BAB II
TINJUAUAN PUSTAKA
A.Singkong
1.Klasifikasi Tanaman
Singkong atau ubikayu (Manihot esculenta C.) merupakan salah satu sumber karbohidrat lokal Indonesia yang menduduki urutan ketiga terbesar setelah padi dan jagung. Tanaman ini merupakan bahan baku yang paling potensial untuk diolah menjadi tepung (Balai Besar Penelitian dan Pengembangan Pascapanen Pertanian, 2011). Dalam sistematika tanaman, singkong termasuk kelas Dycotiledonae dan termasuk famili Euphorbiaceae genus Manihot yang memiliki 7.200 spesies. Menurut Steenis et al., (2003) singkong secara taksonomi diklasifikasikan sebagai berikut :
Kingdom : Plantae;
Divisi : Spermatophyta; Sub Divisi : Angiospermae ; Kelas : Dicotyledoneae; Ordo : Euphorbiales; Famili : Euphorbiaceae; Genus : Manihot;
Spesies : Manihotesculenta C.
negara Brasil. Penyebarannya hampir ke seluruh dunia, antara lain Afrika, Madagaskar, India dan Tiongkok. Menurut Rahmawati (2010) dalam Asro (2016) singkong diperkirakan masuk ke Indonesia pada tahun 1852.
Singkong termasuk tanaman perdu beranting lunak atau getas (mudah patah) singkong berbatang bulat dan bergerigi yang terbentuk dari bekas pangkal tangkai daun. Bagian tengahnya bergabus. Tanaman singkong memiliki tinggi batang 1 hingga 4 meter. Daunnya memiliki tangkai panjang dan helaian daunnya menyerupai telapak tangan. Tiap tangkai mempunyai daun sekitar 3 hingga 8 lembar. Tangkai daun tersebut berwarna kuning, hijau atau merah. Singkong merupakan tanaman yang pemeliharaannya mudah dan produktif (Salim, 2011). Tanah yang paling sesuai untuk ketela pohon adalah tanah yang berstruktur remah, gembur, tidak terlalu liat dan tidak terlalu poros serta kaya bahan organik. Tanah dengan struktur remah mempunyai tata udara yang baik, unsur hara lebih mudah tersedia dan mudah diolah. Untuk pertumbuhan tanaman ubikayu kayu yang lebih baik, tanah dangkal dan padat mempengaruhi bentuk dan ukuran umbi (Rubatzky dan Yamaguchi, 1998). Jenis tanah yang sesuai untuk tanaman ketela pohon adalah jenis aluvial latosol, podsolik merah kuning, mediteran, grumosol dan andosol (Najiyati dan Danarti, 1999).
putih kekuning-kuningan. Mutu singkong sangat dipengaruhi oleh jenis, umur, tempat tumbuh, perawatan, dan pemupukan pada masa budi daya. (Lidiasari, 2006).
Jenis singkong yang digunakan untuk produksi tepung mocaf sebaiknya dipilih dari varietas unggul, yaitu memiliki kadar pati yang tinggi, rendemen yang tinggi, kadar air rendah, kulit tipis dan mudah dikupas, warna putih dan ukurannya tidak terlalu kecil. Pada dasarnya semua jenis singkong dapat diolah dan diproduksi menjadi tepung mocaf, tetapi jenis singkong akan berpengaruh pada mutu dan hasil produksi tepung mocaf (Salim, 2011). 2. Kandungan Kimia
perbandingan pati terhadap kandungan lainnya yang terdapat pada umbi singkong.
Umbi singkong yang telah dipanen tidak dapat bertahan lama karena adanya senyawa HCN yang menyebabkan dagingnya berwarna kehitaman. Senyawa glikosida sianogenik pada umbi singkong mengalami proses oksidasi oleh enzim linamarase maka akan dihasilkan glukosa dan asam sianida (HCN) yang ditandai dengan bercak warna biru, akan menjadi toxic (racun) bila dikonsumsi pada kadar HCN lebih dari 50 ppm (Barrett dan Damardjati, 2015). Singkong segar mengandung senyawa polifenol dan bila terjadi oksidasi akan menyebabkan warna coklat (browning secara enzimatis) oleh enzim fenolase, sehingga warna tepung kurang putih (Balai Besar Penelitian dan Pengembangan Pascapanen Pertanian, 2011). Berikut merupakan kandungan zat gizi umbi singkong dan produk olahannya dicantumkan pada Tabel 1.
Tabel 1. Kandungan gizi umbi singkong tiap 100 gram
Zat Gizi Umbi Singkong Putih Umbi Singkong Kuning
Kalori 146 kalori 157 kalori
Protein 1,20 g 0,80 g
Lemak 0,30 g 0,30 g
Karbohidrat 34,70 g 37,90 g
Mineral Fosfor Kalsium Besi 40,00 mg 33,00 mg 0,70 mg 40,00 mg 33,00 mg 0,70 mg Vitamin B1 Vitamin C 0,06 mg 30,00 mg 0,06 mg 30,00 mg
Kadar air 62,50 g 60,00 g
B.Pati dan Pati Termodifikasi 1. Pati
Pati merupakan homopolimer glukosa dengan ikatan α-glikosida,
yang banyak terdapat pada tumbuhan terutama pada biji-bijian dan umbi-umbian (Jane, 1995). Umumnya pati mengandung dua tipe polimer glukosa, yaitu amilosa dan amilopektin. Amilosa dihubungkan melalui ikatan 1,4-α -glikosida yang membentuk polimer dengan struktur rantai yang lurus, sedangkan amilopektin memiliki bobot molekul yang lebih besar dengan adanya ikatan 1,6-α-glikosida menyebabkan struktur rantai bercabang (Fessenden dan Fessenden, 1991).
Zat pati terdiri dari butiran-butiran kecil yang disebut granula. Granula diidentifikasi untuk menentukan karakteritik setiap jenis pati baik bentuk, ukuran, permukaan serta letak hillus (Hodge, 1976). Pati tersusun paling sedikit oleh tiga komponen utama yaitu amilosa, amilopektin dan material antara seperti, protein dan lemak. Umumnya pati mengandung 15-30% amilosa, 70-85% amilopektin dan 5-10% material antara Struktur dan jenis material antara tiap sumber pati berbeda tergantung sifat-sifat botani sumber pati tersebut(Greenwood and Munro, 1979).
kurang dari 1 mikron sampai 150 mikron ini tergantung sumber patinya (Koswara, 2006) .
Pati adalah karbohidrat yang merupakan polimer glukosa yang terdiri dari amilosa dan amilopektin. Amilopektin dan amilosa mempunyai sifat fisik yang berbeda. Amilosa lebih mudah larut dalam air dibandingkan amilopektin. Bila amilosa direaksikan dengan larutan iod akan membentuk warna biru tua, sedangkan amilopektin akan membentuk warna merah (Greenwood and Munro, 1979). Suatu karakteristik dari amilosa dalam suatu larutan adalah kecenderungan membentuk koil yang sangat panjang dan fleksibel yang selalu bergerak melingkar. Dalam masakan, amilosa memberikan efek keras bagi pati (Young An, 2005). Struktur rantai amilosa cenderung membentuk rantai yang linear seperti terlihat pada Gambar 1.
Gambar 1. Rumus Struktur Amilosa (Zulfikar, 2010)
Amilopektin seperti amilosa juga mempunyai ikatan α-(1,4) pada rantai lurusnya, serta ikatan β-(1,6) pada titik percabangannya. Struktur rantai
mengandung 1000 atau lebih unit molekul glukosa untuk setiap rantai. Berat molekul amilopektin glukosa untuk setiap rantai bervariasi tergantung pada sumbernya. Amilopektin pada pati umbi-umbian mengandung sejumlah kecil ester fosfat yang terikat pada atom karbon ke 6 dari cincin glukosa (Koswara, 2006).
Gambar 2. Rumus Struktur Amilopektin (Zulfikar, 2010)
Pada produk makanan, amilopektin bersifat merangsang terjadinya proses mekar (puffing) dimana produk makan yang berasal dari pati yang kandungan amilopektinnya tinggi akan bersifat ringan, porus, garing dan renyah. Kebalikannya pati dengan kandungan amilosa tinggi, cenderung menghasilkan produk yang keras, pejal, karena proses mekarnya terjadi secara terbatas (Young An, 2005).
2. Karakteristik Pati Singkong
Singkong adalah bahan yang memiliki kandungan pati tinggi. Modifikasi bahan singkong dapat dilakukan secara kimiawi. Modifikasi pati secara kimiawi dapat dilakukan dengan penambahan asam, oksidasi, cross
dapat menyebabkan terjadinya cross-lingking sehingga dapat memperkuat ikatan hidrogen dalam molekul pati (Salim, 2011).
Hidayat (2007) dalam Suriyani (2016) menyatakan bahwa pati singkong dapat dihasilkan dengan melakukan proses ekstraksi dari ubi singkong. Komposisi utama dari pati singkong umumnya terdiri dari amilosa, amilopektin, dan sisanya komponen minor seperti air, abu, protein dan lemak. Perbedaan rasio amilosa dan amilopektin dalam pati berpengaruh terhadap sifat fisik dan kimia pati. Pati dengan kandungan amilosa tinggi, memiliki kemampuan menyerap air dan mengembang lebih besar karena amilosa memiliki kemampuan membentuk ikatan hidrogen yang lebih besar dari pada amilopektin. Selain itu, pati dengan kandungan amilosa tinggi bersifat kurang rekat dan kering, sedangkan pati yang mengandung amilopektin yang tinggi bersifat rekat dan basah.
3. Pati Termodifikasi
Menurut Heckman, (1977) pati termodifikasi adalah pati yang diberi perlakuan tertentu dengan tujuan untuk menghasilkan sifat yang lebih baik untuk memperbaiki sifat sebelumnya ataupun mengubah sifat lainnya. Perlakuan terhadap pati akan menghasilkan gugus kimia baru dan struktur molekul pati. Modifikasi pati dapat dilakukan dengan dua cara, yaitu secara fisika dan kimia.
Pati yang dimodifikasi secara fisika dinamakan pati pragelatinisasi. Pati pragelatinisasi adalah pati yang telah mengalami gelatinasi dengan memanaskan pati di atas suhu gelatinisasinya kemudian dikeringkan. Pemanasan pasta pati dalam air akan menyebabkan molekul air di sekitar granula memutuskan ikatan hidrogen dan masuk ke dalam granula sehingga akan mengembang secara irreversible, proses ini dinamakan gelatinisasi. Amilopektin akan tetap berada di dalam granula, sedangkan amilosa akan dilepas ke dalam larutan membentuk matriks intergranular sehingga terjadi peningkatan viskositas (Wurzburg, 1989).
Menurut Johnson (1979), Pati yang dimodifikasi secara kimia ditujukan untuk pati yang disesuaikan untuk aplikasi pati agar menjadi lebih hidrofilik ataupun lebih tahan terhadap kerusakan terhadap pemanasan. Modifikasi secara kimia yang sering dijumpai dalam industri adalah:
kimia berupa asam karboksilat maupun garam dari asam kuat atau asam lemah.
b. Reduksi dan oksidasi untuk memodifikasi pati menjadi alkohol (sorbitol dan manitol). Reduksi biasanya melibatkan hidrogen dari katalis Raney -Nickel.
c. Esterifikasi dengan menggunakan asam anorganik (hanya asam fosfat) ataupun asam-asam organik.
d. Asetilasi, modifikasi pati melalui proses reaksi yang bersifat reversible dengan gugus hidroksil untuk menghasilkan hemiasetal dan aldehid.
C.Fermentasi
Fermentasi mempunyai arti yang berbeda bagi ahli biokimia dan mikrobiologi industri. Arti fermentasi pada bidang biokimia dihubungkan dengan pembangkitan energi oleh katabolisme senyawa organik. Pada bidang mikrobiologi industri, fermentasi mempunyai arti yang lebih luas, yang menggambarkan setiap proses untuk menghasilkan produk dari pembiakan mikroorganisme (Suprihatin, 2010).
bakteri pembentuk asam laktat, asam asetat, dan beberapa jenis khamir penghasil alkohol. Menurut Suprihatin (2010) Jenis-jenis mikroorganisme yang berperan dalam teknologi fermentasi adalah :
1. Bakteri Asam Laktat.
Dari kelompok ini termasuk bakteri yang menghasilkan sejumlah besar asam laktat sebagai hasil akhir dari metabolisme gula (karbohidrat). Asam laktat yang dihasilkan dengan cara tersebut akan menurunkan nilai pH dari lingkungan pertumbuhannya dan menimbulkan rasa asam. Ini juga menghambat pertumbuhan dari beberapa jenis mikroorganisme lainnya. Dua kelompok kecil mikroorganisme dikenal dari kelompok ini yaitu organisme-organisme yang bersifat homofermentative dan heterofermentative.
Jenis-jenis homofermentatif yang terpenting hanya menghasilkan asam laktat dari metabolisme gula, sedangkan jenis-jenis heterofermentatif menghasilkan karbondioksida dan sedikit asam-asam volatil lainnya, alkohol, dan ester disamping asam laktat. Beberapa jenis yang penting dalam kelompok ini:
a. Streptococcus thermophilus, Streptococcus lactis dan Streptococcus
cremoris. Semuanya ini adalah bakteri gram positif, berbentuk bulat
(coccus) yang terdapat sebagai rantai dan semuanya mempunyai nilai
ekonomis penting dalam industri susu.
b. Pediococcus cerevisae. Bakteri ini adalah gram positif berbentuk bulat,
ini tercatat sebagai perusak bir dan anggur, bakteri ini berperan penting dalam fermentasi daging dan sayuran.
c. Leuconostocmesenteroides, Leuconostocdextranicum. Bakteri ini adalah
gram positif berbentuk bulat yang terdapat secara berpasangan atau rantai pendek. Bakteri-bakteri ini berperanan dalam perusakan larutan gula dengan produksi pertumbuhan dekstran berlendir. Walaupun demikian, bakteri-bakteri ini merupakan jenis yang penting dalam permulaan fermentasi sayuran dan juga ditemukan dalam sari buah, anggur, dan bahan pangan lainnya.
d. Lactobacillus lactis, Lactobacillus acidophilus, Lactobacillus bulgaricus,
Lactobacillus plantarum, Lactobacillus delbrueckii.
Organisme-organisme ini adalah bakteri berbentuk batang, gram positif dan sering berbentuk pasangan dan rantai dari sel-selnya. Jenis ini umumnya lebih tahan terhadap keadaan asam dari pada jenis-jenis Pediococcus atau
Streptococcus dan oleh karenanya menjadi lebih banyak terdapat pada
tahapan terakhir dari fermentasi tipe asam laktat. Bakteri-bakteri ini penting sekali dalam fermentasi susu dan sayuran.
2. Bakteri Asam Propionat
Jenis-jenis yang termasuk kelompok ini ditemukan dalam golongan
Propionibacterium, berbentuk batang dan merupakan gram positif. Bakteri
asam-asam propionat, asetat, dan karbondioksida. Jenis-jenis ini penting dalam fermentasi keju Swiss.
3. Bakteri Asam asetat
Bakteri ini berbentuk batang, gram negatif dan ditemukan dalam golongan Acetobacter sebagai contoh Acetobacter aceti. Metabolismenya lebih bersifat aerobik (tidak seperti spesies tersebut di atas), tetapi peranannya yang utama dalam fermentasi bahan pangan adalah kemampuannya dalam mengoksidasi alkohol dan karbohidrat lainnya menjadi asam asetat dan dipergunakan dalam pabrik cuka.
4. Khamir
Khamir sejak dulu berperan dalam fermentasi yang bersifat alkohol dimana produk utama dari metabolismenya adalah etanol. Saccharomyces
cerevisiae adalah jenis yang utama yang berperan dalam produksi minuman
beralkohol seperti bir dan anggur dan juga digunakan untuk fermentasi adonan dalam perusahaan roti.
5. Kapang
Kapang jenis-jenis tertentu digunakan dalam persiapan pembuatan beberapa macam keju dan beberapa fermentasi bahan pangan Asia seperti kecap dan tempe. Jenis-jenis yang termasuk golongan Aspergillus, Rhizopus,
dan Penicillium sangat penting dalam kegiatan tersebut. Ragi tempe yang
inokulum tempe dalam bentuk tepung dan menghasilkan tempe yang berkualitas untuk skala laboratorium. Miselium Rhizopus lebih panjang ukurannya, sehingga tempe yang dihasilkan tampak lebih padat, pertumbuhan kapang lebih baik, dan nilai nutrisi tempe meningkat. Kapang Rhizopus
oryzae juga dapat mengubah aroma langu kedelai menjadi aroma khas tempe
(Sukardi et al., 2008). Menurut Sarwono (2008) penggunaan Rhizopus pada pembutan tempe mampu meningkatkan kadar protein tempe menjadi 19,5 %, lemak 4 %, Karbohidrat 9,4%, dan vitamin B12 serta kandungan protein yang meningkat juga mengandung 8 asam amino esensial
Dalam proses fermentasi, mikroorganisme harus mempunyai tiga karakteristik penting yaitu:
a. Mikroorganisme harus mampu tumbuh dengan cepat dalam suatu substrat dan lingkungan yang cocok untuk memperbanyak diri.
b. Mikroorganisme harus memiliki kemampuan untuk mengatur ketahanan fisiologi dan memilki enzim-enzim esensial yang mudah dan banyak supaya perubahan perubahan kimia yang dikehendaki dapat terjadi. c. Kondisi lingkungan yang diperlukan bagi pertumbuhan harus sesuai
supaya produksi maksimum.
lingkungan hidupnya dibuat sesuai untuk pertumbuhannya, dimana aktivitas dan pertumbuhan bakteri asam laktat dirangsang karena adanya garam, contohnya pada pembuatan sayur asin. Fermentasi tidak spontan adalah fermentasi yang terjadi dalam bahan pangan yang dalam pembuatannya ditambahkan mikrorganisme dalam bentuk starter atau ragi, dimana mikroorganisme tersebut akan tumbuh dan berkembangbiak secara aktif merubah bahan yang difermentasi menjadi produk yang diinginkan, contohnya pada pembuatan tempe dan oncom (Suprihatin , 2010).
D.Tepung Mocaf
Tabel 2. Syarat mutu tepung mocaf (SNI 7622-2011)
No Kriteria Uji Satuan Persyaratan
1 Keadaan
1.1 Bentuk - serbuk halus
1.2 Bau - normal
1.3 Warna - putih
2 Benda asing - tidak ada
3 Serangga dalam semua bentuk stadia dan potongan-potongannya yang tampak
- tidak ada
4 Kehalusan
4.1 Lolos ayakan 100 mesh (b/b) % min. 90
4.2 Lolos ayakan 80 mesh (b/b) % 100
5 Kadar Air (b/b % maks. 13
6 Abu (b/b)
% maks. 1,5
7 Serat kasar (b/b) % maks. 2,0
8 Derajat putih (MgO = 100) - min. 87
9 Belerang dioksida (SO2) µg/g negatif
10 Derajat asam mL
NaOH 1 N/100 g
maks 4.0
11 HCN mg/kg maks. 10
12 Cemaran logam
12.1 Kadmium (Cd) mg/kg maks. 0,2
12.2 Timbal (Pb) mg/kg maks. 0,3
12.3 Timah (Sn) mg/kg maks. 40,0
12.4 Merkuri (Hh) mg/kg maks. 0,05
13 Cemaran arsen (As) mg/kg maks. 0,5
14 Cemaran mikroba
14.1 Angka lempeng total (35 ºC, 48 jam) koloni/g maks. 1 x 105
14.2 Escherichia coli APM/g maks. 10
14.3 Bacillus cereus koloni/g <1 x 104
14.4 Kapang koloni/g maks. 1 x 104
Sumber : BSN (2011)
diproses menggunakan prinsip modifikasi sel singkong secara fermentasi, dimana bakteri asam laktat mendominasi selama fermentasi tepung singkong ini. Mikroba yang tumbuh menghasilkan enzim pektinolitik dan selulolitik yang dapat menghancurkan dinding sel singkong sedemikian rupa sehingga terjadi liberasi granula pati. Mikroba tersebut juga menghasilkan enzim-enzim yang menghidrolisis pati menjadi gula dan selanjutnya mengubahnya menjadi asam-asam organik, terutama asam-asam laktat. Selain itu, bakteri asam-asam laktat juga aman untuk pengolahan produk pangan, tidak menghasilkan toksin, sehingga sering disebut sebagai mikroorganisme yang meningkatkan nilai makanan (food grade
microorganism). Bakteri asam laktat memiliki fungsi sebagai agen yang dapat
mengawetkan pangan karena menghasilkan senyawa antimikrobia berupa asam organik, hidrogen peroksida, diasetil, bakteriosin, etanol, dan potensial redoks yang rendah (Subagio, 2008).
Saat ini teknik fermentasi yang digunakan untuk menghasilkan tepung
mocaf umumnya menggunakan bakteri asam laktat dan enzimatis. Berbagai
berbau khas singkong. Pada dasarnya teknik fermentasi bisa dikembangkan untuk menghasilkan tepung mocaf yang memiliki tekstur lebih baik. Hal ini telah banyak dilakukan oleh para produsen tepung mocaf (Salim, 2011).
Cara meningkatkan kandungan protein pada tepung mocaf yaitu salah satunya dengan penambahan Protein Sel-Tunggal (PST). Protein sel-tunggal (PST) adalah sel khamir, kapang, bakteri, dan ganggang yang tumbuh dan berisi protein. Sel-sel mikroba ini juga mengandung karbohidrat, lemak, vitamin, dan mineral. Produk protein sel tunggal kemungkinan dapat digunakan sebagai makanan manusia dan makanan ternak. Protein sel tunggal mempunyai potensi yang penting sebagai sumber asam amino, protein, vitamin, dan mineral yang disusun dari bahan non-pangan atau limbah (Sa’id, 1987).
Salim (2011) mengungkapkan bahwa tepung mocaf memiliki kandungan nutrisi yang berbeda dari tepung terigu. Perbedaan kandungan nutrisi yang mendasar adalah tepung mocaf tidak mengandung zat gluten yaitu zat yang hanya ada pada terigu, yang menentukan kekenyalan makanan. Berikut merupakan perbandingan komposisi kandungan kimiawi antara tepung terigu dengan tepung mocaf.
Tabel 3. Kandungan tepung terigu vs tepung mocaf
No Komponen Mocaf Terigu
1 Kadar air 6,9 % 12 %
2 Kadar protein 1,2 % 8-13 %
3 Kadar abu 0,4 % 1,3 %
4 Kadar pati 87,3 % 60-68 %
5 Kadar serat 3,4 % 2-2,5 %
6 Kadar lemak 0,4 % 1,5-2 %
Sumber : Salim (2011)
Menurut Salim (2011) pada tepung mocaf dengan pengeringan yang optimal, kadar air mencapai 6,9 %, sedangkan pada tepung terigu kandungan air mencapai rata-rata 12,0%. Kadar air pada tepung mocaf yang lebih rendah menyebabkan tepung ini lebih tahan terhadap pertumbuhan jamur yang dapat menyebabkan kerusakan produk. Tepung mocaf memiliki umur simpan yang lebih lama dibandingkan terigu.
gluten yang ada pada tepung. Gluten itu sendiri mempengaruhi kekenyalan dan elastisitas tepung.
Sementara itu, kandungan abu pada tepung mocaf mencapai 0,4 %, sedangkan pada terigu mencapai 1,3%. Kadar abu mempengaruhi warna produk. Kadar abu pada tepung mocaf lebih rendah dibandingkan tepung terigu. Dari Wujudnya, tepung mocaf memiliki warna yang lebih putih dibandingkan dengan tepung terigu.
Kadar pati (starch content) pada tepung mocaf kurang lebih 87,3 %, sedangkan pada tepung terigu berkisar antara 60-68 %. Kadar pati tepung mocaf yang lebih tinggi dibandingkan dengan tepung terigu disebabkan oleh bahan baku singkong yang kaya dengan karbohidrat yang merupakan sumber pati. Sedangkan serat kasar pada tepung mocaf adalah sekitar 3,4 % dan kadar serat pada tepung terigu berkisar 2-2,5%. Kadar serat pada tepung terigu yang lebih rendah mengakibatkan tepung terigu memiliki karakteristik lebih lembut dan gelasi yang lebih tinggi dibandingkan tepung mocaf. Sedangkan kadar lemak pada tepung terigu adalah 0,4 % dan kadar lemak pada terigu berkisar 1,5 %-2% (Salim, 2011).
Mocaf (modified cassava flour) telah banyak dibuat dengan cara
Kandungan protein yang tinggi diduga karena jenis ragi ini memiliki kandungan
Rizopus oryzae yang cukup tinggi dan kemampuan Rhizopus oryzae untuk
