HASIL DAN PEMBAHASAN

OPTIMASI PROSES EKSTRUSI MI JAGUNG DENGAN METODE RESPON PERMUKAAN

HASIL DAN PEMBAHASAN

Optimasi Pembuatan Mi Jagung Menggunakan RSM

Pada penelitian utama optimasi pembuatan mi jagung dilakukan dengan kisaran suhu ekstruder 80, 85 dan 90oC, kecepatan ulir ekstruder 110, 120 dan 130 rpm, serta kadar air tepung 70, 75 dan 80% (basis kering). Hasil pengukuran

69 kekerasan, kelengketan, persen elongasi dan cooking loss disajikan pada Tabel 5.2. Sedangkan rekapitulasi hasil analisis regresi untuk keempat respon terukur disajikan pada Tabel 5.3.

Tabel 5.2. Hasil analisis kekerasan, kelengketan, elongasi dan cooking loss mi jagung Formula X1 X2 X Kekeras- an (gf) 3 Keleng- ketan (gf) Elongasi (%) Cooking Loss (%) 1 72,5 90 130 2779,70 -82,90 281,37 1,81 2 80 90 130 2543,60 -43,35 254,89 0,59 3 75 80 110 2385,70 -17,90 197,37 4,88 4 72,5 80 120 2625,50 -108,95 194,64 6,81 5 72,5 80 110 2451,40 -26,50 177,15 5,54 6 80 85 110 2368,75 -16,65 246,00 3,45 7 70 85 110 2919,15 -27,60 192,57 5,78 8 75 80 130 2277,65 -123,90 169,95 5,93 9 75 85 110 2660,15 -21,25 219,23 4,97 10 70 80 130 2404,15 -178,05 157,28 8,31 11 70 80 120 2658,50 -154,20 188,25 8,14 12 80 80 120 2022,10 -62,65 227,81 2,21 13 70 80 110 2642,50 -28,65 170,48 5,54 14 80 80 110 2123,70 -46,40 219,75 4,56 15 70 90 120 3141,15 -88,70 308,25 2,33 16 75 85 130 2755,70 -107,10 280,20 7,80 17 80 80 130 2215,75 -69,40 201,15 5,30 18 70 85 130 3027,10 -126,70 251,29 7,87 19 72,5 85 120 2933,70 -83,65 207,75 5,16 20 75 90 120 2827,80 -58,00 278,37 1,74 21 80 90 110 2753,05 -20,20 246,00 0,56 22 80 90 120 2798,15 -55,15 272,33 1,23 23 80 90 130 2543,60 -43,35 254,89 0,59 24 70 85 120 3014,80 -151,55 202,31 5,59 25 75 90 110 2918,10 -28,80 290,74 6,98 26 70 90 130 3199,10 -108,90 351,60 2,28 27 70 90 120 3141,15 -88,70 308,25 2,33 28 75 90 130 2693,90 -78,20 272,18 0,84 29 80 85 130 2712,25 -37,35 288,60 4,47 30 80 85 120 2749,60 -54,20 295,88 1,78 31 70 80 130 2404,15 -178,05 157,28 8,31 32 72,5 85 110 2726,40 -26,50 202,95 5,28 33 75 85 120 2759,40 -63,15 259,99 7,80 34 70 90 110 3126,05 -32,10 308,06 7,13 35 75 80 120 2157,60 -69,65 200,70 4,85

Keterangan : X1 = kadar air tepung jagung, X2 = suhu ekstruder, X3 = kec. ulirekstruder

Tabel 5 menunjukkan bahwa keempat model yang dibangun memiliki tingkat signifikansi yang tinggi (p<0,001). Nilai R2 untuk semua parameter diatas 0,8 kecuali parameter cooking loss (0,7225). Menurut Henika (1982) pada penggunaan RSM,

70 dengan rancangan percobaan yang menggunakan jumlah perlakuan terbatas, nilai R2 diatas 0,75 cukup meyakinkan untuk memprediksi model.

Tabel 5.3. Rekapitulasi hasil analisis regresi untuk keempat respon terukur

Parameter Kekerasan Kelengketan Elongasi Cooking Loss

Prediksi Model Kuadratik Kuadratik Interaksi 2 Faktor Interaksi 2 Faktor

Model 0,0001*** 0,0001*** 0,0001*** 0,0001*** X1 - 0,0001*** -0,0001*** 0,0968 0,0001*** X2 0,0001*** -0,0012** 0,0001*** 0,0001*** X3 0,0001*** 0,9840 X1 2 X2 -0,0012** 2 X3 2 0,0001*** X1X2 -0,0002*** X1X3 0,0001*** X2X3 0,0045** -0,0112* R2 0,8860 0,9251 0,8130 0,7226

Keterangan : * signifikan pada taraf 0,05 ** signifikan pada taraf 0,01 *** signifikan pada taraf 0,001

Respon Kekerasan Produk

Berdasarkan Tabel 5.3, model prediksi untuk kekerasan mi jagung adalah kuadratik. Modifikasi model dilakukan dengan menghilangkan variabel-variabel yang tidak berpengaruh signifikan. Hasil perbaikan model menunjukkan perubahan nilai R2=0,85. Model matematik untuk respon kekerasan mi jagung adalah :

Y = -44932,34 – (39,36 X1) + (1136,56 X2) – (6.36 X2 2

) ...(5.4) Variabel linier X1, X2 (kadar air dan suhu ekstruder pada orde 1) dan variabel

kuadratik X22 (suhu ekstruder pada orde 2) berpengaruh nyata terhadap kekerasan mi

jagung (p<0,05). Variabel yang lain (X3, X12, X32, X1X2, X1X3 dan X2X3

Dari persamaan 5.4 terlihat bahwa peningkatan kadar air (X

) tidak berpengaruh nyata terhadap kekerasan mi jagung (p>0,05).

1) berbanding

terbalik dengan kekerasan mi jagung. Peningkatan suhu ekstruder dapat meningkatkan kekerasan mi jagung, yaitu semakin tinggi suhu ekstruder, mi semakin keras. Hal tersebut disebabkan oleh tingkat pengembangan granula tepung jagung yang semakin meningkat. Namun semakin tinggi suhu ekstruder, peningkatan kekerasan mi cenderung semakin kecil karena granula mengalami rupture, yang berdampak pada viskositas yang menurun.

71 Menurut Srichuwong (2006) pada profil gelatinisasi selama pemanasan, semakin tinggi suhu proses, pembengkakan granula semakin tinggi yang mengakibatkan viskositas adonan semakin tinggi pula. Namun jika pemanasan dilanjutkan, granula mengalami rupture dan viskositas akan turun. Visualisasi respon permukaan untuk kekerasan mi jagung yang menggambarkan pengaruh kadar air dan suhu ekstruder disajikan pada kecepatan ulir ekstruder 120 rpm (Gambar 5.1.). Pada kecepatan ulir ekstruder 110 dan 130 rpm menunjukkan pola yang sama.

Semakin tinggi kadar air, kekerasan mi menurun. Tan et al. (2009) menyatakan bahwa tekanan dan suhu yang semakin tinggi menyebabkan kemampuan penetrasi air ke dalam tepung semakin tinggi. Semakin banyak air yang masuk ke dalam tepung, viskositas adonan menurun.

Menurut Liu (2005) mekanisme gelatinisasi dimulai dari pembengkakan dan perubahan bagian amorpous dari granula pati. Jika air berlebih, maka pembengkakan dan perubahan struktur berlanjut pada bagian kristalin. Semakin tinggi kadar air (pada suhu di atas suhu gelatinisasi) pemutusan ikatan hidrogen akan semakin tinggi, granula pati akan lebih banyak mengalami rupture yang berakibat pada viskositas adonan yang menurun dan mi menjadi lebih lunak.

Respon Kelengketan Produk

Model prediksi untuk kelengketan mi jagung adalah kuadratik dengan kadar air (orde 1), suhu ekstruder (orde 1), kecepatan ulir ekstruder (orde 1 dan 2), interaksi

Gambar 5.1. Grafik RSM kekerasan mi jagung

2134.47 2371.57 2608.66 2845.76 3082.86 Kekerasan 70.00 72.50 75.00 77.50 80.00 80.00 82.50 85.00 87.50 90.00 Kadar Air Suhu (o C)

72 kadar air dengan kecepatan ulir ekstruder berpengaruh sangat nyata, sedangkan interaksi antara suhu ekstruder dan kecepatan ulir ekstruder berpengaruh nyata (R2

=0,93). Model matematik untuk respon kelengketan adalah :

Y = 10000,00 - (45,46 X1) – (32,28 X2) – (122,47 X3) + (0,25 X32) + (0,42

X1X3) + (0,29 X2 X3) ...

(5.5)

Grafik RSM untuk kelengketan mi jagung ditunjukkan pada Gambar 5.2. Nilai minus (-) yang semakin tinggi pada grafik menunjukkan arti bahwa mi jagung semakin lengket. Kelengketan mi menurun dengan meningkatnya kadar air dan suhu proses. Eliasson dan Gudmundson (1996) mengatakan bahwa kelengketan mi disebabkan oleh amilosa yang berada di permukaan mi terlepas. Kekuatan struktur permukaan mi dipengaruhi oleh kecukupan proses gelatinisasi. Semakin tinggi suhu ekstruder dan semakin tinggi kadar air, gelatinisasi semakin meningkat, granula lebih banyak mengalami rupture. Proses pembentukan jaringan mi pada saat retrogradasi semakin bagus, sehingga kekuatan jaringan semakin kuat dan mi semakin tidak lengket.

Secara umum, peningkatan kecepatan ulir dari 110 menjadi 120 dapat meningkatkan kelengketan. Kecepatan ulir berpengaruh terhadap tekanan di die ekstruder (Chaudary et al., 2008). Semakin tinggi kecepatan ulir semakin tinggi pula tekanan pada die ekstruder, namun waktu tinggal bahan di dalam ekstruder semakin rendah. Diduga, proses gelatinisasi lebih dipengaruhi oleh waktu tinggal bahan di

Gambar 5.2. Grafik RSM kelengketan mi jagung

-144.46 -111.72 -78.98 -46.24 -13.49 Kelengketan 70.00 72.50 75.00 77.50 80.00 110.00 115.00 120.00 125.00 130.00 Kadar Air Kec. Screw -123.14 -96.54 -69.94 -43.34 -16.74 Kelengketan 80.00 82.50 85.00 87.50 90.00 110.00 115.00 120.00 125.00 130.00 Suhu (o C) Kec. Screw

73 dalam ekstruder dibandingkan dengan akibat pengaruhi friksi antar granula. Semakin tinggi kecepatan ulir ekstruder, tingkat gelatinisasi adonan semakin rendah. Tingkat gelatinisasi yang rendah menyebabkan lemahnya ikatan struktur di permukaan mi, lebih banyak amilosa yang lepas ketika mi dimasak dan kelengketan mi semakin meningkat.

Respon Elongasi Produk

Model prediksi untuk elongasi mi jagung menunjukkan bahwa kecepatan ulir ekstruder (orde 1 dan 2) dan interaksi antara kadar air dengan suhu ekstruder memberikan pengaruh sangat nyata (p<0,01) terhadap elongasi mi jagung (R2=0,81). Model matematik untuk respon elongasi mi jagung adalah sebagai berikut:

Y = - 7557,19 + (93,74 X1) + (90,33 X2) – (1,08 X1 X2) ………..…

(5.6)

Variabel yang lain tidak berpengaruh nyata (p>0,05) terhadap elongasi mi jagung. Secara umum, pada suhu di atas 85oC, elongasi mi jagung meningkat dengan meningkatnya suhu dan menurunnya kadar air adonan (Gambar 5.3). Kecenderungan sebaliknya terjadi pada kisaran suhu kurang dari 85o

Suhu semakin tinggi menyebabkan tingkat gelatinisasi semakin tinggi, sedangkan kadar air yang semakin rendah menyebabkan tekanan yang diterima adonan semakin tinggi pula. Tekanan dan gelatinisasi yang tinggi pada adonan selama proses ekstrusi menyebabkan kekuatan struktur gel semakin tinggi sehingga mi jagung semakin tinggi elongasinya.

C, dimana menurunnya kadar air menyebabkan menurunnya elongasi mi.

159.86 195.96 232.05 268.15 304.24 Elongasi 70.00 72.50 75.00 77.50 80.00 80.00 82.50 85.00 87.50 90.00 Kadar Air Suhu (o C)

74 Respon Cooking Loss

Análisis ANOVA menunjukkan nilai R2

Y = - 177,69 - (0,37 X

=0,72 untuk model ini. Variabel linier kadar air dan suhu ekstruder serta interaksi antara kadar air dan kecepatan ulir ekstruder berpengaruh nyata terhadap elongasi mi jagung (p<0,05). Grafik RSM untuk cooking loss mi jagung ditunjukkan pada Gambar 5.4. Model matematik untuk respon cooking loss mi jagung adalah sebagai berikut:

1) + (2,46 X2) + (2,00 X3) – (1,08 X1 X3) ……

(5.7)

Pada suhu kecepatan ulir 130 rpm, peningkatan suhu menyebabkan penurunan cooking loss yang cukup tinggi, sedangkan pada kecepatan 110 rpm, peningkatan suhu tidak terlalu berdampak pada penurunan cooking loss. Hal ini menunjukkan bahwa gelatinisasi dipengaruhi oleh suhu dan tekanan dalam ekstruder (Chaudary et al., 2008).

Menurut Wang et al. (1999) tingkat cooking loss tergantung pada tingkat gelatinisasi dan kekuatan struktur gel dari mi. Namun, Charutigon et al. (2007) menyatakan bahwa kehilangan selama pemasakan (cooking loss) terutama disebabkan oleh kelarutan pati tergelatinisasi yang ikatannya lemah di permukaan mi.

Pengaruh suhu ekstruder dan kecepatan ulir ekstruder terhadap cooking loss, berbanding terbalik dengan kelengketan. Semakin tinggi suhu dan semakin rendah

Gambar 5.3. Grafik RSM elongasi mi jagung

1.63 3.13 4.63 6.13 7.63 Cooking loss 80.00 82.50 85.00 87.50 90.00 110.00 115.00 120.00 125.00 130.00 Suhu (oC) Kec. Screw

75 kecepatan ulir ekstruder, menghasilkan mi jagung dengan karakteristik cooking loss yang semakin rendah dan kelengketan yang semakin tinggi. Hal ini sejalan dengan pernyataan Eliasson dan Gudmundson (1996) dan Charutigon et al. (2007) yang menyebutkan bahwa pada produk mi, kelengketan berbanding terbalik dengan cooking loss.

Optimasi Produk

Produk mi jagung yang terpilih dari proses optimasi yaitu produk dengan kadar air 70 % (basis kering) dan diolah pada suhu 90o

Produk dengan formula kadar air 70 % (basis kering) dan diolah pada suhu 90

C dengan kecepatan ulir ekstruder 130 rpm. Menurut prediksi program RSM, mi jagung memiliki karakteristik skor kekerasan untuk tekstur 3039,79 gf, skor kelengketan -116,26 gf, skor elongasi 318,68% dan skor cooking loss 4,56 %. Hasil prediksi ini sedikit berbeda dengan aktual proses yang menunjukkan bahwa mi jagung memiliki karakteristik kekerasan 3199,10 gf, kelengketan -108,90 gf, elongasi 351,60 % dan cooking loss 2,28%.

o

C dengan kecepatan 130 rpm memiliki tingkat yang diinginkan (desirability) paling tinggi yaitu 0,835 artinya produk tersebut merupakan suatu produk yang memiliki karakteristik yang optimal. Meskipun demikian, jika dilihat dari kecenderungan keseragaman mi yang dihasilkan dan kedekatan nilai desirability untuk formula yang direkomendasikan oleh program RSM (Tabel 5.4.), kondisi optimum juga dapat dicapai pada kondisi proses kadar air tepung jagung 70,05%, suhu ekstruder 89,95oC dan kecepatan ulir ekstruder 130 rpm. Grafik RSM untuk kondisi optimum disajikan pada Gambar 5.5.

Tabel 5.4. Nilai desirability untuk berbagai kondisi optimum.

No Kadar Air Tepung Suhu (o Kec. Ulir (rpm) C)

Kekerasan Kelengketan Elongasi Cooking Loss Desirability 1 70,00 90,00 130 3039,79 -116,26 318,68 4,56 0,835 2 70,05 89,95 130 3028,52 -115,69 318,48 4,57 0,830 3 70,00 90,00 128 3072,38 -116,09 315,54 4,56 0,814 4 70,00 90,00 127 3101,16 -114,04 312,27 4,56 0,798 5 72,07 90,00 130 2909,53 -92,81 310,63 3,83 0,789 6 70,00 90,00 124 3131,95 -108,17 307,81 4,56 0,775 7 73,25 90,00 130 2852,67 -81,18 305,60 3,42 0,763 8 70,00 88,86 130 3035,65 -121,2 301,77 4,98 0,744 9 70,00 90,00 119 3159,74 -92,70 301,13 4,56 0,740 10 77,55 90,00 130 2721,73 -48,65 287,26 1,90 0,669

76 Mi jagung yang dihasilkan pada kondisi optimum memiliki karakteristik yang berbeda dengan dengan spaghetti komersial. Perbedaan antara mi jagung dengan spaghetti disajikan pada Tabel 5.5. Perbedaan yang mencolok terlihat pada karakteristik kekerasan mi, dimana mi jagung memiliki tingkat kekerasan yang lebih tinggi dibandingkan dengan spaghetti.

Tabel 5.5. Perbandingan karakteristik mi jagung dan spaghetti Karakter Mi Jagung Spaghetti Kekerasan (gram force) 3039,79 987,70

0.038 0.237 0.436 0.635 0.835 Desirability 70.00 72.50 75.00 77.50 80.00 80.00 82.50 85.00 87.50 90.00 Kadar Air Suhu (oC)

Gambar 5.5. Grafik nilai desirability mi yang dihasilkan dengan kecepatan ulir 130 rpm, pada suhu dan kadar air yang berbeda

Gambar 5.6. Mi jagung yang dihasilkan pada kadar air 70%, suhu ekstruder 90oC dan kecepatan ulir ekstruder 130 rpm

77 Kelengketan (gram force) -116,26 -140,60

Elongasi (%) 318,68 237,00 Cooking loss (%) 4,56 6,72 Diameter (mm) 4,50 3,24

KESIMPULAN

Proses pembuatan mi yang optimum diperoleh pada kondisi proses kadar air tepung 70%, suhu ekstruder 90oC dan kecepatan ulir ekstruder 130 rpm. Pada kondisi ini mi jagung memiliki karakteristik kekerasan 3039,79 gf, kelengketan -116,26 gf, elongasi 318,68% dan cooking loss 4,56 %. Kondisi optimum juga dapat dicapai pada kondisi proses kadar air tepung jagung 70,05%, suhu ekstruder 89,95oC dan kecepatan ulir ekstruder 130 rpm.

DAFTAR PUSTAKA

Bas D, Boyaci IH 2007. Modeling and optimization I : usability of response surface methodology. J Food Eng. 78 : 836 – 845.

Charutigon C, Jintana J, Pimjai N, Vilai R. 2007. Effects of processing conditions and the use of modified starch and monoglyseride on some properties of extruded rice vermicelli. Swiss Society of F Sci Tech 41 : 642-651.

Chaudary AL, Miler M, Torley PJ, Sopade PA, Halley PJ. 2008. Amylose content and chemical modification effects on the extrusion of thermoplastic starch from maize. Carb Polym. 74(4) : 907-913.

Eliasson AC, Gudmundsson M. 1996. Starch : Physicochemical and functional aspects. In : Eliasson AC, editor. Carbohydrates in Food. Marcell Dekker Inc. New York.

Gujral HS, Singh N, Singh B. 2001. Extrusion behavior of grits from flint and sweet corn. Food Chem. 74(1) : 303 – 308.

Hagenimana A, Ding X, Fang T. 2006. Evaluation of rice flour modified by extrusion cooking. J Cereal Sci. 43(1) : 38 – 46.

Henika RG. 1982. Use of response-surface methodology in sensory evaluation. Food Technol. 9 : 91-101.

Kuo WY, Lai HM. 2009. Effects of reaction condition on the physicochemical properties of cationic starch studied by RSM. Carb Polym. 75(4) : 627 – 635.

78 Liu Q. 2005. Understanding Starches and their Role in Foods. In: Cui SW, editor. Food Carbohydrates: Chemistry, Physical Properties and Applications. RC Teylor & Francis, Boca Raton FL.

Srichuwong S. 2006. Starches from different plant origins : from structure to physicochemical properties [dsisertation]. Mie University. Japan.

Sun Y, Liu J, Kennedy JF. 2010. Application of RSM for optimization of polysaccharides production parameters from the roots of Codonopsis pilosula by a central composite design. Carb Polym. 80(3) : 949-953.

Tan FJ, Dai WT, Hsu KC. 2009. Changes in gelatinization and rheological characteristics of japonica rice starch induced by pressure/heat combinations. J Cereal Sci. 49(2) : 285-289.

Wang N, Bhirud PR, Sosulski FW and Tyler RT. 1999. Pasta-like product from pea flour by twin-screw extrusion. J Food Sci, 64(4) : 671-677.

Waniska RD, Yi T, Lu J, Xue Ping L, Xu W, Lin H. 1999. Effects of preheating temperature, moisture, and sodium metabisulphite content on quality of noodles prepared from maize flour or meal. J Food Sci. Technol. 5(4) : 339 – 346.