Penelitian pendahuluan dilakukan untuk menentukan waktu pemanasan microwave menggunakan maizena yang kadar airnya diatur mencapai 25 %bb. Penelitian pendahuluan dilakukan untuk memperoleh kombinasi perlakuan modifikasi yang menghasilkan profil amilografi yang diinginkan yaitu viskositas puncak, breakdown, dan setback yang lebih rendah dari pati native-nya. Penelitian pendahuluan dilakukan dengan mode pemanasan low, medium low, dan medium; serta waktu pemanasan dari 15 menit hingga 4 jam. Pati termodifikasi yang dihasilkan lalu dianalisis profil amilografinya. Tabel 11 memperlihatkan hasil analisis amilografi dari beberapa perlakuan modifikasi HMT pada maizena yang diuji cobakan.
Pemilihan mode dan peningkatan waktu pemanasan terlihat mempengaruhi suhu pemanasan yang dihasilkan. Peningkatan suhu yang disebabkan peningkatan waktu ditunjukkan pada modifikasi HMT dengan mode pemanasan low. Suhu pemanasan pada modifikasi HMT dipantau secara periodik menggunakan termometer. Suhu yang tertulis pada Tabel 11 merupakan suhu yang tercatat pada akhir proses. Suhu yang tercatat mengindikasikan besarnya energi panas yang diterima pati selama modifikasi berlangsung. Pemilihan waktu modifikasi dilihat dari besarnya suhu proses yang tercatat.
38 Dari penelitian pendahuluan yang dilakukan. diperoleh perlakuan modifikasi dengan mode pemanasan low pada waktu pemanasan 2 dan 4 jam. Waktu modifikasi 2 dan 4 jam dipilih karena modifikasi HMT mampu meningkatkan suhu pasting dan menurunkan viskositas dibandingkan pati native-nya sehingga menunjukkan kestabilan pasta pati terhadap pemanasan dan pengadukan yang lebih baik. Sementara perlakuan lainnya cenderung menghasilkan profil amilografi pasta yang tidak terlalu berbeda. Beberapa perlakuan lainnya bahkan terlihat gosong akibat tingginya mode dan waktu pemanasan yang diterapkan saat modifikasi HMT.
Oleh karena itu. dalam modifikasi HMT selanjutnya dilakukan dengan kombinasi kadar air sebesar 20 dan 25% dengan waktu pemanasan 2 dan 4 jam pada mode pemanasan low. Akan tetapi. waktu modifikasi pada tapioka lalu diperpanjang menjadi 7 jam. Waktu pemanasan yang lebih panjang diterapkan mengingat studi yang dilakukan Lewandowicz et al. (1997) pada HMT tapioka dengan microwave dengan kadar air hingga 20-35% dan waktu modifikasi mencapai 2.5 jam belum menunjukkan penurunan viskositas yang signifikan serta kelarutan yang masih cukup besar pada pemanasan mencapai 68oC. Waktu pemanasan yang lebih ekstrem dipilih untuk mengetahui sensitivitas tapioka terhadap perlakuan modifikasi HMT pada karakteristik fungsional yang dihasilkan.
Tabel 11. Profil amilografi dari beberapa perlakuan uji coba modifikasi HMT
Perlakuan T proses (oC)* Parameter amilografi (cP)* mode: k.air (%) - waktu (menit) Tp (oC) PV HPV BV SV FV Maizena native - 73.70 4167 2081 2086 1831 3912 Low:25-30 57.5 73.25 4104 2139 1965 1896 4035 Low:25-60 70 74.90 3667 2065 1602 1768 3833 Low:25-90 72 74.50 3754 2107 1647 1813 3920 Low:25-120 76 74.50 3677 2003 1674 1671 3674 Low:25-240 78 74.45 3450 1629 1821 1765 3394 Mediumlow:25-30 80 73.25 4338 2268 2070 2422 4690
Mediumlow:25-60 - Tidak dianalisis, pati gosong pada menit ke 40
Medium:25-15 89 72.00 3506 1763 1743 2002 3765
Medium:25-30 - Tidak dianalisis,
pati gosong pada waktu lebih dari 15 menit
*Suhu (T) proses dihitung pada akhir proses modifikasi HMT
**Keterangan: suhu pasting (Tp,. peak viscosity (PV), hot paste viscosity (HPV), breakdown viscosity (BV), setback
viscosity (SV), dan final viscosity (FV)
2.
Modifikasi HMT dengan Kombinasi Kadar Air dan Waktu Terpilih
Pada persiapan sampel. pengaturan kadar air dilakukan dengan estimasi penambahan jumlah air menggunakan prinsip kesetimbangan massa. Proses penambahan kadar air dilakukan secara perlahan diikuti dengan pengadukan secara manual untuk mencegah penggumpalan pati akibat distribusi air yang tidak merata. Analisis kadar air dilakukan pada pati basah yang telah disetimbangkan selama semlam pada suhu refrigerator. Lampiran 4 A dan B menunjukkan hasil39 analisis kadar air setelah dilakukan conditioning dalam refrigerator selama semalam. Rata-rata kadar air aktual yang diperoleh lebih rendah dari kadar air target (20% dan 25%) dengan rata-rata penurunan berkisar 1.75-2.8% pada tapioka dan 1.8-2.2% pada maizena. Hal ini disebabkan persiapan pati basah yang dilakukan pada wadah terbuka memungkinkan terjadinya penguapan sehingga kadar air sebenarnya lebih kecil dari kadar air target.
Pati basah selanjutnya ditempatkan pada wadah gelas tertutup khusus untuk microwave. Pada akhir proses modifikasi ditemukan beberapa gumpalan gel di sekeliling wadah pada pati HMT 25% dengan waktu pemanasan yang lebih lama yaitu 4 jam. Hal ini disebabkan adanya uap air yang terkondensasi di sekeliling wadah. Pemanasan dengan microwave menyebabkan adanya evaporasi uap air (Zondag 2003). Uap air yang terlepas dari bahan terperangkap pada dinding wadah gelas sehingga terkondensasi. Uap air yang terkondensasi dapat terimbibisi ke dalam granula terutama pada bagian pati yang berada di bawah penutup dan sekeliling permukaan wadah. Akibat adanya pemanasan granula yang terimbibisi uap air dapat tergelatinisasi dan membentuk gel basah yang jernih. Gel tersebut semakin banyak ditemukan seiring meningkatnya kadar air dan waktu pada perlakuan HMT. Adanya gel pada pemanasan pati menggunakan microwave juga dilaporkan Goebel et al. (1984) yang mengungkapkan bahwa rasio penambahan air yang lebih tinggi dan periode pemanasan yang lebih lama mengakibatkan pengembangan granula yang lebih tinggi pula.
Setelah proses modifikasi selesai. wadah gelas berisi pati termodifikasi didinginkan hingga mencapai suhu ruang. Gel basah yang ditemukan kemudian dipisahkan lalu pati termodifikasi dikeringkan dengan oven pada suhu 50oC selama 1 jam. Pengeringan dilakukan untuk memperoleh kadar air penyimpanan yang aman bagi pati termodifikasi HMT. Pengaruh pengeringan pada maizena HMT yang khususnya dilakukan pada perlakuan pendahuluan HMT ditampilkan pada Tabel 12. Setelah dikeringkan. pati kemudian ditumbuk untuk memperoleh pati yang halus.
Tabel 12. Pengaruh pengeringan pada perlakuan pendahuluan HMT
Perlakuan Kadar air (%)* Parameter amilografi (cP)** mode: k.air (%) - waktu (menit) Tp (oC) PV HPV BV SV FV Tanpa pengeringan Low:25-120 9.20 75.25 3557 2048 1509 1732 3780 Low:25-240 12.98 74.45 3528 1789 1739 1723 3512 Dengan pengeringan Low:25-120 5.64 74.50 3677 2003 1674 1671 3674 Low:25-240 5.91 74.45 3450 1629 1821 1765 3394
*Kadar air (%) yang tertulis merupakan kadar air yang digunakan pada pengukuran viskositas menggunakan RVA.
**Keterangan: suhu pasting (Tp,. peak viscosity (PV), hot paste viscosity (HPV), breakdown viscosity (BV), setback
40
C.
PENGARUH FAKTOR PROSES TERHADAP KARAKTERISTIK PATI
TERMODIFIKASI HMT
1.
Profil Amilografi
Perubahan yang dihasilkan oleh modifikasi HMT dapat dipengaruhi oleh sumber pati dan kondisi modifikasi yang diterapkan (Olayinka et al. 2008; Zavareze dan Dias 2010). Kurva amilografi pada pati native dan termodifikasi baik tapioka dan maizena disajikan pada Gambar 12 dan 13. Tabel 13 memaparkan perubahan karakteristik pasta pati termodifikasi tapioka dan maizena.
Gambar 12. Grafik amilografi tapioka native dan modifikasi
Gambar 13. Grafik amilografi maizena native dan modifikasi
a.
Suhu pasting (PT)
Pengaruh kadar air
Perlakuan kadar air mempengaruhi perubahan pada suhu pasting (PT) kedua pati termodifikasi yang disajikan pada Tabel 13. Modifikasi HMT mendorong interaksi antara rantai
0 20 40 60 80 100 120 0 1000 2000 3000 4000 5000 6000 7000 0 5 10 15 20 25 S u h u ( oC) V is k o si ta s (c P ) Waktu (menit)
native 20-2 20-4 25-2 25-4 25-7 temperatur (oC)
0 20 40 60 80 100 120 0 500 1000 1500 2000 2500 3000 3500 4000 4500 0 5 10 15 20 25 S u h u ( o C ) V is k o si ta s (c P ) Waktu (menit) native 20-2 20-4 25-2 25-4 Temp(C) Suhu (oC) Suhu (oC)
41 polimer amilosa dan amilopektin pada struktur granula yang menyebabkan peningkatan terhadap gaya tarik dan ikatan silang yang menghubungkan kedua rantai polimer tersebut. Peningkatan interaksi tersebut turut meningkatkan stabilitas interaksi molekul di dalam granula (Herawati 2009). Akibatnya, dibutuhkan suhu yang lebih tinggi untuk memutuskan ikatan tersebut (Zavareze dan Dias 2010).
Tabel 13. Karakteristik pasta pati native dan modifikasi
Perlakuan kadar air (%) - waktu (jam)
Karakteristik pasta RVA*
PT (oC) PV (cP) HPV (cP) BV (cP) FV (cP) SV (cP) Tapioka native 70.03 ± 0.04 5444 ± 61 2302 ± 89 3142 ± 28 3058 ± 60 756 ± 29 HMT 20-2 70.03 ± 0.04 5519 ± 25 2224 ± 52 3295 ± 27 3064 ± 14 841 ± 37 HMT 20-4 70.25 ± 0.28 5460 ± 92 2227 ± 5 3231 ± 83 3026 ± 28 800 ± 23 HMT 25-2 70.40 ± 0.00 5626 ± 51 2402 ± 20 3224 ± 31 3269 ± 9 867 ± 11 HMT 25-4 70.25 ± 0.28 5056 ± 36 1987 ± 49 3069 ± 13 2851 ± 168 770 ± 1 HMT 25-7 70.48 ± 0.04 5805 ± 76 2239 ± 21 3566 ± 55 3064 ± 32 825 ± 11 Maizena native 73.90 ± 0.28 4031 ± 24 2124 ± 74 1907 ± 49 3875 ± 72 1751 ± 1 HMT 20-2 74.48 ± 0.04 3962 ± 56 2154 ± 16 1808 ± 40 3898 ± 58 1745 ± 42 HMT 20-4 73.93 ± 0.32 3911 ± 85 1968 ± 46 1880 ± 99 3787 ± 13 1820 ± 59 HMT 25-2 74.30 ± 0.28 3766 ± 126 2003 ± 1 1764 ± 127 3707 ± 40 1700 ± 41 HMT 25-4 74.10 ± 0.07 3513 ± 89 1678 ± 69 1836 ± 21 3443 ± 69 1766 ± 1
*Keterangan: suhu pasting (Tp,. peak viscosity (PV), hot paste viscosity (HPV), breakdown viscosity (BV), setback viscosity
(SV), dan final viscosity (FV)
Pengaruh waktu pemanasan
Peningkatan waktu pemanasan yang diterapkan mempengaruhi peningkatan suhu pasting pada tapioka (Tabel 13). Sementara peningkatan waktu pemanasan pada maizena termodifikasi tidak memberikan peningkatan yang serupa pada tapioka. Suhu pasting (PT) yang lebih tinggi diperoleh pada perlakuan waktu yang lebih singkat pada HMT maizena (Tabel 13). Pengaruh waktu pemanasan terhadap suhu pasting (PT) pati termodifikasi juga dipelajari oleh Lorlowhakarn dan Naivikul (2006) pada tepung beras. Lorlowhakarn dan Naivikul (2006) menemukan bahwa suhu pasting semakin meningkat dengan meningkatnya waktu pemanasan yang diterapkan.
b.
Viskositas puncak (PV)
Pengaruh kadar air
Besarnya viskositas puncak (PV) pada pati termodifikasi berbeda-beda pada tiap pati termodifikasi. Kenaikan kadar air perlakuan HMT menyebabkan terjadinya penurunan viskositas puncak (PV) pada maizena (Tabel 13). Perubahan tersebut diakibatkan adanya pergerakan
42 molekul pada heliks ganda granula yang disertai adanya pengaturan penyusunan kembali yang keduanya dimobilisasi oleh molekul l air. Peningkatan kadar air tidak hanya mengakibatkan adanya mobilisasi pada molekul heliks ganda namun juga melibatkan adanya peningkatan interaksi pada molekul inter- dan intramolekuler granula dengan meningkatnya kekuatan ikatan hidrogen. Perubahan struktural granula akibat HMT seperti perubahan penyusunan heliks ganda berperan dalam penurunan daya kembang dan kelarutan granula (Olayinka et al. 2008). Hal ini dikarenakan karakteristik pemastaan pati berkaitan erat dengan daya kembang dan kelarutan granula ketika dipanaskan. Studi dilaporkan Hoover dan Manuel (1996) pada pati jagung mengungkapkan penurunan viskositas puncak tidak hanya dipengaruhi oleh peningkatan ikatan hidrogen pada interaksi inter- dan intramolekuler granula tetapi juga oleh adanya pembentukan amilosa-lipid selama HMT.
Lain halnya dengan tapioka termodifikasi HMT, kadar air memberikan pengaruh beragam pada viskositas puncak (PV) sebagaimana yang ditunjukkan pada Tabel 13. Peningkatan viskositas puncak akibat modifikasi HMT juga dilaporkan Hoover dan Vasanthan (1994) serta Anderson dan Guraya (2006) pada pati gandum dan beras. Peningkatan viskositas puncak pada pati termodifikasi disebabkan meningkatnya rigiditas granula yang menyebabkan granula menjadi lebih tahan terhadap pengadukan (Hoover dan Vasanthan 1994; Adebowale et al. 2005).
Pengaruh waktu pemanasan
Perlakuan waktu pemanasan yang lebih lama memberikan dampak semakin besar pula energi panas yang diterima granula pati akibat semakin besarnya peluang terjadinya gesekan molekul air. Energi panas yang semakin besar memungkinkan terjadinya degradasi termal pada susunan heliks ganda molekul amilopektin. Lu et al. (1996) menyatakan bahwa panas yang diberikan selama HMT menyebabkan molekul amilopektin terdegradasi. Adanya degradasi amilopektin ini diperlihatkan dengan adanya penurunan jumlah komponen berberat molekul tinggi yang mengindikasikan adanya degradasi termal terutama pada rantai linier bagian luar amilopektin. Peningkatan molekul berbobot rendah seperti amilosa menyebabkan daya kembang granula menjadi terhambat sehingga maizena termodifikasi HMT menunjukkan penurunan viskositas puncak (PV) secara bertahap dengan adanya peningkatan waktu pemanasan. Penurunan viskositas puncak akibat meningkatnya waktu pemanasan modifikasi HMT juga dilaporkan pada tepung beras (Lorlowhakarn dan Naivikul, 2006).
Tapioka memiliki sensitivitas yang berbeda yang disebabkan oleh perlakuan waktu pemanasan. Tabel 13 menunjukkan hampir semua perlakuan waktu pemanasan kecuali pada HMT 25% 4 jam memberikan viskositas puncak (PV) yang lebih tinggi dibanding native-nya. Sensitivitas pati termodifikasi yang beragam akibat perlakuan waktu pemanasan berbeda juga dikemukakan Collado dan Corke (1999). Dari studi yang diperoleh, Collado dan Corke (1999) mengemukakan bahwa perubahan viskositas puncak (PV) pati ubi jalar dipengaruhi waktu, pH, dan kandungan amilosa. Untuk pati dengan amilosa lebih rendah (15.2%), PV terendah dicapai pada modifikasi HMT selama 16 jam pada pH asal (pH 6.5-6.7). Sementara, untuk pati dengan amilosa lebih tinggi (28.5%), modifikasi HMT yang dilakukan pada pH asal tidak terdapat perbedaan nilai viskositas yang diperoleh pada waktu pemanasan 4-16 jam.
43
c.
Viskositas breakdown (BV)
Pengaruh kadar air
Pengukuran viskositas breakdown (BV) bertujuan untuk mengetahui pengaruh perlakuan proses modifikasi HMT terhadap kestabilan pasta pati. Perlakuan peningkatan kadar air pada modifikasi HMT memberikan penurunan viskositas breakdown (BV). Viskositas breakdown (BV) yang terukur pada tapioka HMT masih cukup tinggi bila dibandingkan dengan native-nya (Tabel 13). Hal ini menunjukkan interaksi yang terbentuk akibat modifikasi HMT belum mampu menghasilkan tapioka termodifikasi yang cukup tahan terhadap perlakuan pemanasan. Karakteristik asal sumber pati seperti ukuran granula dan komposisi kimia seperti kandungan lemak dapat mempengaruhi karakteristik pasta pati. Ukuran granula yang besar seperti yang dimiliki oleh tapioka memiliki interaksi ikatan hidrogen molekul granula yang lebih lemah daripada pati dengan ukuran granuula yang lebih kecil seperti maizena (Kaletunç dan Breslauer 2003). Kandungan lemak pada maizena yang cukup tinggi menghalangi pembengkakan dan pelepasan molekul granula (khususnya amilosa) saat pemanasan pada suhu tinggi (95oC) akibat kuatnya ikatan antar molekul khususnya pada interaksi kompleks amilosa-lipid sehingga dibutuhkan suhu yang lebih tinggi untuk memutus ikatan tersebut.
Pengaruh waktu pemanasan
Perbedaan waktu pemanasan pada modifikasi HMT menyebabkan perbedaan orientasi susunan heliks ganda serta interaksi intra- dan intermolekul pada granula pati. Hal ini disebabkan perbedaan sensitivitas terhadap perlakuan HMT yang diterapkan baik yang disebabkan oleh sumber pati maupun pengaruh proses itu sendiri. Tabel 13 menunjukkan bahwa HMT 25% selama 4 jam baik pada tapioka dan maizena memiliki nilai breakdown (BV) terendah dibanding perlakuan lainnya. Perbedaan sensivitas perlakuan HMT terhadap penurunan breakdown juga dilaporkan Collado dan Corke (1999) pada pati kentang yang memiliki kandungan amilosa berbeda (15.2 dan 28.5%). Pengukuran breakdown (BV) terendah dengan pH asal (pH 6.5-6.7) dimiliki pada pati kentang (15.2% amilosa) dengan HMT selama 4 jam. Sementara pada pati ubi jalar dengan kandungan amilosa 28.5%, tidak diperoleh perbedaan nilai viskositas breakdown akibat adanya perlakuan waktu pemanasan pada modifikasi HMT.
d.
Viskositas setback (SV)
Pengaruh kadar air
Perlakuan kadar air pada modifikasi HMT berdampak pada peningkatan setback (SV) pada tapioka (Tabel 13). Penemuan serupa juga dilaporkan Abraham (1993) pada tapioka dengan modifikasi HMT microwave. Lain halnya pada maizena, perlakuan HMT memberikan respon setback (SV) yang beragam yang merupakan kombinasi pengaruh perlakuan kadar air dan waktu yang diterapkan. Zavareze dan Dias (2010) menambahkan bahwa viskositas setback (SV) dipengaruhi oleh jumlah amilosa yang terlepas, ukuran granula, rigiditas, dan granula mengembang yang tidak terfragmentasi.
44
Pengaruh waktu pemanasan
Perlakuan waktu pemanasan memberikan respon nilai viskositas setback yang beragam pada tapioka HMT. Akan tetapi peningkatan setback terjadi pada maizena termodifikasi HMT akibat diterapkannya perlakuan waktu pemanasan yang semakin meningkat (Tabel 13). Stute et al. (1992) menyatakan modifikasi hidrotermal seperti HMT dapat meningkatkan viskositas akhir (FV) dan setback (SV) akibat meningkatnya rigiditas granula.
2.
Profil Gelatinisasi
Termogram DSC pada pati native dan termodifikasi disajikan pada Gambar 14 dan 15. Perubahan suhu gelatinisasi [awal (To), puncak (Tp), akhir (Tc)] dan entalpi gelatinisasi (∆H)
akibat pengaruh modifikasi HMT pada kedua pati dipaparkan pada Tabel 14. Secara garis besar, pengaruh HMT pada perubahan karakteristik termal gelatinisasi pati tergantung pada kadar air saat perlakuan, sumber pati, dan kandungan amilosa (Zavareze dan Dias, 2010).
Gambar 14. Termogram DSC tapioka native dan termodifikasi
Gambar 15. Termogram DSC maizena native dan termodifikasi
40 60 80 100 A li ra n P a n a s E n d o te rmi k Suhu (oC)
native 20% 2 jam 20% 4 jam 25% 2 jam 25% 4 jam 25% 7 jam
40 60 80 100 A li ra n P a n a s E n d o te rmi k Suhu (oC)
native 20% 2 jam 20% 4 jam 25% 2 jam 25% 4 jam
20-2 20-4 25-2 25-4 25-7 20-2 20-4 25-2 25-4 To Tp Tc To Tp Tc
45
Tabel 14. Profil gelatinisasi pati native dan termodifikasi
Perlakuan kadar air (%) -waktu (jam) Perubahan suhu (oC)* ∆H (J/g)* To Tp Tc Tc - To Tapioka native 64,40 69,33 74,27 9,87 3,15 HMT 20-2 64,23 69,14 79,07 14,84 8,82 HMT 20-4 64,46 69,38 79,29 14,83 8,70 HMT 25-2 66,52 72,45 77,41 10,89 1,65 HMT 25-4 66,92 71,84 84,19 17,27 3,58 HMT 25-7 66,45 72,34 82,25 15,80 2,69 Maizena native 64,56 69,18 74,45 9,89 3,05 HMT 20-2 64,25 69,17 74,12 9,87 8,38 HMT 20-4 64,46 69,39 74,35 9,89 6,19 HMT 25-2 64,32 69,24 74,19 9,88 7,75 HMT 25-4 64,65 69,60 74,56 9,91 5,38
*Keterangan: suhu awal (To); puncak (Tp); akhir (Tc) gelatinisasi, dan entalpi gelatinisasi (∆H)
a.
Suhu transisi gelatinisasi (T
o, T
p, dan T
c)
Pengaruh kadar air
Kedua pati termodifikasi HMT menunjukkan peningkatan suhu puncak gelatinisasi (Tp)
seiring dengan meningkatnya kadar air perlakuan (Tabel 14). Peningkatan suhu transisi gelatinisasi (To, Tp, dan Tc) akibat modifikasi HMT juga dilaporkan Hoover dan Vasanthan
(1994), Hoover dan Manuel (1996), Gunaratne dan Hoover (2002), serta Vermeylen et al. (2006). Peningkatan kadar air turut meningkatkan pergerakan heliks ganda yang dapat menghancurkan dan/ atau mengubah orientasi kristalit (Gunaratne dan Hoover 2002). Tapioka menunjukkan kenaikan suhu gelatinisasi yang lebih besar pada kadar air 25% (Tabel 14) padahal studi difraksi sinar X pada Tabel 16 menunjukkan HMT menyebabkan kerusakan kristalit pati. HMT tidak saja mempengaruhi perubahan daerah kristalin tetapi juga pada daerah amorphous granula (Hoover dan Vasanthan 1994; Hoover dan Manuel 1996; Lim et al. 2001).
Suhu pelelehan kristalit (To, Tp, dan Tc) dikendalikan secara tidak langsung oleh daerah
amorphous. Peningkatan suhu gelatinisasi (Tp) pada pati termodifikasi menunjukkan
meningkatnya interaksi molekul-molekul pada daerah amorphous (Hoover dan Vasanthan 1994). Peningkatan interaksi amilosa-amilosa (daerah amorphous) dan/ atau amilosa-amilopektin (daerah interkristalin) menyebabkan penurunan pengembangan granula sehingga memungkinkan menurunnya pengaruh destabilisasi daerah amorphous saat pelelehan kristalit. Hal ini mengakibatkan peningkatan stabilitas termal granula sehingga dibutuhkan suhu yang lebih tinggi untuk pelelehan kristalit pada pati termodifikasi (Gunaratne dan Hoover 2002). Komplek amilosa-lipid juga dilaporkan terbentuk pada pati serealia akibat pengaruh HMT (Hoover dan Manuel 1996). Adanya komplek tersebut juga dapat meningkatkan stabilitas termal pati.
Peningkatan suhu puncak gelatinisasi (Tp) akibat peningkatan kadar air perlakuan terlihat
lebih besar pada tapioka dibandingkan maizena (Tabel 14). Tingginya suhu gelatinisasi (Tp)
46 rantai heliks ganda yang menyusunnya, sehingga membutuhkan energi yang lebih tinggi untuk mendisosiasinya (Singh et al. 2003). Akan tetapi jika melihat data yang diperoleh difraktogram, tapioka mengalami penurunan kristalinitas relatif yang cukup besar akibat perlakuan HMT (Tabel 16). Namun suhu gelatinisasi sebagaimana yang dikemukakan Gunaratne dan Hoover (2002) tidak hanya bergantung pada struktur molekuler amilopektin (panjang rantai dan percabangan) tetapi juga struktur granula (rasio daerah kristalin-amorphous) dan komposisi pati (rasio amilosa- amilopektin, jumlah komplek lemak, dan rantai amilosa). Suhu puncak gelatinisasi (Tp) tapioka HMT yang lebih tinggi disebabkan oleh perbedaan panjang rantai amilosa. Tester et al. (2004) melaporkan bahwa derajat polimerisasi (DP) amilosa tapioka lebih tinggi dari maizena.
Pengaruh waktu pemanasan
Semakin lama waktu pemanasan yang dilakukan pada modifikasi HMT menyebabkan suhu transisi gelatinisasi (To, Tp, dan Tc) mengalami peningkatan. Peningkatan suhu puncak
gelatinisasi tertinggi (Tp) juga dilaporkan pada pati ubi jalar (15.2 dan 28.5% amilosa) pada perlakuan HMT selama 8 jam (Collado dan Corke 1999). Peningkatan suhu gelatinisasi dipengaruhi interaksi amilosa (daerah amorphous) dengan segmen cabang rantai amilopektin (daerah kristalin). Perubahan yang terjadi dapat dipengaruhi oleh penyusunan kembali rantai pendek amilopektin yang difasilitasi energi panas dan air pada perlakuan modifikasi (Pukkahuta et al. 2008). Semakin lama waktu pemanasan pemanasan yang diberikan akan mempengaruhi pergerakan dan reorientasi helik ganda pada kristalin sehingga meningkatkan stabilitas termal pati (Hoover dan Vasanthan 1994).
Modifikasi HMT juga memperbesar selang suhu gelatinisasi (Tc-To) pada kedua pati termodifikasi (Tabel 14). Pelebaran rentang suhu gelatinisasi (Tc-To) yang disebabkan modifikasi
HMT juga dilaporkan oleh Collado dan Corke (1999), Hoover dan Manuel (1996), Vermeylen et al. (2006), dan Pukkkahuta et al. (2008). Lim et al. (2001) menyatakan bahwa pelebaran rentang suhu gelatinisasi disebabkan adanya peningkatan suhu termal endoterm yang dipicu oleh perubahan daerah kristalin.Pelebaran rentang suhu gelatinisasi akibat HMT lebih terlihat pada tapioka dibandingkan maizena (Tabel 14). Pelebaran rentang suhu gelatinisasi (Tc-To)
menunjukkan variasi yang lebih besar pada stabilisasi struktur kristalin (Chung et al. 2009). Perbedaan variasi pada penyusunan kristalin terlihat dengan terbacanya intensitas difraksi pada puncak kristal baru maupun penguatan intensitas pada kristal yang sudah ada (Lampiran 12). Perubahan yang terjadi pada susunan kristalin tersebut mendorong perubahan variasi stabilitas struktur kristalin terhadap panas.
b.
Entalpi gelatinisasi (
∆H)
Pengaruh kadar air
Selain itu, modifikasi HMT juga mengubah entalpi gelatinisasi (∆H) pada pati (Tabel 14). Entalpi gelatinisasi (∆H) merupakan energi yang diperlukan untuk gelatinisasi. Cooke dan
Gidley (1992) menambahkan bahwa ∆H menunjukkan hilangnya susunan heliks ganda. Hal ini
disebabkan molekul air mempengaruhi pergerakan heliks ganda yang umumnya terdiri atas percabangan rantai amilopektin (Hoover dan Vasanthan 1994). Pergerakan heliks yang dimobilitasi oleh molekul air yang menguap (akibat penetrasi panas) mengakibatkan perusakan dan disorientasi penyusunan molekul pada kristalin (Gunaratne dan Hoover 2002). Peningkatan
47 disorientasi dan perusakan pada daerah kristalin menyebabkan penurunan total kristalinitas.
Variasi ∆H menggambarkan perbedaan derajat kristalinitas (Srichuwong et al., 2005).
Pengaruh waktu pemanasan
Peningkatan perlakuan waktu pemanasan pada modifikasi HMT menyebabkan penetrasi panas semakin lama terjadi pada granula pati. Penetrasi panas menyebabkan peningkatan disorientasi susunan molekul dan kerusakan pada daerah kristalin yang disebabkan adanya pergerakan heliks ganda (Gunaratne dan Hoover 2002). Lamanya waktu pemanasan mempengaruhi pergerakan dan reorientasi penyusunan pada rantai heliks ganda (Hoover dan Vasanthan 1994). Walaupun demikian modifikasi HMT tidak hanya menginduksi perubahan pada daerah kristalin tetapi juga daerah amorphous pada granula pati (Lim et al., 2001).
3.
Bentuk Granula Pati
Mikroskop cahaya terpolarisasi (PLM) umumnya digunakan untuk melihat ukuran, bentuk, dan posisi hilum. Pada penelitian kali ini mikroskop polarisasi digunakan untuk melihat pengaruh modifikasi HMT pada granula tapioka dan maizena sehingga digunakan perbesaran berbeda yaitu 400 dan 1000 kali. Hasil pengamatan granula pati tapioka dan maizena dengan mikroskop cahaya terpolarisasi disajikan pada Gambar 16 dan 17.
Gambar 16. Granula tapioka native dan termodifikasi pada perbesaran 400x dan 1000x native (A); HMT 20-2 (B); HMT 20-4 (C); HMT 25-2 (D); HMT 25-4 (E); HMT 25-7(F)
Secara mikroskopis, granula pati tapioka umumnya berbentuk bulat, namun ada pula sebagian yang berbentuk bulat dan pecah dengan salah satu sisi terpotong. Sementara pada granula pati maizena berbentuk polihedral dan melingkar. Selain itu, pada kedua pati juga dapat
400x 400x 400x 400x 400x 400x 1000x 1000x 1000x 1000x 1000x 1000x A B C D E F L
48 diamati hilum yang merupakan titik pertumbuhan asal dari granula terletak di tengah-tengah (sentris) dengan bentuk titik atau 1-4 garis pendek yang salah satu ujungnya bertemu sebagaimana yang dilaporkan oleh Febriyanti dan Wirakartakusumah (1990) serta Mishra dan Rai (2006). Pada kondisi alaminya (tanpa modifikasi), tapioka (Gambar 16A) dan maizena (Gambar 17A) menunjukkan pola maltose cross (pola silang), pola ini dikenal dengan sifat birefringence.
Gambar 17. Granula maizena native dan termodifikasi pada perbesaran 400x dan 1000x native (A); HMT 20-2 (B); HMT 20-4 (C); HMT 25-2 (D); HMT 25-4 (E)
Pengaruh kadar air
Peningkatan kadar air hingga 25% pada perlakuan HMT menyebabkan terjadinya perubahan sifat birefringence pada granula tapioka dan maizena (Gambar 16 dan 17). Granula kedua pati tersebut kehilangan birefringence yang ditunjukkan adanya lubang pada pusat granula (hilum) namun intensitas birefringence di sekitar pusat granula tidak berubah. Hal tersebut menunjukkan granula pati masih terjaga integritasnya. Hilangnya birefringence pada pusat granula disebabkan pusat granula pati merupakan daerah amorphous (Eliasson, 2004). Daerah amorphous memiliki susunan molekul pada daerah tersebut lebih renggang sehingga lebih mudah diberubah selama HMT (Eliasson 2004; Chung et al. 2009). Hilangnya sifat birefringence granula pati termodifikasi dipengaruhi oleh kadar air. Peningkatan kadar air modifikasi HMT hingga 25% terlihat mengakibatkan hilangnya sifat birefringence granula dengan terlihatnya lubang pada pusat granula (Gambar 16F, 17D, dan 17E). Hilangnya sifat birefringence dan terbentuknya lubang pada pusat granula akibat modifikasi HMT juga dilaporkan Vermeylen et al. (2006), Lu dan Yang (2006), serta Chung et al. (2009).
Pergerakan helik ganda selama modifikasi HMT yang dipicu pergerakan molekul air tervaporasi dapat mengakibatkan kerusakan pada kristalit dan/ atau orientasi kristalin (Gunaratne dan Hoover, 2002). Pergerakan molekul pada granula dapat mengubah orientasi kristalin dan meningkatkan derajat ketidakteraturan molekul pada daerah kristalin sehingga birefringence pati
400x 400x 400x 400x 400x 1000x 1000x 1000x 1000x 1000x L A B C D E
49 menjadi melemah. Terbatasnya jumlah air pada pati tapioka dan maizena menyebabkan interaksi hidrogen yang terbentuk antara air dengan molekul amilosa dan amilopektin juga terbatas sehingga tidak menyebabkan gelatinisasi. Lu dan Yang (2006) mempelajari pengaruh kadar air pada sifat birefringence tapioka termodifikasi HMT. Studi tersebut mengungkapkan hubungan peningkatan kadar air dengan hilangnya sifat birefringence pada granula birefringence termodifikasi HMT.
Pengaruh waktu pemanasan
Penetrasi panas menyebabkan peningkatan derajat ketidakterarturan sehingga meningkatkan molekul pati yang terpisah serta penurunan sifat kristal (Hoseney 1998). Hal ini mengingat bahwa intensitas birefringence pati sangat tergantung dari derajat dan orientasi kristal.