4. HASIL DAN PEMBAHASAN
4.4. Tipe Kristal dan Derajat Kristalinitas Beras Analog.
Proses ekstrusi pembuatan beras analog pada berbagai perlakuan percobaan (suhu ekstrusi 70oC, 80oC, 90oC, kadar air adonan 35%, 40%, 45% dan kadar
amilosa 16.99%, 19.35%, 21.72%, 24.09%) telah mengubah bentuk tipe kristal bahan tepung jagung dari A menjadi V yang ditandai dengan bergesernya puncak kurva difraktogram dari 15o, 17o, 18o, dan 23o menjadi 13o, dan 20o (Gambar 28,
29, dan 30). Perubahan bentuk tipe kristal tersebut disebabkan oleh terjadinya pembentukan senyawa kompleks amilosa-lipid pada saat proses ekstrusi. Pembentukan senyawa kompleks amilosa-lipid juga dilaporkan oleh Mercier et al.
(1979) setelah melakukan ekstrusi pati jagung pada suhu 70–135oC dan kadar air
22%, Bhatnagar dan Hanna (1994a) yang mengekstrusi pati jagung pada berbagai kadar amilosa pada suhu 110oC dan kadar air 19% dan Frost et al. (2009) yang
mengekstrusi pati jagung pada suhu 60–100oC. Beras IR 64 yang digunakan sebagai
kontrol memiliki difraktogram dengak puncak-puncak kurva pada sudut 2θ: 15o,
17o, 18 o, dan 23o (Gambar 19). Sehingga beras IR 64 mempunyai tipe kristal A
sama seperti tepung jagung karena keduanya termasuk golongan serealia.
Gambar 28. Difraktogram XRD tepung jagung dan beras analog yang diproduksi pada suhu ekstrusi 80oC dan kadar amilosa 16.99% (k.a.: kadar
air)(Budi et al. 2015a).
7.5 mm
4.
4
m
46
Gambar 29. Difraktogram XRD tepung jagung dan beras analog yang diproduksi pada kadar air 35% dan kadar amilosa 16.99% (Budi et al. 2015a)
Gambar 30. Difraktogram XRD tepung jagung dan beras analog yang diproduksi pada suhu ekstrusi 80oC dan kadar air 35% (k.am: kadar amilosa).
Pengaruh suhu ekstrusi dan kadar air adonan terhadap derajat kristalinitas beras analog ditunjukkan pada Gambar 31 (Budi et al. 2015b). Sedangkan pengaruh kadar amilosa terhadap derajat kristalinitas beras analog pada suhu ekstrusi 70oC,
80oC, dan 90oC ditampilkan pada Gambar 32. Analisis statitik (uji sidik ragam pada
taraf uji p=0.05) menunjukkan bahwa faktor suhu ekstrusi dan kadar air adonan memberikan pengaruh yang nyata terhadap derajat kristalinitas beras analog. Namun faktor kadar amilosa, interaksi suhu ekstrusi-kadar air adonan, interaksi suhu ekstrusi-kadar amilosa, interaksi kadar air adonan-kadar amilosa, dan interaksi suhu ekstrusi-kadar air adonan-kadar amilosa tidak memberikan pengaruh yang signifikan terhadap derajat kristalinitas beras analog.
Peningkatan suhu ekstrusi dari 70oC menjadi 90oC meningkatkan derajat
kristalinitas beras analog dari 5.86 – 15.00% menjadi 10.70 – 18.87% (Gambar 31). Hasil ini menunjukkan bahwa molekul-molekul senyawa kompleks amilosa-lipid tersusun lebih teratur dan rapat dengan meningkatnya suhu ekstrusi. Energi dari peningkatan suhu ekstrusi dapat menyusun ulang molekul-molekul senyawa
47 kompleks amilosa-lipid yang terdistribusi secara acak menjadi lebih teratur. Uji lanjut Duncan menunjukkan bahwa pada kadar air adonan 35%, kenaikan suhu ekstrusi dari 70oC sampai 90oC, derajat kristalinitas meningkat tidak signifikan.
Pada kadar air adonan 40% dan 45%, peningkatan suhu ekstrusi dari 70oC menjadi
80oC tidak juga meningkatkan derajat kristalinitas secara signifikan tetapi
peningkatan suhu ekstrusi dari 80oC menjadi 90oC meningkatkan derajat
kristalinitas secara signifikan.
Gambar 31. Grafik hubungan derajat kristallinitas beras analaog dan kadar air adonan. Huruf yang yang berbeda menunjukkan adanya perbedaan yang nyata. Huruf a, b untuk faktor suhu ekstrusi dan notasi x, y, z untuk faktor kadar air adonan.
Gambar 32. Grafik hubungan derajat kristalinitas beras analog dan kadar amilosa pada suhu ekstrusi 70oC, 80oC dan 90oC. Huruf yang yang berbeda
menunjukkan adanya perbedaan yang nyata. Huruf a, b untuk faktor suhu ekstrusi.
Termogram DSC memperlihatkan bahwa beras analog yang dihasilkan dari adonan dengan kadar air 35% dan suhu ekstrusi 70oC, 80oC, dan 90oC mempunyai
titik puncak kurva/titik leleh (Tm) 96oC seperti yang terlihat pada Gambar 33a
ax ay az ax ay az ax by bz 4 6 8 10 12 14 16 18 20 22 35 40 45 D er aj at K ris ta lini ta s ( % ) Kadar air (%) T 70 oC T 80 oC T 90 oC a a a a a a a a b b b b 6 8 10 12 14 16 18 16.99 19.35 21.72 24.09 D er aj at kr is ta lini ta s ( % ) Kadar amilosa (%) T 70 oC T 80 oC T 90 oC
48
(Budi et al. 2015b). Gambar 33b dan 33c menunjukkan bahwa termogram DSC beras analog dari adonan dengan kadar air 40% dan 45% dan pada suhu ekstrusi 70oC dan 80oC juga mempunyai titik puncak kurva/titik leleh (Tm) 96oC (Budi et al. 2015b). Namun beras analog yang dibuat dari adonan dengan kadar air 40% dan 45% dan suhu ekstrusi 90oC memiliki titik puncak kurva/titik leleh 113oC yang juga
ditunjukkan pada Gambar 33b dan 33c. Menurut Gelders et al. (2004), titik leleh 96oC merupakan titik leleh dari senyawa kompleks amilosa-lipid tipe I yang dibuat
dari amilosa rantai pendek dengan derajat polimerisasi (DP) kurang dari 60. Senyawa kompleks amilosa-lipid tipe I diperoleh pada suhu rendah (≤ 80oC)
melalui nukleasi cepat dan menghasilkan distribusi helik acak/random tanpa membentuk kristal yang berbeda (Bail et al. 1999). Sementara titik leleh 113oC
merupakan titik leleh senyawa kompleks amilosa-lipid tipe II yang terbentuk dari amilosa rantai panjang dengan derajat polimerisasi (DP) lebih besar dari 60 dan temperataur ≥ 90oC. Senyawa kompleks amilosa-lipid tipe II yang tersusun dari
amilosa rantai panjang mempunyai kemampuan untuk mengorganisasikan diri- sendiri di dalam susunan molekul menjadi lebih teratur (Gelders et al. 2004). Pada kadar air adonan 45% dan suhu ekstrusi ≥ 90oC, senyawa amilosa rantai panjang
lebih larut dan berinteraksi dengan lipid untuk membentuk senyawa kompleks amilosa-lipid tipe II.
Namun peningkatan kadar air adonan dari 35% – 45% menurunkan derajat kristalinitas beras analog dari 15.00 – 18.81% menjadi 5.86 – 10.70% (Gambar 31). Uji lanjut Duncan menunjukkan bahwa kenaikan kadar air adonan dari 35%, 40%, dan 45% menurunkan derajat kristalinitas secara nyata. Penurunan derajat kristalinitas ini menggambarkan bahwa susunan molekul-molekul senyawa kompleks amilosa-lipid menjadi tidak teratur yang disebabkan oleh meningkatnya jarak molekul-molekul senyawa kompleks amilosa-lipid. Pada beras analog basah molekul air berada di antara molekul-molekul senyawa kompleks amilosa-lipid (interhelik) karena permukaan helik dari senyawa kompleks amilosa-lipid bersifat hidrofilik (Gambar 34). Molekul air dapat membentuk ikatan hidrogen dengan permukaan helik senyawa kompleks amilosa-lipid
[glycosyl–O---H–O–H---O–glycosyl] (Cuthbert et al. 2012).
Peningkatan kadar air adonan akan meningkatkan kadar air beras analog basah dan menambah jumlah molekul-molekul air di daerah interhelik sehingga dapat terbentuk ikatan hidrogen antara molekul-molekul air yang terikat pada helik senyawa kompleks amilosa-lipid
[glycosyl–O---H–O–H---H–O–H---O–glycosyl] (Cuthbert et al. 2012). Hal ini menyebabkan jarak molekul-molekul senyawa kompleks amilosa-lipid menjadi semakin jauh dan berdampak pada menurunnya keteraturan molekul- molekul senyawa kompleks amilosa-lipid atau menurunnya derajat kristalinitas. Ketika beras analog dikeringkan, molekul air di daerah interhelik akan menguap dan meninggalkan ruang kosong.
Pada kadar air 35% derajat kristalinits beras analog yang dihasilkan tinggi. Namun kadar air yang rendah (<35%) menyebabkan suhu ekstrusi menjadi sulit untuk dikendalikan sehingga meningkat terus sampai lebih dari 105oC dan
mengakibatkan produk menjadi puffing. Meskipun pada kadar air 40% derajat kristalinitas beras analog menurun tetapi suhu ekstrusi lebih mudah dikendalikan. Molekul-molekul air yang berada di dalam adonan dapat menyerap panas yang
49 dihasilkan oleh gesekan bahan dengan bahan, bahan dengan permukaan barrel dan ulir ketika dialirkan di dalam barrel.
Gambar 33. Termogram DSC beras analog dari adonan pati-tepung jagung (rasio 1/9) dengan kadar air 35% (a), 40%(b), dan 45% (c) dan pada suhu ekstrusi 70oC, 80oC, dan 90oC
50
Gambar 34. Cell unit kristal tipe V kompleks amilosa-lipid yang dilihat dari bidang a,b menunjukkan susunan spasial heliks dan dihubungkan oleh ikatan hidrogen (Godet et al. 1993; Cuthbert et al. 2012).
Beras IR 64 yang berfungsi sebagai kontrol memiliki derajat kristalinits 33.63% lebih tinggi dibandingkan dengan derajat kristalinitas beras analog (Budi et al.
2015b). Kristalinitas beras IR 64 berasal dari rantai-rantai cabang molekul amilopektin yang membentuk helik ganda dan tersusun sejajar secara teratur atau kristalit (Cheetham dan Tao 1998).