• Tidak ada hasil yang ditemukan

Xylooligosaccharide production of corncobs as prebiotic candidate by high temperature heating and enzymatic hydrolysis

N/A
N/A
Protected

Academic year: 2017

Membagikan "Xylooligosaccharide production of corncobs as prebiotic candidate by high temperature heating and enzymatic hydrolysis"

Copied!
119
0
0

Teks penuh

(1)

PREBIOTIK DENGAN PEMANASAN SUHU TINGGI

DAN HIDROLISIS ENZIMATIK

DEVY NURUL NATHALIA

SEKOLAH PASCASARJANA

INSTITUT PERTANIAN BOGOR

(2)

Dengan ini saya menyatakan bahwa tesis Produksi Xilooligosakarida dari Tongkol Jagung Sebagai Kandidat Prebiotik dengan Pemanasan Suhu Tinggi dan Hidrolisis Enzimatik adalah karya saya dengan arahan dari komisi 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.

Bogor, Agustus 2011

Devy Nurul Nathalia

(3)

DEVY NURUL NATHALIA. Xylooligosaccharide Production of Corncobs as Prebiotic Candidate by High Temperature Heating and Enzymatic Hydrolysis. Under direction of Prof. Dr. Ir Betty Sri Laksmi Jenie, MS., Dr. Dra. Suliantari, MS., and Dr. Ir Nur Richana, MSi.

Corncob waste is a rich xylan source that can be utilized as raw material for xylooligosaccharides (XOS) production. XOS is a potential prebiotic and has high economic value. Two corn varieties i.e. Bisi and Pioneer were first analyzed for its hemicellulose, cellulose and lignin contents and xylan yield to choose the corn variety to be studied. Process technology for XOS production was studied using available equipment such as oven. Xylooligosaccharide (XOS) from corncob was produced in two stages i.e. xylan extraction by heating at high temperatures in oven or autoclave as comparison, followed by enzymatic hydrolysis. Analysis of two corncob varieties showed that Pioneer variety contained higher hemicellulose content (34.98%) and xylan yield (18.32%) than Bisi variety (12.28% and 10.22%, respectively), therefore Pioneer variety was chosen as raw material for XOS production. Corncob particles were soaked in dilute acid (1 g/l H2SO4) for 12 h at 60 oC, filtered and washed with tap water and then heated in oven or autoclave. Before oven heating, The corncobs were added with water at various ratios (1:1 – 1:5) and then heated in oven at various temperature (130 oC, 140 oC, 150 oC for 0.5 h) and autoclave at 121oC for 0.5, 1, 1.5 and 2 h with one and two heating cycles. During heating, the total sugar and reducing sugar were increase, while the degree of polymerization was decrease. The results showed that heating in oven to extract the xylan was affected by the ratios of corncobs and aquadest and heating temperatures. Oven heating (130-150 o

C) with optimum ratio of corncobs and aquadest (1:3) successfully increased the xylan content from 3.98% up to 18.21 – 19.46% while repeated heating cycle (two cycles) did not affect the xylan content. Heating the corncobs with aquadest (at the ratio of 1:3) in oven at 130 oC for 0.5 h produced 18.98% xylan and enzymatic conversion of the xylan by xylanase significantly increased the XOS content from 19.60% up to 44.06%. Heating the corncobs in autoclave (121 oC, 0.5 h) followed by enzymatic conversion produced higher XOS content (65.67%). The corncob XOS could stimulate the growth of Lactobacillus plantarum kik and Bifidobacterium longum ATCC 15707 by 1.2 until 1.7 unit log, indicating the prebiotic properties. Cookies prebiotic produced by addition of 5% (based on wheat flour) had higher hardness texture (1256 gf) than control without XOS (1067 gf).

(4)

DEVY NURUL NATHALIA. Produksi Xilooligosakarida dari Tongkol Jagung Sebagai Kandidat Prebiotik dengan Pemanasan Suhu Tinggi dan Hidrolisis Enzimatik. Dibimbing oleh Prof. Dr. Ir Betty Sri Laksmi Jenie, MS., Dr. Dra. Suliantari, MS., dan Dr. Ir Nur Richana, MSi.

Limbah tongkol jagung merupakan sumber xilan tinggi yang dapat dimanfaatkan sebagai bahan baku untuk produksi xilooligosakarida (XOS) yang berpotensi sebagai prebiotik dan memiliki nilai ekonomis yang tinggi. Dua varietas jagung yaitu Bisi dan Pioneer dianalisis kandungan hemiselulosa, selulosa dan lignin serta rendemen xilan untuk menentukan varietas jagung yang akan digunakan. Dalam penelitian ini dipelajari teknologi produksi XOS dari tongkol jagung menggunakan peralatan yang lebih mudah tersedia seperti oven. Produksi xilooligosakarida (XOS) dari tongkol jagung dilakukan dalam dua tahap yaitu ekstraksi xilan dengan perlakuan pemanasan kemudian dilanjutkan dengan konversi enzimatik xilan menjadi XOS. Hasil analisis menunjukkan bahwa tongkol jagung varietas Pioneer memiliki kadar hemiselulosa (34.98%) dan rendemen xilan (18.32%) yang lebih tinggi dari varietas Bisi (12.28% dan 10.22%). Dengan demikian dalam penelitian produksi XOS digunakan tongkol jagung varietas Pioneer. Ekstraksi xilan dari tongkol jagung dilakukan meliputi perendaman dalam larutan asam encer (1 g/l H2SO4) terlebih dahulu selama 12 jam pada suhu 60 oC, disaring dan dicuci dengan air keran. Selanjutnya tongkol jagung dalam kondisi terendam dalam air (rasio 1:1 – 1:5) dipanaskan dalam oven pada berbagai suhu (130 oC, 140 oC, dan 150 oC selama 0,5 jam) dan dalam otoklaf (121 oC selama 0.5, 1, 1.5 dan 2 jam) dengan satu dan dua siklus pemanasan. Selama pemanasan terjadi peningkatan total gula dan gula pereduksi serta penurunan derajat polimerisasi (DP). Perlakuan pemanasan dalam oven untuk mengekstraksi xilan dipengaruhi oleh rasio tongkol jagung dan akuades, serta suhu pemanasan. Pemanasan dalam oven pada suhu 130-150 oC berhasil meningkatkan kadar xilan dari 3.98% menjadi sekitar 18.21 – 19.46% (bk), sedangkan siklus pemanasan berulang (dua siklus) tidak mempengaruhi kadar xilan. Pemanasan pada suhu 130 oC dengan rasio tongkol jagung dalam akuades sebesar 1 : 3 dalam oven selama 0.5 jam menghasilkan kadar xilan sebesar 18.98%. Konversi xilan lebih lanjut oleh xilanase (oven, 130 oC, 0.5 jam) mampu meningkatkan kadar XOS secara signifikan dari 19.60% (kadar XOS sebelum hidrolisis) menjadi 44.06% (kadar XOS setelah dihidrolisis enzimatik). Pemanasan tongkol jagung dalam otoklaf (121oC, 0.5 jam) dilanjutkan dengan konversi xilan melalui hidrolisis enzimatis xilanase menghasilkan kadar XOS yang lebih tinggi daripada oven yaitu masing-masing sebesar 65.67% dan 44.06%.

Dua strain kandidat probiotik (L. plantarum kik dan B. longum ATCC 15707) dapat tumbuh baik dalam media yang mengandung XOS tongkol jagung sebesar 1.2 hingga 1.7 unit log, yang mengindikasikan sifat prebiotik. Aplikasi XOS tongkol jagung sebanyak 5% dalam pembuatan model pangan fungsional menghasilkan kukis prebiotik dengan tingkat kekerasan yang lebih tinggi (1256 gf) daripada kontrol (1067 gf).

(5)

© Hak Cipta milik IPB, tahun 2011

Hak Cipta dilindungi Undang-Undang

1. Dilarang mengutip sebagian atau seluruh karya tulis ini tanpa mencantumkan atau menyebutkan sumbernya.

a. Pengutipan hanya untuk kepentingan pendidikan, penelitian, penulisan karya ilmiah, penyusunan laporan, penulisan kritik, atau tinjauan suatu masalah

b. Pengutipan tersebut tidak merugikan kepentingan yang wajar IPB

(6)

PREBIOTIK DENGAN PEMANASAN SUHU TINGGI

DAN HIDROLISIS ENZIMATIK

DEVY NURUL NATHALIA

Tesis

Sebagai salah satu syarat untuk memperoleh gelar Magister Sains pada

Program Studi Teknologi Industri Pertanian

SEKOLAH PASCASARJANA

INSTITUT PERTANIAN BOGOR

(7)
(8)

Nama : Devy Nurul Nathalia

NIM : F251080131

Disetujui Komisi Pembimbing

Prof. Dr.Ir. Betty Sri Laksmi Jenie, M.S Dr. Dra. Suliantari, M.S

Ketua Anggota

Dr. Ir. Nur Richana, M.Si Anggota

Diketahui

Ketua Program Studi Ilmu Pangan Dekan Sekolah Pascasarjana IPB

Dr. Ratih Dewanti-Hariyadi, M.Sc Dr. Ir. Dahrul Syah, M.Sc.Agr

(9)

Puji syukur penulis panjatkan ke hadirat Tuhan YME atas berkat rahmat-Nya sehingga penulis dapat menyelesaikan penelitian dan penulisan tesis yang berjudul Produksi Xilooligosakarida dari Tongkol Jagung Sebagai Kandidat Prebiotik dengan Pemanasan Suhu Tinggi dan Hidrolisis Enzimatik.

Pada kesempatan ini penulis ingin menyampaikan terima kasih yang sebesar-besarnya kepada :

1. Ibu Prof. Dr. Ir Betty Sri Laksmi Jenie, MS selaku Ketua Komisi Pembimbing dari Program Mayor Ilmu Pangan, Fakultas Teknologi Pertanian, Departemen Ilmu dan Teknologi Pangan, IPB, atas segala kebaikan, bantuan, bimbingan, motivasi, perhatian dan kepercayaannya untuk mengikutsertakan penulis dalam proyek penelitian ini.

2. Ibu Dr. Dra. Suliantari, MS selaku Anggota Komisi Pembimbing dari Fakultas Teknologi Pertanian, Departemen Ilmu dan Teknologi Pangan, IPB atas segala kebaikan, bantuan, bimbingan, motivasi dan perhatian.

3. Ibu Dr. Ir. Nur Richana, M.Si selaku Anggota Komisi Pembimbing dari Balai Penelitian dan Pengembangan Pascapanen, Cimanggu atas segala kebaikan, bantuan, kesabaran, bimbingan, motivasi dan perhatian.

4. Bapak Dr.Ir. Sukarno, M.Sc selaku Dosen Penguji Luar Komisi atas kesediannya, bantuan dan saran.

5. Ibu Dr. Ir. Harsi Dewantari Kusumaningrum, M.Sc selaku perwakilan dari Program Mayor Ilmu Pangan, atas segala bantuan, arahan, dan saran.

6. Ibu Dr.Ir. Ratih Dewanti Hariyadi, M.Sc. selaku Ketua Mayor Ilmu Pangan. 7. Seluruh staff pengajar Program Mayor Ilmu Pangan, Fakultas Teknologi

Pertanian, Departemen Ilmu dan Teknologi Pangan, atas ilmu yang diberikan selama menempuh studi di IPN.

(10)

atas segala dukungan dan kebersamannya berjuang di IPN.

10.Sahabat-sahabatku yaitu Rani, Eka, Tya, Mbak Rita, Mbak Nurha, Ibu Triana dan Mbak Vita atas segala bantuan, motivasi dan kebersamaanya.

11.Para laboran dan teknisi di lingkungan Departemen ITP dan SEAFAST Center (khususnya Pak Taufik, Mbak Ari, Bu Sri dan Pak Junaedi), terima kasih atas segala bantuannya.

12.Para staff dan laboran di Balai Penelitian dan Pengembangan Pascapanen, Cimanggu (khususnya Ibu Pia, Mbak Meli, Mbak Dewi, Mbak Citra, Pak Tri, Pak Yadi, Pak Danu, Pak Afdan, Pak Ato dan Pak Yadi Mikro), terima kasih atas segala bantuannya.

13.Semua pihak yang telah membantu penulis yang tidak dapat disebutkan satu persatu

Penulis menyadari bahwa tesis ini masih jauh dari kesempurnaan. Oleh karena itu, saran dan kritik yang membangun sangat penulis harapkan agar dapat memberikan informasi dalam pengembangan karya tulis ilmiah ini lebih lanjut. Semoga karya tulis ilmiah ini dapat bermanfaat bagi semua pihak.

Bogor, Agustus 2011

(11)

Penulis dilahirkan di Bekasi, Jawa Barat pada tanggal 2 Desember 1983 sebagai putri pertama dari 2 bersaudara dari pasangan Bapak Soelinto SE, MM dan Ibu Sri Hendarti. Penulis menamatkan Sekolah Dasar (SD) dan Sekolah Menengah Pertama (SMP) di Sekolah Katholik Pamardi Yuwana Bhakti, Bekasi dan Sekolah Menengah Atas (SMA) di SMUN 42 Halim Perdana Kusuma , Jakarta Timur. Pada tahun 2001 penulis diterima di Jurusan Biologi, Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam (FMIPA), Universitas Udayana, Bali melalui jalur UMPTN (Ujian Masuk Perguruan Tinggi) dan lulus pada bulan Oktober, 2005.

(12)

DAFTAR TABEL ... xv

2.5 Pengaruh Asam Terhadap Rantai Xilan ... 10

2.6 Pengaruh Alkali Terhadap Rantai Xilan ... 12

2.7 Produksi XOS ... 13

2.8 Prebiotik ... 16

3. METODE PENELITIAN 3.1Waktu dan Tempat Penelitian ... 18

3.2Bahan dan Alat ... 18

3.3 Prosedur Penelitian ... 19

3.3.1 Seleksi Varietas Jagung ... 22

3.3.2 Ekstraksi Xilan dengan Pemanasan Tongkol Jagung dalam Oven dan Otoklaf ... 22

3.3.3 Produksi XOS Melalui Konversi Xilan Menggunakan Xilanase ... 23

3.4 Analisis Kimia ... 26

3.4.1 Penentuan Rendemen Ekstrak Xilan (modifikasi Yoshida et al., 1994) ... 24

3.4.2 Kadar Xilan (modifikasi Abreau et al., 2001 dan Ramos et al., 1999) ... 25

3.4.3 Kadar Hemiselulosa, Selulosa dan Lignin ... 26

3.4.4 Kadar XOS ... 28

3.4.5 Kadar Gula Pereduksi, Total Gula dan Derajat Polimerisasi ... 29

3.5 Analisis Mikrobiologi ... 31

3.5.1 Uji Sifat Prebiotik XOS ... 31

3.5.2 Total Bakteri Asam Laktat ... 32

3.6 Pembuatan Kukis (modifikasi Gustiar, 2009) Prebiotik dan Uji Kekerasan ... 33

3.7 Rancangan Percobaan ... 33

(13)

4.1.2 Rendemen dan Sifat Kelarutan Ekstrak Xilan ... 37

4.2 Pengaruh Suhu dan Siklus Pemanasan Dalam Oven ... 39

4.2.1 Total Gula Ekstrak Xilan ... 39

4.2.2 Gula Pereduksi Ekstrak Xilan ... 40

4.2.3 Derajat Polimerisasi Ekstrak Xilan ... 42

4.2.4 Kadar Xilan ... 45

4.3 Pengaruh Lama dan Siklus Pemanasan Dalam Otoklaf 4.3.1 Total Gula Ekstrak Xilan ... 48

4.3.2 Gula Pereduksi Ekstrak Xilan ... 49

4.3.3 Derajat Polimerisasi Ekstrak Xilan ... 50

4.4 Produksi XOS dengan Konversi Enzimatik Xilan ... 51

4.5 Sifat Prebiotik XOS ... 54

4.6 Pembuatan Kukis XOS Prebiotik ... 56

5. KESIMPULAN DAN SARAN 5.1 Kesimpulan ... 59

5.2 Saran ... 59

DAFTAR PUSTAKA……….. ... 60

(14)

1. Komposisi kimia tongkol jagung ... 6

2. Formula kukis prebiotik XOS (Modifikasi Gustiar, 2009) ... 33

3. Hasil analisis proksimat komposisi kimia tongkol jagung (g/100g) ...35

4. Hasil analisis komposisi serat tongkol jagung ... ..35

5. Rendemen ekstrak xilan dari tongkol jagung Bisi dan Pioneer ... 37

6. Sifat kelarutan xilan dalam beberapa pelarut ... 38

7. Pengaruh suhu dan siklus pemanasan dalam oven terhadap derajat polimerisasi ekstrak xilan ... 44

8. Pengaruh suhu dan siklus pemanasan dalam oven terhadap kadar xilan... 47

(15)

1. Tanaman Jagung (Zea mays L.) ... 5 2. Struktur ligninselulosa material pada dinding sel tumbuhan

(Krafstoffe, 2008) ... 7 3. Struktur molekul xilan (Vazquez et al., 2006) ... 8 4. Struktur XOS (Akpinar et al., 2007) ... 10 5. Beberapa perlakuan untuk produksi XOS dari bahan baku

kaya xilan(Dominguez et al., 2003) ... 13 6. Prosedur produksi XOS melalui perlakuan dengan

pemanasan, air atau larutan asam (Vasquez et al., 2000) ... 15 7. Diagram alir penelitian (modifikasi Yang et al., 2005)... 21 8. Penampakan ekstrak xilan (basah) ... 38 9. Pengaruh suhu dan siklus pemanasan dalam oven terhadap

total gula ekstrak xilan ... 39 10. Pengaruh suhu dan siklus pemanasan dalam oven terhadap kadar gula

pereduksi ekstrak xilan ... 41 11. Pengaruh suhu dan lama pemanasan dalam oven terhadap

derajat polimerisasi ekstrak xilan ... 43 12. Waktu retensi pada standar Birch Wood Xylan (a) dan xilan tongkol jagung (b) ... 46 13. Pengaruh lama dan siklus pemanasan dalam otoklaf terhadap total gula

ekstrak xilan ... 48 14. Pengaruh lama dan siklus pemanasan dalam otoklaf terhadap gula

pereduksi ekstrak xilan ... 49 15. Pengaruh lama dan siklus pemanasan pada perlakuan otoklaf terhadap

derajat polimerisasi ekstrak xilan ... 50 16. Viabilitas galur L.plantarum kik dan B. longum ATCC 15707

pada media mengandung XOS prebiotik 1% ... 54 17. Kukis kontrol dan prebiotik sebelum (a) dan

(16)

Halaman

1. Analisis Proksimat Karakteristik Bahan Baku ... 69

2. Diagram Analisis Rendemen Xilan dari Tongkol Jagung ... 72

3. Neraca Massa Rendemen Xilan ... 73

4. Komposisi Serat Tongkol Jagung ... 74

5. Kurva standar gula pereduksi xilosa (550 nm) ... 75

6. Kurva standar total gula (480 nm) ... 76

7. Analisa statistik pengaruh suhu dan siklus pemanasan dalam oven terhadap total gula ekstrak xilan ... 77

8. Analisa statistik pengaruh lama dan siklus pemanasan dalam otoklaf terhadap total gula ekstrak xilan ... 79

9. Analisa statistik pengaruh suhu dan siklus pemanasan dalam oven terhadap gula pereduksi ekstrak xilan ... 81

10. Analisa statistik pengaruh lama dan siklus pemanasan dalam otoklaf terhadap gula pereduksi ekstrak xilan ... 83

11. Analisa statistik pengaruh suhu dan siklus pemanasan dalam oven terhadap derajat polimerisasi ekstrak xilan ... 85

12. Analisa statistik pengaruh lama dan siklus pemanasan dalam otoklaf terhadap derajat polimerisasi ekstrak xilan ... 87

13. Data pengaruh suhu dan siklus pemanasan dalam oven terhadap kadar xilan ... 89

14. Analisa statistik viabilitas L.plantarum kik pada pengamatan 0 dan 24 jam ... 91

15. Analisa statistik viabilitas Bifidobacterium longum ATCC 15077 pada pengamatan 0 dan 24 jam ... 94

16. Kurva dan Profil standar xilan (Birch Wood Xylan) ... 97

(17)

sesudah hidrolisis enzimatik pada KCKT ... 100 19. Uji sifat prebiotik XOS terhadap pertumbuhan

Lactobacillus .plantarum kik……….101 20. Uji sifat prebiotik XOS terhadap pertumbuhan

(18)

1.1 Latar Belakang

Jagung (Zea mays L.) merupakan tiga kelompok besar makanan pokok di Indonesia, selain beras dan terigu. Tanaman jagung merupakan salah satu komoditas strategis dan bernilai ekonomis serta mempunyai peluang untuk dikembangkan karena peranannya sebagai sumber utama karbohidrat dan protein. Oleh karena itu produksi jagung selama dua dekade terakhir terus mengalami peningkatan yang cukup tinggi. BPS (2010) melaporkan produksi jagung dari tahun 2008, 2009 dan 2010 berturut-turut adalah 16.3 juta ton, 17.63 juta ton dan 18.36 juta ton pipilan kering. Varietas jagung yang dikembangkan cukup beragam, seperti varietas unggul lokal, varietas hibrida sampai varietas komposit (unggul dan lokal) yang dihasilkan oleh Badan Litbang Pertanian maupun oleh instansi lain dan swasta. Varietas jagung lokal yang banyak dikembangkan saat ini adalah Bisi, Bisma dan Pioneer (Pulau Jawa), Lamuru dan Srikandi Putih (Maros) (Sudarno, 2003).

Seiring dengan peningkatan produksi jagung di Indonesia limbah tongkol jagung yang dihasilkan juga mengalami peningkatan. Akan tetapi pemanfaatan limbah tongkol jagung saat ini masih sangat terbatas dan belum diolah secara optimal. Pada saat ini limbah tongkol jagung umumnya digunakan sebagai pakan ternak, pengganti kayu bakar ataupun media untuk budidaya jamur.

Tongkol jagung merupakan limbah pertanian yang dihasilkan dari proses pemipilan jagung. Menurut Koswara (1991) bobot tongkol jagung sekitar ± 30% dari bobot total yang besarnya dipengaruhi oleh varietas jagungnya, sedangkan sisanya adalah kulit dan biji jagung. Jika dikonversi terhadap produksi jagung maka ketersediaan tongkol jagung pada tahun 2009 sekitar 4.9 juta ton atau sekitar 5.1 juta ton, tahun 2010 (Richana et al., 2004).

(19)

(12.9%), kulit biji kapas (10.2%), bagas tebu (9.6%), sekam (6.3%) dan kulit kacang (6.3%) (Richana et al., 2004). Hasil serupa dilaporkan oleh Parajo et al. (2004) yang menggunakan alat parr reactor, dimana kandungan xilan tertinggi diperoleh pada tongkol jagung (31.1 ± 0.3%) dibandingkan sekam barley (26.8 ± 0.14%), sekam padi (15.6 ± 0.4%), dan eucalyptus (16.6 ± 0.3%). Oleh karena itu, limbah tongkol jagung berpotensi sebagai sumber bahan baku xilan untuk selanjutnya dikonversi menjadi xilooligosakarida (XOS).

Xiloligosakarida (XOS) merupakan salah satu bentuk oligosakarida yang dapat digunakan sebagai sumber prebiotik oleh probiotik (Pangsri, 2008). Oligosakarida dengan rantai sisi manosa dapat menghalangi pelekatan mikroorganisme patogen (seperti Escherichia coli, Helicobacter pylori dan Salmonella Typhimurium) pada dinding usus (Sheerman, 2008). Selain itu manfaat XOS sebagai salah satu bentuk oligosakarida, berperan sebagai prebiotik yang dapat menstimulasi secara selektif pertumbuhan dan atau aktivitas probiotik didalam usus besar seperti Lactobacillus dan atau Bifidobacterium.

(20)

Penelitian Yang et al. (2005) menunjukkan bahwa xilan dari tongkol jagung sebesar 34.80 (g/100 g) melalui pemanasan dengan menggunakan otoklaf (135 oC, 30 menit) dan dilanjutkan dengan hidrolisis enzimatik (xilanase 10 U/g tongkol jagung, 50 oC, 24 jam) menghasilkan XOS sebesar 67.70 (g/100 g) (67.70%). Produksi XOS yang lebih tinggi (78%) dilaporkan oleh Vasquez et al. (2006) dari xilan tongkol jagung (30.60% berat kering) yang dipanaskan dengan tekanan tinggi (proses hidrotermal) menggunakan peralatan parr reactor (suhu 202 oC, tekanan 1900 bar).

1.2 Perumusan Masalah

Produksi jagung di Indonesia mengalami peningkatan, sehingga limbah tongkol jagung menjadi tinggi, sementara pemanfaatan dan pengolahan di tingkat petani masih sangat terbatas. Tongkol jagung mengandung xilan yang tinggi dan berpotensi untuk ditingkatkan nilai tambahnya dengan diproses lebih lanjut menjadi XOS yang bersifat prebiotik.

Penggunaan peralatan parr reactor dapat mengkonversi xilan menjadi XOS cukup tinggi (78%) (Vasquez et al., 2006), akan tetapi peralatan tersebut masih kompleks, sehingga sulit diaplikasikan di industri pangan skala menengah maupun skala kecil. Dalam penelitian ini akan dipelajari modifikasi proses dengan peralatan yang lebih sederhana yaitu produksi XOS dari tongkol jagung dengan proses pemanasan menggunakan oven yang dilanjutkan hidrolisis enzimatik. Proses ekstraksi xilan tongkol jagung menggunakan oven dengan siklus pemanasan berulang (satu dan dua kali) belum pernah dilaporkan, oleh karena itu perlu diteliti optimasi proses pemanasan meliputi suhu dan siklus pemanasan yang dapat menghasilkan kadar xilan yang tinggi.

1.3 Tujuan Penelitian

Tujuan penelitian adalah untuk :

(21)

2. Memperoleh lama dan siklus pemanasan dalam otoklaf yang optimal untuk menghasilkan kadar xilan tinggi.

3. Memperoleh XOS dari hasil hidrolisis xilan oleh xilanase. 4. Menguji sifat prebiotik XOS berdasarkan viabilitas probiotik 5. Aplikasi XOS dalam pembuatan kukis prebiotik.

1.4 Hipotesis

Hipotesis pada penelitian ini adalah :

1. Suhu pemanasan tongkol jagung yang semakin tinggi (130, 140, 150 oC) dan siklus pemanasan berulang dalam oven dapat meningkatkan kadar xilan yang dihasilkan.

2. Pemanasan berulang tongkol jagung dalam otoklaf akan meningkatkan kadar XOS.

3. XOS tongkol jagung berpotensi sebagai kandidat prebiotik dengan meningkatkan viabilitas probiotik.

4. XOS tongkol jagung dapat diaplikasikan pada pembuataan kukis prebiotik.

1.5 Manfaat Penelitian

(22)

2. TINJAUAN PUSTAKA

2.1 Jagung dan Tongkol Jagung

Tanaman jagung (Zea mays L.) termasuk ke dalam famili rumput-rumputan (graminae). Tanaman ini (Gambar 1) di Negara Indonesia sudah dikenal sejak 400 tahun lalu.

Klasifikasi tanaman jagung (Zea mays L.) Divisi : Spermatophyta

Sub Divisi : Angiospermae Kelas : Monocotyledonae Bangsa : Graminales

Suku : Graminae

Marga : Zea

Jenis : Zea mays L.

Tongkol jagung adalah tempat pembentukan lembaga dan gudang penyimpanan makanan untuk pertumbuhan biji. Jagung mengandung kurang lebih 30% tongkol jagung sedangkan sisanya adalah kulit dan biji (Koswara, 1991).

Pada saat ini jagung varietas Bisi dan Pioneer terus dikembangkan. Jagung Bisi adalah jenis varietas hibrida, rata-rata produksinya 8.9 ton/ha pipilan kering (Kuruseng, 2008). Jagung varietas hibrida merupakan hasil perkawinan antara kedua jenis jagung yang terdiri dari galur murni, sehingga terjadi perpaduan sifat unggul. Varietas hibrida mempunyai potensi hasil tinggi, daya adaptasi luas, pertumbuhan dan hasil tanaman yang lebih seragam, tahan penyakit bulai dan karat daun. Perbedaan penampilan (fenotipe) dari berbagai varietas hibrida (perbedaan pada beberapa komponen pengamatan) diakibatkan pengaruh genetik dan lingkungan. Pengaruh genetik merupakan pengaruh keturunan yang dimiliki oleh setiap galur sedangkan pengaruh lingkungan adalah pengaruh yang ditimbulkan oleh habitat dan kondisi lingkungan (Kuruseng, 2008).

(23)

Tongkol jagung sebagian besar mengandung selulosa, hemiselulosa dan xilan yang memiliki potensi untuk pengembangan produk masa depan. Menurut Johnson (1991) limbah tongkol jagung merupakan limbah pertanian yang mengandung selulosa (40-60%), hemiselulosa (20-30%) dan lignin (15-30%) (Tabel 1). Komposisi kimia tersebut membuat tongkol jagung dapat digunakan sebagai sumber energi, bahan pakan ternak dan sebagai sumber karbon bagi pertumbuhan mikroorganisme. Komponen penyusun hemiselulosa terbesar adalah xilan yang memiliki ikatan rantai ß-1,4-xilosida, dan biasanya tersusun atas 150-200 monomer xilosa (Sunna dan Antranikian, 1997). Xilan terdapat hampir pada semua tanaman, khususnya limbah tanaman pangan seperti tongkol jagung, bagas tebu, jerami padi, dedak gandum, dan biji kapas. Tongkol jagung memiliki kandungan xilan yang lebih tinggi dibanding sekam, bekatul, ampas pati garut, dan onggok (Richana et al., 2004).

Tabel 1. Komposisi Kimia Tongkol Jagung

(24)

2.2 Xilan

Struktur dinding sel tanaman terdiri dari material lignoselulosa yang tersusun dari lignin, selulosa dan hemiselulosa. Xilan termasuk ke dalam hemiselulosa (Gambar 2) (Vasquez et al., 2000). Xilan adalah komponen utama yang terkandung dari tanaman hemiselulosa diantaranya batang kapas, tongkol jagung, dan batang tebu. Diantara beberapa sumber biomassa yang lain, tongkol jagung yang paling banyak dilaporkan sebagai sumber xilooligosakarida yang potensial (Yang et al., 2005 ; Richana et al., 2004 ; Pangsri, 2008). Kandungan xilan pada tongkol jagung dapat meningkat sampai dengan 40g/100g (40%), jumlah tertinggi yang dapat dicapai dibandingkan dari beberapa jenis tanaman pertanian lainnya (Yang et al., 2005).

Gambar 2. Struktur lignoselulosa material pada dinding sel tumbuhan (Krafstoffe, 2008)

Xilan merupakan komponen penyusun hemiselulosa terbesar yang merupakan polimer dari pentosa atau xilosa dengan ikatan ß-1,4 dan tersusun atas 150-200 monomer xilosa dimana unit struktur sering disubstitusi pada posisi C2 atau C3 dengan arabinofuranosil, asam 4-O-metilglukuronik, asetil atau fenolik (Moure et al., 2006). Hemiselulosa merupakan polimer dari monomer gula (gula-gula anhidro) yang dapat dikelompokkan menurut penyusunnya yaitu heksosa (glukosa, manosa, dan galaktosa), pentosa (xilosa, arabinopirosa, arabinofuranosa), asam heksuronat (glukoronat, metilglukoronat dan galakturonat) dan deoksi heksosa (rhamnosa dan fruktosa). Rantai utama hemiselulosa dapat terdiri atas satu macam monomer saja (homopolimer), misalnya xilan atau dapat

Selulosa

Lignin

Hemiselulosa

(25)

terdiri dari lebih monomer (heteropolimer), misalnya 4-O-metilglukoronoxilosa glukomanan (Kulkarni et al., 1999).

Xilan (Gambar 3) merupakan heteropolisakarida, yang dapat dihidrolisis oleh enzim xilanase menjadi D-xilosa. Gugus utamanya terdiri dari D-xilosa dan percabangannya terdiri dari rantai L-arabinofuranosa yang dihubungkan oleh posisi 3 dari residu D-xilosa dan D-glukuronat atau O-2-metil-D asam glukuronat yang dihubungkan ke posisi O-2. Beberapa residu D-xilosa adalah asetil.

Gambar 3. Struktur molekul xilan (Vazquez et al., 2006).

Xilan sering ditemukan dalam keadaan berinteraksi antara lignin dan komponen karbohidrat lainnya pada dinding sel tumbuhan. Xilan dapat larut dalam larutan alkali (NaOH atau KOH 2-15%) dan air (Yang et al., 2005). Selain itu xilan merupakan komponen nonselulosa polisakarida terbanyak yang terdapat pada kayu keras dan tumbuhan tahunan, dengan persentase 20-35 % dari total berat kering. Xilan digunakan oleh beberapa jenis fungi, bakteri, khamir yang dapat memproduksi enzim xilanase untuk diubah menjadi XOS.

(26)

2.3 Xilanase

Xilanase berpotensi besar untuk diaplikasikan di industri, yang utamanya digunakan untuk biokonversi lignoselulosa menjadi gula, etanol, dan subtansi yang berguna, seperti jus dan wine untuk memperbaiki kualitas nutrisi, makanan ternak dan untuk mengolah kembali limbah pada proses pembuatan kertas menjadi lebih bermanfaat (Viikari et al., 2001). Gula sederhana dapat dihasilkan melalui proses hidrolisis. Menurut Garrote et al. (2007) hidrolisis enzimatik adalah suatu cara yang baik untuk memproduksi gula dari bahan lignoselulosa karena tidak adanya hasil samping.

Xilanase merupakan enzim hidrolisis yang mendegradasi xilan. Xilanase dapat dibagi menjadi tiga kelompok, yaitu β–xilosidase, eksoxilanase dan endoxilanase. Xilosidase memiliki kemampuan untuk menghidrolisis xilooligosakarida rantai pendek menjadi xilosa. Eksoxilanase memutus rantai polimer pada ujung-ujung reduksi (Reilly, 1991). Enzim xilanase contohnya adalah endoxilanase (1,4-ß-D-xilan xilanohidrolase, E.C. 3.2.1.8) dan ß-xilosidase (1,4-ß-xylan xilohidrolase, E.C. 3.2.1.3.7) yang merupakan hidrolisis xilooligomers (Liu et al., 2008). Beberapa faktor yang mempengaruhi produksi xilanase antara lain komposisi media nutrisi, karakteristik substrat sebelum diberi perlakuan dan kondisi fermentasi (Velkova et al., 2007). Pemilihan substrat dan komposisi nutrisi pada media merupakan faktor penting untuk kesuksesannya dalam memproduksi enzim xilanase. Komponen substrat yang sangat diperlukan adalah karbon dan sumber energi agar menghasilkan xilanase yang tinggi (Velkova et al., 2007).

(27)

2.4 Xilooligosakarida (XOS)

Xilooligosakarida (XOS) secara alami terdapat dalam buah, sayuran, bambu, madu dan susu. XOS dapat diproduksi pada skala industri dari bahan baku yang kandungan xilannya tinggi. Xilooligosakarida adalah gula oligomer (oligosakarida) yang disusun dari unit xilosa (Gambar 4) (Dominguez et al. 2003). Produksi XOS dapat dihasilkan melalui hidrolisis enzimatik xilan oleh enzim β-xilanase (Gambar 4) (Akpinar et al., 2007).

Xilooligosakarida mempunyai nilai jual tinggi yang umumnya ditambahkan sebagai ingridien sehingga menjadi pangan fungsional, dan berpotensi sebagai sumber prebiotik (Akpinar et al., 2007). Xilooligosakarida merupakan oligosakarida yang tidak dapat dicerna yang bermanfaat untuk kesehatan, karena memiliki efek karsinogenik yang rendah, memperbaiki mikroflora di dalam usus dan mempunyai mekanisme di dalam saluran pencernaan seperti serat pangan (dietary fiber) sehingga dapat dijadikan sebagai sumber prebiotik (Dominguez et al., 2003 ; Yang et al., 2005).

Gambar 4. Struktur XOS (Akpinar et al., 2007)

2.5 Pengaruh asam terhadap rantai xilan

Larutan asam berpengaruh terhadap kondisi rantai xilan. Asam adalah katalis non spesifik yang akan memotong rantai selulosa secara acak menjadi bentuk yang lebih sederhana (Tsao et al., 1978). Perendaman H2SO4 encer di tahap awal (pretreatment) bertujuan sebagai proses delignifikasi.Menurut Muawanah (2006) dan Shofiyanto (2008), kandungan

Hidrolisis β-xilanase

(28)

utama penyusun tongkol jagung adalah lignoselulosa. Perendaman tongkol jagung dalam asam encer (H2SO4) bertujuan untuk delignifikasi (proses penghilangan lignin) sehingga dapat mempermudah pelepasan hemiselulosa pada saat hidrolisis xilan dalam oven, agar nantinya dapat meningkatkan efisiensi kerja enzim dalam menghidrolisis xilan. Hemiselulosa dapat rusak dan larut dalam proses delignifikasi karena strukturnya yang amorf sehingga mudah dimasuki pelarut (Fengel dan Wegener, 1995). Menurut Vazques et al., (2000) delignifikasi merupakan perlakuan pendahuluan terhadap bahan baku (pretreatments) yang tujuannya untuk menghilangkan bahan-bahan lignin yang dapat menghambat proses ekstraksi xilan. Proses delignifikasi dapat dilakukan secara kimiawi melalui proses pelarutan dengan alkali, H2SO4 dan asam klorat. Disamping itu juga dapat dilakukan secara enzimatik dengan mikroorganisme maupun secara fisik dengan pemanasan uap, atau penggilingan (Fengel dan Wegener, 1995). Perendaman dengan asam encer juga dapat menghidrolisis hemiselulosa menjadi komponen-komponen monomernya yang terdiri dari glukosa, manosa, D-galaktosa, D-xilosa, L-arabinosa dan sejumlah kecil L-ramnosa disamping menjadi asam glukuronat, asam 4-O-metil-glukuronat dan asam D-galakturonat, karena rantai ikatan hemiselulosa relatif mudah dihidrolisis oleh asam (Sjostrom, 1995). Menurut Richana (2006), rantai xilan bercabang dan strukturnya tidak berbentuk kristal sehingga lebih mudah dimasuki pelarut dibanding selulosa.

(29)

2.6 Pengaruh alkali terhadap rantai xilan

Pada umumnya larutan alkali (KOH, NaOH, atau NaOCl) digunakan untuk proses delignifikasi maupun ekstraksi xilan. Larutan alkali berpengaruh terhadap gugus-gugus ujung dalam polisakarida rantai xilan sehingga membentuk asam karboksilat (Sjostrom, 1995). Menurut Fengel dan Wegener (1995) hidrolisis alkali menyebabkan ikatan glikosida terputus, dan menghasilkan gugus pereduksi baru dibagian ujung rantai polisakarida. Jenis-jenis ikatan yang dapat diputus oleh larutan alkali adalah ikatan ester (bersifat labil terhadap alkali) dan ikatan glikosida. Richana et al. (2007) proses delignifikasi tongkol jagung varietas Bisma dilakukan dengan menggunakan NaOCl. Menurut Fengel dan Wegener (1995) karena pelarut tersebut mengandung ion-ion hipoklorit yang mampu memecah ikatan eter dalam stuktur lignin.

Menurut Casey (1960) kelebihan menggunakan alkali aktif untuk hidrolisis karena bersifat selektif dan bekerja aktif menghilangkan bahan-bahan non selulotik terutama lignin pada suhu, tekanan, dan konsentrasi yang sesuai. Hidrolisis dengan larutan alkali mempunyai fungsi menetralkan suasana asam dan melarutkan hasil dekomposisi lignin yang telah terurai pada tahap klorinasi (Siagian, 1965), namun menurut Fengel dan Wegener (1995) hidrolisis alkali prosesnya jauh lebih lambat daripada hidrolisis asam.

Menurut Lee (2005) perlakuan dengan larutan alkali dapat mengurangi kandungan lignin, dan memutus ikatan antara hemiselulosa dan lignin. Larutan alkali yang sering digunakan adalah NaOH dan NaOCl. Menurut Sjostrom (1995) NaOH merupakan alkali yang paling kuat dalam mendegradasi struktur dinding sel.

(30)

terlarutnya hemiselulosa, dan lignin sehingga yang tersisa hanya selulosa yang intrafibril mengembang sehingga luas permukaan spesifiknya meningkat.

Anggraini (2003) delignifikasi dengan menggunakan NaOCl menyebabkan lignin larut dalam larutan NaOCl sehingga yang tersisa adalah selulosa dan hemiselulosa yang berupa padatan. Delignifikasi dilakukan untuk meningkatkan efisiensi kerja enzim pada saat menghidrolisis xilan.

2.7 Produksi XOS

Produksi XOS dari xilan yang terdapat di dalam bahan yang mengandung lignoselulosa, umumnya dapat dilakukan melalui metode kimia, metode fisik, metode enzimatik atau kombinasi dari metode kimia, fisik dan enzimatik (Gambar 8). Yoshida et al. (1994) melakukan produksi XOS dari beberapa bahan yang mengandung lignoselulosa melalui metode kimia dan enzimatik yaitu xilan diekstraksi dengan larutan asam mineral atau larutan alkali seperti KOH atau NaOH dan dihidrolisis menjadi XOS oleh enzim β-xilanase.

XOS

Bahan baku kaya xilan

Perlakuan kimiawi

Perlakuan enzimatik

Pemisahan dan Purifikasi

Asam, Alkali

Xilanase

Adsorpsi

Presipitasi Ion-exchange Ekstraksi

Gambar 5. Beberapa perlakuan untuk produksi XOS dari bahan baku kaya xilan (Dominguez et al., 2003)

(31)

Tahapan sebelum memproduksi XOS adalah ekstraksi xilan, secara umum tahapan proses ekstraksi xilan dari tongkol jagung adalah sebagai berikut (Richana et al., 2007) :

1. Tahap persiapan bahan

Tongkol jagung dikeringkan dibawah sinar matahari atau dioven hingga mencapai kadar air 5%. Tongkol jagung yang telah kering digiling dengan menggunakan mesin penggiling berukuran 40 mesh.

2. Delignifikasi

Proses delignifikasi adalah proses penghilangan lignin dari suatu bahan baku tanaman. Proses delignifikasi dilakukan terhadap bubuk tongkol jagung hasil penggilingan dengan NaOCl karena pelarut tersebut mengandung ion-ion hipoklorit yang mampu memecah ikatan karbon dalam struktur lignin. Proses delignifikasi dilakukan selama 5 jam pada suhu ruang.

3. Ekstraksi xilan

Pada proses ekstraksi xilan, padatan hasil delignifikasi direndam dalam larutan NaOH 10% selama 24 jam pada suhu 28oC. Kemudian dilakukan penyaringan. Filtrat yang dihasilkan diukur pH-nya dan diasamkan dengan HCl 6N hingga pH 4.5-5. Setelah diasamkan, dilakukan sentrifugasi selama 30 menit dengan kecepatan putaran 4000 rpm untuk memisahkan endapan yang mengandung xilan dengan supernatan. Xilan dalam endapan dipisahkan dengan disentrifugasi pada kecepatan putar 4000 rpm selama 30 menit. Proses ekstraksi xilan tongkol jagung dengan metode diatas menghasilkan kadar xilan sebesar 12.9% (Richana et al., 2007).

(32)

dilakukan untuk memecah komponen polisakarida dilanjutkan hidrolisis enzimatik antara lain ekstraksi alkali dengan menggunakan konsentrasi tinggi atau rendah, dan perebusan (Gambar 9).

Gambar 6. Prosedur produksi XOS melalui perlakuan dengan pemanasan, air atau larutan asam (Vasquez et al., 2000)

Produksi XOS dapat dilakukan melalui ekstraksi cairan (aqueous extraction method) dari xilan tongkol jagung sebesar 34.8% (suhu 135 oC, 30 menit) dilanjutkan hidrolisis enzimatik (10 U/g tongkol jagung, 50 oC, 24 jam) menghasilkan XOS sebesar 67.7% (Yang et al., 2005). Dominguez et al. (2003) memproduksi XOS dari xilan tongkol jagung melalui perlakuan autohidrolisis atau metode pengukusan dengan menggunakan air pada suhu dan tekanan yang tinggi. Garrote et al. (2007) melaporkan metode autohidrolisis menyebabkan pelarutan secara selektif dari hemiselulosa, sehingga menghasilkan cairan yang mengandung gula oligomers, gula dan produk dekomposisi-gula dan menjadi fase padat yang banyak mengandung selulosa dan lignin, agar dapat dilanjutkan ke proses berikutnya. Produksi XOS dapat dilakukan melalui degradasi hidrolisis xilan, yang dikenal melalui autohidrolisis (Vasquez et al., 2006 ; Pangsri, 2008 ; Michelin et al., 2009). Autohidrolisis adalah salah satu perlakuan untuk memisahkan gugus xilan dari komponen lainnya, dimana bahan baku dikukus dengan menggunakan media yang telah dikatalisasi dengan penambahan berupa garam mineral dalam kondisi tertentu dan prosesnya dilakukan pada suhu dan tekanan tinggi (198 oC – 210 oC, 1900 bar). Pangsri (2008) melaporkan bahwa autohidrolisis xilan tongkol jagung (30.60% bk) menggunakan parr reactor mampu memproduksi XOS hingga sebesar 78%.

Bahan baku yang

Pretreatment Degradasi xilan

secara Hidrolisis

Perebusan dengan

larutan air atau asam Pelarut untuk

(33)

Konversi xilan menjadi XOS secara enzimatik umumnya menggunakan xilanase yang dihasilkan oleh kapang menggunakan jerami gandum yang sudah dihidrolisis sebagai substrat kapang Aspergillus spp. dan Trichodermae spp (Michelin et al. 2009). Pada skala besar, produksi xilanase dilakukan dalam bioreaktor yaitu Stirred Tank Bioreactor (STB). Untuk memudahkan kinerja xilanase pada proses konversi XOS, maka susbtrat hemiselulosa dari jerami gandum harus melalui autohidrolisis terlebih dahulu. Perlakuan hidrotermal ini dapat menyebabkan ikatan xilan putus dari gugus hemiselulosa sehingga hasil produk akhir setelah di autohidrolisis, umumnya adalah oligosakarida.

2.8 Prebiotik

Prebiotik merupakan bahan pangan yang tidak dapat dicerna yang memberikan efek menguntungkan bagi inangnya dengan cara menstimulasi pertumbuhan dan atau aktivitas dari satu atau beberapa bakteri di dalam kolon sehingga dapat meningkatkan kesehatan inangnya (Fuller, 1997). Xiloligosakarida merupakan prebiotik yang mampu menstimulasi pertumbuhan selektif dari Bifidobacterium sp. dan akan menekan aktivitas bakteri patogen usus serta memudahkan absorpsi nutrien (Alonso et al., 2003). Menurut Wells et al. (2008) kandidat prebiotik tidak dihidrolisis atau diserap pada bagian atas saluran gastrointestinal dan secara selektif difermentasi oleh salah satu atau sejumlah bakteri komersial yang menguntungkan pada kolon seperti Bifidobacteria dan Lactobacilli. Prebiotik umumnya adalah oligosakarida yang terdiri dari 2 sampai 20 unit sakarida dengan berat molekul rendah (Manning et al., 2004).

(34)

penyerapan kalsium, metabolisme lemak dan mengurangi risiko kanker kolon melalui pembentukan asam lemak rantai pendek di dalam saluran usus selama fermentasi dan memberikan efek prebiotik dengan mempromosikan pertumbuhan bakteri yang menguntungkan di dalam saluran pencernaan seperti Bifidobacteria dan Lactobacillus (Vazquez et al., 2000 ; Grootaert et al., 2007 ; Kabel et al., 2002).

Pada saat ini XOS merupakan sumber oligosakarida prebiotik yang mendapat perhatian besar untuk dikembangkan menjadi bahan pangan fungsional antara lain sebagai ingredien pangan (Vazques et al., 2000). Contoh aplikasi pada produk pangan dari XOS prebiotik antara lain permen karet (Anonim, 2006) dan kukis prebiotik (Loo et al., 1999 dan Wang et al., 2009). Kukis prebiotik dibuat dengan menambahkan XOS tongkol jagung sebanyak 5% (FAO, 1999) ke dalam formula kukis (basis tepung terigu) (Loo et al., 1999). Selain itu contoh aplikasi produk pangan lainnya yang berbasis prebiotik adalah substitusi pati garut termodifikasi kedalam roti manis.

Menurut Giantine (2007) substitusi pati garut termodifikasi dengan kadar resisten starch 4.42% pada produk roti manis konsentrasi 5-20% dari berat tepung terigu akan memberikan nilai tambah bagi kesehatan, yaitu sebagai serat pangan, namun tidak mengubah citarasa roti.

(35)

3. METODE PENELITIAN

3.1 Waktu dan Tempat Penelitian

Penelitian dilaksanakan pada bulan Mei 2010 hingga April 2011. Penelitian dilakukan di Laboratorium Kimia Pangan, Departemen Ilmu dan Teknologi Pangan, Fakultas Teknologi Pertanian; Laboratorium (Mikrobiologi Pangan, Kimia Pangan, dan Pilot Plant) South East Asia Food & Agricultural Science & Technology (SEAFAST) Centre Institut Pertanian Bogor; Laboratorium Balai Besar Penelitian dan Pengembangan Pascapanen Pertanian, Cimanggu Bogor.

3.2 Bahan dan Alat

Bahan baku yang digunakan adalah tongkol jagung varietas Bisi berasal dari Sentra Petani di Jombang sedangkan Pioneer berasal dari BPTP, Yogyakarta. Mikroorganisme yang digunakan untuk uji prebiotik adalah isolat bakteri asam laktat yaitu Lactobacillus plantarum kik (koleksi pribadi Prof. Dr. Ir. Betty Sri Laksmi Jenie, MS) dan Bifidobacterium longum ATCC 15707 (koleksi PAU Universitas Gajah Mada Yogyakarta) yang ditumbuhkan dalam media MRSB.

Bahan kimia yang digunakan meliputi asam asetat, sodium hipoklorit, sodium hidroksida, buffer fosfat (pH 6.0), larutan buffer baku (pH 4 dan pH 7), HCl, H2SO4, protease pepton, MgSO4.7H2O, K2HPO4.3H2O, KH2PO4, NaCl, susu skim, ekstrak ragi, ekstrak malt, Tween 80, glukosa, sukrosa, standar xilosa, standar Birch Wood Xylan dan etanol 95% (teknis). Media untuk uji mikrobiologi yang digunakan adalah Bacto Agar, MRSA, MRSB (deMan Rogosa Sharpe Broth), modifikasi MRSB tanpa glukosa (m-MRSB) dan modifikasi MRSB yang telah ditambahkan 1% XOS hasil dari konversi.

Enzim komersial yang digunakan dalam penelitian ini adalah xilanase (Novozym) dengan aktivitas xilanase sebesar 24.5 x 106 U/ml, pH optimum adalah 6.0 dan suhu optimum adalah 50oC.

(36)

vorteks, shaking orbital, vacuum gauze, spektrofotometer, KCKT dan peralatan lainnya.

3.3 Prosedur Penelitian

Penelitian produksi XOS dilakukan dalam beberapa tahap yaitu 1) penentuan varietas jagung berdasarkan rendemen xilan tertinggi, 2) ekstraksi xilan dengan pemanasan tongkol jagung (oven dan otoklaf yang

dilakukan dengan satu dan dua siklus, 3) konversi xilan menjadi XOS secara hidrolisis enzimatis (xilanase), 4) pengujian sifat prebiotik dari XOS, 5) pembuatan kukis prebiotik dari XOS tongkol jagung.

Tahap pertama adalah penentuan varietas jagung berdasarkan rendemen xilan tertinggi. Untuk menentukan varietas jagung yang akan digunakan, maka dilakukan pengukuran rendemen xilan tongkol jagung analisis proksimat, dan komposisi serat (serat kasar, selulosa, hemiselulosa dan lignin) dari dua varietas jagung yaitu Bisi dan Pioner. Varietas jagung terpilih yang akan digunakan pada penelitian selanjutnya adalah varietas jagung yang mempunyai rendemen xilan lebih tinggi.

Tahap kedua adalah ekstraksi xilan dari tongkol jagung melalui beberapa metode pemanasan oven dan otoklaf, yang dilakukan dengan satu dan dua siklus pemanasan. Ekstrak xilan yang diperoleh kemudian dianalisis kadar xilan dengan menggunakan KCKT berdasarkan waktu retensi ke- 2.8 menit, total gula, gula pereduksi dan derajat polimerisasi.

(37)

Tahap keempat adalah pengujian sifat prebiotik dari XOS tongkol jagung, yang menggunakan dua galur kandidat probiotik yaitu L.plantarum kik dan B. longum ATCC 15707.

Tahap terakhir adalah pembuatan kukis prebiotik dari XOS tongkol jagung sebanyak 5% (basis tepung terigu yang digunakan). Pembuatan kukis prebiotik, bahan-bahan diaplikasikan sesuai dengan formula Gustiar (2009) dengan penambahan XOS sebesar 5% basis tepung terigu (FAO, 1999), kemudian dipanggang pada suhu 134-135 oC, selama 45 menit. Produk kukis XOS prebiotik yang diperoleh diuji tingkat kekerasannya (gf : gram force) menggunakan texture analyzer (Pro CT V1.2 Build 9; Brookfield Engineering Labs; probeTA 39 dengan fixture TA-BT-KI) dibandingkan dengan kukis tanpa XOS. Diagram penelitiannya dapat dilihat padaGambar 10, dibawah ini.

3. Kadar Hemiselulosa, Selulosa dan lignin

Pemanasan Perendaman dalam larutan 1.0 g/l H2SO4

(60 oC, 12 jam) (Delignifikasi) Pencacahan

Pencucian dan ditiriskan

Penambahan aquades dengan Rasio Tongkol Jagung : Aquades = (1:3)

(38)

Xilan kering (db)

Analisis xilan dan XOS dengan KCKT Filtrasi dengan vacuum gauze

1.Oven (130 oC, 0.5 jam, siklus pemanasan sekali) 2.Otoklaf (121 oC, 0.5 jam, siklus pemanasan sekali)

Penyaringan

Hidrolisis enzimatik dengan xilanase, (inkubasi 50 oC, 6 hari) Penghancuran (2500 rpm, 20 menit)

Gambar 7. Diagram alir penelitian (modifikasi Yang et al., 2005)

(39)

3.3.1 Seleksi Varietas Jagung

Untuk menentukan varietas jagung yang akan digunakan, maka dilakukan pengukuran rendemen xilan tongkol jagung, analisis proksimat, dan komposisi serat (hemiselulosa, selulosa, dan lignin) dari dua varietas jagung yaitu Bisi dan Pioner. Varietas jagung terpilih yang akan digunakan pada penelitian selanjutnya adalah varietas jagung yang mempunyai rendemen xilan lebih tinggi.

3.3.2 Ekstraksi Xilan dengan Pemanasan Tongkol Jagung dalam Oven dan Otoklaf

Ekstraksi xilan dilakukan dengan dua metode pemanasan yaitu pemanasan oven (partikel tongkol jagung dalam kondisi terendam air) dan pemanasan otoklaf, kemudian kedua metode pemanasan dilanjutkan dengan hidrolisis enzimatik.

Partikel tongkol jagung sebelumnya diberi perlakuan asam encer (1.0 g/l H2SO4) kemudian diblender sampai halus, didiamkan pada suhu 60 oC selama 12 jam (modifikasi metode Yang et al., 2005). Partikel tongkol jagung selanjutnya ditiriskan dan dicuci dengan air kran (pH 6), selanjutnya direndam kembali dalam aquades (rasio 1:3) untuk dipanaskan dalam oven pada beberapa variasi suhu (130 oC, 140 o

(40)

analisis kimia (total gula, gula pereduksi dan derajat polimerisasi). Bubur difiltrasi menggunakan vacuum gauze untuk analisis kimia. Filtrat dianalisis total gula, gula pereduksi dan derajat polimerisasi untuk menetapkan metode ekstraksi xilan dalam oven yang optimum.

Pada metode pemanasan otoklaf, partikel tongkol jagung mentah yang telah direndam dalam asam encer (1.0 g /l H2SO4), diblender sampai halus. Diamkan pada suhu 60ºC selama 12 jam, disaring dan dicuci dengan air kran (pH 6). Tongkol jagung yang telah diberi perlakuan ini diletakkan dalam wadah gelas piala kemudian dimasukkan ke dalam otoklaf. Perhitungan waktu proses (0.5, 1, 1.5 dan 2 jam) dimulai ketika suhu internal dari otoklaf mencapai suhu yang ditetapkan (121 oC) dengan siklus pemanasan 1 dan 2 kali. Setelah pendinginan, otoklaf dibuka dan tongkol yang telah dikukus dikumpulkan. Selanjutnya ekstrak xilan yang diperoleh dari metode ekstraksi optimum dihancurkan dengan penambahan air (1:12) dalam blender (2500 rpm, 20 menit) hingga menjadi bubur. Bubur dari tongkol jagung yang diperoleh kemudian disaring. Bubur ini digunakan untuk hidrolisis enzimatik dan analisis kimia (total gula, gula pereduksi dan derajat polimerisasi). Bubur difiltrasi menggunakan vacuum gauze untuk analisis kimia. Filtrat dianalisis total gula, gula pereduksi dan derajat polimerisasi, untuk menetapkan metode ekstraksi xilan yang optimal baik dalam oven maupun otoklaf. Filtrat yang dihasilkan dinamakan sebagai ekstrak hereinafter, karena mengandung gula pereduksi (xilosa dan XOS), total gula terlarut dan furfural (Yang et al., 2005).

3.3.3 Produksi XOS Melalui Konversi Xilan Menggunakan Xilanase

(41)

larutan buffer fosfat pH 6 hingga kondisi sampel terendam sempurna, lalu ditambah 1.25 ml xilanase dengan aktivitas xilanase 24.5 x 106 U/ml, kemudian diinkubasi pada suhu 50 oC selama 6 hari. Setelah inkubasi, sampel diinaktivasi enzim melalui pemanasan sampai mendidih. Selanjutnya disaring menggunakan kertas Whatman No. 4. Lalu dikeringkan pada suhu 60 oC selama 1 jam, dan siap untuk dianalisis kadar XOS nya atau digunakan lebih lanjut untuk membuat kukis XOS prebiotik.

3.4 Analisis Kimia

3.4.1 Penentuan Rendemen Ekstrak Xilan (modifikasi Yoshida et al.,

1994)

(42)

Rendemen (%) = x 100%

3.4.2 Kadar Xilan (modifikasi Abreau et al., 2001 dan Ramos et al., 1999)

Analisis kadar xilan meliputi uji kelarutan, uji kualitatif dan kuantitatif xilan yang diperoleh dari ekstraksi tersebut. Analisis kadar xilan secara kualitatif dan kuantitatif menggunakan KCKT (Khromatografi Cair Kinerja Tinggi). Sampel sebelum diinjeksikan pada KCKT, disaring dengan filter 0.20 µ. Standar xilan yang digunakan adalah xilan komersial (Birch Wood Xylan). Kondisi analisis kadar xilan menggunakan KCKT varian 940–LC adalah sebagai berikut : fase gerak asetonitril : air (80% : 20%), pelarutnya adalah 2-butanol : asam asetat : aquades (3:2:2), kolom lichrospher NH2 (5m), dan detektor refraktif index.

Selanjutnya dilakukan pengujian hasil rendemen ekstrak xilan dari proses ekstraksi xilan. Rendemen adalah perbandingan berat sampel akhir (supernatan/xilan) dan berat sampel awal (tongkol jagung).

Penghitungan :

Uji Kelarutan Xilan (Gaman dan Sherrington, 1992)

(43)

(C-B) (A)

3.4.3 Kadar Hemiselulosa, Selulosa dan Lignin

Kadar NDF (Neutral Detergen Fiber) (Van Soest, 1963)

Sampel sebanyak A g, dimasukkan ke dalam gelas piala yang telah ditambahkan larutan NDS disaring dengan bantuan pompa vakum, dibilas dengan air panas dan aseton. Hasil penyaringan tersebut dikeringkan dalam oven 105 oC, Setelah itu dimasukkan ke dalam desikator selama satu jam, kemudian dilakukan penimbangan terakhir (C).

Keterangan :

A = Bobot sampel (g) B = Bobot filter gelas (g)

C = Bobot filter gelas dan sampel setelah dioven

Kadar ADF (Acid Detergen Fiber) dan Hemiselulosa (Van Soest, 1963)

Sampel sebanyak A g, dimasukkan ke dalam gelas piala serta ditambahkan dengan 50 ml larutan ADS (Acid Detergen Solvent). Larutan ADS terdiri dari : H2SO4 ; CTAB (Cethyle Trimethyl Ammonium Bromida). Sampel yang telah ditambahkan larutan tersebut dipanaskan selama satu jam di atas penangas listrik. Penyaringan dilakukan dengan bantuan pompa vakum dengan juga menggunakan filter gelas yang ditimbang (B). pencucian dilakukan dengan aseton dan air panas. Dilakukan pengeringan dan masukkan hasil penyaringan tersebut ke dalam oven (100 oC). Setelah itu dimasukkan lagi ke dalam desikator untuk melakukan pendinginan dan ditimbang (C).

(44)

C-B

A

Keterangan :

A = Bobot sampel (g) B = Bobot filter gelas (g)

C = Bobot filter gelas dan sampel setelah dioven

Kadar Hemiselulosa = % NDF - % ADF

Kadar Selulosa (Van Soest, 1963)

Residu ADF (C) yang berada di dalam filter gelas diletakkan di atas nampan yang berisi air setinggi kira-kira 1 cm. Kemudian ditambahkan H2SO4 setinggi ¾ bagian filter gelas dan dibiarkan selama 3 jam lalu diaduk-aduk. Penyaringan dilakukan dengan bantuan pompa vakum dengan juga menggunakan filter gelas. Pencucian dilakukan dengan aseton dan air panas. Dilakukan pengeringan dan sampel hasil penyaringan tersebut dimasukkan ke dalam oven (100 oC). Setelah itu dimasukkan ke dalam desikator dan kemudian ditimbang (D).

D-C

A

Keterangan :

A = Bobot sampel (g)

D = Bobot filter gelas dan residu ADF setelah dioven (g) C = Bobot filter gelas dan residu ADF awal (g)

Kadar Lignin (AOAC, 1995)

Sampel sebanyak 1 g ditimbang dalam labu Erlenmeyer 250 ml kemudian ditambahkan H2SO4 20 ml. Selanjutnya didiamkan selama 2 jam dan dikocok perlahan-lahan. Sampel kemudian ditambahkan aquades sebanyak 250 ml, dipanaskan dalam waterbath pada suhu 100 oC selama 3 jam. Selanjutnya dilakukan penyaringan dengan

% ADF = x 100%

(45)

menggunakan kertas saring yang telah diketahui bobotnya (A). Erlenmeyer dan corong dibilas dengan aquades sebanyak 3 kali. Kertas saring beserta residu diovenkan pada suhu 105oC selama 1-2 jam atau pada suhu 50 oC selama 24 jam. Kertas saring didinginkan dan ditimbang bobotnya (B). Kertas saring dengan residu diabukan dengan muffle furnace pada suhu 600 oC selama 3-4 jam. Kemudian didinginkan dan ditimbang (C).

B-A-C

Bobot Contoh

Keterangan :

B = Bobot kertas saring dan residu setelah dioven (g) A = Bobot kertas saring (g)

C = Bobot abu (g)

3.4.4 Kadar XOS

Analisis kadar XOS dilakukan secara kualitatif dan kuantitatif menggunakan KCKT. Kondisi analisis kadar XOS menggunakan KCKT dengan kondisikolom yaitu sugar pak, fase geraknya aquades, detektor refraktif index kode 2414, pelarut etanol 80%, dengan laju alir 0.30 ml/min, dan volume injeksi 20 µL. Standar yang digunakan adalah xilosa (Sigma). Sampel harus disaring dengan filter 0.20 µ, selanjutnya aliquot dari sampel (20 µL) diinjeksikan ke dalam sistem KCKT. Konsentrasi XOS (mg/mL) dapat dihitung dengan menggunakan luas area sampel dibandingkan dengan luas area standar.

Analisa kadar XOS dihitung sebagai berikut 2 g sampel ditimbang, ditambahkan 50 ml alkohol 80% dikocok selama 1 menit. Dipanaskan dengan water bath 85 oC selama 15 menit setelah itu didinginkan, disaring dengan kertas saring Whatman No.4. Dicuci dengan alkohol 80% sebanyak 5 ml. Larutan dikeringkan dengan

(46)

evaporator. Dilarutkan dengan 2 ml air, lalu dikocok. Sentrifus 3000 rpm selama 15 menit. Larutan disaring dengan Millipore (ukuran 0.2 mm). Larutan jernih dipipet 1 ml dan tambahkan aquades 4 ml, selanjutnya dari larutan tersebut di ambil sebanyak 0.02 ml ditera sampai dengan 5 ml. Larutan sampel diinjeksikan 20 µ l ke dalam KCKT. Standar diinjeksikan dengan volume yang sama. Konsentrasi standar xilosa 200 ppm.

x Konsentrasi. std x Volume akhir

Berat sampel

Keterangan : std = Standar

FP = Faktor Pengenceran

3.4.5 Kadar Gula Pereduksi, Total Gula dan Derajat Polimerisasi

Analisis gula pereduksi dilakukan dengan metode DNS (Miller, 1959) sementara total gula diukur dengan menggunakan spektrofotometer, dilakukan dengan metode fenol (Apriyantono et al., 1989),

Kadar Gula Pereduksi (Metode DNS) (Miller, 1959)

Pereaksi DNS (3.5-dinitrosolisilat) dibuat dengan melarutkan 10.6 g asam 3.5-dinitrosalisilat dan 19.8 g NaOH ke dalam 1416 ml aquades. Kemudian tambahkan ke dalam 306 g natrium kalium tartrat (Na-k-tartarat), 8.3 g Na-metabisulfit dan 7.6 g fenol yang telah dicairkan pada suhu 50oC. Bahan-bahan tersebut yang dicampurkan hingga larut secara merata. Keasaman dari pereaksi DNS yang dihasilkan ditentukan dengan cara mentitrasi sebanyak 3 ml larutan DNS dengan HCl 0,1 N dan indikator fenoftalein. Banyaknya titran

x FP Luas area sampel

(47)

harus berkisar antara 5-6 ml. Setiap kekurangan HCl 0,1 pada titrasi ditambahkan 2 g NaOH. Larutan xilosa standar 0.2-5.0 mg/ml.

Sampel dalam bentuk jernih, dimasukkan sebanyak 1 ml ke dalam tabung reaksi dan ditambah 3 ml pereaksi DNS. Dipanaskan dalam air mendidih selama 5 menit, kemudian didinginkan sampai suhu kamar. Apabila contoh terlalu pekat, perlu diencerkan sampai terukur pada kisaran 20-80% T pada panjang gelombang 550 nm. Blanko digunakan aquades. Buat kurva standar xilosa, dengan menggunakan larutan standar masing-masing larutan dengan kisaran konsentrasi 0,2-0,5 mg/ml. Tiga ml pereaksi DNS akan bereaksi dengan kurang lebih 10 mg xilosa.

Total Gula (Apriyantono et al., 1989)

Penetapan total gula menggunakan metode fenol H2SO4. Sebelum melakukan pengujian sampel maka perlu diketahui kurva standar fenol yang digunakan. Pembuatan kurva standar adalah sebagai berikut : 2 ml larutan xilosa standar yang mengandung 0, 10, 20, 30, 40, dan 60 µg xilosa masing-masing masukkan ke dalam tabung reaksi, ditambahkan 1 ml larutan fenol 5% dan dikocok. Kemudian 5 ml asam sulfat pekat ditambahkan dengan cepat. Biarkan selama 10 menit, kocok lalu tempatkan dalam penangas air selama 15 menit. Absorbansinya diukur 480 nm. Pengujian sampel sama dengan pembuatan kurva standar fenol hanya 2 ml larutan xilosa diganti 2 ml sampel.

Derajat Polimerisasi (DP) (Apriyantono et al., 1989)

Derajat polimerisasi dihitung berdasarkan perbandingan antara total gula dengan gula pereduksi yang dihasilkan.

(48)

3.5 Analisis Mikrobiologi

3.5.1 Uji Sifat Prebiotik XOS

Tahap ini bertujuan untuk menguji potensi XOS dalam mendukung pertumbuhan bakteri asam laktat dan Bifidobacteria. Analisis dilakukan dengan membandingkan pertumbuhan Lactobacillus plantarum kik dan Bifidobacteria longum ATCC 15707 pada media mengandung XOS hasil konversi xilan tongkol jagung (modifikasi Huebner et al., 2007).

Tahapan awal yang dilakukan adalah penyegaran kultur BAL yang digunakan dalam pengujian. Kultur BAL murni diinokulasikan sebanyak 1 ml ke dalam 9 ml MRSB. MRSB tersebut kemudian dimasukkan ke dalam inkubator 37 ºC selama 48 jam. Inkubasi L. plantarum kik dilakukan dalam kondisi aerobik sedangkan B. longum ATCC 15707 dalam kondisi anaerobik menggunakan Anoxomat anaerobic jar.

Pengujian potensi prebiotik dari XOS dari tongkol jagung dilakukan untuk melihat pengaruh XOS terhadap pertumbuhan L. plantarum kik dan B. longum ATCC 15707. Media yang digunakan sebagai media pertumbuhan adalah media modifikasi MRSB (m-MRSB). Media ini merupakan hasil modifikasi MRSB yang dibuat dengan mengganti kandungan glukosa dengan XOS sebagai sumber karbon. Pembuatan media m-MRSB ini mengacu Dwiari (2008).

Media m-MRSB dibuat dengan formulasi dari sodium asetat 5 g, MgSO4.7H2O 0.2 g, MnSO4.4H2O 0.05 g, pepton protease 10 g, ekstrak khamir 4 g dan lab lemco powder 8 g dilarutkan dalam 1 liter aquades. Mineral K2HPO4.3H2O sebanyak 2 g dilarutkan secara terpisah. Kedua larutan dicampur kemudian ditambahkan 1 ml Tween 80 dan disterilisasi menggunakan otoklaf pada suhu 121oC selama 15 menit.

(49)

m-MRSB, dan MRSB. Pengukuran yang dilakukan adalah perhitungan jumlah sel hidup secara kuantitatif pada jam ke-0 sampai jam ke-24 dalam media MRSA dengan metode hitungan cawan (BAM, 2001).

3.5.2 Total Bakteri Asam Laktat

Jumlah sel hidup BAL dianalisis dengan berdasarkan perhitungan sel hidup dengan metode agar tuang. Larutan di inkubasi pada suhu 37 °C selama interval waktu tertentu (jam 0 dan jam ke-24) kemudian dipipet sebanyak 1 ml secara aseptis dan dimasukkan ke dalam 9 ml larutan pengencer KH2PO4 lalu divorteks (pengenceran 10-1).

Pengenceran dilakukan berseri hingga 10-8 dengan cara yang sama. Pemupukan dilakukan secara duplo pada tiga pengenceran terbesar (10-6 - 10-8) menggunakan MRSA. Cawan petri diinkubasi pada suhu 37 °C dalam posisi terbalik. Perhitungan jumlah koloni dilakukan setelah 48 jam berdasarkan metode hitungan cawan (BAM 2001). Koloni yang dihitung berada dalam kisaran 25-250 koloni. Jumlah koloni dicatat dan dihitung dengan menggunakan rumus sebagai berikut :

N =

Keterangan :

N : Jumlah colony forming unit (cfu) per ml atau gram produk : Total seluruh koloni pada cawan yang dapat dihitung : Jumlah cawan dari pengenceran pertama yang dihitung n2 : Jumlah cawan dari pengenceran kedua yang dihitung

(50)

3.6 Pembuatan Kukis (modifikasi Gustiar, 2009) Prebiotik dan Uji Kekerasan.

Cara pembuatan kukis prebiotik, bahan-bahan diaplikasikan sesuai dengan formula Gustiar (2009) dengan penambahan XOS sebesar 5% basis tepung terigu (FAO, 1999) seperti terlihat pada Tabel 2, kemudian dipanggang pada suhu 134-135 oC, selama 45 menit.

Produk kukis XOS prebiotik yang diperoleh diuji tingkat kekerasannya (gf : gram force) menggunakan texture analyzer (Pro CT V1.2 Build 9; Brookfield Engineering Labs; probe yang digunakan adalah probe TA 39 dengan fixture TA-BT-KI). Kukis yang akan diukur kekerasannya diletakkan di bawah probe, lalu tekan “Quick Run Test” setelah pengukurannya selesai, nilai kekerasan kukis dapat dilihat pada layar komputer. Hasil uji kekerasan kukis prebiotik dibandingkan pula dengan kontrol yaitu kukistanpa XOS.

Tabel 2. Formula Kukis Prebiotik XOS (Modifikasi Gustiar, 2009)

Bahan Komposisi (g)

Gula halus 87.5

Margarin 137.5

Mentega 17.5

Susu Skim 18.75

Tepung Terigu (Segitiga Biru) 250

Garam 0.625

Soda Kue 0.5

Kuning Telur 3 butir

XOS 12.5

3.7 Rancangan Percobaan

Rancangan percobaan pada penelitian ini adalah rancangan acak lengkap faktorial. Terdiri dari 2 metode perlakuan fisik yaitu otoklaf (130, 140 dan 150 oC selama 0.5 jam) dan oven (0.5, 1, 1.5, 2 jam, suhu 121 oC) dan siklus pemanasan satu dan dua kali. Masing-masing perlakuan dilakuan dalam dua kali ulangan dan duplo. Model linier rancangan acak lengkap yang digunakan adalah sebagai berikut (Gasperz, 1995) :

(51)

3.8 Analisis Data

(52)

4. HASIL DAN PEMBAHASAN

4.1 Penentuan Varietas Jagung

4.1.1 Komposisi kimia dan serat tongkol jagung

Untuk menentukan varietas jagung yang akan digunakan, maka dilakukan analisis komposisi serat tongkol jagung dan komposisi kimia (proksimat). Analisis proksimat terdiri dari analisis kadar air, abu, protein, lemak, serat kasar dan karbohidrat by diff, sedangkan analisis komposisi serat tongkol jagung terdiri dari analisis hemiselulosa, selulosa, dan lignin. Hasil analisis komposisi kimia tongkol jagung dapat dilihat pada Tabel 3.

Tabel 3. Hasil analisis proksimat komposisi kimia tongkol jagung (g/100g)

Komposisi Varietas Varietas

Bisi Pioneer

Tabel 4. Hasil analisis komposisi serat tongkol jagung

Komposisi Varietas Varietas

Bisi Pioneer

Hemiselulosa (% bk) 12.28 35.03

Selulosa (% bk) 33.35 16.61

Lignin (% bk) 31.16 37.77

Keterangan : (% bk) = basis kering

(53)

ekstraksi xilan. Tingginya kadar lemak pada tongkol jagung dapat menghambat proses delignifikasi menggunakan NaOCl. Proses delignifikasi dilakukan dengan menggunakan larutan NaOCl, tingginya kadar lemak pada tongkol jagung mengakibatkan NaOCl terhambat masuk ke dalam struktur lignin, sehingga lignin tidak dapat dihilangkan secara maksimal dan mengakibatkan proses ekstraksi xilan berlangsung tidak optimal.

Kadar protein mempengaruhi mutu produk (xilosa) yang dihasilkan. Hasil analisis menunjukkan bahwa kadar protein dari varietas Bisi dan varietas Pioneer tersebut sebesar 2.82 dan 3.58 %(bk). Kadar protein yang tinggi dapat menyebabkan xilosa yang dihasilkan berwarna gelap akibat terjadinya proses reaksi Maillard, yaitu reaksi antara xilosa (gula pereduksi) dengan gugus amino pada suhu tinggi dan menimbulkan warna kecoklatan. Pada proses pemanasan suhu tinggi dengan katalis asam atau basa, gula pereduksi akan mengalami reaksi Maillard (Winarno, 1984).

Penentuan varietas jagung yang digunakan untuk tahap ekstraksi xilan (modifikasi Yoshida et al., 1994) adalah berdasarkan kandungan hemiselulosa. Analisis komposisi serat tongkol jagung terdiri dari hemiselulosa, selulosa dan lignin (Tabel 4). Struktur penyusun tongkol jagung adalah hemiselulosa, selulosa dan lignin umumnya disebut lignoselulosa (Vazques et al., 2006). Kandungan hemiselulosa (Tabel 4) dimana komponen utamanya adalah xilan (Koga dan Fujikawa, 1985) pada tongkol jagung varietas Pioneer jauh lebih tinggi yaitu sebesar 35.03% (bk), sedangkan varietas Bisi hanya 12.28% (bk). Menurut Sunna dan Antarnakian (1997), rantai utama penyusun hemiselulosa adalah xilan yang memiliki ikatan rantai ß-1,4 dengan demikian tongkol jagung yang baik sebagai bahan baku produksi XOS adalah yang mengandung hemiselulosa tinggi seperti pada varietas Pioneer.

(54)

Rendemen ekstrak xilan merupakan parameter utama untuk penentuan varietas jagung yang akan diteliti lebih lanjut untuk memperoleh metode ekstraksi xilan yang optimum baik dengan pemanasan dalam oven maupun otoklaf. Ekstraksi xilan dari tongkol jagung ini menggunakan NaOH 10% yang dimodifikasi dengan penambahan konsentrasi NaOCl 0.5% dan etanol 95% (Richana et al., 2007).

Penggunaan pelarut NaOCl bertujuan untuk delignifikasi yaitu proses penghilangan lignin, karena pelarut tersebut mengandung ion-ion hipoklorit yang mampu memecah ikatan karbon dalam struktur lignin sehingga dapat menghasilkan hemiselulosa. Xilan relatif tahan pada kondisi delignifikasi dengan NaOCl sehingga xilan tidak akan terlarut dalam pelarut NaOCl bersama lignin dan bahan lainnya, sehingga dapat dilanjutkan ke tahap ekstraksi. Penggunaan pelarut NaOH bertujuan untuk mengekstraksi xilan, karena sifat xilan yang mudah larut dalam larutan alkali (Sjostrom, 1995). Menurut Fengel dan Wegener (1995), penggunaan konsentrasi NaOH 10% menyebabkan arabinogalaktan dan glukomanan yang merupakan monomer hemiselulosa tidak terekstrak sehingga hasil yang diperoleh hanya ekstrak xilan. Etanol 95% ditambahkan dengan tujuan untuk mengendapkan xilan lebih sempurna agar lebih mudah dipisahkan.

Rendemen ekstrak xilan yang diperoleh dari tongkol jagung varietas Bisi dan Pioneer dapat dilihat pada Tabel 5.

Tabel 5. Rendemen ekstrak xilan dari tongkol jagung Bisi dan Pioneer

Analisa Varietas Bisi Varietas Pioneer

Hemiselulosa (%) 12.28 34.98

Rendemen Ekstrak Xilan (%) 10.22 18.32

Kadar Xilan Ekstrak (%) - 20.07

Gambar

Tabel 1. Komposisi Kimia Tongkol Jagung
Gambar 2. Struktur lignoselulosa material pada dinding sel  tumbuhan (Krafstoffe, 2008)
Gambar 5. Beberapa perlakuan untuk produksi XOS dari bahan baku kaya xilan
Gambar 6. Prosedur produksi XOS melalui perlakuan dengan
+7

Referensi

Dokumen terkait

# Membuat grup yang berisi content page, parent nya page pageGenkey.. groupPrivKey = Pmw.Group(pageHack,

Perhatian terhadap ekonomi Islam dibuktikan dengan diadakannya para ahli hukum dalam lembaga pendidikan di Indonesia yang nantiya paham akan masalah terkait perkembangan ekonomi

efek dalam menurunkan kadar gula darah pada pasien diabetes melitus dengan. dosis 2 g, 3 kali sehari selama 14 hari yang diberikan secara oral

1.1 Mempraktikkan gerak dasar jalan, lari, dan lompat dalam permainan sederhana, serta nilai sportivitas, kejujuran, kerjasama, toleransi, dan percaya diri. 1.2 Mempraktikkan gerak

Apabila Saudara membutuhkan keterangan dan penjelasan lebihlanjut, dapat menghubungi Kami sesuai alamat tersebut di atas sampai dengan batas akhir pemasukan dokumen penawaran.

Kesulitan yang dialami siswa ini, tentu disebabkan oleh beberapa faktor, antara lain; (1) faktor pendekatan pembelajaran, pendekatan pembelajaran yang digunakan

Adanya kemauan masyarakat untuk berpartisipasi, kemauan masyarakat untuk berpartisipasi dalam setiap kegitan pembangunan sangat tinggi namun masyarakat di desa di

Produk agrikultur yang dipanen dari aset biologis milik entitas diukur pada nilai wajar dikurangi biaya untuk menjual pada titik panen. Pengukuran seperti ini merupakan biaya