dan panas di dalam ekstruder. Gaya geser dapat menyebabkan terjadinya pemecahan granula pati selama ekstrusi. Energi mekanik dan panas yang ditransfer ke adonan pati selama ekstrusi akan mempengaruhi perusakan ikatan primer dan sekunder (ikatan hidrogen) antara molekul-molekul pati yang berdekatan di dalam struktur granula pati (Barron et al. 2001; Liu et al. 2009).
Tabel 7. Derajat gelatinisasi beras analog pada beberapa kondisi operasi ekstrusi. Suhu Derajat Gelatinisasi
ekstrusi (oC) Mikroskop Cahaya
Terpolarisasi DSC 35% 40% 45% 35% 40% 45% 50 - 8 - - - - 60 68 73 84 - - - 70 100 100 100 100 100 100 80 100 100 100 100 100 100 90 100 100 100 100 100 100 100 100 100 100 100 100 100 Keterangan: - = tidak diukur karena tidak diperoleh sampel atau DSC bermasalah
Koide et al. (1999) dan Zhuang et al. (2010) yang juga membuat beras analog dengan menggunakan proses ekstrusi panas memiliki hasil yang berbeda. Koide et al. (1999) menyatakan bahwa pada kadar air adonan 30% - 40% dan suhu ekstrusi 80oC, derajat gelatinisasi beras analog yang dihasilkan dari bahan dasar
pati jagung sekitar 50% - 60% dan pada suhu 120oC derajat gelatinisasinya 90%
atau lebih. Sementara Zhuang et al. (2010) juga melaporkan bahwa proses ekstrusi beras analog dari bahan dasar tepung beras pada kadar air adonan 28% - 36% dan suhu ekstrusi 68oC – 90oC akan menghasilkan derajat gelatinisasi 40.2% - 84.5%.
Semakin tinggi suhu ekstrusi akan menghasilkan derajat gelatinisasi pati semakin tinggi. Hasil penelitian yang telah dijelaskan pada sub bab sebelumnya berbeda
42
dengan hasil penelitian kedua peneliti tersebut. Perbedaan ini disebabkan oleh metode yang digunakan untuk mengukur derajat gelatinisasi. Koide et al. (1999) dan Zhuang et al. (2010) keduanya menggunakan metode spektrofotometri setelah sampel digelatinisasi dan direaksikan dengan larutan iodine. Menurut Bhatnagar dan Hanna (1994b), lipid dapat berinteraksi secara kuat dengan amilosa yang dilepaskan oleh granula pati untuk membentuk senyawa kompleks amilosa–lipid ketika diekstrusi dengan disertai pemanasan sehingga akan mengurangi amilosa yang terukur untuk menentukan derajat gelatinisasi. Keberadaan senyawa kompleks amilosa–lipid di dalam sampel akan menurunkan kemampuan pengikatan iodine. Oleh karena itu pengukuran derajat gelatinisasi sampel pati terekstrusi yang terjadi pembentukan senyawa komplek amilosa-lipid dengan menggunakan metode spektrofotometri tidak akurat atau nilainya lebih kecil dibanding nilai yang sebenarnya.