Tanggal Lulus :
DAN SUMBER INFORMASI
Dengan ini saya menyatakan bahwa disertasi yang berjudul Modifikasi Asilasi dan Suksinilasi Pati Tapioka sebagai Bahan Enkapsulasi Komponen Flavor adalah benar merupakan hasil karya saya sendiri dan belum pernah diajukan dalam bentuk apapun kepada perguruan tinggi manapun. Sumber informasi yang berasal atau dikutip dari karya yang diterbitkan maupun tidak diterbitkan dari penulis lain telah disebutkan dalam teks dan dicantumkan dalam Daftar Pustaka pada disertasi ini.
Bogor, Agustus 2006
Rini Hustiany F 226010031
@ Hal cipta milik Institut Pertanian Bogor, tahun 2006 Hak cipta dilindungi
Dilarang mengutip dan memperbanyak tanpa izin tertulis dari Institut Pertanian Bogor, sebagian atau seluruhnya dalam bentuk apapun,
encapsulant of flavor compound. Be guidance Dedi Fardiaz, Anton Apriyantono, and Nuri Andarwulan.
ABSTRACT
Modified starch is one of common ingredients used in food processing among other for coating and flavor encapsulation. This component can be made by modifying the structure of native starch either through chemical or enzymatic reaction. The encapsulation method by spray drying seems to be useful to solve these problems for flavor compounds which its high volatility. It was very important problems for applications and shelf life. This research was aimed to chemically modify tapioca starch into a modified starch with improved coating characteristic. The modified starches used to encapsulate flavor compounds. Encapsulated of flavor compound investigated its stability during storage at 45oC with Avrami equation and through accelerated test with Arrhenius equation and linear equation. The tapioca starch was first hydrolyzed to a hydrolyzate with dextrose equivalent of 9.1. Both tapioca starch and hydrolyzate were further acylated with stearic acid and propionic acid and succinylated with succinic acid. The concentrations of acids used for acylation and succinylation were 2.44, 4.76, and 9.09 %. The seven of flavor compounds, i.e α-pinene, ethyl butanoate, myrcene, ethyl crotonate, limonene, linalool, and α-terpineol encapsulated with tapioca starch and hydrolyzate stearic 9.09%, propionic 9.09% and succinic 4.76% by spray drying at flavor compounds/modified starch ratio 20:80 and 30:70. The encapsulated of flavor compounds with starch hydrolyzate stearic 9.09% and propionic 9.09% at flavor compounds/modified starch ratio 20:80 stored in bottle at 45oC for 9 weeks to investigated its stability during storage with Avrami equation and through accelerated test with Arrhenius equation and linear equation at 30oC, 37.5oC, and 45oC for 9 weeks. The modified starches were analyzed for their yield and moisture content, the degree of substitution, functional groups, crystalline structure, polarization, gelatinization properties and viscosity. Encapsulated of flavor compounds were analyzed for the yield, moisture content, water activity, shape of structure with scanning electron microscope and retention flavor with chromatography gas. The storage of encapsulated of flavor compounds were analyzed for water activity, retention flavor with chromatography gas. The moisture content of the modified starches was 1.52-3.32% and the yield was 87.45-95.43%. The hydroxyl group substitution into acyl and succinyl groups was low, i.e 0.03-0.04 and 0.05-0.08 respectively. The results showed that methyl, methylene and CO carbonyl groups were formed in the modified starches. The crystalline structure of the modified starches was broken. This revealed that the peak 22.62o was widen and the doublet were disappearing on peak 16.85o and 17.99o. Birefringence of the acylated and succinylated starch changed significantly and disappeared in the case of acylated and succinylated hydrolizate. The initial and optimum gelatinization temperature of acylated and succinylated starch were 57.6 -64.2oC and 68.62-92.4oC respectively, and the maximum viscosity was 14-714 Brabender Unit. No initial and optimum geletanization temperature nor maximum viscosity was found in acylated and succinylated hydrolyzate. The yield, moisture
content and activity water encapsulated starch with the acylated and succinylated hydrolyzat were (25.85-35.59%), (3.41-4.80%) and (0.472-0.559), respectively, while with the acylated and succinylated starch were (18.93-19.46%), (4.76-5.10%) and (0.566-0.586), respectively. The surfaces of particles encapsulated starches were rough, hallow in the middle, with a concave radius of curvature. The flavor compounds entrapped within the wall encapsulants. Retention flavor compounds on different encapsulants were α−pinene (4.87-45.45%), ethyl butanoate (2.17-17.7%), myrcene (5.94-77.35%), ethyl crotonate (5.23-35.76%), limonene (6.19-81.03%), linalool (16.78-100%), and α-terpineol (58.67-100%). The stability of retention of flavor compounds during storage were decrease. After collaps, retention of flavor compounds were stable and finally retention of flavor compounds were decrease again. The stability of retention of flavor compounds were analyzed with Avrami equation at 45oC, Arrhenius equation and linear equation. The fastest of retention of encapsulated flavor compounds decrease were ethyl butanoate, followed ethyl crotonate, myrcene, limonene, α-pinene, linalool, and α-terpineol, respectively with Avrami equation. The effect of temperature, the fastest of retention of encapsulated flavor compounds in hydrolysate stearic decrease were linalool followed α-terpineol, myrcene, limonene and α-pinene. And the fastest of retention of encapsulated flavor compounds in hydrolysate propionic decrease were α-pinene followed myrcene, linalool, α-terpineol, and limonene. Based on our finding it is suggested that acylation (9.09%) and succinylation (4.76%) of tapioca starch can be used to modify the starch into a product with better coating characteristic. The flavor compounds recommended to encapsulated with hydrolyzate stearic 9.09% and propionic 9.09% at flavor compounds/modified starch ratio 20:80. The best of stability of retention of flavor compounds were encapsulated with hydrolyzate stearic.
Key words: modified starch, acylation, succinylation, flavor, ancapsulation, retention stability
enkapsulasi komponen flavor. Dibawah bimbingan Dedi Fardiaz, Anton Apriyantono dan Nuri Andarwulan.
RINGKASAN
Pati termodifikasi adalah salah satu ingeredien pangan yang umum digunakan sebagai penyalut pada proses enkapsulasi flavor. Pati termodifikasi ini dapat dihasilkan dengan memodifikasi struktur pati melalui reaksi kimia atau enzimatik. Produk pati termodifikasi dapat dijadikan matrikspada proses enkapsulasi komponen-komponen flavor yang bersifat sangat volatil dengan
spray drying untuk memecahkan permasalahan selama proses aplikasi dan penyimpanan. Penelitian ini bertujuan untuk memodifikasi pati tapioka menjadi pati termodifikasi yang dapat digunakan sebagai enkapsulan. Pati termodifikasi ini digunakan untuk mengenkapsulasi tujuh komponen flavor. Komponen flavor terenkapsulasi dilihat stabilitasnya selama penyimpanan pada suhu 45oC dan melalui uji akselerasi dengan persamaan Arrhenius dan persamaan linear. Metode yang digunakan adalah pertama kali dilakukan hidrolisis pati tapioka menjadi hidrolisat pati tapioka dengan dextrose equivalent 9,1. Pati tapioka dan hidrolisat pati tapioka diasilasi dengan asam stearat dan asam propionat dan disuksinilasi dengan asam suksinat. Konsentrasi digunakan untuk asilasi dan suksinilasi adalah 2,44, 4,76, dan 9,09%. Tujuh komponen flavor, yaitu ethyl butanoate, ethyl crotonate, α-pinene, myrcene, limonene, linalool, dan α-terpineol
dienkapsulasi dengan pati stearat 9,09%, pati propionat 9,09% dan pati suksinat 4,76%, serta hidrolisat pati stearat 9,09%, hidrolisat pati propionat 9,09% dan hidrolisat pati suksinat 4,76% dengan pengering semprot pada nisbah antara komponen flavor/pati termodifikasi 20:80 dan 30:70. Komponen flavor terenkapsulasi dengan hidrolisat pati stearat 9,09% dan hidrolisat pati propionat 9,09% pada nisbah antara komponen flavor dan pati termodifikasi 20:80 disimpan didalam botol dan suhu 45oC selama 9 minggu untuk dilihat pola stabilitas dan stabilitasnya selama penyimpanan. Untuk melihat pengaruh suhu terhadap laju penurunan stabilitas retensi komponen flavor terenkapsulasi, komponen flavor terenkapsulasi disimpan dalam botol pada 30oC, 37,5oC, dan 45oC selama 9 minggu. Pati termodifikasi dianalisis berupa rendemen, kadar air, derajat substitusi, gugus fungsional, struktur kristal, polarisasi, tingkat gelatinisasi dan viskositas. Pati terenkapsulasi dengan komponen flavor dianalisis berupa rendemen, kadar air, aktivitas air, bentuk struktur dengan scanning electrone microscope dan retensi flavor dengan kromatografi gas. Stabilitas komponen flavor terenkapsulasi selama penyimpanan dianalisis aktivitas air dan retensi flavor dengan kromatografi gas untuk menentukan pola stabilitas dan laju penurunan stabilitas retensi komponen flavor selama penyimpanan dengan data empirik dan persamaan Avrami, serta persamaan Arrhenius dan persamaan linear. Kandungan air pati termodifikasi adalah 1,52-3,32% dan rendemennya adalah 87,45-95,443%. Substitusi gugus hidroksil dengan gugus asil dan suksinil adalah rendah, yaitu masing-masing 0,03-0,04 dan 0,05-0,08. Buktinya adalah terbentuknya gugus metil, metilen dan CO karbonil pada pati termodifikasi. Struktur kristal pati termodifikasi rusak. Hal ini ditunjukkan dengan peak 22,62o hasil difraksi sinar x yang melebar dan doublet pada peak 16,85o dan 17.99o
tidak tampak lagi. Begitu pula dengan birefringence pada pati terasilasi dan tersuksinilasi rusak secara signifikan dan hilang pada hidrolisat pati terasilasi dan tersuksinilasi. Suhu awal dan suhu optimal gelatinisasi pati terasilasi dan
tersuksinilasi masing-masing adalah 57,6-64,2oC dan 68,62-92,4oC, dan viskositas maksimum adalah 14-714 Brabender Unit. Tidak ada suhu awal dan suhu optimal gelatinisasi serta tidak ada viskositas maksimum yang ditemukan pada hidrolisat pati terasilasi dan tersuksinilasi. Rendemen, kadar air dan aktivitas air pati terenkapsulasi dengan hirolisat pati terasilasi dan tersuksinilasi masing -masing adalah 25,85-35,59%, 3,42-4,80% dan 0,47-0,56, sedangkan dengan pati terasilasi dan tersuksinilasi masing-masing adalah 18,93-19,46%, 4,76-5,20% dan 0,57-0,59. Permukaan partikel pati terenkapsulasi adalah kasar, berlubang pada bagian tengahnya dengan bentuk seperti cekungan. Komponen-komponen flavor berada pada dinding enkapsulan. Retensi flavor pada berbagai matriksadalah α-pinene (4,87-45,45%), ethyl butanoate (2,17-17,7%), myrcene
(5,94-77,35%), ethyl crotonate (5,23-35,76%), limonene (6,19-81,03%), linalool
(16,78-100%), and α-terpineol (58,67-100%). Pola stabilitas retensi komponen flavor adalah menurun sampai titik collaps, kemudian stabil dan setelah itu menurun lagi secara tajam. Stabilitas retensi terendah berdasarkan persamaan Avrami dan data empirik pada suhu 45oC adalah ethyl butanoate diikuti dengan
ethyl crotonate, myrcene, limonene, α-pinene, linalool dan α-terpineol. Adanya pengaruh suhu, stabilitas retensi komponen flavor terenkapsulasi dalam hidrolisat pati stearat yang paling cepat turun adalah linalool diikuti dengan α-terpineol, myrcene, limonene, dan α-pinene. Adapun stabilitas retensi komponen flavor terenkapsulasi dalam hidrolisat pati propionat yang paling cepat turun adalah α
-pinene diikuti dengan myrcene, linalool, α-terpineol, dan limonene. Berdasarkan hal diatas, kesimpulan dari penelitian ini adalah asilasi (9,09%) dan suksinilasi (4,76%) pati tapioka dapat digunakan sebagai pati termodifikasi dengan karakteristik yang baik untuk pengenkapsulasi. Hidrolisat pati stearat 9,09% dan hidrolisat pati propionat 9,09% pada nisbah antara komponen flavor dan pati termodifikasi 20:80 direkomendasikan untuk mengenkapsulasi komponen-komponen flavor. Selain itu juga direkomendasikan untuk mengenkapsulasi komponen-komponen flavor yang bersifat hidrofobik, seperti α-pinene, myrcene,
dan limonene dengan hidrolisat pati stearat. Adapun komponen flavor yang kurang bersifat hidrofobik, seperti linalool dan α-terpineol, direkomendasikan untuk dienkapsulasi dengan hidrolisat pati propionat. Stabilitas retensi komponen flavor terbaik apabila dienkapsulasi dengan hidrolisat pati stearat.
Kata kunci : pati termodifikasi, asilasi, suksinilasi, flavor, enkapsulasi, stabilitas retensi
Puji syukur ke-hadirat Allah Subhana wa Ta’ala kami panjatkan atas rahmat dan ridho -Nya sehingga penulis diberikan kesempatan untuk mengikuti Program Doktor di Program Studi Ilmu Pangan, Sekolah Pascasarjana, Institut Pertanian Bogor. Akhirnya penulis dapat menyelesaikan disertasi yang berjudul “Modifikasi Asilasi dan Suksinilasi Pati Tapioka sebagai Bahan Enkapsulasi Komponen Flavor”. Dengan selesainya disertasi ini penulis menyampaikan ucapan terima kasih dan penghargaan yang setinggi-tingginya kepada :
1. Prof.Dr.Ir. Dedi Fardiaz, MSc yang telah memberikan bimbingan dan perhatian di tengah kesibukan beliau yang padat.
2. Dr.Ir. Anton Apriyantono, MS yang banyak memberikan pembelajaran, falsafah keilmuan dan ilmuwan, idealisme, pemecahan masalah kehidupan dan perhatian. Kami yakin, walaupun Bapak jauh, Bapak pasti masih ingat kepada kami.
3. Dr.Ir. Nuri Andarwulan yang telah memberikan bimbingan dan perhatian ditengah kesibukan beliau, yang baru belakangan penulis rasakan. Ada pepatah yang mengatakan “kala u tidak kenal maka tak sayang”
4. Dr.Purwiyatno Hariyadi, MSc sebagai penguji luar komisi pada ujian Preliminary
dan ujian tertutup. Saran Bapak sangat berharga bagi ketajaman pemahaman penulis.
5. Prof. Dr. Ir. Djoko Said Damardjati dan Prof. Dr. Ir. Djumali Mangunwidjaja, DEA yang bertindak sebagai penguji pada ujian terbuka. Saran dan pertanyaan Bapak sangat membantu bagi ketajaman analisis penulis.
6. Dr. Ir. Khairil Anwar Notodiputro, MS selaku Dekan Sekolah Pasca Sarjana Institut Pertanian Bogor dan pimpinan sidang pada ujian terbuka
7. Prof. Betty Sri Laksmi Jenie, MS sebagai ketua program studi Ilmu Pangan yang banyak memberikan masukan kepada penulis, baik sebagai dosen maupun sebagai ibu.
8. Dr. Ir. Ratih Dewanti-Hariyadi, MSc yang bersedia menjadi wakil dari Program Studi Ilmu Pangan sekaligus menjadi pimpinan sidang ujian tertutup.
9. Prof. Ir. Rasmadi, MS dan Prof.Dr.Ir. Hakimah Halim, MSc selaku Rektor dan Dekan Fakultas Pertanian Universitas Lambung Mangkurat yang telah memberikan kesempatan dan perhatian kepada penulis untuk melanjutkan S3 10. Beasiswa BPPS, Direktorat Jenderal Pendidikan Tinggi, Departemen