BAB II HIDROLISIS AMPAS TAPIOKA DALAM MEDIUM AIR
2.3. Hasil dan Pembahasan
Analisis proksimat ampas tapioka (Tabel 2.1) menunjukkan bahwa kandungan utama ampas tapioka adalah karbohidrat. Ampas tapioka mengandung abu dan lemak dalam jumlah yang sangat kecil, masing-masing kurang dari 0,5%, dan mengandung protein kasar 4,79% dari berat bahan kering. Hasil analisis ini hampir sama dengan yang dilaporkan oleh Sriroth et al. (2000) yang menyatakan bahwa kadar karbohidrat ampas tapioka adalah sekitar 95%. Kadar pati ampas
tapioka (79,45%) yang digunakan pada penelitian ini jauh lebih tinggi dan kadar serat kasarnya (4,84%) jauh lebih rendah dari yang dilaporkan oleh Sriroth et al.
(2000), Srinorakutara et al. (2006), dan Kunhi et al. (1981), yaitu masing-masing 60-70%, dan 10-27%. Perbedaan ini mungkin disebabkan perbedaan sumber ampas tapioka. Ampas tapioka untuk penelitian ini berasal dari industri rumah tangga tapioka di Kabupaten Bogor, Jawa Barat, dimana ubikayu dikupas sebelum diparut untuk selanjutnya diproses menggunakan peralatan yang sangat sederhana, sedangkan yang digunakan oleh peneliti lain berasal dari industri besar. Pada industri besar ubikayu tidak dikupas terlebih dahulu melainkan langsung diparut atau dihancurkan untuk proses lebih lanjut menggunakan peralatan yang lebih baik yang memungkinkan proses ekstraksi pati yang lebih efisien. Dengan demikian, kadar pati yang tersisa dalam ampas tapioka dari industri rumah tangga di Bogor akan lebih besar, sedangkan kadar seratnya menjadi lebih kecil karena proses ekstraksi pati yang kurang efisien dan dikupasnya kulit ubikayu sebelum pengolahan. Hasil analisis kadar pati dan serat kasar terhadap contoh ampas tapioka yang berasal dari industri rumah tangga di Bogor dan industri kecil serta industri besar tapioka di Propinsi Lampung (Tabel 2.1) menguatkan alasan ini. Selain itu, hasil survei Siregar (2006) pada beberapa industri tapioka di Propinsi Lampung juga menunjukkan adanya perbedaan rendemen tapioka yang diperoleh dari industri kecil (22%) dan industri besar tapioka (25%).
Pati dalam ampas tapioka mengandung amilosa sebesar 21,36%. Kadar amilosa ini hampir sama dengan kadar amilosa dalam tapioka (20,47%). Kadar amilosa ini lebih tinggi dari yang dilaporkan oleh Zobel (1988), dan lebih rendah dari yang dilaporkan oleh Atichokudomchai et al. (2000) dan Wickramasinghe et al. (2009), namun masih dalam selang kadar amilosa (16-24%) ubikayu (Mbougueng et al. 2008). Senyawa karbohidrat lain yang terkandung dalam ampas tapioka adalah hemiselulosa yang mengandung galaktan, xilan, arabinan, dan mannan serta selulosa yang mengandung glukan. Jenis karbohidrat yang sama dilaporkan oleh Kosugi et al. (2009). Adapun komposisi relatif monosakarida atau gula netral hasil hidrolisis karbohidrat yang terkandung dalam ampas tapioka dapat dilihat pada Tabel 2.2.
Tabel 2.1 Komposisi kimia ampas tapioka dan tapioka
Komponen Ampas Tapioka Tapioka
1 2 3 4 5
Air (%) 11,48 7,74 7,02 12,77 10,56 10,75 Abu (%) Basis basah 0,33 0,72 0,68 0,80 1,31 0,10
Basis kering 0,37 0,78 0,73 0,90 1,45 0,11 Protein kasar (%) Basis basah 4,30 2,23 2,56 2,15 2,46 0,00 Basis kering 4,79 2,40 2,74 2,42 2,72 0,00 Lemak kasar (%) Basis basah 0,15 1,12 0,55 0,74 1,53 1,07 Basis kering 0,17 1,21 0,59 0,83 1,69 1,19 Karbohidrat (%) Basis basah 83,74 88,19 89,19 83,55 84,14 88,08
(by difference) Basis kering 94,67 95,61 95,94 95,85 94,14 98,70
Serat kasar (%) Basis basah 4,34 3,01 4,74 9,02 10,44 0,12 Basis kering 4,84 3,24 5,07 10,17 11,54 0,13 Pati (%) Basis basah 71,27 68,43 68,35 59,67 54,96 86,74 Basis kering 79,45 73,73 73,15 67,29 60,76 96,06 Amilosa (% dari pati) 21,36 - - - - 20,07 1 = bahan penelitian, asal industri rumah tangga, Bogor (lolos 20 mesh)
2 dan 3 = asal industri rumah tangga, Bogor 4 = asal industri kecil, Lampung
5 = asal industri besar, Lampung
Tabel 2.2 Komposisi relatif gula netral dalam ampas tapioka Komponen Persentase relatif (%) Arabinosa 0,49 ± 0,11 Rhamnosa 0,72 ± 0,13 Galaktosa 2,86 ± 0,39 Glukosa 94,04 ± 0,08 Xilosa 2,07 ± 0,99 Mannosa 0,05 ± 0,01
2.3.2. Sifat morfologis dan fisis ampas tapioka
Hasil analisis sifat morfologis ampas tapioka menunjukkan bahwa granula pati dalam ampas tapioka (ukuran 10-16 m ) terikat pada matriks serat biomassa ampas tapioka (Gambar 2.1a). Hal ini berbeda dengan granula pati tapioka (ukuran 10 - 23 m) yang sudah bebas dari matriks bahan asalnya (Gambar 2.1b). Karena masih terikat dalam matriks biomassa, dan posisinya masih terkurung oleh matriks serat biomassa, maka diduga proses degradasi pati yang terdapat dalam ampas tapioka akan lebih sulit dibandingkan dengan degradasi pati dalam tapioka. Proses penggilingan yang dilakukan untuk memperkecil ukuran partikel akan meningkatkan luas permukaan partikel dan memotong sebagian matriks serat yang
membungkus granula pati dalam ampas tapioka, sehingga diharapkan dapat memberi akses yang lebih besar terhadap granula pati yang akan dihidrolisis.
Gambar 2.1 Citra SEM ampas tapioka (a) dan tapioka (b).
Difraktogram sinar X pada ampas tapioka dan tapioka (Gambar 2.2) menunjukkan bahwa kedua bahan mempunyai puncak yang kuat/tinggi pada nilai 2 sebesar 16°, 17°, 18°, dan 23°. Tipe spektrum ini mendekati spektrum pati tipe A seperti halnya pati jagung. Spektrum ini juga hampir sama dengan spektrum pati tapioka yang mempunyai puncak yang kuat pada 15°, 17°, 18° dan 23° seperti yang dilaporkan oleh Atichokudomchai et al. (2001). Beberapa hasil studi menunjukkan bahwa pati tapioka mempunyai dua tipe spektrum sinar X, yaitu A dan C (Sair 1967) atau spektrum tipe C (Zobel 1988), namun pola C berubah ke A setelah perlakuan panas dalam keadaan lembab (Sair 1967; Zobel 1988). Semula diduga proses pengeringan yang dilakukan dalam proses produksi tapioka menyebabkan berubahnya tipe spektrum tapioka maupun ampas tapioka dari C ke A. Namun, hasil analisis spektrum kedua bahan yang dikeringkan dengan menggunakan pengering beku masih tetap menunjukkan pola spektrum yang sama, yaitu mendekati pola spektrum pati tipe A.
Ampas tapioka mengandung pati dan serat, dimana masing-masing mempunyai sifat kristalinitas. Hasil analisis difraksi sinar X menunjukkan bahwa kristalinitas ampas tapioka yang digunakan pada penelitian ini (lolos ayakan 20 mesh) adalah 15,57%. Nilai kristalinitas ini jauh lebih rendah dari nilai kristalinitas ampas tapioka yang tidak mengalami penggilingan, yaitu 42,61% (Tabel 2.3). Hal ini menandakan bahwa penggilingan yang dilakukan terhadap
ampas tapioka menurunkan kristalinitasnya, terutama kristalinitas serat yang ada di dalam ampas tapioka. Penggilingan terhadap pati yang diekstrak dari ubikayu menjadi tapioka yang berbentuk tepung halus ternyata tidak terlalu banyak menurunkan kristalinitasnya (Tabel 2.3). Dari hasil analisis di atas diduga komponen serat lebih berperanan dalam menentukan kristalinitas ampas tapioka sebelum mengalami penggilingan, sedangkan setelah mengalami penggilingan komponen pati diduga lebih berpenanan terhadap kristalinitas ampas tapioka. Pada hidrolisis dengan menggunakan pemanasan gelombang mikro kristalinitas ampas tapioka diduga akan mengalami penurunan karena terhidrolisisnya komponen pati dalam ampas tapioka.
Gambar 2.2 Difraktogram sinar X ampas tapioka dan tapioka.
Tabel 2.3 Kristalinitas ampas tapioka dan tapioka
Bahan Kondisi Kristalinitas (%) Ampas tapioka Sebelum digiling 42,61
Sesudah digiling 15,57 Tapioka Sebelum digiling 20,93
Sesudah digiling 17,89
2.3.3. Pengaruh iradiasi gelombang mikro terhadap karbohidrat dalam ampas tapioka
2.3.3.1. Kelarutan
Pengamatan secara visual terhadap suspensi ampas tapioka sebelum pemanasan gelombang mikro menunjukkan bahwa hampir semua komponen
ampas tapioka tidak larut dalam air. Setelah perlakua menggunakan pemanasan gelombang mikro beberapa komponen sedikit demi sedikit mulai terlarut. Kelarutan ampas tapioka meningkat seiring dengan meningkatnya suhu pemanasan gelombang mikro dan mencapai maksimum (± 92%) pada suhu 210-220 °C, kemudian sedikit menurun pada suhu di atas 210-220 °C (Gambar 2.3). Pati dalam ampas tapioka lebih sulit larut dibandingkan dengan pati tapioka yang seluruhnya sudah larut mulai suhu 140 °C, suhu terendah yang digunakan pada penelitian ini. Meningkatnya kelarutan senyawa karbohidrat dalam ampas tapioka karena meningkatnya suhu pemanasan ditandai juga dengan meningkatnya kadar gula total dalam fraksi terlarut hidrolisat ampas tapioka. Kadar gula total mencapai sekitar 78% dan meningkat secara bertahap sampai suhu 210 °C (Gambar 2.3). Terjadi sedikit penurunan kadar gula total pada suhu 200 °C, namun dilihat dari nilai simpangan baku data pada suhu 190, 200 dan 210 °C, maka kadar gula total pada suhu 200 °C tidak berbeda dengan pada suhu 190 dan 200 °C. Di atas 210 °C kadar gula total menurun karena terjadinya degradasi sekunder pada karbohidrat yang telah mengalami depolimerisasi menjadi molekul-molekul dengan berat molekul lebih rendah, seperti furfural, hidroksi metil furfural, asam asetat, dan lain-lain. Hal ini juga terlihat dari menurunnya nilai pH dan meningkatnya nilai absorbansi pada 490 nm serta kadar HMF secara drastis pada hidrolisat setelah mendapat perlakuan pemanasan pada suhu di atas 210 °C. (Gambar 2.6 dan 2.9).
Perbedaan lama pemanasan pendahuluan pada suhu 230 °C tidak berpengaruh terhadap kelarutan komponen kimia dalam ampas tapioka (Gambar 2.4). Hal ini menandakan bahwa suhu lebih berpengaruh terhadap kelarutan senyawa kimia, terutama karbohidrat dalam ampas tapioka, dibandingkan dengan lama pemanasan pendahuluan. Peningkatan waktu pemanasan pendahuluan pada suhu tinggi menurunkan kadar gula total (Gambar 2.4). Hal ini disebabkan semakin banyaknya gula yang terdegradasi menjadi senyawa dengan berat molekul lebih rendah seiring meningkatnya lama pemanasan pendahuluan.
0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 130 140 150 160 170 180 190 200 210 220 230 240 Suhu (oC) P e rs en ta se (% )
Fraksi terlarut Gula Total
Gambar 2.3 Pengaruh suhu pemanasan gelombang mikro terhadap kelarutan dan gula total hidrolisat ampas tapioka (pemanasan pendahuluan 4 menit, pemanasan pada suhu yang diinginkan 5 menit). Nilai pada titik-titik data merupakan nilai rata-rata ± SB / Simpangan Baku (n=3).
0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 1 2 3 4 5 6
Pemanasan pendahuluan (menit)
P e rs en ta se ( % )
Fraksi terlarut Gula Total
Gambar 2.4 Pengaruh lama pemanasan pendahuluan terhadap kelarutan dan kadar gula total hidrolisat ampas tapioka (suhu 230 °C, 5 menit). Nilai pada titik-titik data merupakan nilai rata-rata ± SB (n=3).
2.3.3.2. Produk hidrolisis
Hasil analisis terhadap distribusi maltooligomer pada hidrolisat ampas tapioka dan tapioka, masing-masing setelah pemanasan gelombang mikro pada suhu 160-240 °C dan 180-240 °C disajikan pada Gambar 2.5a dan 2.5b. Analisis tidak dapat dilakukan terhadap hidrolisat ampas tapioka dengan perlakuan pemanasan pada suhu 140 °C dan terhadap hidrolisat tapioka dengan perlakuan pemanasan pada suhu 140 dan 160 °C karena hidrolisat masih berupa cairan yang sangat kental, sehingga tidak memungkinkan untuk dianalisis. Maltooligomer dalam hidrolisat ampas tapioka dan tapioka mulai terlihat ketika hidrolisis
dilakukan pada suhu 210 °C. Terbentuknya maltooligomer dan glukosa dalam jumlah yang besar dalam hidrolisat ampas tapioka dan tapioka semakin terlihat dengan jelas setelah hidrolisis pada suhu 220 dan 230 °C, yang menandakan semakin banyaknya pati yang terhidrolisis menjadi maltooligosakarida dan glukosa. Pada suhu 240 °C hampir semua senyawa dengan berat molekul besar dalam hidrolisat tapioka terkonversi menjadi glukosa, sedangkan dalam hidrolisat ampas tapioka masih ada senyawa dengan berat molekul besar yang tidak terhidrolisis, yang diduga merupakan komponen selulosa.
Gambar 2.5 Kromatogram HPLC hasil degradasi pati dalam ampas tapioka (a) dan tapioka (b) setelah pemanasan gelombang mikro selama 5 menit pada berbagai suhu. Puncak nomor 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7 menunjukkan glukosa dan maltooligomer dengan derajat polimerisasi (DP) 2-7.
Seperti diketahui, pati tersusun dari rantai glukosa dengan ikatan α-(1,4) yang lurus dan bercabang melalui ikatan α-(1,6), sedangkan selulosa tersusun dari rantai glukosa dengan ikatan β-(1,4). Rantai glukosa dengan struktur β-(1,4) yang lurus ini memungkinkannya berada berdekatan satu sama lain, sehingga akan terbentuk ikatan hidrogen di dalam maupun di antara rantai-rantai tersebut (Dhepe dan Fukuoka 2007). Hal ini membuat selulosa mempunyai struktur yang lebih kaku, lebih stabil dan lebih sulit untuk didegradasi. Menurut Whistler dan Daniel (1985), konstanta kecepatan reaksi orde pertama hidrolisis (0,1 M HCl, 80 °C)
ikatan α-(1,4) pada maltosa, α-(1,6) pada isomaltosa, dan β-(1,4) pada selobiosa, masing-masing 1,55 x 105, 0,40 x 105, dan 0,66 x 105. Hal ini juga mencerminkan bahwa ikatan α-(1,4) glikosidik jauh lebih mudah untuk dihidrolisis oleh asam, dibandingkan dengan ikatan α-(1,6) atau ikatan β-(1,4) glikosisdik. Oleh karena itu, diperlukan energi yang lebih besar atau suhu yang lebih tinggi untuk mendegradasi komponen selulosa dalam ampas tapioka dibandingkan dengan yang diperlukan untuk mendegradasi komponen pati.
Hasil glukosa yang diperoleh dari hasil hidrolisis ampas tapioka meningkat seiring dengan meningkatnya suhu hidrolisis dan mencapai maksimum (28,59% dari bahan kering atau 32,41% basis pati) pada suhu 230 °C, selanjutnya menurun pada suhu 240 °C (Tabel 2.4). Hal ini berbeda dengan hasil glukosa dari tapioka yang terus meningkat seiring dengan meningkatnya suhu dan mencapai maksimum (58,76% dari bahan kering atau 55,11% basis pati) pada suhu 240 °C. Hasil glukosa yang lebih rendah dari ampas tapioka kemungkinan disebabkan oleh keberadaan granula pati pada ampas tapioka yang masih terikat atau terperangkap dalam matriks non pati pada biomassa ampas tapioka yang menyulitkan terjadinya hidrolisis pati. Dengan berat bahan yang sama, jumlah pati yang terdapat dalam ampas tapioka juga lebih rendah daripada yang terdapat dalam tapioka. Selain itu, glukosa yang terbentuk pada hidrolisat ampas tapioka berpeluang lebih besar dan lebih cepat terdegradasi melalui reaksi Maillard karena di dalam ampas tapioka terkandung gugus amino dari protein. Dengan demikian, pada suhu 240 °C hasil glukosa dari ampas tapioka sudah mengalami penurunan, sedangkan dari tapioka masih terus meningkat. Hasil glukosa dari ampas tapioka sedikit meningkat dengan meningkatnya waktu pemanasan pendahuluan pada suhu 230 °C, sedangkan hasil glukosa dari tapioka sedikit menurun. Hasil glukosa maksimum yang diperoleh baik dari ampas tapioka maupun tapioka yang diperoleh pada penelitian ini lebih tinggi dari hasil glukosa dari hidrolisis tepung gandum (23,9% / pati) menggunakan irradiasi gelombang mikro pada suhu 191-198 °C selama 20 menit (Khan et al. 1979). Hasil glukosa yang diperoleh pada penelitian ini masih lebih rendah daripada yang dihasilkan oleh metode lain, misalnya hidrolisis asam (36,40-41,34%) (Yoonan et al. 2004), hidrolisis enzimatis ( 70%) (Rattanachomsri et al. 2009), atau kombinasi hidrotermal dan
enzimatis ( 75%) (Kosugi et al. 2009). Hanya saja, proses-proses tersebut memakan waktu lebih lama, 90 menit untuk hidrolisis asam dan 48-72 jam untuk hidrolisis enzimatis, sedangkan proses menggunakan gelombang mikro memakan waktu hanya beberapa menit saja.
Tabel 2.4 Hasil glukosa yang diperoleh dari hidrolisis ampas tapioka dan tapioka menggunakan pemanasan gelombang mikro
Perlakuan Hasil Glukosa (% bahan kering) Hasil Glukosa (% basis pati) Ampas Tapioka Tapioka Ampas Tapioka Tapioka Suhu (°C)a 210 0,93 ± 0,19 1,49 ± 0,71 1,06 ± 0,21 1,40 ± 0,66 220 3,84 ± 0,50 8,89 ± 3,41 4,35 ± 0,56 8,34 ± 3,19 230 28,59 ± 1,92 37,39 ± 4,43 32,41 ± 2,17 35,07 ± 4,16 240 22,43 ± 0,71 58,76 ± 2,68 25,44 ± 0,81 55,11 ± 2,51 Pemanasan Pendahuluan (menit)b 2 23,76 ± 0,67 69,27 ± 4,17 26,95 ± 0,76 64,97 ± 3,91 3 24,50 ± 1,89 69,39 ± 2,58 27,78 ± 2,14 65,08 ± 2,42 4 25,35 ± 3,96 63,75 ± 7,65 28,74 ± 4,49 59,78 ± 7,17 5 26,76 ± 4,74 64,31 ± 1,78 30,35 ± 5,37 60,32 ± 1,67 6 27,41 ± 3,43 58,91 ± 0,75 31,08 ± 3,88 55,25 ± 0,71 Angka yang disajikan merupakan nilai rata-rata ± SB / Simpangan Baku (n=3)
a
Pemanasan pendahuluan 4 menit dan pemanasan pada suhu yang diinginkan 5 menit
b
Suhu 230 °C untuk ampas tapioka dan 240 °C untuk tapioka dan pemanasan 5 menit
2.3.3.3. Nilai pH
Nilai pH awal suspensi ampas tapioka dan tapioka masing-masing adalah 4,29 dan 5,10. Perbedaan nilai pH kedua suspensi diduga disebabkan perbedaan proses yang dialami oleh keduanya. Pada proses produksi tapioka pencucian terhadap pati tapioka berlangsung lebih baik, karena air dalam suspensi pati jumlahnya sangat banyak (sekitar 1:10), sedangkan ampas tapioka tidak mengalami pencucian yang baik, sehingga kemungkinan masih mengandung senyawa-senyawa yang bersifat asam atau yang mudah terdegradasi oleh mikrob dan menghasilkan asam yang mengakibatkan nilai pH yang lebih rendah.
Setelah hidrolisis menggunakan pemanasan gelombang mikro pH hidrolisat ampas tapioka dan tapioka mengalami penurunan seiring meningkatnya suhu pemanasan. Nilai pH keduanya mencapai angka yang hampir sama setelah perlakuan pemanasan pada suhu 210 °C (Gambar 2.6). Penurunan nilai pH
hidrolisat kemungkinan karena terbentuknya beberapa senyawa asam organik sebagai hasil degradasi karbohidrat dalam ampas tapioka maupun dalam tapioka. Penurunan pH hidrolisat juga terjadi pada hidrolisat tepung terigu setelah perlakuan dengan iradiasi gelombang mikro (Khan et al. 1979). Pada proses hidrolisis pati dari tepung gandum dalam medium air pada wadah tertutup menggunakan suhu dan tekanan tinggi Lorenz dan Johnson (1972) mengamati terjadinya penurunan pH dan mengidentifikasi terbentuknya beberapa senyawa asam dengan jumlah rantai karbon 1 sampai dengan 6, seperti asam formiat, asetat, butirat, isobutirat, valerat, isovalerat, kaproat dan isokaproat. Mereka menduga asam-asam ini terbentuk akibat proses oksidasi senyawa aldehida, sedangkan Harmsen et al. (2010) menyatakan bahwa asam asetat berasal dari gugus asetil pada hemiselulosa.
Perbedaan waktu pemanasan pendahuluan pada suhu tinggi tidak mengakibatkan perbedaan pada nilai pH hidrolisat (Gambar 2.7), akan tetapi pH hidrolisat ampas tapioka relatif lebih tinggi daripada pH hidrolisat tepung tapioka yang mengindikasikan lebih sulitnya proses degradasi pati dalam ampas tapioka.
2 3 4 5 6 7 130 140 150 160 170 180 190 200 210 220 230 240 Suhu (oC) pH
Hidrolisat Am pas Tapioka Hidrolisat Tapioka
Gambar 2.6 Pengaruh suhu pemanasan gelombang mikro terhadap pH hidrolisat ampas tapioka dan tapioka (pemanasan pendahuluan 4 menit,
pemanasan pada suhu yang diinginkan 5 menit). Nilai pada titik-titik data merupakan nilai rata-rata ± SB / Simpangan Baku (n=3).
2,5 3,0 3,5
1 2 3 4 5 6
Pemanasan pendahuluan (menit)
pH
Hidrolisat Am pas Tapioka Hidrolisat Tapioka
Gambar 2.7 Pengaruh lama pemanasan pendahuluan terhadap pH hidrolisat ampas tapioka dan tapioka (suhu 230 °C, 5 menit). Nilai pada titik-titik data merupakan nilai rata-rata ± SB / Simpangan Baku (n=3).
2.3.3.4. Senyawa berwarna coklat
Hidrolisis menggunakan pemanasan gelombang mikro yang dilakukan pada suhu yang cukup tinggi sangat memungkinkan untuk terjadinya reaksi pencoklatan non enzimatis. Hal ini terbukti dari terbentuknya hidrolisat yang berwarna gelap pada perlakuan suhu yang tinggi, yaitu mulai suhu 180 °C pada hidrolisat ampas tapioka dan mulai suhu 210 °C dan pada hidrolisat tapioka (Gambar 2.8). Pembentukan senyawa berwarna coklat dan HMF meningkat seiring dengan meningkatnya suhu pemanasan yang salah satunya ditandai dengan meningkatnya nilai absorbansi pada panjang gelombang 490 nm dan kadar HMF (Gambar 2.9). Panjang gelombang 490 nm merupakan panjang gelombang untuk warna jingga yang merupakan salah satu panjang gelombang yang biasa digunakan untuk reaksi Maillard (Whistler dan Daniel 1985). Peningkatan nilai absorbansi pada 490 nm pada hidrolisat pati akibat peningkatan suhu pemanasan gelombang mikro juga dilaporkan oleh Warrand dan Janssen (2007). Kadar HMF dalam hidrolisat ampas tapioka dan tapioka mencapai sekitar 220 mg/100 g setelah hidrolisis pada suhu 240 °C, dapat mempengaruhi pertumbuhan mikrob pada proses fermentasi.
Nilai absorbansi pada 490 nm dan kadar HMF hidrolisat ampas tapioka lebih tinggi daripada hidrolisat tapioka. Hal ini karena di dalam hidrolisat tapioka senyawa berwarna coklat dan HMF kemungkinan hanya berasal dari hasil degradasi glukosa menjadi HMF, sedangkan di dalam hidrolisat ampas tapioka
senyawa berwarna coklat dan HMF selain berasal dari hasil degradasi glukosa menjadi HMF, juga dapat berasal dari reaksi pencoklatan (Maillard) antara gugus amino yang berasal dari protein dalam ampas tapioka (Tabel 2.1) dan glukosa yang terbentuk. Selain itu, senyawa hemiselulosa, terutama yang mempunyai gula dengan 5 atom karbon seperti arabinosa dan xilosa, di dalam ampas tapioka setelah terdepolimerisasi menjadi monosakarida juga dapat terdegradasi lebih lanjut menjadi senyawa furfural yang berwarna coklat, sehingga ikut berkontribusi terhadap dihasilkannya warna hidrolisat ampas tapioka yang lebih gelap.
Gambar 2.8 Hidrolisat ampas tapioka (atas) dan tapioka (bawah) setelah
pemanasan gelombang mikro pada suhu 140-240 °C selama 5 menit.
HMF dan furfural sendiri merupakan produk antara pada reaksi Maillard dan mempunyai nilai absorbansi yang tinggi pada panjang gelombang ultra violet (UV). Nilai absorbansi yang sangat tinggi pada panjang gelombang 490 nm menandakan bahwa reaksi Maillard sudah sampai pada tahap akhir yaitu terbentuknya senyawa melanoidin. Terbentuknya senyawa dengan berat molekul rendah seperti furfural dan HMF dapat menghambat proses lanjutan terhadap hidrolisat, misalnya proses fermentasi. Oleh karena itu, hidrolisat ini kemungkinan memerlukan perlakuan untuk menghilangkan atau mengurangi inhibitor yang ada, misalnya dengan cara menambahkan bentonit atau kaolin (Ahmed et al.1983).
140 160 180 190 200 210 220 230 240
0 50 100 150 200 250 300 350 180 190 200 210 220 230 240 Suhu (oC) H M F ( m g/1 0 0 g) 0,0 0,2 0,4 0,6 0,8 1,0 1,2 1,4 1,6 1,8 A b s o rb an s i p ad a 490 n m
HMF Ampas Tapioka HMF Tapioka
Abs 490 nm Ampas Tapioka Abs 490 nm Tapioka
Gambar 2.9 Pengaruh suhu pemanasan gelombang mikro terhadap nilai absorbansi pada 490 nm dan kadar HMF pada hidrolisat ampas tapioka dan tapioka (pemanasan pendahuluan 4 menit, pemanasan pada suhu yang diinginkan 5 menit). Nilai pada titik-titik data merupakan nilai rata-rata ± SB / Simpangan Baku (n=3).
2.3.3.5. Residu ampas tapioka
Ampas tapioka mengandung beberapa jenis polisakarida seperti pati, selulosa dan hemiselulosa (arabinan, rhamnan, galaktan, xilan dan mannan). Pada pemanasan gelombang mikro, sebagian karbohidrat tersebut larut, sehingga komposisi relatif senyawa yang tertinggal pada residu berubah (Tabel 2.5). Tabel tersebut memperlihatkan bahwa senyawa yang masih bertahan berada dalam residu sampai dengan suhu pemanasan tertinggi (240 °C) adalah senyawa glukan, yang diduga kuat merupakan selulosa. Senyawa glukan yang berasal dari pati telah seluruhnya terdegradasi seperti yang ditunjukkan pada profil maltooligomer hidrolisat ampas tapioka (Gambar 2.5). Setelah selulosa, senyawa karbohidrat lain yang cukup resisten adalah galaktan dan xilan. Baik suhu maupun lama pemanasan pendahuluan mempengaruhi kelarutan karbohidrat dalam ampas tapioka. Menghilangnya dan menurunnya gula netral dalam residu ampas tapioka secara bertahap akibat peningkatan suhu maupun lama pemanasan pendahuluan mengindikasikan terjadinya dekomposisi senyawa karbohidrat tersebut menjadi senyawa dengan berat molekul lebih rendah yang kemudian larut dalam air.
Hasil analisis menggunakan SEM terhadap residu ampas tapioka (Gambar 2.10) menunjukkan bahwa pemanasan gelombang mikro mengakibatkan
terjadinya degradasi matriks biomassa ampas tapioka. Pada suhu 140-190 °C matriks residu ampas tapioka masih didominasi oleh bentuk matriks yang kompak. Pada suhu 200 °C, mulai terlihat bagian kerangka matriks yang berupa bundel serat yang tersusun dengan teratur. Hal ini menandakan sebagian komponen amorf pada matriks ampas tapioka sudah semakin banyak yang terdegradasi dan terlarut dalam hidrolisat. Dengan semakin meningkatnya suhu, bagian matriks yang berupa bundel serat semakin jelas terlihat. Bundel serat pada matriks ampas tapioka masih terlihat tetap utuh sampai setelah pemanasan pada suhu 240 °C, diduga merupakan bundel serat selulosa yang tidak terdegradasi pada pemanasan gelombang mikro.
Tabel 2.5 Komposisi relatif gula netral dalam ampas tapioka dan residu ampas tapioka setelah pemanasan gelombang mikro
Perlakuan Arabinosa Rhamnosa Galaktosa Glukosa Xilosa Mannosa
Ampas tapioka 0,49 ± 0,11 0,72 ± 0,13 2,86 ± 0,39 94,04 ± 0,08 2,07 ± 0,99 0,05 ± 0,01 Suhu (°C)a 140 0,66 ± 0,23 2,73 ± 0,30 11,42 ± 0,40 76,29 ± 1,24 7,71 ± 1,68 1,20 ± 0,57 160 0,86 ± 0,07 1,39 ± 0,06 8,49 ± 0,54 76,49 ± 1,58 11,23 ± 0,89 1,20 ± 0,57 180 - 0,78 ± 0,02 2,50 ± 0,22 79,14 ± 2,94 15,58 ± 3,30 2,00 ± 0,59 190 - 0,12 ± 0,04 2,34 ± 0,02 82,39 ± 1,68 13,36 ± 2,95 1,80 ± 1,27 200 - sangat kecil 2,10 ± 0,09 85,21 ± 3,68 11,34 ± 2,05 0,86 ± 1,10 210 - - 2,25 ± 0,15 88,02 ± 1,10 8,23 ± 1,46 1,52 ± 0,50 220 - - 1,57 ± 0,28 90,56 ± 0,94 7,16 ± 0,76 0,72 ± 0,10 230 - - 2,06 ± 0,42 96,23 ± 0,15 1,72 ± 0,28 - 240 - - - 100,0 ± 0,00 - - Pemanasan Pendahuluan (menit)b 2 - sangat kecil 0,77 ± 0,28 96,89 ± 0,26 2,19 ± 0,14 0,17 ± 0,16 3 - - 0,71 ± 0,1 97,40 ± 0,38 1,80 ± 0,54 0,09 ± 0,06 4 - - sangat kecil 97,75 ± 0,39 2,00 ± 0,37 0,19 ± 0,12 5 - - - 97,63 ± 0,09 2,23 ± 0,03 0,16 ± 0,12 6 - - - 98,10 ± 0,81 1,75 ± 0,88 0,16 ± 0,08
Angka yang disajikan merupakan nilai rata-rata ± SB / Simpangan Baku (n=3)
a
Pemanasan pendahuluan 4 menit dan pemanasan pada suhu yang diinginkan 5 menit
b
Suhu 230 °C dan pemanasan 5 menit