Waktu dan Tempat
Penelitian ini dilaksanakan di Laboratorium Departemen Ilmu dan Teknologi Pangan, Fakultas Teknologi Pertanian dan Laboratorium Kimia South
East Asian Food and Agriculture Science and Technology (SEAFAST) Center,
Institut Pertanian Bogor. Penelitian berlangsung dari bulan Juni 2006 sampai Maret 2007.
Bahan dan Alat
Bahan baku yang dipergunakan dalam penelitian ini adalah buah vanili segar jenis Vanilla planifolia Andrews berusia 6-8 bulan yang diperoleh dari Desa Lebakbarang Kecamatan Lebakbarang, Pekalongan, Jawa Tengah untuk penelitian tahap I dan Desa Tundagan, Kecamatan Ciniru, Kuningan, Jawa Barat untuk penelitian tahap II. Untuk keseragaman bahan, buah vanili dipilih yang memiliki panjang antara 15-20 cm, polong penuh, utuh, tanpa cacat atau pecah. Bahan-bahan lain yang diperlukan adalah aktivator enzim β-glukosidase yaitu butanol dan sistein, etanol 95% dan 60%, pNPG (paranitrofenil β-D- glukopironasidase ), bufer fosfat, vanillin standar, NaOH, Coomasie blue, Bovine Serum Albumin (BSA), asam fosfat, natrium karbonat, DNS (dinitrosalysilic acid), kapur api yang diperoleh dari Pekapuran Karya Baru, Ciampea Bogor, dan bahan kimia lainnya untuk analisis.
Adapun peralatan yang digunakan diantaranya adalah pisau, bak perendaman, waterbath, rak penirisan, kotak pemeraman yang dilengkapi lampu 5 Watt, kain planel hitam, neraca analitik, pipet mikro, oven pengering, alat pengering absorpsi berupa lemari yang dilengkapi absorben dan rak bahan, oven gelombang mikro (microwave oven), alat vakumisasi, kertas saring Whatman No.1, vacuum evaporator, autoklaf yang telah dimodifikasi, kaleng kedap udara untuk membawa kapur api, termometer, desikator, spektrofotometer UV, alat-alat gelas, cawan alumunium, dan alat-alat untuk analisis lainnya.
Metode Penelitian Penelitian Tahap I
Proses curing vanili termodifikasi masih membutuhkan penyempurnaan untuk meningkatkan kualitas vanili kering. Penelitian tahap pertama akan dilakukan untuk meningkatan kontak antara enzim β-glukosidase dengan aktivator melalui infiltrasi vakum maupun tekanan tinggi.
Pada penelitian yang dilakukan Setyaningsih (2006), perendaman buah vanili dalam aktivator enzim butanol 0,3 M dan sistein 1 mM dilakukan selama 2 jam. Penelitian ini akan mencoba menerapkan teknik vacuum infiltration dan pemberian tekanan tinggi pada tahap perendaman dengan tujuan untuk mempercepat penetrasi aktivator enzim ke dalam buah vanili sehingga waktu perendaman dapat dipersingkat. Dengan teknik ini, diharapkan aktivator akan lebih efektif masuk ke dalam jaringan buah dan mempermudah kontak dengan enzim yang kebanyakan terdapat pada bagian sitoplasma atau periplasma sel mesokarp dan endokarp buah vanili.
Sebelum diproses, buah vanili dicuci hingga bersih kemudian ditiriskan. Pada penelitian Setyaningsih (2006), buah vanili mengalami penyayatan
(stratching) terlebih dahulu sebelum direndam dalam aktivator enzim. Pada tahap
awal penelitian ini, akan dicoba menggunakan vanili utuh, vanili yang disayat dan vanili yang ditusuk menggunakan jarum untuk melihat bagaimana absorpsi aktivator enzim untuk masing-masing perlakuan tersebut. Penyayatan pada vanili dilakukan sedalam 1 mm menggunakan jarum steril dengan arah horizontal sebanyak tiga buah sayatan. Aktivator yang digunakan pada penelitian ini adalah butanol 0,1 M dan sistein 3 mM. Tahap awal penelitian tahap I ini dilakukan menggunakan tekanan vakum (vakum penuh) maupun tekanan tinggi (sebagai perbandingan) dengan waktu masing-masing 10 menit. Analisis yang dilakukan adalah aktivitas enzim, kadar protein terlarut, kadar vanilin dan kadar air. Perlakuan yang menghasilkan aktivitas enzim dan kadar vanilin tertinggi akan digunakan untuk tahap penelitian selanjutnya.
Pemberian tekanan vakum dilakukan menggunakan alat vakumisasi (bagian dari vacuum evaporator) dengan kisaran tekanan 0 hingga 760 mmHg
aktivator butanol 0,1 M dan sistein 3 mM dimasukkan sehingga vanili terendam dalam aktivator tersebut. Selanjutnya tekanan vakum diberikan sehingga gas-gas yang terperangkap dalam produk akan mengembang dan sebagian akan dihilangkan dari matriks bahan pangan. Setelah kondisi vakum dicapai maka larutan akan berpenetrasi ke dalam struktur produk hingga tercapai keseimbangan tekanan internal dan eksternal.
Setelah perlakuan terbaik diperoleh, langkah selanjutnya adalah memberikan tekanan vakum pada vanili hasil perlakuan terbaik tersebut secara penuh (vakum penuh/5 kPa) dan setengah vakum (50 kPa). Dilakukan pula pemberian tekanan pada suhu ruang (normal). Untuk masing-masing tekanan tersebut, akan dicoba perendaman buah vanili selama 5, 10, 20, 30, dan 40 menit. Analisis yang dilakukan adalah aktivitas enzim β-glukosidase, kadar protein terlarut, kadar air dan kadar vanillin. Dari hasil yang diperoleh akan terlihat bagaimana pola absorpsi aktivator ke dalam jaringan buah.
Untuk pemberian tekanan tinggi, alat yang digunakan adalah autoklaf yang telah dimodifikasi untuk infiltrasi (Gambar 5). Mula-mula aktivator butanol 0.1 M dan sistein 3 mM dimasukkan ke dalam autoklaf yang mempunyai kisaran tekanan 1-2 bar (760-1480 mmHg) di atas tekanan normal. Kemudian buah vanili direndamkan ke dalam larutan aktivator enzim hingga terendam sempurna. Udara dari kompresor dialirkan ke dalam autoklaf melalui selang karet sehingga tekanan dihasilkan. Tekanan akan dicoba diberikan pada 1 dan 1,5 bar (100 dan 150 kPa) di atas tekanan normal. Perendaman buah vanili akan dicoba dilakukan selama 3, 5, 10, 15, dan 20 menit untuk masing-masing tekanan. Tekanan dan waktu yang dipilih sebagai perlakuan terbaik adalah yang menghasilkan aktivitas enzim β- glukosidase dan kadar vanillin tertinggi. Diagram alir aplikasi tekanan vakum dan tekanan tinggi pada penelitian ini dapat dilihat pada Gambar 3.
Analisis aktivitas enzim β-glukosidase, kadar protein terlarut, kadar air, dan kadar vanillin dilakukan masing-masing pada pada buah vanili segar, buah vanili setelah tahap perendaman, pelayuan, dan pengeringan hari ke-1 (40oC). Prosedur ekstraksi enzim β-glukosidase dari buah vanili dapat dilihat pada Lampiran 1, sedangkan prosedur analisis kadar vanillin dapat dilihat pada Lampiran 2.
Gambar 3 Pemberian tekanan vakum dan tekanan tinggi pada tahap perendaman dalam aktivator.
Gambar 4 Vacuum evaporator. Gambar 5 Autoklaf untuk infiltrasi. Buah Vanili
Penyayatan/Penusukan/Utuh
Perendaman dalam aktivator
Pelayuan 40oC, 30 menit
Pemeraman 24 jam
Perlakuan :
1 Tekanan vakum: 5, 50 kPa Tekanan normal 100 kPa Waktu : 5, 10, 20, 30, 40 menit 2 Tekanan tinggi : 200, 250 kPa Waktu : 3, 5, 10, 15, 20 menit Pengeringan 40oC, 3 jam Buah Vanili setengah kering
Penelitian Tahap II
Pada langkah selanjutnya, akan diupayakan agar kadar vanillin vanili tetap tinggi hingga akhir proses curing, dengan cara memodifikasi proses pengeringan II (pengeringan menggunakan oven suhu 60oC selama 3 jam). Tahap perendaman yang digunakan pada modifikasi ini berdasarkan hasil terbaik penelitian sebelumnya.
Hasil penelitian Setyaningsih (2006) menunjukkan adanya penurunan kadar vanillin setelah mencapai maksimum pada pengeringan I hari ke-5 (suhu 40oC, 3 jam), yaitu sebesar 2,8%. Penggunaan antioksidan BHT dan asam askorbat pada tahap pengeringan tidak mampu mencegah penurunan kadar vanillin. Pada penelitian ini, analisis kadar vanillin akan dilakukan setiap hari untuk mengetahui pada pengeringan hari ke berapa buah vanili mencapai kadar vanillin maksimal. Waktu pengeringan yang menghasilkan kadar vanillin maksimal tersebut selanjutnya digunakan untuk melakukan percobaan pada langkah berikutnya.
Penelitian ini akan mencoba mengkombinasikan pengeringan vanili termodifikasi dengan pengeringan secara kimia menggunakan absorben kapur api (CaO) maupun microwave oven. Diagram alir keseluruhan penelitian dapat dilihat pada Gambar 11. Mula-mula buah vanili dibersihkan dari kotoran yang menempel, setelah itu buah direndam dalam larutan aktivator dengan mengaplikasikan tekanan. Setelah ditiriskan, buah dilayukan pada suhu 40oC selama 30 menit (Gambar 6). Setelah selesai pelayuan buah ditiriskan kembali, kemudian dibungkus dengan kain hitam dan dimasukkan dalam kotak pemeraman (Gambar 7). Pada dinding-dinding kotak peram dimasukkan serbuk gergaji, yang bertujuan sebagai isolator untuk mempertahankan panas selama pemeraman berlangsung. Kotak peram juga dilengkapi dengan lampu 5 Watt agar suhu dapat dipertahankan 38 hingga 40oC.
Setelah pengeringan tahap pertama pertama selesai, selanjutnya pengeringan disambung menggunakan pengeringan absorpsi dan microwave oven. Pengeringan absorpsi menggunakan suhu rendah sehingga diharapkan dapat mempertahankan flavor vanili dengan lebih baik. Alat pengering absorpsi yang digunakan berupa lemari yang dilengkapi dengan rak absorben dan rak bahan.
Gambar 6 Pelayuan.
Gambar 7 Pemeraman.
Pengeringan Vanili Secara Kimia (Pengeringan Absorpsi)
Metode proses pengeringan absorpsi pada penelitian ini mengacu pada penelitian Wulandari (2002) tentang proses pengeringan absorpsi pada lada hitam. Proses pengeringan dilakukan di dalam lemari pengering berukuran 50cm x 50 cm x 60 cm yang dapat dilihat pada Gambar 8. Dinding dan pintu lemari pengering absorpsi terbuat dari lapisan berturut-turut multiplek setebal 1 cm, styrofoam
setebal 3 cm, dan fiber glass setebal 0,5 cm. Rak pengering dirancang sedemikian rupa sehingga dapat menghasilkan kondisi ruang pengering yang dapat menahan perpindahan udara, uap air, dan energi panas sekecil mungkin. Pintu tambahan di bagian dalam yang terbuat dari fiber glass yang dilengkapi dengan sekat dari karet
(rubber seal) dibuat untuk dapat mengamati bahan yang dikeringkan serta suhu
dan RH di dalam lemari pengering. Selama proses pengeringan berlangsung, pintu
fiber glass tidak dibuka agar kondisi di dalam lemari pengering absorpsi tidak
banyak dipengaruhi oleh lingkungan luar.
menampung buah vanili yang akan dikeringkan. Rak untuk absorben diletakkan di bagian atas dan bawah lemari, sedangkan rak untuk bahan diletakkan di tengah- tengah antara kedua rak absorben.
Kapur api yang digunakan sebagai absorben adalah kapur api yang baru dikeluarkan dari tungku pembakaran pabrik pengolahan kapur. Jarak waktu antara pengambilan kapur api dengan penggunaannya juga diusahakan sesingkat mungkin, sehingga diharapkan belum terlalu banyak kontak dengan udara luar. Kapur api berbentuk bongkahan dan berwarna putih. Pada saat pengambilan, kapur api tersebut segera dimasukkan ke dalam kaleng dan ditutup rapat sehingga kedap air dan udara. Selanjutnya kaleng tersebut dibungkus lagi dengan kantong plastik.
Gambar 8 Lemari pengering absorpsi.
Pada saat proses pengeringan siap dilakukan, bongkahan kapur api tersebut segera dikecilkan ukurannya menggunakan palu hingga berdiameter sekitar 2-3 cm. Adapun untuk mengetahui potensi kapur api dalam menyerap air, sebelum digunakan kapur api tersebut segera diukur kadar Ca-nya menggunakan metode Wulandari (2002), dengan asumsi semua Ca di dalam kapur api tersebut merupakan CaO. Jumlah kapur api yang digunakan dinyatakan dengan berat CaO. Jumlah CaO yang digunakan sesuai dengan hasil pengukuran kadar CaO. Vanili yang akan dikeringkan adalah vanili yang telah diketahui kadar airnya, dan jumlahnya dibuat seberat kurang lebih 1 kg, yang dapat mengisi penuh tiga rak
bahan dalam pengering absorpsi (tidak bertumpukan). Proses pengeringan dilakukan hingga diperoleh buah vanili kering dengan kadar air 25%.
Selama pengeringan berlangsung, dilakukan pengamatan RH dan suhu ruang pengering absorpsi. Pengamatan dilakukan menggunakan alat thermohigrometer rambut sintetik yang diletakkan di dekat vanili yang dikeringkan.
Pengeringan Vanili Menggunakan Oven Gelombang Mikro (Microwave Oven)
Pengeringan pada vanili termodifikasi menggunakan oven microwave
dilakukan sesuai kondisi yang telah dipelajari sebelumnya (Dewi 2005), yaitu pada daya microwave 80 Watt (daya terendah microwave komersial). Pada penelitian ini, variasi waktu yang dicobakan adalah 30, 60 dan 90 menit per hari (perlakuan A, B, dan C) (Gambar 12) dan akan dikombinasikan dengan pemeraman selama 24 jam. Pengeringan yang diselingi pemeraman tersebut dilakukan hingga kadar air vanili mencapai 25-35%. Analisis dilakukan tiap hari yang meliputi analisis kadar air dan kadar vanilin. Microwave yang digunakan dalam penelitian ini dapat dilihat pada Gambar 9.
Gambar 9 Microwave oven.
Selanjutnya akan dibandingkan jenis pengeringan mana yang menghasilkan vanili dengan kualitas yang lebih baik. Pengeringan juga dilakukan menggunakan oven (Gambar 10) suhu 60oC selama 3 jam (sebagai kontrol). Sebagai standar, pada penelitian ini juga dilakukan pengeringan menggunakan metode Balittro II (Gambar 13).
Analisis
Parameter yang dianalisis pada tahap pengeringan modifikasi ini meliputi aktivitas enzim β-glukosidase, kadar vanillin, kadar air, kadar gula pereduksi, pH, dan total asam. Analisis parameter dilakukan dengan dua kali ulangan pada masing-masing tahap pengolahan, yaitu tahap sortasi (buah vanili segar), perendaman dalam aktivator enzim β-glukosidase, pelayuan, pemeraman, pengeringan I hari ke-1 suhu 40oC, 3 jam (Kering I-1), pengeringan I hari ke-5 (Kering I-5), pengeringan II hari ke-1 suhu 60oC, 3 jam (Kering II-1), pengeringan II hari ke-5 (Kering II-5) dan pengeringan II hari ke-10 (Kering II- 10). Untuk pengeringan absorpsi dan microwave pengujian dilakukan dari buah segar hingga pengeringan pertama hari ke-5 (Kering I-5). Selanjutnya analisis terhadap vanili kering hasil pengeringan absorpsi dinotasikan dengan P. Absorpsi akhir. Uji organoleptik dilakukan terhadap vanili kering hasil ketiga jenis pengeringan yang meliputi pengujian terhadap warna, bau dan keadaan polong.
Gambar 10 Oven pengering.
Analisis menggunakan HPLC (High Performance Liquid Cromatography) dilakukan pula untuk mengetahui kadar vanilin buah vanili kering hasil perlakuan terbaik dan standar (metode Balitro II). Buah vanili kering terlebih dahulu diekstrak menggunakan alkohol 60% (metode maserasi) dengan perbandingan buah vanili kering : etanol = 1 : 3.
HPLC yang digunakan mempunyai spesifikasi sebagai berikut : Merk : Hewlett Packard 1100 Series
Kolom : Lichrosorph Rp 18 Panjang kolom : 200 x 4.6 mm
Fase gerak : Metanol dan air+asam asetat glasial (20 : 80)
Detektor : UV
Laju alir : 1 ml/menit
Tekanan : 198 mmHg
Volume injeksi : 20 µl
Filter : PTFE 0.45 µm Pengukuran pada : 254 nm
5 siklus
10-14 siklus Perlakuan :
Gambar 11 Proses pengeringan termodifikasi. Buah Vanili
Pencucian dan penirisan
Perendaman dalam aktivator Tekanan vakum 10 menit
Pelayuan 40oC, 30 menit
Pemeraman 24 jam
Pengeringan kimia Pengeringan
microwave
Penuaan (conditioning) 1-3 bulan
Pengemasan
Vanili Kering Pengeringan I, 40oC, 3 jam
Pemeraman 24 jam
Pengeringan II, 60oC, 3 jam
5 siklus
Gambar 12 Pengeringan termodifikasi menggunakan microwave oven.
Buah Vanili
Pencucian dan penirisan
Perendaman dalam aktivator Tekanan vakum 10 menit
Pelayuan 40oC, 30 menit Pemeraman 24 jam Pengeringan Microwave 30 menit per hari (A) Pengeringan Microwave 90 menit per hari (C) Pengeringan Microwave 60 menit per hari (B) Vanili Kering Pengeringan I, 40oC, 3 jam Pemeraman 24 jam
5 siklus
8-10 siklus
Gambar 13 Pengeringan vanili standar (metode Balitro II). Buah Vanili
Pencucian dan penirisan
Pelayuan 60oC, 3 menit
Pemeraman 24 jam
Pengeringan I, 40oC, 3 jam
Pemeraman 24 jam
Pengeringan II, 60oC, 3 jam
Rancangan percobaan
Model rancangan yang digunakan dalam penelitian ini adalah Rancangan Acak Lengkap (RAL) faktor tunggal. Pada penelitian tahap I perlakuannya adalah lama waktu perendaman yang diaplikasikan untuk masing-masing tekanan, sedangkan pada penelitian tahap II perlakuannya adalah jenis pengeringan. Percobaan dilakukan dengan dua kali ulangan. Model umum dari rancangan tersebut adalah sebagai berikut :
Yijk = + τi + ε(ij)k
dimana :
Yijk = variabel respon karena pengaruh perlakuan taraf ke-i dari tiap pengamatan
= pengaruh rata-rata sebenarnya
τi = pengaruh dari perlakuan taraf ke-i