METODOLOGI PENELITIAN
Tempat dan Waktu Penelitian
Penelitian ini dilaksanakan di Laboratorium Teknologi Pangan dan Gizi, Fakultas Teknologi Pertanian, IPB, Laboratorium Mutu dan Keamanan Pangan –
Seafast Centre, IPB dan Agricultural Products Processing Pilot Plant (AP4), IPB. Dimulai dari bulan Maret 2005 sampai dengan Maret 2006.
Bahan dan Alat
Bahan yang digunakan meliputi bahan baku utama, bahan tambahan dan bahan kimia untuk keperluan analisis. Bahan baku utama adalah ubi jalar berdaging umbi oranye dan kuning. Bahan baku tambahan adalah natrium metabisulfit, asam askorbat, dan maltodekstrin-gum arab. Bahan – bahan kimia yang digunakan untuk analisa adalah kalium hidroksida, butilhidroksitoluen (BHT), natrium sulfat, heksan, asetonitril, kloroform, metanol, tetrahidrofuran, dietil eter, dan petroleum eter dengan grade pro analisis, serta larutan asam asetat 5%.
Peralatan yang digunakan dalam penelitian ini adalah HPLC dengan detektor ultraviolet-visible merek Shimatzu dan kolom Vydac reverse-phase C18 CAT #201 TP 54 (USA), kromameter CR300 merek Minolta, spektrofotometer
ultraviolet-visible merek Shimatzu, oven menggunakan pemanas gas dan listrik,
slicer, vorteks, kompor, loyang pengering, dan gelas-gelas analisa.
Metode Penelitian
Penelitian ini dilakukan dalam dua tahap, yaitu tahap penelitian pendahuluan dan penelitian inti, sebagai berikut :
1. Penelitian pendahuluan
Tahap ini meliputi pemilihan pelarut untuk ekstraksi, pemilihan pelarut untuk fase gerak pada HPLC serta penetapan proses produksi yang akan dilakukan. Pemilihan pelarut untuk ektraksi dilakukan dengan uji lama
pengendapan dan absorbansi yang dihasilkan jika konsentrat hasil ekstraksi 2,5 gram sampel tepung dilarutkan dalam 5 ml heksan pada panjang gelombang 450 nm. Pemilihan pelarut untuk fase gerak HPLC dilakukan dengan uji sensitivitas antara konsentrasi beta karoten yang divariasikan (sebagai sumbu x) dan hasil luas area pada kromatogram (sebagai sumbu y).
Penelitian inti
Kajian stabilitas beta karoten selama proses produksi dilakukan dengan pengamatan warna menggunakan kromameter dan kadar beta karoten menggunakan HPLC sehingga diperoleh tahapan proses yang menjadi titik-titik kendali proses pada penelitian inti.
Dengan adanya titik-titik kendali proses maka dilakukan beberapa perlakuan untuk melihat besarnya kadar beta karoten tanpa dan dengan tahapan proses tersebut. Pada tahap blanching dilakukan perlakuan proses dengan dan tanpa blanching. Pada tahap pengeringan dilakukan beberapa perlakuan sebelum pengeringan yaitu perendaman irisan ubi jalar dalam air, larutan sulfit 0,3% selama 30 menit tanpa air panas (modifikasi Santosa dkk 1994), larutan sulfit 0,3% dengan air panas 60 0C (modifikasi Zhao & Chang 1995), asam askorbat 0,3%, dan perendaman menggunakan malto-dekstrin:gum arab = 1:1 (8%). Pada tahap ini, stabilitas beta karoten diamati dengan alat kromameter.
Masing-masing perlakuan pada penelitian pendahuluan dan penelitian inti dilakukan dalam 2 kali ulangan. Produk yang dihasilkan dari penelitian inti bersama-sama dengan kontrol dan tepung ubi jalar komersial dilakukan analisa beta karoten dengan HPLC untuk mendapatkan hasil tepung terbaik yang akan digunakan pada tahap penelitian berikutnya.
Tepung ubi jalar terbaik digunakan untuk uji kelayakan teknis produksi, dan uji stabilitas beta karoten selama penyimpanan akibat perlakuan pada masing-masing tepung dengan kemasan vakum dan non vakum pada penyimpanan suhu dingin (20C), suhu ruang (250C) dan suhu panas (350C). Uji stabilitas beta karoten selama penyimpanan juga dilakukan untuk mendapatkan besar energi aktivasi kerusakan beta karoten jenis trans selama penyimpanan.
Proses produksi tepung ubi jalar dapat dilihat pada Gambar 6 berikut ini :
Persiapan bahan baku
Pencucian awal
Pemeriksaan fisik
Pencucian ulang
Pengupasan di dalam rendaman air
Blanching uap 700 C, 10 menit
Pengirisan di dalam rendaman air
Perendaman 25 – 600C, 10 – 30 menit
Pengeringan 500 C
Penepungan
Pengemasan kemasan vakum dan non vakum
Penyimpanan
Gambar 6. Proses produksi tepung ubi jalar (Modifikasi Suismono 1995) Sedangkan alur penelitian yang dilakukan mengikuti Gambar 7 berikut ini :
Penelitian pendahuluan
1. Pemilihan pelarut untuk proses ekstraksi, persiapan analisa HPLC 2.Pemilihan pelarut untuk fase gerak HPLC
Penelitian inti
Pemilihan tahapan proses sebagai titik-titik kendali proses.
Perlakuan-perlakuan yang dilakukan pada tahap blanching adalah sebagai berikut :
Perlakuan 1 : Produksi tepung dari ubi jalar Varietas Sewu dengan blanching
Perlakuan 2 : Produksi tepung dari ubi jalar Varietas Sewu tanpa blanching
Perlakuan 3 : Produksi tepung dari ubi jalar klon BB 105.010 dengan
blanching Perlakuan 4 : Produksi tepung dari ubi jalar klon BB 105.010 tanpa blanching
Tepung ubi jalar dengan kadar beta karoten tertinggi
Perlakuan-perlakuan sebelum tahap pengeringan adalah sebagai berikut :
Perlakuan 1 : Perendaman pada sulfit 0,3% air biasa (S30) Perlakuan 2 : Perendaman pada sulfit 0,3%, 600C (S10)
Perlakuan 3 : Perendaman pada asam askorbat 0,3% air biasa (A30) Perlakuan 4 : Perendaman pada asam askorbat 0,3%, 600C (A10) Perlakuan 5 : Perendaman pada maltodekstrin:gum arab (1:1),8% (Gum)
Tepung ubi jalar dengan kadar beta karoten tertinggi Perlakuan-perlakuan pada tahap pengeringan adalah sebagai berikut :
Perlakuan 1 : lama pengeringan 4 jam (kadar air maksimal (12%) Perlakuan 2 : lama pengeringan 24 jam (kadar air maksimal 12%)
Tepung ubi jalar dengan kadar beta karoten tertinggi
Penyimpanan bulan ke-0,1,2,3 Perlakuan 1 : Dikemas dalam alufo secara vakum Perlakuan 2 : Dikemas dalam alufo secara non vakum
Prosedur Analisis
Analisis beta karoten dengan HPLC, Modifikasi Parker (Sulaswatty 1998) Sampel diekstraksi lebih dahulu menggunakan pelarut atau kombinasi pelarut yang akan ditentukan dalam penelitian pendahuluan hingga 7-8 kali ekstraksi. Koleksi lapisan atas hasil ekstraksi lalu diuapkan dengan gas N2. Ekstrak dicampur KOH 5% dalam metanol sebanyak 3-5 ml dan dipanaskan pada suhu 50 0C selama 30 menit. Ditambah air destilasi sebanyak 3-5 ml kemudian diekstrak kembali dengan heksan, koleksi lapisan atasnya lalu dicuci berturut-turut dengan asam asetat 5% sebanyak 3-5 ml dan air destilasi lalu diuapkan lagi menggunakan N2 hingga diperoleh ekstrak beta karoten. Kondisi HPLC diset menggunakan kolom C18, fase gerak, flow rate 1 ml/menit, suhu 250C, dan detektor UV-Visible pada panjang gelombang 450 nm. HPLC di-conditioning terlebih dahulu menggunakan fase diam, dilanjutkan dengan fase gerak masing-masing selama sekitar 1 jam hingga didapatkan baseline yang lurus pada kromatogram. Sampel dilarutkan dalam 5 ml larutan fase gerak lalu sebanyak 25
μl diinjeksikan hingga 2 kali ulangan. Hasil analisis dibaca melalui kromatogram. Analisis kuantitatif dilakukan dengan rumus seperti yang tercantum pada Lampiran 3.
Pembuatan larutan standar untuk pengukuran konsentrasi beta karoten menggunakan spektrofotometer, Metode Parker (Sulaswatty 1998)
Larutan standar disiapkan dari kristal standar beta karoten all trans type 1 dari Sigma sebanyak 1 mg yang dilarutkan dalam 2 ml kloroform, dan 6 ml metanol (larutan ini disebut standar kualitatif). Konsentrasi beta karoten standar diperoleh dengan mengencerkannya pada pelarut metanol:asetonitril (1:1, v:v) dan dibaca absorbansinya pada panjang gelombang 450 nm (Parker 1992). Konsentrasi beta karoten dapat dihitung berdasarkan nilai E1%(1 cm), yaitu absorbansi dari 1 % larutan beta karoten atau sebesar 10 mg/ml pada panjang gelombang 450 nm menggunakan kuvet 1 cm, sebagai berikut :
2600 standar larutan i Konsentras = nm 450 pada absorbansi semu karoten beta i Konsentras
Nilai 2600 adalah nilai E1% (1 cm) untuk 1% larutan beta karoten pada panjang gelombang 450 nm.
Sebelum disuntikkan ke HPLC larutan standar disiapkan pada beberapa konsentrasi pada fase gerak untuk pembuatan kurva standar antara konsentrasi dan luas area. Pada kromatogram yang diperoleh dapat dilihat persen kemurnian dari beta karoten pada panjang gelombang 450 nm. Dari persen kemurnian tersebut dapat diperoleh konsentrasi beta karoten yang sebenarnya dengan cara mengalikan persen kemurnian dengan konsentrasi beta karoten semu tersebut.
Perhitungan konsentrasi standar beta karoten adalah sebagai berikut : [beta karoten] mg/ml = 2600 puncak kemurnian % x FP x mg/ml 10 A x
Keterangan : A = Nilai absorbansi standar FP = Faktor Pengenceran
2600 = nilai E1%1 cm beta karoten
Pengukuran warna menggunakan kromameter Minolta CR300
Sampel berupa tepung kira-kira sebanyak 3 gram dipadatkan pada suatu wadah dengan diameter tertentu beralaskan kaca dari bahan tertentu (khusus untuk pengukuran sampel berupa tepung pada pengukuran kromameter). Nilai-nilai pengukuran kromameter dikalibrasi terlebih dahulu menggunakan plate kalibrasi berwarna putih setiap kali akan digunakan.
Penentuan Kadar Air, Metode Oven (AOAC 1984)
Cawan kosong dikeringkan dalam oven dan didinginkan dalam desikator, kemudian ditimbang. Sejumlah sampel ditimbang dalam cawan. Cawan dan sampel dimasukkan ke dalam oven pada suhu 1050C, dikeringkan sampai diperoleh berat tetap. Kadar air dihitung dengan rumus sebagai berikut :
Kadar air (%) = (g) sampel Berat (g) berat Kehilangan x 100%
Penentuan luas permukaan partikel (Mc Cabe et al. 1999)
Mc Cabe et al (1999) menyatakan bahwa dalam contoh yang ukurannya seragam dengan diameter Dp, volume total partikel ialah m/ρp, dimana m dan ρp masing-masing adalah massa contoh dan densitas partikel. Oleh karena volume satu partikel adalah Vp maka banyaknya partikel dalam contoh N ialah :
N = p V m p ρ Luas permukaan total partikel ialah :
A = Nsp = p p s D m 6 ρ Φ
Densitas kamba (Khalil 1999)
Densitas kamba diukur dengan menimbang berat sampel pada volume tertentu. Densitas kamba merupakan salah satu sifat fisik bahan pangan yang berupa tepung atau biji-bijian yang dinyatakan dalam g/ml. Pada penelitian ini akan dibandingkan densitas kamba tepung dari masing-masing perlakuan pengeringan. serta tepung komersial yang sudah beredar umum di masyarakat. Nilai densitas kamba menunjukkan porositas dari bahan, yaitu jumlah rongga yang terdapat antara partikel-partikel bahan.
Densitas padat (Khalil 1999)
Densitas padat diukur dengan cara yang sama dengan pengukuran densitas kamba, tetapi berat bahan dibaca setelah dilakukan pemadatan dengan cara menggoyang-goyangkan gelas ukur dengan tangan sampai beratnya tidak berubah lagi. Satuannya sama dengan densitas kamba yaitu g/ml. Nilai densitas padat menunjukkan kapasitas maksimum yang dapat dicapai suatu proses atau wadah suatu proses yaitu dengan menghilangkan porositas dari bahan atau rongga antar partikel bahan.
Sudut Curah (Khalil 1999)
Sudut curah digunakan untuk merencanakan suatu desain wadah serta fasilitas penyimpanannya. Tujuan pengukuran sudut curah adalah untuk mengetahui kemudahan jatuh dari tepung.
Tepung dijatuhkan dari ketinggian sekitar 15 cm hingga ketinggian gunungan tepung mencapai ketinggian tertentu pada suatu bidang datar, maka besar sudut curah dapat ditentukan dengan menghitung besar tangent sudut yang terjadi.
Penentuan Energi Aktivasi untuk Penurunan Kadar Beta Karoten selama Penyimpanan Tepung Ubi Jalar (Chen & Huang 1988).
Dari data kadar beta karoten yang diperoleh menggunakan HPLC akan di plot dalam grafik antara ln [beta karoten] vs t (waktu) pada masing-masing suhu penyimpanan yaitu 20C, 250C, dan 350C. Dari masing-masing grafik suhu penyimpanan tersebut akan diperoleh besaran slope (ki). Hal ini dilakukan berdasarkan rumus reaksi orde 1 yaitu :
ln C = -kix + c
Besar slope dari masing-masing grafik suhu penyimpanan tersebut di plot dalam grafik antara ln ki (sumbu y) vs 1/T (suhu mutlak, pada sumbu x) hingga diperoleh slope k yang akan dimasukkan dalam rumus Arrhenius :
ln(k) = - (Ea/R) (1/T) + ln (A)
Dengan demikian slope (k) adalah Ea/R. Jika R diketahui sebesar 8,3148 J/Kmol atau 1,986 kalori/Kmol maka energi aktivasi (Ea) dapat diperoleh.
Rancangan percobaan untuk uji stabilitas beta karoten selama penyimpanan akibat perendaman sulfit, asam askorbat, dan gum-dekstrin.
Perhitungan kadar beta karoten dimulai dari bulan ke – 0, 1,2,3. Pengambilan sampel dilakukan secara acak, kemudian dianalisa. Rancangan
percobaan dalam tahap ini adalah Rancangan Acak Lengkap (RAL) 1 faktorial, masing-masing perlakuan dengan 2 ulangan. Model matematikanya adalah :
Yijk = μ + αi + εik
Yijk = respon (kadar beta karoten) dengan lama penyimpanan ke-i, pada ulangan ke-k
μ = rataan umum
αi = pengaruh lama penyimpanan bulan ke-i (i = 0, 1, 2, 3)
εik = pengaruh galat dari lama simpan ke-i pada ulangan ke-k Data yang diperoleh akan dianalisa dengan analisa sidik ragam (ANOVA) menggunakan program SAS 6.12, bila terdapat perbedaan yang nyata, akan dilakukan uji Duncan Multiple Range Test (Steel & Torrie 1991).
Faktor α : Lamanya penyimpanan
α1 : Bulan ke-0
α2 : Bulan ke-1 α3 : Bulan ke-2
