93
Sinar Ultraviolet – A pada Pati Kasava– Saputro, dkk
PHP-21
Irradiasi Sinar Ultraviolet
–
A pada Pati Kasava dalam
Asam Laktat untuk Meningkatkan
Baking Expansion
UV-A Irradiation For Cassava Starch In Lactic Acid
To Improve Baking Expansio
n
Arifin Dwi Saputro1*, Haryadi2, Nursigit Bintoro1 dan Anak Agung Istri Sri Wiadnyani3
1Jurusan Teknik Pertanian - Fakultas Teknologi Pertanian – Universitas Gadjah Mada 2Jurusan Teknologi Pangan dan Hasil Pertanian - Fakultas Teknologi Pertanian - Universitas
Gadjah Mada
Jl. Flora no 1, Bulaksumur, Yogyakarta, 55281
3Jurusan Ilmu dan Teknologi Pangan - Fakultas Teknologi Pertanian - Universitas Udayana
Kampus Bukit Jimbaran, Bali
*Penulis Korespondensi, Email: arifin_saputro@ugm.ac.id
ABSTRAK
Ketergantungan masyarakat Indonesia terhadap produk makanan yang mengandung pati saat ini menjadi masalah besar di Indonesia. Hal ini ditandai dengan impor gandum dari luar negeri setiap tahunnya. Oleh karena itu perlu dilakukan substitusi gandum dengan bahan makanan sumber karbohidrat lainnya, salah satunya adalah pati kasava. Namun demikian pati kasava memiliki tingkat pengembangan yang rendah ketika dipanggang/dioven (baking expansion rendah) dan memiliki tekstur yang keras pada produk yang dihasilkan. Oleh karena itu maka perlu dilakukan proses modifikasi pati kasava untuk meningkatkan nilai pengembangan pati kasava ketika dipanggang/dioven. Salah satu cara yang dapat dilakukan untuk memodifikasi struktur pati kasava adalah dengan menggunakan irradiasi sinar Ultraviolet (UV). Proses modifikasi menggunakan sinar UV diatur pada kondisi proses yang konstan selama pemaparan. Sinar UV yang digunakan adalah sinar UV-A. Suhu udara selama proses pamaparan adalah 30,5 oC
dengan intensitas sinar 3500 lm/m2. Perendaman asam laktat 1% dilakukan selama 30 menit sebelum proses pemaparan sinar UV-A. Variasi perlakuan yang dilakukan adalah waktu pemaparan sinar UV-A dan kadar air pati kasava selama pemaparan. Variasi waktu pemaparan sinar UV-A yang digunakan adalah 7, 8, 9, 10, dan 11 jam. Variasi kadar air pada waktu pemaparan sinar UV-A adalah 12,5%, 20%, 30%, 40%, dan 53%. Hasil penelitian menunjukkan bahwa pati kasava terbaik hasil modifikasi adalah pati kasava UVAL 1040, yaitu pati kasava dengan pemaparan sinar UV-A selama 10 jam dengan pre treatment perendaman asam laktat 1% selama 30 menit dan kadar air pati selama pemaparan sebesar 40%. Nilai pengembangan ketika dioven dari pati UVAL 1040 adalah sebesar 10,20 mL/g, gaya yang dibutuhkan untuk menghancurkan produk sebesar 22,29 N, kadar amilosa pati adalah sebesar 29,77%, pH sebesar 2,41, dan puncak viskositas pasta sebesar 371 cP. Sedangkan hasil pengamatan terhadap struktur granula pati menunjukkan bahwa pada pati UVAL 1040 terjadi pengecilan ukuran granula jika dibandingkan dengan pati pabrik sebelum dilakukan modifikasi.
94 Sinar Ultraviolet – A pada Pati Kasava– Saputro, dkk
ABSTRACT
Indonesian dependency to starch-containing foods becomes big problem in Indonesia. It is remarked by high import of wheat every year. Hence, substitution of wheat with alternative carbohydrates sources, in particular cassava starch, is considered. Cassava starch has low expansion ability in baking process and produces rough texture in final product. Regarding to these, it is considerably important to modify cassava starch in order to raise its expansion ability for baking process. One way to modify cassava starch is by UV irradiation. The condition during UV irradiation was set to be constant. In this research, UV-A with temperature 3.5 oC and light intensity 3500 lm/m2 was
used. Submersion of the starch in 1% lactic acid for 30 minutes was conducted prior to UV-A irradiation. The research was done by varying UV-A irradiation time and water content of the starch during irradiation. The UV-A irradiation time was varied from 7, 8, 9, 10, to 11 hours, while water content of the starch were varied from 12.5%, 20%, 30%, 40%, to 53%. The result shows that the best modification for cassava starch using UV-A irradiation was reached after 10 hours of irradiation which was proceded by starch submersion in 1% lactic acid for 30 minutes and had water content of 40%. This result was obtained by UVAL 1040 starch. The baking expansion ability value of UVAL starch 1040 is 10.20 ml/g, the force needed to disrupt the final product is 22.29 N, amilose content is 29.77%, and pH 2.41. UVAL 1040 starch has paste viscosity of 371 centipoise. Starch granular structure observation shows that UVAL 1040 starch underwent size reduction while manufactured starch did not undergo any size reduction
Keywords : cassava starch, UV-oxydized starch, baking expansion, UV-A
PENDAHULUAN
Hampir setiap tahun Indonesia mengimpor beras maupun gandum dari luar negeri. Ketergantungan itu semakin meningkat beberapa tahun terakhir ini. Kondisi swasembada pangan yang pernah terjadi beberapa dekade yang lalu seakan-akan tidak bisa dilakukan lagi saat ini. Suarni (2009) menyatakan bahwa kebutuhan terigu di Indonesia terus meningkat dari 3.40 juta ton pada tahun 2005 menjadi 3.70 juta ton pada tahun 2006. Indonesia sebagai negara yang kaya akan sumber daya alam hayati seharusnya tidak terlalu sulit mencari sumber karbohidrat pengganti gandum. Banyak umbi-umbian yang belum termanfaatkan dengan maksimal seperti kasava, garut, ganyong, gembili, uwi, dan masih banyak lagi yang lainnya. Jika dapat memanfaatkannya dengan lebih optimal, bukan tidak mungkin swasembada pangan akan tercapai lagi, dan ketergantungan terhadap produk impor bisa dikurangi.
Untuk mengurangi ketergantungan terhadap produk impor ini perlu dilakukan substitusi gandum dengan bahan makanan sumber karbohidrat lainnya. Salah satu bahan makanan yang berpotensi dikembangkan sebagai pengganti sumber karbohidrat dari beras maupun gandum adalah kasava. Kasava sangat berpotensi dikembangkan selain karena kandungan patinya yang tinggi, keberadaan kasava juga sangat melimpah di Indonesia. Menurut Damardjati et al. (1996), kasava adalah produk terpenting ke empat di Indonesia setelah beras, jagung, dan kedelai.
Diversifikasi proses pengolahan kasava sangat dibutuhkan untuk meningkatkan fungsi maupun nilai jual dari produk olahan kasava itu sendiri. Di Afrika, kasava yang difermentasi sudah menjadi makanan pokok. Di Brazil dan Kolombia, tapioka asam atau yang biasa dikenal dengan povilho azedo dapat dimanfaatkan untuk membuat roti yang dapat mengembang besar.
95
Sinar Ultraviolet – A pada Pati Kasava– Saputro, dkk
penting yang berpengaruh terhadap sifat pengembangan pati pada proses baking. Proses modifikasi pati kasava dengan oksidasi karena keberadaan asam laktat yang bersinergi dengan pengeringan dengan sinar matahari sudah terbukti dapat meningkatkan baking expansion biskuit yang diuji. Hal ini tidak terjadi jika proses pengeringan diganti menggunakan oven seperti yang banyak dijumpai pada pati kasava buatan pabrik (Plata-Oviedo dan Camargo, 1998). Kondisi ini disebabkan gabungan reaksi-reaksi asam laktat dan penyinaran UV dari matahari pada panjang gelombang tertentu pada pati kasava.
Tujuan dari penelitian ini adalah untuk mendapatkan tingkat pengembangan maksimal pada proses baking pada pati kasava yang diberi pemaparan sinar UV-A dan perendaman asam laktat. Selain itu, penelitian ini juga bertujuan untuk mendapatkan karakteristik pati kasava yang memiliki pengembangan maksimal pada proses baking tersebut. Asiati et al. (2009) menyatakan bahwa radiasi sinar matahari yang sampai ke belahan bumi Indonesia berubah-ubah sepanjang tahun. Oleh karena itulah penelitian ini dilakukan menggunakan alat penghasil sinar UV yang mirip dengan jenis sinar UV yang ada di sinar matahari yang sampai ke bumi.
BAHAN DAN METODE
Alat
Alat utama yang di gunakan dalam penelitian ini adalah satu set alat pemapar UV-A buatan sendiri, cabinet dryer, oven baking, waterbath, viscosity analyzer, Scanning Electron Microscopy (SEM), sentrifuse, Universal Testing Machine (UTM), Spektrofotometer, dan berbagai peralatan untuk analisis.
Bahan
Bahan utama yang digunakan dalam penelitian ini adalah pati kasava pabrik dengan merk dagang Gunung Agung produksi Lampung yang diperoleh dari distributornya di Yogyakarta. Pati kasava rakyat yang diperoleh dari industri pati rakyat terkemuka di Indonesia, yaitu pati rakyat dari kota Pati, dan pati kasava buatan sendiri (pati laboratorium) yang digunakan sebagai kontrol.
Pati pabrik adalah pati yang dibuat oleh pabrik dengan memanfaatkan oven/flash dryer sebagai alat pengeringnya. Pati rakyat adalah pati yang biasa dibuat oleh masyarakat (rakyat) dengan menggunakan sinar matahari dalam proses pengeringannya, yang sebelumnya sudah mengalami fermentasi ketika proses pengendapan dilakukan. Pati laboratorium adalah pati hasil buatan sendiri dengan menggunakan cabinet dryer sebagai alat pengeringnya.
Penentuan Nilai Baking Expansion Pati Kasava
Proses modifikasi pati kasava pabrik dilakukan dengan menggunakan pemaparan sinar UV-A untuk mendapatkan pati dengan pengembangan terbesar pada proses baking. Proses perendaman asam laktat 1% dilakukan dengan mendasarkan pada metode yang dilakukan oleh Vatanasuchart et al. (2005) dan Demiate et al (2000) dengan sedikit modifikasi pada lama perendaman. Pati kasava pabrik sebanyak 200 gram (basis kering) didispersikan pada 600 gram larutan asam laktat 1% (b/b). Kemudian larutan pati ini didiamkan selama 30 menit pada suhu 25 oC. Setelah 30 menit endapan pati kemudian
96 Sinar Ultraviolet – A pada Pati Kasava– Saputro, dkk
dimasukkan ke dalam tempat sampel kemudian dimasukkan ke dalam alat pemapar sinar UV-A.
Proses pemaparan pati kasava menggunakan sinar ultraviolet dilakukan dengan variasi kadar air dan lama waktu pemaparan sinar UV-A. Variasi kadar air yang dilakukan adalah 12,5% (kadar air pati kering), 20%, 30%, 40%, dan 53% (kadar air endapan pati). Pengaturan variasi kadar air pati selama pemaparan menggunakan cabinet dryer. Kisaran waktu pemaparan sinar ultraviolet (UV) pada pati kasava adalah 1 sampai 11 jam. Pengukuran nilai baking expansion dilakukan dengan mengacu pada metode Demiate et al. (2000) yang dimodifikasi. Pati pabrik sebanyak 10 gram ditambah 30 mL aquades kemudian digelatinisasi di atas waterbath sampai tepat tergelatinisasi. Setelah itu, adonan pati yang tergelatinisasi dibagi 3 sebelum dilakukan proses baking dengan suhu 200OC
selama 25 menit. Setelah itu, produk yang dihasilkan kemudian di ukur nilai baking expansionnya yang dinyatakan dalam volume spesifik (mL/g).
Karakterisasi Pati Terbaik Hasil Modifikasi Analisis Kekerasan Produk
Produk baking dari berbagai jenis pati, baik pati modifikasi atau pati tanpa modifikasi diuji teksturnya menggunakan Universal Testing Machine (UTM).
Analisis Amilosa
Penentuan Kandungan Amilosa menggunakan metode AOAC (1984).
Analisis Derajat Keasaman
Pengukuran derajat keasaman dilakukan menggunakan metode Vatanasuchart dkk. (2005).
Analisis Viskositas Pasta
Pengukuran viskositas pati kasava dilakukan dengan melarutkan pati sebanyak 1 gram dalam 10 mL aquades yang dilanjutkan dengan homogenisasi. Larutan pati ini kemudian dimasukkan ke dalam alat pengukur viskositas pasta pati. Selama 20 menit suhu dinaikkan dari 30oC sampai menjadi 95oC kemudian dipertahankan selama 10
menit. Selama 15 menit kemudian suhu diturunkan dari 95 oC menjadi 50 oC.
Analisis Scanning Electron Microscopy (SEM)
Untuk mengetahui struktur mikroskopi granula pati, dilakukan pengamatan menggunakan Scanning Electron Microscopy (SEM).
HASIL DAN PEMBAHASAN
Nilai Baking Expansion
97
Sinar Ultraviolet – A pada Pati Kasava– Saputro, dkk 6
memapar pati kasava karena seiring berjalannya waktu akan terjadi pengendapan pati kasava. Posisi air yang berada di atas pati kasava yang kemungkinan masih mengandung partikel-partikel pati yang terlarut akan menghalangi sinar UV-A memapar pati kasava.
Ket :
Angka 53, 40, 30, 20, dan 12,5 pada UVAL 53, UVAL 40, UVAL, 30, UVAL 20, dan UVAL 12,5 menunjukkan besarnya kadar air saat pemaparan sinar UV-A setelah sebelumnya diberi perlakuan
perendaman asam laktat 1% selama 30 menit sebelum pemaparan sinar UV-A.
Gambar 1. Nilai Baking Expansion Pati Kasava Pada Berbagai Kadar Air Saat Pemaparan Sinar UV
Hasil penelitian juga menunjukkan bahwa pati kasava yang dipapar menggunakan sinar UV-A pada kadar air 40% (setelah sebelumnya direndam dalam asam laktat 1%) memiliki nilai baking expansion yang lebih tinggi jika dibandingkan dengan dengan pati kasava yang disinar UV-A tanpa dilakukan perendaman asam laktat 1% sebelumnya. Begitu juga pada pati kasava yang dipapar menggunakan sinar UV-A pada kadar air 40% (setelah sebelumnya direndam dalam asam laktat 1%) memiliki nilai baking expansion yang lebih tinggi jika dibandingkan dengan dengan pati kasava yang hanya direndam asam laktat 1% tanpa dipapar sinar UV-A. Fenomena ini menunjukkan adanya sinegisme antara asam laktat dengan sinar ultraviolet (UV) pada proses oksidasi pati kasava (Gambar 2).
Ket :
UV 40 : Pati yang hanya dipapar sinar UV-A pada kadar air 40% selama pemaparan; AL 40 : Pati yang hanya direndam asam laktat 1% pada kadar air 40% ketika didiamkan diruang gelap; UVAL 1040 : Pati yang direndam
asam laktat 1% dilanjutkan dipapar UV-A pada kadar air 40% selama emaparan.
98 Sinar Ultraviolet – A pada Pati Kasava– Saputro, dkk
Hasil penelitian menunjukkan bahwa pati pabrik dapat ditingkatkan kemampuan mengembangnya dengan melakukan pemaparan sinar UV-A selama 10 jam pada kadar air selama pemaparan sinar UV-A sebesar 40% (setelah sebelumnya direndam dalam asam laktat 1%). Dari tabel 1 dapat dilihat bahwa pati ini menghasilkan nilai pengembangan hasil proses baking yang lebih tinggi daripada pati rakyat.
Tabel 1. Perbandingan Hasil Uji Baking Expansion Pati Tanpa Modifikasi dengan Pati Terbaik Hasil Modifikasi
No Sampel v (mL/g)
1 Pati Rakyat 8.67 (a)
2 Pati Pabrik 7.41 (b)
3 Pati Laboratorium 6.33 (c)
4 Pati Oksidasi Terbaik (UVAL1040) 10.20 (d)
Ket : Huruf yang sama menunjukkan bahwa volume spesifik tidak berbeda nyata pada tingkat kepercayaan 95%.
Faktor utama yang berperan dalam pengembangan pati kasava selama proses baking adalah adanya tekanan uap air sebagai akibat adanya air yang terikat dalam pati, perubahan panas yang mempengaruhi reologi dan pengembangan pati, dan proses kehilangan air pada jaringan kerupuk pati yang bergantung pada permeabilitas adonan (Bertolini dkk, 2001). Adanya proses oksidasi pati menyebabkan jumlah air yang terikat dalam pati kasava semakin banyak. Banyaknya jumlah air yang terikat ini membuat uap air yang terbentuk selama proses baking semakin banyak juga. Banyaknya uap air yang terbentuk membuat pengembangan produk menjadi semakin besar.
Karakteristik Pati Terbaik Hasil Modifikasi (UVAL 1040)
Proses oksidasi pati kasava yang akan meningkatkan pengembangan pati pada proses baking (baking expansion) membuat beberapa karakteristik pati kasava menjadi berubah. Perubahan inilah yang diduga akan menyebabkan peningkatan nilai baking expansion. Untuk mengetahui perubahan yang terjadi pada karakteristik pati kasava yang dioksidasi menggunakan pemaparan sinar UV-A, maka dilakukan beberapa analisis seperti pada tabel 2.
Hasil uji kekerasan menunjukkan bahwa pada pati yang diberi pre treatment perendaman asam laktat 1% dan pemaparan sinar UV-A pada kadar air pati sebesar 40% selama pemaparan menunjukkan bahwa nilai gaya yang dibutuhkan untuk menghancurkan produk lebih rendah dibandingkan dengan jenis pati yang lain.
Tabel 2. Perbandingan Beberapa Karakteristik Pati dan Kekerasan Produk Hasil Baking Beberapa Jenis Pati
Jenis Pati Jenis Pengujian
Kekerasan (N) pH Amilosa (%) Viskositas (cP) FTIR (%T)
Pati Rakyat 57.48 ( a) 3.44 27.85 ( a) 1043.00 32.25 Pati Pabrik 60.13 ( a) 4.39 25.91 ( b) 1933.00 17.50 Pati Laboratorium 44.26 ( b) 6.28 18.63 ( c) 2995.00 -
UVAL 1040 22.30 ( c) 2.37 29.77 ( d) 371.00 16.00
UV 1040 40.00 ( d) 6.35 - - -
AL 1040 52.43 ( e) 2.41 - - -
99
Sinar Ultraviolet – A pada Pati Kasava– Saputro, dkk
0
pemaparan sinar UV-A cenderung lebih porus jika dibandingkan dengan produk hasil baking pati yang lain. Kondisi inilah yang membuat tekstur lebih renyah dan lunak sehingga hanya dibutuhkan gaya yang rendah untuk meremukkan produk baking. Fenomena ini diduga disebabkan oleh masuknya asam laktat selama penyinaran ke dalam struktur granuler pati melalui lokasi dimana terjadi depolimerisasi struktur amilopektin. Selain itu, proses kehilangan air pada jaringan kerupuk pati yang mengembang besar menunjukkan bahwa permeabilitas adonan sangat tinggi. Permeabilitas adonan yang tinggi mengakibatkan jaringan kerupuk pati menjadi rapuh dan renyah.
Uji kandungan amilosa pada pati dilakukan untuk mengetahui besar depolimerisasi amilopektin. Semakin banyak proses depolimerisasi amilopektin, maka prosentase kandungan amilosa akan semakin meningkat dibanding kondisi sebelumnya. Hasil penelitian menunjukkan bahwa kadar amilosa pati terbaik hasil modifikasi UVAL 1040 adalah sebesar 29.77%. Kondisi ini naik dari kondisi awal pati pabrik sebelum di modifikasi, yaitu sebesar 25.91%. Kadar amilosa pati pabrik yang dipapar sinar ultraviolet (UV) dengan pre treatment proses perendaman asam laktat 1% sebelumnya (UVAL 1040) mengalami kenaikan prosentase amilosa. Hal ini diduga disebabkan oleh terjadinya proses depolemerisasi amilopektin pati UVAL 1040. Pati rakyat memiliki kadar amilosa yang tinggi (27.85%) dibandingkan dengan pati laboratorium, dan pati pabrik. Hal ini diduga pati rakyat mengalami depolimerisasi amilopektin yang cukup banyak akibat pengeringan menggunakan sinar matahari setelah proses fermentasi pati yang terjadi selama pengendapan.
Hasil uji derajat keasaman menunjukkan bahwa pati dengan pengembangan tinggi memiliki pH yang rendah. Kondisi rendahnya nilai derajat keasaman selain disebabkan oleh perendaman asam laktat 1% sebagai pre treatment sebelum pemaparan sinar UV-A juga disebabkan oleh proses oksidasi pati yang memunculkan gugus karbonil dan karboksil. Sehingga diduga semakin banyak jumlah molekul pati yang teroksidasi, maka pH akan semakin turun. Demiate dkk. (2000) menyatakan bahwa pati kasava yang terdepolimerisasi memiliki gugus karboksilat dan menunjukkan perubahan lainnya pada satuan glukosa yang berkaitan dengan kemampuan mengembang pada baking. Hasil penelitian menunjukkan bahwa pati terbaik hasil modifikasi, yaitu UVAL 1040 memiliki viskositas puncak terendah dibandingkan dengan pati kasava yang lain, yaitu 371 cP (Gambar 3). Hal ini diduga disebabkan oleh terjadinya depolimerisasi amilopektin yang cukup besar pada pati UVAL 1040. Bertolini dkk. (2001) menyatakan bahwa kondisi rendahnya viskositas pasta diakibatkan adanya depolimerisasi amilopektin.
Ket : UVAL 1040 adalah pati yang direndam asam laktat 1% dilanjutkan dipapar UV-A selama 10 jam pada kadar air 40% selama pemaparan.
100 Sinar Ultraviolet – A pada Pati Kasava– Saputro, dkk
Hasil pengamatan terhadap struktur granula pati kasava menggunakan Scanning Electron Microscopy (SEM) menunjukkan bahwa pada pati terbaik hasil modifikasi ultraviolet (UV), yaitu UVAL 1040 tidak terjadi perubahan yang cukup signifikan pada strukur mikroskopis granula jika dibandingkan dengan pati pabrik tanpa modifikasi (gambar 4). Akan tetapi pada sebagian kecil granula pati UVAL 1040 terjadi pengecilan ukuran granula jika dibandingkan dengan pati pabrik sebelum dilakukan modifikasi (gambar 5).
Gambar 4. Struktur Granula Pati Pabrik
Gambar 5. Struktur Granula Pati Modifikasi Terbaik
SIMPULAN
101
Sinar Ultraviolet – A pada Pati Kasava– Saputro, dkk
DAFTAR PUSTAKA
Asiati S, Hidayati R, Hamdi S, Pariyatmo M, dan Suparno. 2009. Analisis Radiasi UV di
Indonesia 1979-2004. Lembaga Penerbangan dan Antariksa Nasional (LAPAN).
Damardjati D.S, Widowati S, Bottema T, dan Henry G. 1996. Cassava Flour Processing and Marketing in Indonesia. In D. Dufour; G. O’Brien; and R. Best (Eds.). Cassava Flour and Starch: Progress in research and development 89-104.
Demiate I M, Dupuy N, Huvenne J.P, Cereda M.P, dan Wosiacki G. 2000. Relationship Between Baking Behavior of Modified Cassava Starches and Starch Chemical Structure Determined by FTIR Spectroscopy. Carbohydrate Polymer 42 : 149-158. Plata-Oviedo M, dan Camargo C. 1998. Effect of Acid Treatments and Drying Processes
on Phycho-chemical Functional Properties of Cassava Starch. Journal of the Science of Food and Agriculture 77: 103-108.
Vatanasuchart N, Naivikul O, Charoenrein S, dan Sriroth K. 2005. Molecular Properties of Cassava Starch Modified with Different UV Irradiations to Enhance Baking Expansion. Carbohydrate Polymers 61: 80–87.
