Universitas Pakuan, Bogor 1 MODIFIKASI DAN KARAKTERISASI PATI NANOPARTIKEL DARI PATI TALAS BENENG (Xanthosoma undipes K.Koch) DAN GARUT (Maranta arundinacea L) DENGAN METODE HIDROLISIS ASAM Mar’atun Uswah 1) , Ade Heri Mulyati 1) , Christina Winarti 2) 1) Program Studi Kimia Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam Universitas Pakuan, Bogor 2) Balai Besar Penelitian dan Pengembangan Pasca Panen Pertanian Jl. Tentara Pelajar No. 12A Cimanggu Bogor 16114 ABSTRAK Talas beneng (Xanthosoma undipes K. Koch) dan garut (Maranta arundinaceae L) adalah sumber pati yang belum banyak dieksplorasi. Untuk memperluas aplikasinya pati tersebut perlu dimodifikasi. Pati alami dibuat dengan menggunakan ekstraksi basah. Pati alami disintesis menjadi pati nanopartikel dengan hidrolisis asam. Karakterisasi pati nanopartikel meliputi morfologi permukaan, distribusi ukuran partikel, kristalinitas, sifat termal dan sifat fungsionalnya meliputi daya pengembangan, kelarutan dan daya cerna. Hasil penelitian menunjukkan bahwa rendemen pati talas beneng alami menggunakan metode ekstraksi basah sebesar 3,38% sedangkan pati garut alami sebesar 16,13%. Rendemen pati nanopartikel yang tertinggi pada pati talas beneng dengan perlakuan H 2 SO 4 3,16 M waktu hidrolisis selama 5 hari sebesar 21,64% dengan morfologi granula pati tidak teratur, ukuran partikel: 379,2 nm, kristalinitas: 87,3%, ∆H: 25,3068 J/g, daya pengembangan 0,29%, kelarutan 92,45% dan daya cerna pati 148,67%. Rendemen pati nanopartikel yang tertinggi pada pati garut dengan perlakuan H 2 SO 4 3,16 M waktu hidrolisis selama 5 hari sebesar 33,83% dengan morfologi granula pati tidak teratur, ukuran partikel: 464,4 nm, kristalinitas: 77,5%, ∆H: 65,2330 J/g, daya pengembangan 0,01%, kelarutan 92,45% dan daya cerna pati: 158,11%. Kata Kunci: Talas beneng, garut, hidrolisis asam, pati nanopartikel PENDAHULUAN Pati merupakan karbohidrat yang berfungsi sebagai sumber pangan karena fungsinya adalah penstabil tekstur dan penentu karakteristik pangan. Akan tetapi pati alami memiliki kelemahan antara lain karakteristiknya tidak larut dalam air dingin, sifatnya terlalu lengket, tidak tahan perlakuan asam, waktu pemasakan lama, pasta yang terbentuk keras dan tidak bening (Koswara, 2009). Oleh karena itu untuk memperluas aplikasinya pati perlu dimodifikasi. Sifat-sifat penting yang diinginkan dari pati termodifikasi diantaranya adalah kecerahannya lebih tinggi, kekentalannya lebih rendah, gel yang terbentuk lebih jernih, granula pati lebih mudah pecah, waktu dan suhu gelatinisasi yang lebih tinggi (Koswara, 2009). Modifikasi beberapa jenis pati yaitu tapioka, sagu dapat menghasilkan pati nanopartikel yang berfungsi sebagai matriks pengikat bahan aktif herbal dan bakteri asam laktat (Sunarti et al., 2014). Sumber pati yang belum banyak dikembangkan antara lain talas beneng dan garut. Talas dilaporkan memiliki kadar pati 70-80% dengan butiran kecil (Jane et al., 1992). Umbi garut merupakan jenis umbi komoditas lokal Indonesia dan berfungsi sebagai sumber karbohidrat yang sebagian besar penyusunnya adalah pati. Kelebihan dari
13
Embed
MODIFIKASI DAN KARAKTERISASI PATI …perpustakaan.fmipa.unpak.ac.id/file/e-jurnal Maratun 06211219.pdf · suhu gelatinisasi yang lebih tinggi (Koswara, 2009). Modifikasi beberapa
This document is posted to help you gain knowledge. Please leave a comment to let me know what you think about it! Share it to your friends and learn new things together.
Transcript
Universitas Pakuan, Bogor
1
MODIFIKASI DAN KARAKTERISASI PATI NANOPARTIKEL DARI PATI TALAS
BENENG (Xanthosoma undipes K.Koch) DAN GARUT (Maranta arundinacea L)
DENGAN METODE HIDROLISIS ASAM
Mar’atun Uswah 1)
, Ade Heri Mulyati 1)
, Christina Winarti 2)
1) Program Studi Kimia Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam
Universitas Pakuan, Bogor 2) Balai Besar Penelitian dan Pengembangan Pasca Panen Pertanian Jl. Tentara Pelajar
No. 12A Cimanggu Bogor 16114
ABSTRAK
Talas beneng (Xanthosoma undipes K. Koch) dan garut (Maranta arundinaceae L)
adalah sumber pati yang belum banyak dieksplorasi. Untuk memperluas aplikasinya pati tersebut
perlu dimodifikasi. Pati alami dibuat dengan menggunakan ekstraksi basah. Pati alami disintesis
menjadi pati nanopartikel dengan hidrolisis asam. Karakterisasi pati nanopartikel meliputi
morfologi permukaan, distribusi ukuran partikel, kristalinitas, sifat termal dan sifat
fungsionalnya meliputi daya pengembangan, kelarutan dan daya cerna.
Hasil penelitian menunjukkan bahwa rendemen pati talas beneng alami menggunakan
metode ekstraksi basah sebesar 3,38% sedangkan pati garut alami sebesar 16,13%. Rendemen
pati nanopartikel yang tertinggi pada pati talas beneng dengan perlakuan H2SO4 3,16 M waktu
hidrolisis selama 5 hari sebesar 21,64% dengan morfologi granula pati tidak teratur, ukuran
partikel: 379,2 nm, kristalinitas: 87,3%, ∆H: 25,3068 J/g, daya pengembangan 0,29%, kelarutan
92,45% dan daya cerna pati 148,67%. Rendemen pati nanopartikel yang tertinggi pada pati garut
dengan perlakuan H2SO4 3,16 M waktu hidrolisis selama 5 hari sebesar 33,83% dengan
morfologi granula pati tidak teratur, ukuran partikel: 464,4 nm, kristalinitas: 77,5%, ∆H: 65,2330
J/g, daya pengembangan 0,01%, kelarutan 92,45% dan daya cerna pati: 158,11%.
Kata Kunci: Talas beneng, garut, hidrolisis asam, pati nanopartikel
PENDAHULUAN
Pati merupakan karbohidrat yang
berfungsi sebagai sumber pangan karena
fungsinya adalah penstabil tekstur dan
penentu karakteristik pangan. Akan tetapi
pati alami memiliki kelemahan antara lain
karakteristiknya tidak larut dalam air dingin,
sifatnya terlalu lengket, tidak tahan
perlakuan asam, waktu pemasakan lama,
pasta yang terbentuk keras dan tidak bening
(Koswara, 2009). Oleh karena itu untuk
memperluas aplikasinya pati perlu
dimodifikasi.
Sifat-sifat penting yang diinginkan
dari pati termodifikasi diantaranya adalah
kecerahannya lebih tinggi, kekentalannya
lebih rendah, gel yang terbentuk lebih jernih,
granula pati lebih mudah pecah, waktu dan
suhu gelatinisasi yang lebih tinggi
(Koswara, 2009).
Modifikasi beberapa jenis pati yaitu
tapioka, sagu dapat menghasilkan pati
nanopartikel yang berfungsi sebagai matriks
pengikat bahan aktif herbal dan bakteri asam
laktat (Sunarti et al., 2014). Sumber pati
yang belum banyak dikembangkan antara
lain talas beneng dan garut. Talas dilaporkan
memiliki kadar pati 70-80% dengan butiran
kecil (Jane et al., 1992). Umbi garut
merupakan jenis umbi komoditas lokal
Indonesia dan berfungsi sebagai sumber
karbohidrat yang sebagian besar
penyusunnya adalah pati. Kelebihan dari
2
pati garut adalah mempunyai daya cerna
yang cukup tinggi sehingga dapat
digolongkan ke dalam pati yang mudah
dicerna, dan memiliki kadar amilosa yang
tinggi (Faridah et al., 2014).
Modifikasi dengan hidrolisis asam
akan menghasilkan pati dengan sifat lebih
encer jika dilarutkan, lebih mudah larut dan
berat molekulnya lebih rendah (Koswara,
2009). Pati nano dapat dihasilkan dengan
cara hidrolisis menggunakan HCl 2,2 N atau
H2SO4 3,16 M pada suhu 35-45⁰C (Angelier
et al., 2004).
BAHAN DAN METODE
Alat dan Bahan
Alat yang digunakan dalam
penelitian ini adalah baskom, pisau, loyang,
kain penyaring, kertas saring 110 mm,
blender, oven, penggiling disc mill ayakan,
neraca, cawan porselin, kaca arloji, tanur,
labu ukur, erlenmeyer, beaker glass, pipet
ukur, tabung reaksi, pendingin tegak, pH
meter, desikator, penangas air, sentrifuge,
soxlet, labu kjeldhal, glukometer dan shaker
inkubator, Instrumen spektrofotometri UV-
Vis, ultraturax (IKA®
T2S digital), ultrasonik
(Sonicators QSonica, LLC, model Q700),
SEM (ZEISS, type: EVO MA 10), PSA
(Delsa Nano, C Beckman Coulter), XRD
(Shimadzu diffractometer), DSC (Perkin-
Elmer Co, Norwalk, CT), dan RVA.
Bahan baku yang digunakan adalah
umbi talas beneng dan garut yang berasal
dari daerah Banten. Bahan kimia yang
digunakan antara lain NaCl 5 %, glukosa
murni, NaOH, H2SO4 pekat, etanol teknis,
etanol pekat, HCl pekat, fenol 5 %, aquades,
asam asetat 1 N, iod, amilosa murni,
campuran selenium, indikator PP, asam
borat 2 %, hexana, enzim pankreatin, enzim
amilase, enzim pepsin dan enzim
amiloglukosidase, dan natrium azida.
METODE PENELITIAN
Ekstraksi Pati Talas Beneng Metode
Basah (Rawuh, 2008, Tinambunan et al.,
2014) Umbi talas ditimbang 88,65 kg lalu
dikupas dari kulit luarnya dan ditiriskan.
Umbi talas kemudian dicuci bersih dan
direndam selama kurang lebih 5 atau 10
menit menggunakan perbandingan talas dan
air 1 : 4 hingga bersih. Selanjutnya umbi
talas direndam selama kurang lebih 1 jam
dengan air garam (NaCl 5 %) yang telah
disiapkan sebelumnya. Umbi talas dicuci
kembali dan perendamannya selama 5 menit
dengan air bersih untuk menghilangkan
garam mineral. Umbi talas kemudian diparut
halus menjadi bubur dengan perbandingan
talas : air (1 : 5) dan disaring dengan kain
saring. Kemudian didiamkan sampai
mengendap selama 12 jam. Cairan diatas
endapan dibuang, pasta diletakkan diatas
loyang dan dikeringkan dengan
menggunakan oven pada suhu 45oC selama
22 jam. Pati kasar dihaluskan dengan alat
penggiling dan diayak dengan ayakan 100
mesh. Pati talas dikemas dalam plastik dan
disimpan siap digunakan.
Ekstraksi Pati Garut Metode Basah
(Faridah et al., 2010)
Umbi garut (21,9 kg) dibersihkan,
dikupas dan dicuci dengan air bersih.
Kemudian direndam dengan air selama 1
jam, diblender atau diparut dengan
perbandingan umbi : air sebesar 1 : 3,5.
Selanjutnya dilakukan penyaringan,
pengendapan pati, pencucian dan
pengeringan pati dengan menggunakan oven
pada suhu 50°C. Pati garut kering digiling
dengan menggunakan disc mill, kemudian
disaring dan diayak dengan ayakan 100
mesh dan ditimbang bobot pati garutnya.
Karakterisasi Pati Alami
Karakterisasi sifat kimia meliputi:
kadar air, kadar abu, kadar protein, kadar
lemak, kadar karbohidrat, kadar pati, kadar
3
amilosa, kadar amilopektin, dan kadar gula
total.
Modifikasi Pati dengan Hidrolisis Asam
(Angelier et al., 2004)
Pati alami ditimbang sebanyak 29,4
gram dan dibuat suspensi masing-masing
dalam larutan 150 mL H2SO4 3,16 M dan
HCl 2,2 N. Kemudian suspensi pati
diinkubasikan pada suhu 40ºC selama 3 dan
5 hari dengan menggunakan shaker
inkubasi. Suspensi pati yang telah
mengalami perlakuan asam pada hari yang
telah ditentukan kemudian disentrifuge dan
dicuci dengan aquades. Setelah itu,
dinetralkan dengan menggunakan NaOH
sampai netral (pH 7,0), dilanjutkan dengan
ultraturax pada kecepatan 13000 rpm selama
2 menit, lalu diultrasonik dengan amplitudo
40 selama 30 menit, kemudian ditambahkan
Natrium Azida, lalu disaring dengan kertas
saring. Setelah itu dicuci dengan etanol.
Kemudian endapan dikeringkan dengan
menggunakan freeze dryer hingga mencapai
kadar air sekitar 10%. Setelah kering pati
digiling dengan disc mill dan disaring
kemudian diayak dan disimpan dalam
freezer sampai digunakan.
Uji Morfologi Permukaan dengan SEM Pati nanopartikel dan pati alami
dikarakterisasi dengan alat (ZEISS, type:
EVO MA 10) Analytical Scanning Electron
Microscope (di Balai Pasca Panen,
Cimangggu, Bogor). Masing-masing
sebanyak 0,3 gram serbuk pati nanopartikel
dan pati alami dimasukkan ke dalam plat
platinum, kemudian permukaannya dilapisi
dengan emas. Plat platinum kemudian
dimasukkan ke dalam alat SEM coating unit
selama 15 menit. Selanjutnya, nanopartikel
diamati dengan SEM yang telah terhubung
dengan komputer. SEM diatur dalam
keadaan vakum dengan tegangan 20kV.
Perbesaran diatur berdasarkan visualisasi
terbaiknya.
Uji Distribusi Ukuran Partikel (PSA)
Distribusi ukuran partikel diukur
dengan Particle Size Analyzer (PSA)
berdasarkan prinsip Dynamic Light
Scattering (Delsa Nano, C, Beckman
Coulter). Pati nanopartikel didispersi dengan
metanol, kemudian diukur distribusi partikel
dan indeks polidispersitasnya.
Uji Kristalinitas dengan XRD
Sekitar 200 mg pati nanopartikel dan
pati alami dicetak langsung pada aluminium
ukuran 2 x 2,5 cm2
dengan bantuan perekat.
Pati nanopartikel dan pati alami
dikarakterisasi menggunakan alat difraksi
sinar X (Shimadzu Diffractometer) dengan
sumber Cu (λ= 1,5406 Å). Rentang derajat
2θ yang digunakan antara 5-35°.
Uji Sifat Termal dengan DSC
Sifat termal pati nanopartikel dan
pati alami diamati dengan alat Differential
Scanning Calorimetry Perkin-Elmer
(Perkin-Elmer Co, Norwalk, CT). Masing-
masing sebanyak 7 mg pati nanopartikel dan
pati alami ditimbang secara akurat dalam
plat aluminium dan selanjutnya ditutup
secara hermetik dan disetimbangkan selama
satu jam sebelum dianalisis, lalu
dimasukkan pada alat dan dipanaskan
dengan kecepatan pemanasan 10°C/menit
dari suhu 30 sampai 120°C. Peak
temperature (Tp) dan entalpi (∆H) dihitung
secara otomatis.
Uji Daya Pengembangan (Leach et al.,
1959)
0,1 gram pati nanopartikel dan pati
alami dilarutkan dalam aquades 10 mL,
kemudian larutan dipanaskan menggunakan
water bath dengan temperatur 60⁰C, 70⁰C,
80⁰C dan 90⁰C selama 30 menit. Supernatan
dipisahkan menggunakan sentrifuge dengan
kecepatan 2500 rpm selama 15 menit. Daya
pengembangan dihitung dengan rumus: Berat pasta (gram )
Berat sampel kering (gram ) x 100 %
Uji Kelarutan (Kainuma et al., 1967)
0,1 gram pati nanopartikel dan pati
alami dilarutkan ke dalam 10 mL aquades,
4
kemudian larutan dipanaskan dalam water
bath dengan temperatur 60⁰C, 70⁰C, 80⁰C
dan 90⁰C selama 30 menit. Supernatan
dipisahkan menggunakan sentrifuge dengan
kecepatan 2500 rpm selama 15 menit lalu
diambil 10 ml untuk dikeringkan dalam
oven dan dicatat berat endapan keringnya.
Kelarutan (%) = Berat endapan kering (gram )
Berat Sampel (gram ) x 100 %
Uji Daya Cerna Pati (Sopade dan Gidley,
2009)
Sebanyak 500 mg pati nanopartikel
dan pati alami ditimbang di dalam labu
erlenmeyer 100 mL, lalu ditambahkan 1 mL
artificial saliva yang mengandung α-amilase
(250 U/mL buffer karbonat) selama 15-20
detik. Sampel ditambahkan 5 mL pepsin (0,1
gram pepsin dilarutkan dalam 100 mL HCl
0,02 M). Sampel diinkubasi pada suhu 37°C
selama 30 menit dan dinetralisasi dengan 5
mL NaOH 0,02 M. Sebelum pH menuju 6,
sampel ditambahkan 25 mL buffer natrium
asetat 0,2 M, 5mL pankreatin (2 mg/mL
buffer asetat) dan 5 mL amiloglukosidase
(28 U/mL buffer asetat). Larutan diinkubasi
dan dilanjutkan dengan pengukuran
konsentrasi glukosa dengan menggunakan
glukometer GlucoDrTM
pada menit ke-30.
Daya cerna pati dihitung dengan
menggunakan persamaan berikut:
Daya Cerna Pati (%) = 0,9 x G x fp x 0,055 x 180 x V