TINJAUAN PUSTAKA
Tinjauan Umum Tentang Serat
Dietary fiber didefinisikan sebagai bagian dari komponen bahan pangan
nabati yang tidak dapat dicerna oleh saluran pencernaan manusia. Definisi ini diperluas lagi sehingga seluruh polisakarida dan lignin yang tidak dapat dicerna oleh saluran pencernaan manusia termasuk ke dalam dietary fiber. Didasarkan atas fungsinya di dalam tanaman, dietary fiber dibagi menjadi tiga fraksi utama, yaitu :
Polisakarida struktural, terdapat dalam dinding sel dan terdiri dari selulosa dan polisakarida non-selulosa, hemiselulosa (arabinoksilan, galaktomanan dan glukomanan), substansi pektat, betaglukan, musilase, gum, dan polisakarida algal.
Non-polisakarida struktural, sebagian besar terdiri dari lignin.
Polisakarida non-struktural, termasuk gum dan mucilage serta polisakarida lainnya seperti karagenan dan agar dari alga dan rumpur laut.
(Apriyantono, et al., 1989).
Serat dalam makanan atau disebut juga serat makanan umumnya berasal dari serat buah dan sayuran atau sedikit yang berasal dari biji-bijian dan serealia. Serat makanan terdiri dari serat kasar (crude fiber) dan “serat makanan” (dietary
fiber). Serat kasar adalah serat secara laboratorium dapat menahan asam kuat
(acid) atau basa kuat (alkali), sedangkan serat makanan adalah bagian dari makanan yang tidak dapat dicerna oleh enzim-enzim pencernaan (Anwar, 2002).
Oleh karena itu kadar serat kasar selalu lebih rendah dibandingkan serat makanan, karena asam kuat (asam sulfat) dan basa kuat (natrium hidroksida) memiliki kemampuan yang lebih besar untuk memecahkan (menghidrolisa) komponen-komponen makanan dibandingkan dengan enzim pencernaan. Kandungan serat dalam bahan pangan (serat makanan) sangat tergantung kepada jenis bahan pangan tersebut. Serat dalam makanan digolongkan menjadi dua golongan yaitu :
1. Serat yang larut atau SDF (Soluble Dietary Fiber) adalah serat makanan yang dapat larut dalam air hangat atau panas serta dapat terendap oleh air yang telah dicampur dengan empat bagian etanol. Gum, pektin dan sebagian hemiselulosa larut yang terdapat dalam dinding sel tanaman merupakan sumber serat makanan. Ada juga beta-glukan terdapat pada oat dan barley, seaweed seperti alginat, karagenan dan agar yang merupakan serat dari tumbuhan laut. Serat bakteri seperti nata de coco dan lignin yang terdapat pada buah dan sayur.
2. Serat yang tidak larut atau IDF (Insoluble Dietary Fiber) adalah serat makanan yang tidak larut dalam air panas maupun dingin. Sumber IDF yaitu selulosa, lignin dan sebagian besar hemiselulosa, sejumlah kecil kutin, lilin yang terdapat hampir di semua jenis bahan pangan nabati khususnya buah dan sayuran.
(Anwar, 2002).
Serat kasar merupakan residu dari bahan makanan atau pertanian setelah diperlakukan dengan asam dan alkali mendidih dan terdiri dari selulosa dengan sedikit lignin dan pentosan (Apriyantono, et al., 1989).
Sifat Fisik Serat Makanan
Sifat fisik penting pertama adalah kelarutan. Ada dua tipe serat makanan yaitu yang larut dalam air dan yang tidak larut dalam air. Kelarutan dari gum, pektin, musilase dan kemampuannya membentuk larutan dengan viskositas tertentu atau perbedaan kekuatan gel sangat dipengaruhi oleh ukuran dan distribusi polimer yang berbeda yang terkandung pada setiap sumber serat makanan (Grace, et al., 1991).
Sifat fisik penting yang kedua adalah kapasitas mengikat air yaitu kemampuan serat makanan yang tidak larut dalam air untuk mengembang dan menyerap air. Kemampuan ini dipengaruhi oleh ukuran partikel dan distribusi. Sebagai contoh selulosa murni dengan kadar komersial, umumnya akan berkurang kemampuan mengikat air dengan berkurangnya ukuran partikel. Sedangkan kemampuan mengikat air dari total serat makanan tergantung dari pH dan jenis makanan (Grace, et al., 1991).
Sifat fisik yang dominan akan terjadi yaitu tingginya nilai penyerapan air (NPA) dan nilai kelarutan air (NKA). Fenomena tersebut sejalan dengan sifat instan yaitu meningkatnya kelarutan dan penyerapan yang disebabkan oleh rendahnya karbohidrat dan tingginya gula pereduksi yang bersifat higroskopis (Antarlina, 2002).
Kelompok sayuran sebagai sumber serat makanan larut yang tinggi adalah kangkung, bayam, selada, brokoli, kacang panjang, terong bulat, buncis,terong panjang, dan wortel. Kelompok sayuran dengan kadar serat makanan yang larut rendah adalah daun katuk, sawi hijau, sawi putih, kubis/kol, bunga kol, tauge, kacang hijau, kecipir, mentimun, dan labu siam (Muchtadi, 1998).
Tingginya daya serap air dihubungkan dengan kemampuan produk untuk mempertahankan tingkat kadar air terhadap kelembaban lingkungan dan peranan gugus hidrofilik pada susunan molekulnya. Penyerapan sekitar 20-25% dari total beratnya (Afrianti,2004).
Komposisi Kimia Sayuran Yang Mengandung Serat
Adapun komposisi kimia jagung sayur dapat dilihat pada Tabel 1:
Tabel 1. Komposisi Kimia Jagung Sayur, Daun Singkong, Kangkung dan Pakis
Komponen Jagung sayur Daun Singkong Kangkung Pakis Kalori (kal) 129 73 29 35 Protein (g) 4,1 6,8 3 4 Lemak (g) 1,3 1,2 0,3 0,3 Karbohidrat (g) 30,3 13 5,4 6,4 Kalsium (mg) 5 165 73 42 Fosfor (mg) 108 54 50 172 Besi (mg) 1,1 2,0 2,5 1,3 Vitamin A (SI) - 11000 6300 2881 Vitamin B1 (mg) 0,18 0,12 0,07 - Vitamin C (mg) 9 27,5 32 30 Air (g) 63,5 77,2 89,7 88 bdd (%) 28 87 70 70
Sumber : Departemen Kesehatan RI (1996).
Manfaat Serat
Dalam bidang kesehatan, berbeda jenis serat berbeda khasiat yang terkandung di dalamnya. Misalnya serat yang tidak larut seperti selulosa dan hemiselulosa baik untuk kesehatan usus, memperlancar keluarnya feses, mencegah wasir, dan baik untuk mengontrol berat badan. Sedangkan serat larut seperti pektin, gum, dan agar-agar baik untuk menurunkan kadar kolesterol dan
gula darah sehingga lebih tepat untuk kesehatan jantung dan mengurangi resiko diabetes (Anwar, 2002).
Salah satu bukti paling jelas manfaat serat adalah pada penanganan konstipasi (sembelit). Serat mencegah dan mengurangi konstipasi karena dapat menyerap air ketika melewati saluran pencernaan sehingga meningkatkan ukuran feses. Akan tetapi jika asupan air rendah, serat justru akan memperparah konstipasi atau bahkan dapat menyebabkan gangguan pada usus besar. Tambahan dua gelas air dari kebutuhan enam gelas air per hari diperlukan untuk mengimbangi peningkatan konsumsi serat (Siagian, 2003).
Bahan Yang Digunakan Dalam Ekstraksi
1. Asam Asetat
Asam asetat lebih banyak diproduksi pada konsentrasi gula yang tinggi. Jumlah asam asetat yang diproduksi selama fermentasi adalah kecil, biasanya lebih kecil dari 0,030 g/100 ml, tergantung pada jenis fermentasi dan kondisi fermentasi. Jumlah asam asetat yang tinggi dapat terjadi akibat kegiatan bakteri sebelum, selama dan sesudah fermentasi. Bertambahnya asam asetat ini karena terjadinya oksidasi alkohol dan perombakan bakteri terhadap gula, asam sitrat, gliserol dan lainnya (Oxtoby, et al., 2003).
2. Asam Klorida
Asam klorida menjadi sumber utama klorin untuk pemutih. Zat ini berada dalam bentuk tidak murni; di atas suhu 900oC, zat ini bereaksi dengan klorin dan kokas menghasilkan titanium tetraklorida. Asam klorida berwujud gas pada kondisi kamar dan larut dalam air membentuk asam kuat. Hidrogen klorida dibuat melalui reaksi penggabungan langsung hidrogen dan klorin dengan bantuan
katalis platinum atau sebagai produk samping dari pengolahan bahan kimia organik. Larutan berairnya yaitu asam klorida adalah asam industri utama yang banyak digunakan untuk membersihkan permukaan logam (Oxtoby, et al., 2003).
Penambahan asam klorida dapat mempengaruhi pH. Bila pH yang mendekati netral maka jumlah asam yang dikandung relatif rendah sehingga ikatan glikosida yang membentuk polisakarida lebih kuat dan akibatnya pemutusan rantai heksosa dari ikatan polisakarida yang mendekati pH netral menjadi lebih sulit (Meyer, 1970).
Serat dengan hidrolisis asam klorida menghasilkan serat yang strukturnya renggang, sehingga air lebih mudah menguap pada waktu pengeringan. Struktur serat yang agak rapat akan lebih tinggi daya ikat airnya, selain itu terjadi pemutusan ikatan hidrogen pada rantai linier dan berkurangnya daerah amorf yang mudah dimasuki air (Afrianti, 2004).
3. Asam Sulfat
Asam sulfat adalah bahan kimia yang diproduksi dalam jumlah besar di dunia. Manfaatnya berkisar mulai dari pengolahan logam sampai produksi obat-obatan dan manufaktur pupuk. Sejumlah kecil SO3 yang dihasilkan (bersama
dengan SO2 yang menjadi produk utamanya) diembunkan dan dimasukkan
ke dalam air untuk membuat asam sulfat. Suatu penemuan yang tidak sengaja mengungkapkan bahwa penambahan natrium nitrat atau kalium nitrat meningkatkan rendeman SO3. Bahan baku utama untuk membuat asam sulfat
adalah sulfur atau sulfur dioksida. Sumber untuk bahan kimia ini telah berubah dari waktu ke waktu, didasari atas pertimbangan harga dan keinginan untuk mengurangi pencemaran udara. Asam sulfat murni tidak berwarna, berupa cairan
kental yang membeku pada suhu 10,4oC dan mendidih pada suhu 279,6oC. Asam sulfat dapat dicampur dengan air dalam segala perbandingan, dengan membebaskan banyak sekali kalor. Dalam pengasaman, lapisan oksida pada permukaan logam dilarutkan melalui reaksi dengan asam (Oxtoby, et al., 2003).
4. Asam Nitrat
Salah satu produk yang dibuat dari amonia yang paling penting adalah asam nitrat. Asam nitrat memiliki konsentrasi sekitar 50 sampai 65% berdasar
massa. Penyulingan untuk mengeluarkan air tidak meningkatkan konsentrasi di atas 69% HNO3, yaitu “konsentrasi asam nitrat” yang umumnya digunakan
di laboratorium. Penambahan zat pendehidrasi kuat (asam sulfat pekat) dan penyulingan memisahkan lebih banyak air dan menghasilkan larutan yang
mengandung 95% sampai 98% asam nitrat (asam nitrat berasap) (Oxtoby, et al., 2003).
Proses Pembuatan Serat Dari Sayur-Sayuran
Sortasi
Sortasi dan penggolongan mutu sangat diperlukan untuk menggolongkan bahan pangan sesuai dengan ukuran dan ada tidaknya cacat. Penggolongan mutu adalah klasifikasi komoditi dan kelompok menurut standar yang secara komersil dapat diterima (Satuhu, 1996).
Pencucian
Oleh karena konsumen menginginkan hasil yang bersih maka kebanyakan buah-buahan dan sayuran dicuci setelah dipanen. Pencucian meningkatkan penampakan hasil, dimana sering sekali pada hasil terdapat kotoran, tanah, serangga, jamur, dan sebagainya yang mengakibatkan hasil tidak sedap
dipandang. Tidak jarang pula masih terdapat sisa-sisa fungisida dan insektisida pada hasil (Pantastico, 1993).
Pencucian bertujuan untuk menghilangkan kotoran (tanah) yang menempel, residu fungisida atau insektisida, dan memperoleh penampakan yang baik. Pencucian dapat dilakukan dengan menggunakan air atau dengan sikat (Baliwati, et al., 2004).
Perendaman
Bahan-bahan yang masih kotor dicuci bersih hingga bebas dari pasir dan kotoran-kotoran lainnya. Bahan yang telah dicuci kemudian direndam dalam larutan kaporit 0,25% selama 5 jam. Dengan perendaman ini diharapkan bahan menjadi lebih putih. Setelah perendaman, bahan-bahan yang telah putih tersebut dicuci kembali dengan air mengalir untuk menghilangkan bau kaporit. Kaporit yang tergolong dalam senyawa klorin bila dicampur dengan air akan terhidrolisis. Asam hipoklorit akan terdisosiasi dalam air membentuk ion hidrogen (H+) dan ion hipoklorit (OCl-). Pada pH rendah asam hipoklorit lebih dominan, sedangkan pada
pH tinggi, ion hipoklorit lebih terdapat dalam jumlah lebih banyak (Laksmi, 1987).
Bahan-bahan yang telah selesai direndam dalam larutan kaporit segera dibilas dengan air mengalir agar kotoran-kotoran dan bau kaporit dapat dihilangkan (Wahyu, 1990).
Pengeringan
Kegiatan-kegiatan bakteri membutuhkan kelembaban. Jadi, pengeringan pangan, yang menurunkan kandungan air secara berarti, membantu menghentikan kegiatan bakteria. Dalam bahan-bahan pangan yang telah dikeringkan, nilai gizi
meningkat untuk zat-zat makanan yang tahan terhadap panas, cahaya dan pengaruh udara dalam jangka waktu lama (Harper, et al., 1986).
Keuntungan pengeringan adalah bahan menjadi lebih awet dan volume bahan menjadi lebih kecil sehingga mempermudah dan menghemat ruang pengangkutan dan pengepakan, berat bahan juga menjadi berkurang sehingga memudahkan transpor, dengan demikian diharapkan biaya produksi menjadi lebih murah. Faktor-faktor yang mempengaruhi pengeringan terutama adalah luas permukaan benda, suhu pengeringan, aliran udara, tekanan uap di udara, dan waktu pengeringan (Winarno, 1993).
Pada umumnya penentuan kadar air dilakukan dengan mengeringkan bahan dalam oven pada suhu 105 – 110oC selama 3 jam atau sampai didapat berat yang konstan. Selisih berat sebelum dan sesudah pengeringan adalah banyaknya air yang diuapkan (Winarno, 1997).
Penepungan dan Pengayakan
Pengayakan dimaksudkan untuk menghasilkan campuran butir dengan ukuran tertentu agar dapat diolah lebih lanjut atau agar diperoleh penampilan atau bentuk komersial yang diinginkan (Bernasconi, et al., 1995).
Ayakan biasanya berupa anyaman dengan mata jala yang berbentuk bujur sangkar atau empat persegi panjang, berupa plat yang berlubang-lubang bulat atau bulat panjang. Ayakan terbuat dari material yang dapat berupa paduan baja, nikel, tembaga, kuningan, perunggu, sutera, dan bahan-bahan sintetik. Material ini harus dipilih agar ayakan tidak cepat rusak karena karat maupun gesekan. Selain itu, selama proses pengayakan, ukuran lubang ayakan harus tetap konstan. Yang menjadi ciri ayakan antara lain adalah :
1. Ukuran dalam mata jala
2. Jumlah mata jala (mesh) per satuan panjang, misalnya per cm atau per inci 3. Jumlah mata jala per satuan luas, umumnya per cm2
(Bernasconi, et al., 1995). Ekstraksi
Ekstraksi adalah proses untuk memisahkan campuran beberapa zat menjadi komponen-komponen yang terpisah. Pada dasarnya efisiensi ekstraksi dipengaruhi oleh beberapa faktor, yaitu : waktu, suhu, dan pH ekstraksi (Whistler, 1960).
Tingkat kecepatan ekstraksi dipengaruhi oleh beberapa faktor yaitu luas permukaan antara padatan dan cairan, gradien konsentrasi, suhu, dan kecepatan aliran pelarut. Suhu ekstraksi untuk beberapa bahan perlu ditetapkan untuk menghindari perubahan fisik dan kimia yang tidak diinginkan, dimana dapat menurunkan kualitas produk (Brennan, et al., 1976).
Ekstraksi dilakukan pada suasana sedikit asam. Proses pengasaman bertujuan untuk memecahkan dinding sel sehingga memudahkan proses ekstraksi. Pengasaman juga dapat menghancurkan dan melarutkan kotoran, sehingga bahan lebih bersih. Pengasaman dapat dilakukan dengan menggunakan asam sulfat, asam asetat atau asam sitrat (Winarno, 1980).
Proses pemasakan dilakukan dengan penambahan asam 0,5% sampai pH 6. Selama pemasakan akan terjadi penghancuran dinding sel yang terjadi
akibat hidrolisis pada waktu pengasaman maupun pada waktu ekstraksi. Proses penghancuran dinding sel bertujuan untuk memperluas permukaan bahan sehingga mempermudah proses pelarutan (Astawan dan Wahyuni, 1991).
Faktor yang mempengaruhi hidrolisis asam adalah konsentrasi asam, lama hidrolisis, suhu, dan perlakuan pendahuluan. Selanjutnya dikatakan bahwa
semakin tinggi suhu, reaksi hidrolisis akan berjalan semakin cepat (Millet, et al., 1976).
Perubahan suhu akan mempengaruhi ikatan kimia yang menentukan struktur gel. Jika suhu meningkat, ikatan kimia pembentukan gel akan merenggang sehingga terbentuk cairan yang kental. Hal sebaliknya terjadi apabila cairan didinginkan, ikatan kimia pembentuk gel akan saling merapat kembali
membentuk jalinan yang kuat. Gel tipe ini disebut thermoreversible (Fennema, 1976).
Pada pemasakan asam sewaktu suhu dinaikkan, suspensi serat dihidrolisis dengan penambahan asam. Selama pemanasan granula serat akan mengembang, semakin meningkat suhu pemanasan pengembangan granula semakin besar (Afrianti, 2004).
Pemasakan dengan menggunakan asam klorida menyebabkan kadar abu cenderung meningkat. Abu merupakan zat anorganik sisa hasil pembakaran suatu bahan organik. Kadar abu ada hubungannya dengan mineral suatu bahan. Mineral dalam suatu bahan merupakan garam organik (seperti garam-garam malat, oksalat, asetat dan pektat) dan garam anorganik (seperti garam fosfat, karbonat, klorida, sulfat dan nitrat). Semakin tinggi kadar abu pada serat menunjukkan kualitasnya yang kurang baik, karena dalam kandungan nutrisi serat tersebut banyak terdapat mineral-mineral anorganik (Afrianti, 2004).
Agar diperoleh rendemen yang maksimal dan bermutu baik, dilakukan ekstraksi yang tepat. Tinggi rendahnya rendemen juga dipengaruhi oleh proses
yang dilakukan misalnya proses saat pemotongan, pencucian dan pengayakan. Faktor yang sangat berpengaruh terhadap jumlah dan mutu serat yang terekstrak adalah suhu, waktu dan keasaman selama ekstraksi berlangsung. Faktor lain seperti jenis asam harus mendapat perhatian, karena semakin kuat asam yang digunakan maka akan meningkatkan jumlah rendemen (Hanifah, 2002).
Penyaringan
Bahan-bahan yang diekstraksi disaring dan penyaringan yang umum dilakukan dengan menggunakan kain blacu berwarna putih. Dalam penyaringan ini akan diperoleh filtrat. Ampas yang tertinggal pada kain blacu dipress. Pengepresan yang baik akan menghasilkan ampas dengan kandungan air 76-78% (Soebardjo, et al., 1988).
Karakteristik dan Sifat Asam yang digunakan dalam Ekstraksi
Menurut Keenan, et al., (1995), asam kuat seperti HCl, H2SO4 dan HNO3
di dalam air akan membentuk larutan dengan kuat asam yang relatif sama. Tetapi untuk beberapa senyawa hidroksi dari bukan logam yang merupakan donor proton yang baik, bila mengandung atom oksigen dalam jumlah yang banyak yang terikat pada unsur bukan logam, akan lebih mempercepat suatu reaksi, karena makin mudah H+ disumbangkan, sehingga menghasilkan rendemen yang semakin tinggi.
Menurut Fessenden and Fessenden (1999), pereaksi reduksi-oksidasi kuat (seperti HCl, H2SO4 dan HNO3) mengoksidasi dan mereduksi gugus aldehid dan
gugus hidroksil dari monosakarida, menghasilkan suatu produk tertentu. Jadi pengaruh oksidasi dan reduksi dapat mentransformasikan galaktosa menjadi galakturonat yang merupakan struktur dari asam pektinat. Ini sejalan dengan
melalui aksi dari pereduksi dan pengoksidasian. Proses oksidasi dan reduksi, memungkinkan degradasi struktur rantai pada atom C dari karbohidrat.
Pengaruh proses oksidasi akan menyebabkan pemutusan rantai karbon (depolimerisasi) dan oksidasi gugus aldehid dan gugus hidroksil dari monosakarida. Apabila selama ektraksi terjadi proses hidrolisis yang berlangsung cepat disertai dengan proses oksidasi dapat mempercepat terjadinya deesterifikasi, demetilasi dan depolimerisasi, dimana reaksi ini membutuhkan air. Sedangkan proses depolimerisasi dapat menimbulkan degradasi asam pektinat, sehingga terbentuk polimer asam pektinat yang pendek. Semakin pendek polimer-polimer asam pektinat, akan lebih mudah melepaskan air (akan terjadi penguapan larutan yang digunakan sebagai larutan pengekstraksi), sehingga menyebabkan kadar air semakin menurun (Adryansah, et al., 2006).
