ILMU PANGAN
SEKOLAH PASCASARJANA INSTITUT PERTANIAN BOGOR
BOGOR 2021
RINDA KUSUMAWATI
AKTIVITAS ANTIOKSIDAN DAN ANTIPROLIFERASI SEL KANKER KOLON WIDR DARI MAKARONI BERBASIS
BERAS HITAM DAN KACANG BERPIGMEN
PERNYATAAN MENGENAI TESIS DAN
SUMBER INFORMASI SERTA PELIMPAHAN HAK CIPTA
Dengan ini saya menyatakan bahwa tesis dengan judul Aktivitas Antioksidan dan Antiproliferasi Sel Kanker Kolon WiDr dari Makaroni Berbasis Beras Hitam dan Kacang Berpigmen adalah karya saya dengan arahan dari dosen pembimbing dan belum diajukan dalam bentuk apa pun kepada perguruan tinggi mana pun. 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 di bagian akhir tesis ini.
Dengan ini saya melimpahkan hak cipta dari karya tulis saya kepada Institut Pertanian Bogor.
Bogor, Januari 2021 Rinda Kusumawati F251170921
RINGKASAN
RINDA KUSUMAWATI. Aktivitas Antioksidan dan Antiproliferasi Sel Kanker Kolon WiDr dari Makaroni Berbasis Beras Hitam dan Kacang Berpigmen.
Dibimbing oleh NURHENI SRI PALUPI dan SLAMET BUDIJANTO.
Senyawa antioksidan dalam bahan pangan atau biasa disebut antioksidan eksogen diperlukan untuk mencegah stres oksidatif akibat kurangnya jumlah antioksidan endogen dalam tubuh untuk menangkal radikal bebas berlebih.
Antioksidan eksogen dapat diperoleh antara lain dari bahan pangan tinggi antioksidan seperti beras hitam dan kacang berpigmen. Beras hitam mengandung antosianin yang telah dilaporkan dapat berperan sebagai antioksidan. Kacang berpigmen juga mengandung senyawa polifenol yang telah terbukti dapat menjadi agen antioksidan. Beras hitam dan kacang berpigmen selain berpotensi memiliki aktivitas antioksidan, juga terbukti pada penelitian sebelumnya dapat mencegah antiproliferasi sel kanker kolon. Keduaya dapat berpotensi untuk dikembangkan menjadi bahan baku pangan fungsional. Beras hitam dikombinasikan dengan kacang berpigmen pada penelitian ini untuk diolah menjadi produk pangan berupa makaroni. Makaroni dipilih karena merupakan salah satu produk pangan yang bersifat praktis atau ready to cook dalam penyajian di era modern saat ini.
Makaroni dapat dikonsumsi sebagai makanan utama, makanan pendamping, dan camilan. Makaroni dari bahan baku beras hitam dan kacang berpigmen perlu dianalisis untuk membuktikan potensi aktivitas antioksidan dan antiproliferasi sel kanker kolon yang terkandung di dalamnya.
Tujuan dari penelitian adalah (a) menentukan formulasi terbaik produk makaroni berbahan utama beras hitam dan kacang berpigmen (b) menguji aktivitas antioksidan dari bahan baku, produk makaroni mentah, dan produk makaroni matang, serta (c) menguji aktivitas penghambatan proliferasi pada sel kanker kolon WiDr dari produk makaroni matang kombinasi terbaik. Penelitian dibagi menjadi tiga tahapan, yaitu (1) persiapan tepung beras hitam dan kacang berpigmen; (2) formulasi dan pembuatan makaroni; serta (3) karakterisasi kimia dan kualitas produk makaroni matang. Penelitian ini menggunakan Rancangan Acak Lengkap (RAL) satu faktor, yaitu faktor perbedaan tepung kacang berpigmen. Pengujian dilakukan masing-masing sebanyak dua kali ulangan.
Formulasi bahan pembuatan makaroni terdiri dari tepung beras hitam dan kacang berpigmen sebanyak 87.5% (tepung beras hitam 32.5% : tepung kacang- kacangan berpigmen 55%) dan tepung tapioka sebanyak 12.5% pada masing- masing formulasi makaroni kombinasi. Penambahan air ditambahkan sebanyak 50% dari jumlah total tepung. Variabel perlakuan pada penelitian ini adalah perbedaan jenis kacang-kacangan berpigmen. Parameter yang dianalisis meliputi total fenolik, total flavonoid, aktivitas antioksidan 2.2-diphenyl-1-picrylhydrazyl (DPPH) dan ferric reducing antioxidant power (FRAP), kualitas masak produk makaroni, serta karakteristik sensori. Dua makaroni terbaik dipilih berdasarkan hasil analisis parameter tersebut, selanjutnya dilakukan uji antiproliferasi sel kanker kolon menggunakan MTT assay.
Data hasil analisis total fenolik, total flavonoid, aktivitas antioksidan DPPH dan FRAP, serta kualitas masak makaroni diolah menggunakan analysis of variance (ANOVA) dengan taraf nyata 5%. Apabila terdapat perbedaan, maka
dilanjutkan dengan uji Duncan’s multiple range test (DMRT). Hasil karakteristik sensori berupa uji hedonik diolah menggunakan uji Kruskal-Wallis, apabila terdapat perbedaan dilanjutkan dengan uji Mann-Whitney. Hasil uji antiproliferasi ditampilkan dalam bentuk nilai IC50.
Hasil penelitian menunjukkan bahwa produk makaroni setelah dilakukan proses perebusan menjadi makaroni matang, terjadi penurunan total fenolik, total flavonoid, dan aktivitas antioksidan metode FRAP dari masing-masing makaroni kombinasi. Sedangkan aktivitas antioksidan metode DPPH dari makaroni kombinasi beras hitam dengan kacang merah, kacang hijau, atau kacang tolo menunjukkan peningkatan setelah perebusan. Berdasarkan hasil penelitian masing-masing makaroni kombinasi memiliki karakteristik kualitas masak yang berbeda dilihat dari parameter pengembangan volume, peningkatan berat, dan cooking loss. Berdasarkan analisis karakteristik sensori menggunakan uji hedonik makaroni matang kombinasi beras hitam dengan kacang merah, kacang hijau, atau kacang tolo tidak berbeda secara signifikan ditinjau dari parameter warna, kelembaban, tingkat kekerasan, kekenyalan, kelembutan di mulut, rasa, dan penerimaan keseluruhan.
Kombinasi makaroni terpilih hasil dua terbaik berdasarkan total fenolik, total flavonoid, aktivitas antioksidan DPPH dan FRAP, kualitas masak, dan karakteristik sensori diperoleh dari makaroni kombinasi beras hitam dengan kedelai hitam (BHKH) dan makaroni dari beras hitam dengan kacang hijau (BHKJ). Ekstrak makaroni BHKH dan BHKJ kemudian diuji MTT (3-(4.5- dimethylthiazol-2-yl)-2.5-diphenyltetrazolium bromide) menggunakan sel normal Vero dan sel kanker kolon WiDr. Hasil menunjukkan bahwa ekstrak makaroni BHKH memiliki nilai IC50 lebih rendah dilihat dari nilai IC50 sel Vero maupun sel WiDr dibandingkan nilai IC50 ekstrak makaroni BHKJ.
Makaroni terbaik diperoleh dari kombinasi beras hitam dan kedelai hitam (BHKH) karena memiliki total fenolik dan aktivitas antioksidan metode FRAP paling tinggi. Makaroni BHKH juga memiliki nilai IC50 paling rendah terhadap sel kanker kolon WiDr dibandingkan makaroni kombinasi lain (BHKJ), namun formula dalam makaroni BHKH tergolong tidak aktif dalam menghambat antiproliferasi sel kanker kolon WiDr.
Kata kunci: antioksidan, antiproliferasi, beras hitam, kacang berpigmen, makaroni
SUMMARY
RINDA KUSUMAWATI. Antioxidant and Antiproliferation Activity of WiDr Colon Cancer Cells from Black Rice Macaroni and Pigmented Beans. Supervised by NURHENI SRI PALUPI and SLAMET BUDIJANTO.
Antioxidant compounds in foodstuffs or commonly called exogenous antioxidants were needed to prevent oxidative stress due to insufficient amounts of endogenous antioxidant in the body to ward off excess free radicals. Exogenous antioxidants can be obtained from foods high in antioxidants such as black rice and pigmented beans. Black rice contained anthocyanin which have been reported to act as antioxidant. Pigmented beans also contained polyphenol compound that have been shown to be antioxidant agent. Black rice and pigmented beans in previous study had the potential to have antioxidant and antiproliferation activity in colon cancer cells. Black rice and pigmented beans have the potential to be developed into raw materials for functional food. Black rice and pigmented beans in this study were processed into macaroni product. Macaroni was chosen because it was more practical or ready to cook in serving food in the modern era. Macaroni can be consumed as a main meals, side dish, or snack. Black rice macaroni and pigmented beans were analyzed to prove the potential for antioxidant and antiproliferation activity of colon cancer.
The objectives of this study were (a) to determine the best formulation of macaroni products made from black rice and pigmented beans (b) to test the antioxidant activity of raw materials, raw macaroni products, and cooked macaroni product, and (c) to test the proliferation inhibitory activity in WiDr colon cancer cells from the best combination of cooked macaroni products. This research was divided into three stages, namely: (1) preparation of black rice flour and pigmented beans; (2) formulation and manufacture of macaroni; and (3) chemical characterization and quality of cooked macaroni products. This study used a one-factor completely randomized design namely difference pigmented beans. This study was conducted in two replications.
The formulation of the macaroni ingredients consisted of 87.5% raw material flour (32.5% black rice flour: and 55% pigmented beans flour) and 12.5% tapioca flour for each formulation. The addition of water was added as much as 50% of the total flour. The treatment variable in this study was the different types of pigmented beans. The parameters analyzed included total phenolic, total flavonoids, antioxidant activity of 2.2-diphenyl-1-picrylhydrazyl (DPPH) and ferric reducing antioxidant power (FRAP) method, cooking quality of macaroni products, and sensory characteristic analysis. Two of the best macaroni were selected based on the results of those analyzed parameters and then tested for their antiproliferation activity of colon cancer cells using the MTT (3- (4.5-dimetylthiazol-2-yl)-2.5-diphenyltetrazolium bromide) assay.
Data from the analysis of total phenolic, total flavonoids, antioxidant activity of the DPPH and FRAP method, and the quality of cooking macaroni were processed using analysis of variance (ANOVA) with a significant level of 5%. If there were differences, it will be followed by Duncan's multiple range test (DMRT). The results of the sensory characteristic analysis in the form of the hedonic test were processed using Kruskal-Wallis, if there were differences then it
will be followed by the Mann-Whitney test. The results of antiproliferation test were showed in form of IC50 value.
The results showed that black rice raw macaroni and pigmented beans after boiling process to be cooked macaroni, there were a decrease in the total phenolic, total flavonoid, and antioxidant activity of FRAP method of each combined macaroni. Meanwhile, the antioxidant activity of DPPH method from black rice macaroni with a combination of red kidney beans, mung beans, or cowpeas showed an increase in DPPH antioxidant activity after boiling. Each combined macaroni showed different cooking quality characteristics based on parameter of volume development, weight increase, and cooking loss. The sensory analysis hedonic test of black rice macaroni combination with red kidney beans, mung beans, or cowpeas no significant difference based on parameters of color, moistness, firmness, stickiness, tenderness, taste, and overall acceptance.
Two of the best macaroni that were selected based on the total phenolic, total flavonoid, antioxidant activity of DPPH and FRAP method, cooking quality, and sensory characteristic analysis were obtained from combined macaroni of black rice with black soybean (BHKH) and combined macaroni of black rice with mung beans (BHKJ). The BHKH and BHKJ macaroni extracts were tested further by MTT assay using normal Vero cells and WiDr colon cancer cells. The results showed that the BHKH macaroni extract had a lower IC50 value seen from the IC50
value of both Vero cells and WiDr cells compared to the IC50 BHKJ macaroni extract.
The best macaroni was obtained from the combination of black rice and black soybean (BHKH) because it contained the highest total phenolic and antioxidant activity of FRAP method. BHKH macaroni had the lowest IC50 value compared to other macaroni combinations (BHKJ), but formula in BHKH macaroni showed inactive activity for inhibitory of antiproliferation on WiDr colon cancer cell.
Keywords: antioxidant, antiproliferation, black rice, pigmented beans, macaroni
© Hak Cipta milik IPB, tahun 2021 Hak Cipta dilindungi Undang-Undang
Dilarang mengutip sebagian atau seluruh karya tulis ini tanpa mencantumkan atau menyebutkan sumbernya. Pengutipan hanya untuk kepentingan pendidikan, penelitian, penulisan karya ilmiah, penyusunan laporan, penulisan kritik, atau tinjauan suatu masalah, dan pengutipan tersebut tidak merugikan kepentingan IPB.
Dilarang mengumumkan dan memperbanyak sebagian atau seluruh karya tulis ini dalam bentuk apa pun tanpa izin IPB.
© Hak Cipta milik IPB, tahun 2021 Hak Cipta dilindungi Undang-Undang
Dilarang mengutip sebagian atau seluruh karya tulis ini tanpa mencantumkan atau menyebutkan sumbernya. Pengutipan hanya untuk kepentingan pendidikan, penelitian, penulisan karya ilmiah, penyusunan laporan, penulisan kritik, atau tinjauan suatu masalah, dan pengutipan tersebut tidak merugikan kepentingan IPB.
Dilarang mengumumkan dan memperbanyak sebagian atau seluruh karya tulis ini dalam bentuk apa pun tanpa izin IPB.
Tesis
sebagai salah satu syarat untuk memperoleh gelar Magister pada
Program Studi Ilmu Pangan
RINDA KUSUMAWATI
ILMU PANGAN
SEKOLAH PASCASARJANA INSTITUT PERTANIAN BOGOR
BOGOR 2021
AKTIVITAS ANTIOKSIDAN DAN ANTIPROLIFERASI SEL KANKER KOLON WIDR DARI MAKARONI BERBASIS
BERAS HITAM DAN KACANG BERPIGMEN
Tim Penguji pada Ujian Tesis:
Dr. Didah Nur Faridah, S.TP., M.Si.
PRAKATA
Puji dan syukur penulis panjatkan kepada Allah subhanahu wa ta’ala atas segala karunia-Nya sehingga karya ilmiah ini berhasil diselesaikan. Tema yang dipilih dalam penelitian yang dilaksanakan sejak bulan Maret 2019 sampai bulan Maret 2020 ini ialah pangan fungsional, dengan judul Aktivitas Antioksidan dan Antiproliferasi Sel Kanker Kolon WiDr dari Makaroni Berbasis Beras Hitam dan Kacang Berpigmen.
Terima kasih penulis ucapkan kepada para pembimbing Ibu Dr. Ir. Nurheni Sri Palupi, M.Si. dan Bapak Prof. Dr. Ir. Slamet Budijanto, M.Agr. yang telah membimbing dan banyak memberi saran. Ucapan terima kasih juga penulis sampaikan kepada moderator seminar dan penguji luar komisi pembimbing. Di samping itu, penghargaan penulis sampaikan kepada Kementerian Riset Teknologi dan Pendidikan Tinggi yang telah memberikan hibah berupa dana Penelitian Tesis Magister (PTM) tahun pendanaan 2019 untuk membiayai penelitian ini, sehingga dapat membantu penyelesaian tesis. Terima kasih kepada seluruh staf laboratorium dan staf administrasi yang telah membantu selama penyelesaian penelitian dan penulisan tesis ini. Ungkapan terima kasih juga disampaikan kepada orang tua tercinta yaitu Ibu Siti Juwarinsiyah dan Bapak Gunarto, serta seluruh keluarga yang telah memberikan dukungan, doa, dan kasih sayangnya sampai saat ini dan selamanya. Terima kasih juga kepada para teman dari Program Studi Ilmu Pangan, HIMMPAS, dan HIMAWIPA yang telah membersamai dalam menempuh pendidikan di perguruan tinggi ini.
Semoga karya ilmiah ini bermanfaat bagi pihak yang membutuhkan dan bagi kemajuan ilmu pengetahuan.
Bogor, Januari 2021 Rinda Kusumawati
DAFTAR ISI
DAFTAR TABEL xix
DAFTAR GAMBAR xix
DAFTAR LAMPIRAN xx
I PENDAHULUAN 1
1.1 Latar Belakang 1
1.2 Rumusan Masalah 2
1.3 Tujuan 2
1.4 Manfaat 3
1.5 Hipotesis 3
II TINJAUAN PUSTAKA 4
2.1 Bahan Baku dan Proses Pengolahan Makaroni 4
2.2 Antioksidan Beras Hitam dan Kacang Berpigmen 5 2.3 Aktivitas Antiproliferasi Sel kanker dari Beras Hitam dan Kacang
Berpigmen 7
III METODE 9
3.1 Waktu dan Tempat Penelitian 9
3.2 Alat dan Bahan 9
3.3 Prosedur Kerja 9
3.4 Prosedur Analisis 14
3.5 Analisis data 17
IV HASIL DAN PEMBAHASAN 18
4.1 Aktivitas Antioksidan dan Kandungan Senyawa Bioaktif Bahan
Baku 18
4.2 Total Fenolik Produk Makaroni 20
4.3 Total Flavonoid Produk Makaroni 21
4.4 Aktivitas Antioksidan 2.2-Diphenyl-1-Picrylhydrazyl (DPPH)
Produk Makaroni 23
4.5 Aktivitas Antioksidan Ferric Reducing Antioxidant Power (FRAP)
Produk Makaroni 25
4.6 Cooking Quality Produk Makaroni 27
4.7 Karakteristik Sensori Produk Makaroni 28
4.8 Makaroni Matang Kombinasi Beras Hitam dan Kacang Berpigmen
Terpilih 30
4.9 Aktivitas Antiproliferasi Sel Kanker Kolon WiDr dari Ekstrak
Makaroni 32
V SIMPULAN DAN SARAN 37
5.1 Simpulan 37
5.2 Saran 37
DAFTAR PUSTAKA 38
LAMPIRAN 48
RIWAYAT HIDUP 61
DAFTAR TABEL
1 Syarat mutu makaroni 4
2 Formulasi bahan pembuatan makaroni 12
3 Kombinasi makaroni dari beras hitam dan kacang berpigmen 13
4 Hasil analisis bahan baku pembuatan makaroni 19 5 Kualitas masak produk makaroni 28 6 Hasil uji hedonik makaroni dari beras hitam dan kacang berpigmen 29
7 Scor kualitas masak makaroni 31
8 Scor karakteristik sensori makaroni 31
9 Pemilihan makaroni matang kombinasi beras hitam dan kacang berpigmen 31
10 Presentase inhibisi dalam pengujian antiproliferasi dengan berbagai konsentrasi ekstrak makaroni kombinasi beras hitam dan kacang hijau 34
11 Presentase inhibisi dalam pengujian antiproliferasi dengan berbagai konsentrasi ekstrak makaroni kombinasi beras hitam dan kedelai hitam 34
12 Hasil uji one way ANOVA total fenolik 55 13 Hasil uji lanjut Duncan total fenolik 55 14 Hasil uji one way ANOVA total flavonoid 56 15 Hasil uji lanjut Duncan total flavonoid 56 16 Hasil uji one way ANOVA aktivitas antioksidan metode DPPH 57 17 Hasil uji lanjut Duncan aktivitas antioksidan metode DPPH 57 18 Hasil uji one way ANOVA aktivitas antioksidan metode FRAP 57 19 Hasil uji lanjut Duncan aktivitas antioksidan metode FRAP 58 20 Hasil uji one way ANOVA peningkatan volume makaroni matang 58 21 Hasil uji lanjut Duncan peningkatan volume makaroni matang 59 22 Hasil uji one way ANOVA peningkatan berat makaroni matang 59 23 Hasil uji lanjut Duncan peningkatan berat makaroni matang 59 24 Hasil uji one way ANOVA cooking loss makaroni matang 60 25 Hasil uji lanjut Duncan cooking loss makaroni matang 60
DAFTAR GAMBAR
1 Tahapan penelitian 102 Pembuatan tepung beras hitam 11
3 Pembuatan tepung kacang berpigmen 12
4 Total fenolik produk makaroni 20
5 Total flavonoid produk makaroni 22
6 Aktivitas antioksidan 2,2-diphenyl-1-picrylhydrazyl (DPPH) produk makaroni 24
7 Aktivitas antioksidan ferric reducing antioxidant power (FRAP) produk makaroni 25
8 Produk makaroni kombinasi beras hitam dan kacang berpigmen mentah dan matang setelah perebusan selama ±3 menit pada suhu ±100 oC 27
9 Korelasi persen inhibisi dan konsentrasi ekstrak makaroni 33
10 Nilai IC50 aktivitasantiproliferasi produk makaroni 35
11 Air sisa rebusan setelah pemasakan produk makaroni 52
12 Sel Vero dengan ekstrak makaroni beras hitam dan kacang hijau 53
13 Sel WiDr dengan ekstrak makaroni beras hitam dan kacang hijau 53
14 Sel Vero dengan ekstrak makaroni beras hitam dan kedelai hitam 54
15 Sel WiDr dengan ekstrak makaroni beras hitam dan kedelai hitam 54
DAFTAR LAMPIRAN
1 Lampiran 1 Formulir analisis sensori menggunakan uji hedonik 492 Lampiran 2 Gambar air sisa rebusan setelah pemasakan produk makaroni 52
3 Lampiran 3 Gambar uji antiproliferasi sel Vero dan sel WiDr menggunakan mikroskop dengan perbesaran 32x 53
4 Lampiran 4 Uji one way ANOVA dan uji lanjut Duncan makaroni 55
