II. TINJAUAN PUSTAKA
A. Tanaman Padi Hitam dan Padi Merah
Padi (Oryza sativa L.) merupakan sumber makanan pokok sebagian besar penduduk di Indonesia. Terdapat dua spesies padi yang dibudidayakan yaitu Oryza sativa yang berasal dari Asia dan Oryza glaberrima yang berasal dari
Afrika Barat. Oryza sativa memiliki dua subspesies yaitu indica dan japonica.
Padi indica berumur lebih pendek, postur kecil, bulir cenderung oval sampai lonjong. Sedangkan padi japonica memiliki umur panjang, postur tinggi, mudah rebah, lemmanya memiliki bulu, bijinya cenderung membulat dan nasinya lengket (Norsalis 2011).
Menurut Tjitrosoepomo (2000) tanaman padi memiliki taksonomi sebagai berikut:
Divisi : Spermatophyta Sub Divisi : Angiospermae Class : Monocotyledoneae Ordo : Poales
Family : Poaceae Genus : Oryza
Species : Oryza sativa L.
Padi memiliki banyak variasi, termasuk padi yang menghasilkan beras putih dan beras berwarna. Beras hitam dan beras merah banyak ditanam terutama di negara-negara Asia Selatan dan tempat lainnya seperti Amerika Serikat, Italia dan Yunani. Penduduk Eropa dikenal lebih banyak mengkonsumsi beras hitam dibandingkan dengan penduduk Asia dan telah lama dipertimbangkan sebagai makanan sehat (Simmons dan William 1997 cit. Chiang et al. 2006).
Beras tidak hanya berperan sebagai sumber energi dan zat gizi, tetapi juga mengandung komponen aktif dengan fungsi fisiologis yang bermanfaat bagi kesehatan. Beras varietas tertentu atau yang telah diproses melalui pengolahan khusus, selain sebagai pangan pokok juga dapat berperan sebagai pangan fungsional (Indrasari et al 2009). Pangan fungsional adalah bahan pangan yang
4 commit to user
mampu memberikan efek positif bagi kesehatan karena adanya komponen aktif pada bahan pangan tersebut disamping kandungan gizi dan citarasa yang dimiliki (Winarti 2010).
Beras hitam yang merupakan kultivar khusus padi banyak mengandung antosianin pada lapisan aleuronnya dibandingkan dengan beras putih. Beras hitam dihormati dan banyak dikonsumsi sebagai makanan sehat di Cina dan negara Asia Timur lainnya (Wang et al. 2007). Daerah penghasil beras hitam di Yogyakarta dan Jawa Tengah meliputi daerah Sleman, Bantul, Wonosobo, Temanggung, Banjarnegara, Surakarta dan Boyolali. Beras hitam memiliki nama yang berbeda- beda tergantung di mana beras hitam tersebut berada. Beras hitam yang ada di Solo dikenal dengan nama beras wulung. Di kawasan Cibeusi, Subang, Jawa Barat, beras hitam disebut dengan nama beras gadog. Di Sleman, beras hitam dikenal dengan nama cempo ireng dan ada juga yang menyebut beras jlitheng.
Sedangkan di Bantul dikenal dengan beras melik. Beras hitam ini memiliki beberapa keistimewaan, selain rasanya yang enak, pulen dan wangi juga memiliki kandungan mineral, antosianin atau yang lainnya yang sangat baik untuk kesehatan (Kristamtini 2009).
Beras hitam berkhasiat meningkatkan daya tahan tubuh terhadap penyakit, memperbaiki kerusakan sel hati (hepatitis dan chirosis), mencegah gangguan fungsi ginjal, mencegah kanker/tumor, memperlambat penuaan, sebagai antioksidan, membersihkan kolesterol dalam darah dan mencegah anemia. Beras hitam mengandung sedikit protein, namun kandungan besinya tinggi yaitu 15,52 ppm, jauh lebih tinggi dibanding beras dari varietas IR64, Ciherang, Cisadane, Sintanur, Pandanwangi, dan Batang Gadis yang kandungan besinya berkisar antara 2,9-4,4 ppm (Suardi dan Ridwan 2009).
Warna merah pada beras terbentuk dari pigmen antosianin yang tidak hanya terdapat pada perikarp dan tegmen, tetapi juga terdapat pada setiap bagian gabah, bahkan kelopak daun. Kandungan antosianin pada beras dapat berfungsi sebagai antioksidan, antimutagenik, hepatoprotektif, antihipertensi dan antihiperglisemik (Suardi 2005).
commit to user
Berdasarkan penelitian Ekawatiningsih dan Ratnaningsih (2010), kandungan gizi beras hitam meliputi kadar abu sebesar 0,71-1,69%, kadar protein total sebesar 8,40-10,44%, kadar lemak total sebesar 2,33-2,88%, kadar serat kasar sebesar 1,09-1,28%, kadar karbohidrat sebesar 72,49 -83,94%, kadar protein tercema sebesar 4,53-5,66%, kadar Fe sebesar 5,64-8,07 ppm dan warna beras hitam adalah biru kehitaman. Kandungan antosianin total pada beras hitam berkisar antara 159,31-359,51 ppm. Aktivitas antioksidan pada beras hitam secara in vitro berdasarkan bilangan TBA sebesar 0.404-0.477 mg malonaldehid/kg, angka peroksida sebesar 0.122-0.161 mg peroksida/kg, dan pemerangkapan DPPH sebesar 68.968-85.287%.
B. Antosianin
Antosianin merupakan pigmen larut air yang secara alami terdapat pada berbagai jenis tumbuhan. Sesuai namanya, pigmen inilah yang memberikan warna pada bunga, buah dan daun tumbuhan hijau. Pigmen ini telah banyak digunakan sebagai pewarna alami pada berbagai produk pangan dan berbagai aplikasi lainnya. Pigmen ini juga berfungsi sebagai antioksidan yang penting untuk kesehatan (Suardi 2005).
Winarti (2010) menyatakan bahwa warna pigmen antosianin adalah merah, biru atau keunguan. Warna ini sangat tergantung pada beberapa faktor, yaitu konsentrasi, pH media dan adanya pigmen lain. Konsentrasi antosianin yang rendah menyebabkan warna ungu. Sedangkan pada konsentrasi yang tinggi akan berwarna ungu tua atau bahkan hitam seperti pada kedelai hitam. Pada pH rendah antosianin berwarna merah, pada pH netral berwarna biru dan pada pH tinggi berwarna putih. Seperti bunga rosella, memiliki kandungan antosianin berwarna merah karena memiliki kandungan asam sitrat yang tinggi.
Antosianin merupakan pigmen utama dalam beras merah dan beras hitam.
Antosianin telah dikenal sebagai komposisi fungsional makanan yang berperan dalam menjaga kesehatan karena aktifitas antioksidannya, sebagai antikanker, hipoglikemik dan anti-imflamasi serta fungsinya yang bersinergi dengan berbagai nutrisi dalam sel. Oleh karena itu, antosianin sebagai pigmen dalam beras berperan sebagai makanan fungsional (Kim et al. 2008). commit to user
Beras merah yang berkadar antosianin tinggi umumnya memiliki warna beras yang lebih gelap. Sementara padi dengan kadar antosianin rendah umumnya memiliki warna butiran beras yang lebih cerah. Meskipun demikian perbedaan bentuk bulir gabah di antara kedua tipe padi ini hampir serupa. Dengan demikian perbedaan butiran beras dapat dijadikan sebagai kriteria awal untuk menduga kandungan antosianin beras. Semakin tinggi kadar antosianin maka warna ungu semakin pekat hingga menjadi hitam (Suliartini et al. 2011).
Secara kimia, antosianin termasuk dalam golongan flavonoid. Flavonoid mengandung dua cincin benzena yang dihubungkan oleh tiga atom karbon. Ketiga karbon tersebut dirapatkan oleh sebuah atom oksigen sehingga terbentuk cincin di antara dua cincin benzena. Dalam tanaman antosianin terdapat dalam bentuk glikosida yaitu membentuk ester dengan monosakarida. Sewaktu pemanasan dalam asam mineral pekat, antosianin pecah menjadi antosianidin dan gula (Winarno 2004).
Flavonoid alam ditemukan dalam bentuk glikosida, yaitu suatu kombinasi antara gula dan alkohol. Flavonoid terdapat dalam tumbuhan sebagai campuran, jarang sekali dijumpai hanya flavonoid tunggal dalam jaringan tumbuhan.
Disamping itu, sering terdapat campuran yang terdiri atas flavonoid yang berbeda kelas (Harborne 1988). Flavonoid biasanya terdapat sebagai flavonoid O-glikosida (satu atau lebih gugus hidroksi flavonoid terikat pada gula), pengaruh glikolisasi menyebabkan flavonoid menjadi kurang efektif sehingga mudah larut dalam air, kondisi seperti ini memungkinkan flavonoid tersimpan dan berada dalam vakuola sel (Gould dan Lister 2006).
Davies dan Schwinn (2006) menyebutkan bahwa proses biosintesis flavonoid merupakan biosintesis gabungan dari jalur asam sikimat dan jalur asetat malonat. Pada jalur sikimat akan terbentuk phenylalanine yang merupakan salah satu senyawa asam amino aromik yang selanjutnya akan menghasilkan p- coumaric acid, sedangkan pada jalur asetat malonat akan terbentuk asetil CoA yang akan menghasilkan malonil CoA, setelah mengikat satu molekul CO2. Secara garis besar jalur pembentukan metabolisme primer merupakan awal dari pembentukan jalur pembentukan fenilpropanoid dan jalur biosintesis flavonoid. commit to user
C. Cekaman Kekeringan
Air memiliki beberapa fungsi bagi tanaman (Gardner et al 2008), diantaranya:
1. Sebagai pelarut dan medium untuk reaksi kimia.
2. Medium untuk transport zat terlarut, baik organik maupun anorganik.
3. Medium yang memberikan turgor pada sel tanaman. Turgor mendukung pembesaran sel, struktur tanaman dan penempatan daun.
4. Hidrasi dan netralisasi muatan pada molekul-molekul koloid. Hidrasi berperan untuk membantu memelihara struktur dan memudahkan fungsi katalisis enzim.
5. Bahan baku fotosintesis, proses hidrolisis dan reaksi-reaksi kimia lain dalam tumbuhan.
6. Evaporasi air (transpirasi) untuk mendinginkan permukaan tanaman.
Air yang tersedia di dalam tanah adalah selisih antara air yang terdapat pada kapasitas lapang dan titik layu permanen. Di atas kapasitas lapang, air akan meresap ke bawah atau mengenang sehingga tidak dapat dimanfaatkan oleh tanaman, sedangkan di bawah titik layu permanen tanaman tidak mampu lagi menyerap air karena daya adesi air dengan butir tanah terlalu kuat dibandingkan dengan daya serap tanaman. Kekurangan suplai air di daerah perakaran dan kebutuhan air yang berlebihan oleh tajuk dalam kondisi laju evapotranspirasi melebihi laju absorbsi air oleh akar tanaman menyebabkan terjadinya cekaman kekeringan (Lakitan 1996).
Respon morfologis dalam beradaptasi terhadap cekaman kekeringan dapat diketahui melalui sistem perakaran dan bentuk tajuk. Sedangkan melalui pendekatan fisiologis toleransi terhadap cekaman kekeringan dapat diketahui melalui beberapa hal diantaranya perubahan tingkah laku stomata, peningkatan akumulasi prolin, fotosintesis, translokasi dan menurunan osmosis jaringan (Rahayu dan Harjoso 2010).
Cekaman kekeringan akan mengakibatkan ketidakseimbangan potensial air antara sistem jaringan tanaman dan lingkungannya. Air akan berpindah keluar sel hingga keseimbangan dapat tercapai. Kehilangan air terus-menerus dapat commit to user
menyebabkan sel-sel mencapai kondisi potensial turgor nol hingga plasmolisis.
Akhirnya tanaman menjadi layu dan lama kelamaan mengalami kematian (Matsuda dan Ryan 1990 cit Winarbawa 2000). Penggulungan daun merupakan respon awal tanaman padi terhadap cekaman kekeringan diikuti dengan mengeringnya daun. Hal ini berkaitan dengan kemampuan penyesuaian laju transpirasi untuk mempertahankan potensial air daun tetap tinggi pada kondisi kekeringan (Tubur et al 2012).
Cekaman kekeringan pada fase vegetatif tanaman padi berpengaruh negatif terhadap pertumbuhan vegetatif tanaman. Organ vegetatif yang tidak sempurna mengakibatkan fotosintat yang dibentuk semakin rendah dan akan berpengaruh terhadap kurang normalnya pollen. Hal ini menyebabkan jumlah gabah per rumpun yang terbentuk lebih sedikit dibandingkan dengan tanaman yang mendapatkan kecukupan air (Purwanto 2012). Kondisi kering dapat meningkatkan karakter jumlah anakan yang menghasilkan malai hampa. Kekurangan air pada fase reproduktif (primordial bunga-masak) mampu meningkatkan jumlah gabah hampa dan menurunkan bobot 1000 biji menjadi sekitar setengahnya (Susanto et al 2012). Dalam kondisi kekurangan air yang sedang hingga parah, konsentarasi asam amino prolin meningkat konsentrasinya dibadingkan dengan asam amino lainnya (Gardner et al. 2008).
Kekurangan air dapat menghambat laju fotosintesis, terutama pengaruhnya terhadap turgiditas sel penjaga stomata. Jika kekurangan air maka turgiditas sel panjaga akan menurun. Hal ini menyebabkan stomata menutup. Penutupan stomata ini akan menghambat serapan CO2 yang dibutuhkan untuk sintesis karbohidrat (Lakitan 2011). Selain menghambat aktivitas fotosintesis, cekaman kekeringan juga menghambat sintesis protein dan dinding sel (Salisbury dan Ross 1995).
Cekaman kekeringan mengganggu metabolisme nitrogen. Secara umum cekaman kekeringan akan menghidrolisis protein dan mengakumulasikan berbagai asam amino. Selain itu cekaman kekeringan juga akan menghambat sintesis protein dari asam amino dengan menghambat kerja enzim yang berperan dalam sintesis protein (Kramer 1983). commit to user
Kekurangan air akan menginduksi protein mengkode gen-gen pembentuk enzim yang terlibat dalam metabolisme sekunder. Dengan meningkatnya kandungan enzim dalam jaringan tanaman maka diharapkan kandungan metabolisme dapat meningkat pula. Aktivitas enzim dipengaruhi antara lain oleh adanya prekusor senyawa yang bersangkutan dan akumulasi produk metabolisme sekunder tersebut (Ernawati 1992).
Berbagai indikator tanaman yang mengalami cekaman kekeringan telah diketahui baik secara morfologi, anatomi maupun fisiologi. Deteksi tanaman yang mengalami cekaman kekeringan dapat dilakukan dengan metode destruktif dan tanpa merusak tanaman itu sendiri. Adapun indikator tanaman yang mengalami cekaman kekeringan antara lain, terhambatnya pertumbuhan daun, pertumbuhan akar yang pesat, menutupnya stomata dan daun menggulung, terutama pada tanaman Gramineae (Bahrun 2002).
Pada umumnya, saat menghadapi cekaman kekeringan tanaman mengembangkan mekanisme avoidance dan mekanisme toleransi. Mekanisme avoidance dilakukan dengan cara meningkatkan pertumbuhan biomassa akar
untuk menjangkau kedalaman tanah yang kadar airnya lebih tinggi. Mekanisme ini kurang efektif karena pertumbuhan biomassa akar yang berlebihan dapat menurunkan daya hasil tanaman. Sedangkan mekanisme toleransi tidak berpengaruh negatif terhadap daya hasil tanaman sehingga mekanisme ini lebih diinginkan dibandingkan dengan mekanisme avoidance (Rahayu et al 2005).
Cekaman lingkungan dapat digunakan sebagai strategi untuk mengoptimalkan produksi senyawa tertentu pada tanaman. Faktor lingkungan seperti cekaman defisit air dapat meningkatkan metabolit sekunder pada tanaman obat. Respon tanaman terhadap cekaman defisit air selain menurunkan produktivitas, meningkatkan kadar K dan asam amino prolin, juga dapat meningkatkan produk metabolit sekunder. Pengaruh cekaman defisit air dalam meningkatkan aktivitas metabolisme sekunder, akan meningkatkan mutu dan khasiat obat simplisia tanaman (Trisilawati dan Pitono 2012).
commit to user
