-
P /1
PHYSICAL AND CHEMICAL PROPERTIES AND PROTEIN CHARIETERISTICS OF SOME INDONESIAN RICE VARIETIES
DJOKO SAID DAMARDJATI
7951 2
GRADUATE SCHOOL BOGOR AGRICULTURAL UNIVERSITY
1983
RINGKASAN
DJOKO SAID DAMWXATI. &&erapa
S i f a t Fisiko-Khia dan S i f a t Protein Beras.
Padi Indonesia (~ibawahbhbingan SXWARD, T. SEARPO,
sebagai K e t u a , HARI S u m , B x i z i , M. ANWAR NUR dan B .H. Siwi' sebagai an9gota).
Buah tanamm padi berupa k r a s ml-cIpakan bahan pangan pkok
Indonesia.
&pat
di
Betapa pentingnya Mas bagi kehidupan bangsa Indonesia
dikaji daxi peranan M a s dalam a @
budaya bangsa
.
ekorud., sasialmupun
D a l a m bidang ekommi , beras mrupakan smhr pendapat-
an sebagian besar rakyat Indonesia, sebagai i1~3ek.s kestabilan ekonani dan sebagai landasan utama kebijaksanaan pangan pemerintah.
Sebagai
bahan pangan pkok b a s mymbangkan sekitar 4 0 s a c p i 80 persexi kalori dan 4 5 sat@ Indonesia.
55 persen protein &lam
rata-rata ten- rakyat
Smrbangan beras dalam rrengisi kebutuhan g i z i tersebut
makin besar pada lapisan yarg berpenghasilan makin rendah.
'
Xeberhasdan pxerintah d a l a m mzningkatkan p r d u k s i beras nasional
tidak lepas dari usaha-usaha p e n g h g a n dan pakitan varietas oleh
para pmulia padi yang dikcordinasi dalam Program Penelitian Padi Terpadu (QiU) yanq m q h a s i l k a n varietas-varietas ungqul beqmkensi h a i l tinggi, tahan
ungqul lainnya.
dan penuakit, berunnur perdek &in s i f a t
A k a n tetapi adanya peninqkatan produksi beras dari
s i f a t , mutu dan nilai g i z i k a s .
Pembeli juga d i h d a p k a n pada ke-
sulitan dalam rren en-
jenis dan mutu beras yang dikehendaki.
Pengertian dan kriteria mutu beras di Indonesia belum seragam. Secara
mutu beras dapat dibagi atas mutu pasar (market q u a l i t y ) ,
mutu tanak dan citarasa (cooking and eating quality) dan mutu g i z i
(nutritive quality)
.
W a r n pengadaan pangan, B
f i s i k sebagai kxiteria m t u k a s , yaitu
W mnggunakan s i f a t
: kadar
air, derajat sosoh n
beras patah, butir mengapur, b u t i r asing dan kotoran.
Standar mutu
dari BULOG tersebut lebih b e r s i f a t sebaqai standar penyimpanan &i
DL psaran, harga beras juga ditentukan oleh jenis atau varietas
m YW
yai hubungan dengan m t u citarasa.
Kriteria ini tidak
didasarkan atas standar tertentu tempi lebih aitentukan oleh pre-
ferensi k5nwmn.
Padi bulu m y a dinilai lebih tinggi dibandingkan
dengan jenis padi indika lokal (cere) atau varietas unggul. disebabkan adanya angg-
H a l ini
bahwa Gsi dari padi bulu lebih p u l e . dan
brim d i b a d b g k a n dari jenis padi lainnya.
Faktor lain yang d-t
g i z i proteirmya.
digolonqkan dalam mutu h a s adalah nilai
Walaupun mutu protein beras dianggap tertinggi di-
a f h r a -rotein serealia lainnya, karena kandungan asam amino l i s i n yang tinggi, tetapi adanya
penurunan n i l a i m
rasakan d;wt r c s q u h h anggapan tersebut diatas. mrupakan smkr utama protein dalam
a protein akibat pe-
Karena protein beras
m u mkanan perduduk Indonesia,
nasalah ini p l u m d a p a t perhatian dalarn penelitian. Iz'aksud dan T~JLZTI 3%~-
pertimbangan tersebut diatas maka dilakukan penelitian
rerhadap s i f a t f~sikc-kimiadan protein Was dari varietas-veriatas
padi di I d o n e s i a .
P e n e l i t i a n ini bermaksud untuk
mgetahui fakto~'
f a k t o r yang mnentukan mutu pasar, mutu taMk dan c i t a r a s a nasi serta p d x d a a n yang ada d a r i s i f a t - s i f a t t e r s e b u t diantara t i g a kcl-k pah; bulu, indika lccal ( a x e ) dan unggul baru.
Penelitian
juga
dimaksu3kan untuk nwgetahui f a k t o r dan s i f a t padi bulu yang dianggap lebih disukai oleh k o n m .
Tujuan yang i n g i n dicapai adalaMunt*
dapat mnetapkan kritesia rmtu beras yang diterim secara nasional. Kriteria ini 'khxapkan juga d a p t digunakan sebagai dasar perrolliaan
tanaman padi Warn m e r a t v a r i e t a s unggul, dan dalam rangka standarisasi mutu gabah dan beras. Penelitian terfiadap m t u protein beras terutarm ditekKlkan pada k a r a k t e r i s a s i dan p3ngaruh ~ s a k a terhadap n nilai cerna butiran prutein (protein bodies) beras, dengan t u j u m untuk mendapatkan ke
-
mmgkimn usaha m s r p r b a i k i m t u protein beras dan sebagai i n f o m s i
kepada para ahli g i z i dalam m g a d a k a n evaluasi protein b a s .
$.
Duapuluh t i g a v a r i e t a s padi digunakan dalam p e n e l i t i a n ini, terdiri dari 12 v a r i e t a s bulu, 6 varietas indika lokal ( e r e ) dan 5 va-
rietas indika unggul baru (WIW)
.
Diantara a n t o h padi bulu, t e r d a p t
varietas m j o l e l e yang p p u l e r di J a w a Tengah, dan Cendrawati liawarabatu yang dikenal s&agai
dan
beras Cianjur.
Bmm analisis s i f a t fisik dilakukan W a p gabah dan beras g i l i n g , yaitu
: densitas karnbah
gabah, kardurqan sekam, rend-
b a s k e m a dan ukuran s e r t a bentuk b u t b bras.
Terhadap beras
g i l i n g dilakukan 6 macam analisis s i f a t kimia yang meliputi kadax gni-
losa, kadar protein, nilai a l k a l i , s i f a t konsistensi g e l , m j a n q a n b i j i dan p l a amilografi Brabander d a r i tepung beras.
~ n a l i s ' i syang
sama juqa dilakukan terhadap p a t i yang d i i s o l a s i dari tepung beras. Mutu c i t a r a s a nasi ditetapkan secara subjektif dengan mtcda pen i l a i a n hedonik terhadap rasa, kepulenan dan aroma nasi, menqskor 1 sam@ 5 dengan angka makin t i n g g i menunjukkan m3kin disukai. A d i s i s secara obyektif terhadap kekerasan dan kelengketan nasi di-
lakukan dengan menggmakan a l a t Uji Pangan Instron. Penelitian terhadap protein beras meliputi karakterisasi
dari
ekstrak protein, butiran protein dan butiran protein tak ter-
+an
mg-
s i s t i m f r a k s h a s i kelarutan, SDS-elektroforesis gel, kiunrats-
grafi f i l t r a s i gel dan analisis asam amino, s e r t a observasi struktur
butiran protein dengan mikroskop elektron.
Penelitian juga rrencakup
pengamh pencernaan -i n v i m terhadap struktur, k m p s i s i dan s i f a t b u t k a n protein beras.
HASIL %
Mutu Pasar dan Eutu Giliny Mutu pasar dan mutu giling terutama ditentukan oleh s i f a t f i s i k gabah dan beras.
Hasil
komponen utarna dapat m g e l m p k k a n
s i f a t gabah dan h a s sebaqai kriteria mutu pasar beras, yaitu
: ren-
derren beras g i l i n g atau kandmgan sekam, ukuran dan bentuk beras, den-
sitas kambah gabah dan r e d m e n beras kepala. Mutu pasar d a r i padi bulu dan kedua j e n i s padi indika dapat
di-
bedakan berdasarkan s i f a t f isiknya.
Padi bulu rm'rpunyai densitas,
kmnbah gabah yang rendah akibat adanya bulu pada ujung b i jinya,
dan
cenderung rmrpmyai kandungan sekam yang rendah walaupun k e r a g m y a
cu?ap besar.
Sedangkan padi indika lokal dan unggul baru tidak me-
nunjukkan adaqa perkdaan s i f a t fisik diantara keduanya.
Padi bulu mwpunyai W a n b r a s p d e k sam@
sedang ( 5 - 2
- 6.5
! i
m) kemali Rojolele dan Seratus malam yang tergolong panjang rnn)
.
pad.^ Mika lokal dan unggul baru
Sedangkan kel-k
b a s herukuran sedang s q a i pan jaw^ (5.5
-
mtu
-
mnpuhyai
6 .%m). Xetiga k e l w k
p d tersebut ~ pada urmnrmya mempunyai h t u k beras sedang
(panjang/lebar = 2.1
() 6.6
sarrq>ai lonjong
3.2).
Tanak dan Citarasa M t u tan& dan citarasa n a s i tidak rrempunyai hubungan dengan s i f a t
f i s i k Mas, tetapi lebih ditentukan 01th s i f a t kimia dan fisiko-kimia beras, terutam s i f a t patinya.
Dari 23 variabel pengamatan . s i f a t
fisikokinua Mas dan p a a y a texhadap 23 m i e t a s padi, &dasarkan
kcmponen m,dapat dikelomp3kkan menjadi 5 dimensi varia-
&sis
be1 s i f a t fisikokimia beras, yaitu
: kadar amilosa, suhu g e l a t i n i s i
8.
kadar protein, konsistensi gel dan pernanjangan b i j i .
K e l h s i f a t ini
dapat d i j a d b sebagai bagian dari k r i t e r i a mutu tanak dan citarasa
mi. ra_rtu' tan&
k o n m .
dan citarasa w
a
n penilaian yang rrenentukan bagi
Pergploqan jenis padi atas kel-k
( m e ) dan m g u l
bulu, indika lokal
baru yang oleh masyarakat dianggap m~mpunyaiper-
h=daan m.Ym tanak dan citarasa temyata dalam penelitian ini tidak te*ukti.
Citarasa nasi ditentukan oleh n i l a i kepu1enan dan arum yang
keduanya diukur dengan u j i oryamleptik.
N i l a i kepulenan n a s i mem-
punyai korelasi negatif dengan s i f a t kekerasan dan p o s i t i f dekgan s i f a t kelengketan nasi yang diukur dengan a l a t Instron.
w, bulu,
t i g a kel-k
Ternyata ke-
indika lokal dan unggul baru, semuanya rrem
pmyai rata-rata dan selarig n i l a i citarasa yang sama d a r i tidak enak (
skor
:
<
2.5 ) s q a i enak ( skor
:
>
*
3.5 ) , sehingga . tidak
dapat dibedakan rnutu citarasanya. Kepulenan nasi mempunyai korelasi negatif dengan kadar amilosa
Mas. . Semua wntoh yang mempunyai n i l a i kepulenan rendah ( $ 2.5) s e l a l u meqnmyai kadar amilosa tergolong tinggi, diatas 25 persen, sebaliknya wntoh-mntoh dengan kadar arnilosa kurang d a r i 25 persen rrempunyai nilai kepulenan dengan selang yang lebih lebar d a r i sedang sari@ tinggi.
Faktor-faktor l a i n ymg juga mmpengaruhi n i l a i kepulen-
an adalah s i f a t konsistensi g e l dan kadar protein serta kennmgkinan suhu g e l a t i n a s i . S i f a t Kimia Protein Beras
Kadar protein &as
beragam denqan selang antara 5.0 s@
10.7
3
persen.
Kelonpk padi unqgul baru mempunyai rata-rata kadaz protein
lebih t b g g i dan lebih seragam (8.0 kel-k
padi bulu (5.0
-
-
8.9 persen) dibaMiingkan dengan
10.2 persen) d m padi indika l o k a l (6.1
-
10.7
pssen). Padi bulu cenderung mempunyai rata-rata kadar protein lebih rendah dibarding dengan kedua kel-k
varietas s
padi indika, walaupun k k r a p a
w Rojolele dan Seratus malam l'mpunyai kadar protein
diatas 9 persen.
(2 95 persen) k%dapat
Sebagian besar protein W a s
diskrit yang disebut qranula protein.
dalarn bentuk
P e n g m t a n denqan mikroskop
elektron &pat dibedakan bent& cadangan protein tersebut di endosperm yang disebut dengan butiran protein (protein kd.ie.5) dan didalam la-
(aleuron grain).
pisan aleuron yang disebut dengan butiran ale-
Hanya sebagian k e c i l d a r i protein beras dalam bent*
protein rratriks
*
yang m l a p i s i granula pati dan sebagai enzim. FYaksinasi protein beras dengan sistim kelaxutan bertahap leh perbandingan fraksi albsebagai 8:14:1:77
:
globulin
:
prolamin
k-
: glutelin
u n t k varietas bulu dan indika lokal, dan 8:12:2:79
unNc varietas unggul baru. Perbedaan kadax protein beras terutama disebbkan oleh perbedaan kandungan f r a k s i g~ute1i.nyang m n p k a n fraksi d a r i protein &as.
ter-
Subfraksinasi denqan SDS-elektroforesis
gel dan f i l t r a s i gel dengan Sephadex G-150 diperoleh t i g a subunit pro-
tein utama dengan berat rrolekul (W) 38 000, 22 000 dan 16 000 y'anq k e m y a rnempkan subfraksi d a r i glutelin.
Dari a n a l i s i s susunan asam amino, skor asam amino dan nilai duga PER cembrmq m u r u n dengan mingkatnya kadar protein k a s .
Akan
btapi p e n m a n mutu protein tersebut secara proporsional lebih k e c i l Skor asam amino untuk
dibandingkan dengan peningkatan kadar protein.
Rojolele (kadar protein 10.2 persen), Serayu (8.6 persen) dan Rendah Padang (6.1 persen) berturut-turut adalah 50.3,
52 - 5 dan 67 -7 sebagai
asam a n k c e t a s berturut-turut adalah metionin dan s i s t i n , lisin dan beonin.
K a r a k t e r i w i Butiran P r o t e i n B e r a s Pengamatan dengan mikroskop elektron d i j m p a i t i g a bentuk butiran protein (BP) yang terdapat d a l a m endosperm &as, ksar ( W a n 1.5
tdLin ( 2
-
3 urn)
.
-
2 m ) , BP bulat kecil (0.3
yaitu
-
: BP
bulat
0.7 urn) dan BP kris-
Bert>eda dengan g r a d a p a t i , h t u k dan stnktur
Karakterisasi Butiran Protein W a s Pengamatan dengan mikmskop elektxon d i j w a i t i g a bentuk but i r a n protein (BP) yang terdapat dalam endosperm beras, yaitu
:
BP
- 2 urn) , BP b u l a t k e c i l ( 0 - 3 - 0.7 urn ) dan (2 - 3 m) . Berbeda dengan granula p a t i , h n t u k dan
bulat k s a r (ukuran 1.5 BP k r i s t a l i n
struktur butiran protein masih &tap utuh setelah perlakuan pemsakan. Bu+aran protein dapat d i - i s o l a s l dmgan proses amilolisis m g gmakan enzim glukoamlase.
Pengamatan dengan mikroskop elektron me-
nunjukkan bahwa butiran protein mask *tap tersebut.
utuh setelah proses i s o l a s i
B u t i r a n protein yang di-isolasi d a r i beras m a p
nasi
msih t e t a p m g h a s i l k a n 3 subunit protein utama dari SI3S-elektrofori-
.
sis gel.
knuluan luga susunan asam amino dari butiran protein juga
sama dengan protein beras, kecuali kandungan asam ammo basa yang
lebih rendah. N i l a i cema -in vitro (dengan pepsin) protein dari butiran protein
beras yang di-isolasi d a r i beras mentah rnenunm d a r i 81.9 &?sen menjadi 75.lpersen setelah pemasakan 3 m e n i t dan 76.5 persen setelah 16 menit.
3
Pencemaan -i n vitro terhadap beras yarig dimasak menghasil-
kan sisa butiran proteln (BP) t a k tercerna 11.5 persen, sedangkan
d a r i beras mtah m g h a s i l k a n s e k l t a r 4 persen.
P e n d u k a n butiran
butiran h protein, protein menggunakan amalgamator, &ngan rraksud n e ~ ~ c a ternyata m u n m k a n nilai c e r ~ protein BP dari k a s mtah sekitar u h i oerna BP dari tepung beras 13 persen, tetapi tidak m q ~ ~ ~ g a r nilai
yany aimasak 16 menit.
BP tak t e r m mmpunyai p l a elektroforesis yang berbeda dengan BP utuh mupun protein beras.
BP tak tercerna nwgandung subunit
protein utama dengan F3M 16 000 d a r i subfraksi g l u t e l i n .
Sedanqkan pada
EP tak t e r m d a r i beras yanq dimasak juqa m q n m y a i s u b h t minor aM 22 000 dan 38 000, t e t a p i dari beras yang dimsak 3 rrenit
juqa
dijmpai subunit minor lain denqan BM 66 000 dan 72 000 d a r i
fraksi
l a r u t qaram (albumin-globulin) Susunan asam
'
.
amino dari EP tak tercerna juqa berbeda dengan BP
utuh ban pmtein beras.
BP tak tercerna menqardmg a-asamDamino
basa (lisin, histidm dan axgirun), asam a s p a r t a t dan g l i s i n lebih rwd.dn, sebaliknya mengandung asam amino h e b e l e r a n g
(metionm dan sis-
tin), leusin serin dan t i r o s i n lebih t i n q g i dari BP utuh dm protein
beras.
BP tak t e r m nwgandung l i s i n jauh l e b i h rendah (kurmg
dari 1persen) dibanding dengan protein beras (L 4 persen)
.
Dengm mikroskop elektron, s t r u k t u BP tak t e r m tamp& mempunyai permukaan yanq kasar berserabut dan pada bagian te.nqah terdapat Fadatan elektnxl, s e k i pada BP bulat besar.
~erdasarkanpengarcatan
tersebut, ditunjang dengan pngamatan elektroforesis dan susunan &am anino, BP tak tercerna kemungkinan besar adalah h g i a n tenqah
dari
BP bulat besar. K E S I M P U L A N 'f.
1.
Walaqun densitas kankah gabah dan suhu g e l a t i n a s i b r a s m?n&&kan
dapat
kelcarp~kbulu dengan indika lokal d m unqgul baru,
tetapi secara mum, s i f a t f i s i k dan fisiko-kimia beras ke tiga k e
1-k
padi tersebut tidak berbeda.
Demikian juga rata-rata mutu
rasa nasi dari padi bulu tidak dapat dibedakan dengan nasi d a r i
padi irdika lokal dan unggul barn.
2.
Lirra s i f a t fisiko-khia beras yang dapat digunakan sebagai kriter i a mutu tanak dan citarasa n a s i , yaitu
:
kadar amilosa, suhu
gelatinasi (ditetapkan dengan u j i alkali), kadar protein, konsistensi gel dan pnanjangan b i j i .
K e l h s i f a t tersebut m s n p & a n
komp3nen u t i n ~dari karakteristik s i f a t fisiko-kimia &as. 3.
Citarasa msi yang enak baqi selera pendduk Jawa ditentukan oleh kepulenan dan m. Kepulenan cbpenqaruhi oleh s i f a t kekerasan dan kelengketan nasi.
N a s i terqolong pulen dan d i n i l a i
enak adalah rrequnyai kadar d l o s a rendah s@
sedang (18 - 25
) suhu gelatinasi rendah persen), konsistensi gel lunak () 6 G ~ m , (
<70°c) mtuk padi bAu dan sedang sarpai t i r g g i (> 70°c) untuk
indika.. 4.
Protein beras sebagian besar t e r d i r i atas fraksi qlutelin (larut larutan a l k a l i ) yang m=punyai 3 saiubunitutama dengan BM 38 000 22 000 dan 16 000 yang mxupakan ciri d a r i ekstrak protein dan
butiran protein h a s . Walaupun p=ningkatan kadar protein cenderung menunmkan m u t u protein beras (diukur bedasarkan skor %,
asam amino dan n i l a i duga PER), t e t a p i kadar protein msih mru-
pakan faktor utama dalam perhitmqan n i l a i g i z i protein bras. 5.
w g i a n besar p r o t e i ~beras t e r s i n p n &&am protein. P-akan
beras
n i l a i -a
h t u k butiran
in vim protein
sekitar 8 persen. Bagian yang tak t e r m mr~.phn bagian tengah dari butiran protein bulat besar. Pendukan butiran protein dari beras mentah dapat mnunmkan nilai oerm protein
6.
Bagian butiran protein tak tercerna mmpunyai karakteristik pro-
tein yang berbeda dengan butiran protein utuh.
Protein tak ter-
oema hanya mgandung satu submit protein utarrn dengan BM 16 000 mgandung s a t u asam
basa terutam l i s i n sangat r e d a h t e
tapi mengandung retionin dan sistin yang tinggi.
1.
Anggapan bahwa padi bulu selalu mempmyai m t u rasa lebih &ik d a r i padi jenis l a i n ternyata tidak terbukti.
m g a n demikian,
di daerah-daerah yanq biasanya rmproduksi padi bulu dapat dianjurkan untuk diganti dengan varietas unggul barn yang mnpunyai
rasa enak dan hasil produksi yang tinggi.
Untuk hal ini m i h
di -
perlukan cara penyuluhan yang tepat. 2.
Dalam erak kit an varietas ungqul u n W c m d a w t k a n mutu rasa yang
enak, m u n j a n g hasil p e l i t i a n t m u l u , disarankan dalam 'pemuliaan d i s q i n g seleksi berdasarkan kadar M l o s a , juga terhadap konsistensi g e l dan suhu g e l a t i n a s i (dengan u j i a l k a l i ) . 3.
*.
Faktor-faktor utama unWc petlentuan k r i t e r i a c i t a r a s a nasi, khusus-
nya kepuLenan bagi penduduk pulau Jam, secara mum sudah dapat diungka-.
Akan t e t a p i untuk daerah Lain masih perlu d i c a r i
~ e n g d a n yang tepat m g e n a i mutu citarasa nasi yang dianggap
enak.
D i q i n g i t u perlu p n e l i t i a n lebih l a n j u t ten-
arcma
nasi yang rerpdkm ciri khas d a r i beberapa varietas padi bulu. 4.
Sejauh ini k r i t e r i a mutu M a s hanya dan citarasa
M S ~ belum ,
dimjukan
pada mutu pasar
ada k r i t e r i a mutu beras bagi bentuk olahan
l a i n d a r i beras. Perlu dilakukan penelitian khusus untuk penen-
tuan k r i t e r i a mutu baqi bahan baku beras mtuk pengolahan pangan sepe*
6.
bihm, mie, tepung b e r a s dan sebagainya.
S a p i sekarang k l u m ada k r i t e r i a mutu Mas yang bersifat na-
sional mupm regional yang dapat digunakan sebagai patokan harga
beras secara urmnn, kecudLi kriteria rrmtu dari B
W yang U5.h
mnitik beratkan kepada tujuan penyhpman dan pembelian.
PerLu
disusun kriterra mutu yang berorientasi terhadap s i f a t fisik dan fisiko-kimia beras dan bukan pada jenis varitas; Seperti bulu
e r-.e atau IR. 7.
Pmmbukan terhadap butiran protein ternyata dapat menunm.kan
nilai cerna proteinnya. Perlu dilaMcan penelitian lebih lanjut terhadap
~~ penanman nil& cerna tersebut
dan interaksi-
nya dengan m a n . Terutama diteliti pengamhnya pada produk dari tepung beras yang dibuat denqan penmukan. 8.
4
Adanya penurunan n i l a i cema protein beras akibat pemasakan s e
lutar 8
-
10 persen perlu m e n d a p t perhatian dari para a h l i gizi
agar dip r t b b m g k a n Warn penyusunan m u pendud&.
Penelitian
lanjutan yang mcakup p g u jian nilai cerna -i n vito dan pengaruh perlakuan lainnya juga perlu dilakukan. 9.
Warn penelitian ini hanya diamati perkdaan vaxietas telhadap
s i f a t dan mutu beras. Penelitian sellanjutnya juga perlu -ahkan
kepada ~engaruhlingkungan, s e e lokasi (daerah), iklim, kond i s i tanah dan cara-cara bercocok tanam, terhadap s i f a t dan mutu
beras.
PHYSICAL AND CHEMICAL PROPERTIES AND P R O T E I N , CHARACTERISTICS OF SOME
INDONESIAN RICE VARIETIES
DJOKO SAID DAMARDJATI
79512
Svlxnitted in Partial N l f i l m e n t of
the Rquirernent for The Degree of Doctor (Agricultural Science)
maduate School
-
Bogor Agricultural University
B O G O R 1 9 8 3
W O K 0 S A I D I44MARDJATI. Physical and Chemical Properties and h-otein
Characteristics of Sow Indonesian Rice Varieties (Under guidance of SOEWARNO T,SOEXAKl'O as Chairman, HARl SUSENO, BARIZI , M. ANWAR NUR
and B. H . SlWI as members).
Physical and chemical p r o p e r t i e s of some Indonesian r i c e vi e t i e s were assessed t o identity grain quality f a c t o r s - i . e . m k e t ,
cooking and eating qualities, amang three p u p s of kdonesian r i c e
(javanica), local indica, and impmved indica. The
varieties;
r i c e protein w e r e m c t e r i z e d by t h e i r s o l u b i l i t y fractionation, subunit c h s t i t u e n t s , amino acid campositions and in v i t r o digesti b i l i t y . Twelve varieties of bulu r i c e , s i x - l o c a l indica and five impmved indicas w e r e anslyzed t o discover t h e i r physical and physico-cal
pmperties, amylo&aph,
starch properties and eating quality
characteristics. Two bulu and t w o indica v a r i e t i e s were used in pro-
tein characterization. P r h c i p a l component analysis of the physicochemical properties of milled r i c e kernel, flour, and starch d-nstrated
t h a t the 2 3
v a r k b l e s analysed m y be divided i n t o five orthogonal dkensions, which can be taken as m j o r s in r i c e quality assessment; I) amylose cmtent (accounting f o r 35 percent of the variedtion, 2)gelatinization temperature
< 25
percent), 3 ) ~ r o t e hcontent ( 13 percent
, 4) gel
pmperties ( 9 percent) and 5 ) grain elongation (6 percent). The groupping of Indonesian r i c e varieties based on mrphological
and historical characteristics, i . e .
g , local-
eating quality. Such ~ u p i n g
indica r i c e s , w a s not consistent w i t h was reflected
and improved-.
only by different gelatinization t e m p e ~ t u r e , which 0
varieties were consistently l c w (<70 C ) but in indica var-
in
i e t i e s ranged from l w t o high. The amylose content dimznsion, together with aroma score, w a s sham t o be the major f a c t o r in eating q u a l i t y . An organoleptic %st indicated a greatest p d e r e n c e in Indonesia f o r low t o inte-diate amylose content
(
18 t o 25 percent) than f o r high amylose r i c e
percent). h n g 1 2
,9
vketies
had l o w gelatinization tmperature consistency (>40 nnn).
had i n t e m d i a t e anylose, two
M u m ) . and one l m
high amylose (Jidah and Ken-
(
(> 2 5
<
(
Mandolin). Pbst
70°c) and s o f t t o medium gel
The indica rices had e i t h e r intermediated or
high amylose, intermediate o r lox gelatinization temperature, and so*
To haxd gel type. The range of Instrun hardness ( 5 . 6 t o 8.2 kg)
and stidciness (81.4 t o 195.6 g.cm) of cooked r i c e overlapped armng
and both indica
the
rices
.
Stickiness and m e s s of c a k e d r i c e , as mas-d
tron F
with an Ins-
d Tester, gave good correlation with t a s t e and kepulenan
(texture) of ccok&d r i c e assessed o r g a n o l e p t i d l y . The premium rice^, such as Rojolele md Cendrawati
(bulu) and Cisadane (indica) , tended
t o be soft when cooked, with indexes of hardness of 5.7 t o 6 . 0 kg, stickiness of 124 t o 1 7 6 g.cm,
s o f t g e l consistency of 65 t o 80 m,
amylopaph viscosity of -180 t o 85 B.U., 2 1 t o 2Q percent. In contrast;all
and an amylose content of
the samples w i t h poor quality had
high amylose content 0 2 5 percent) and hard gel consistency.
S o l u b i l i t y f r a c t i o n a t i o n of milled r i c e p r o t e i n yielded &,+min: g1obulin;prolamin and g l u t e l i n
in proportions of 8 :14
and l o c a l indica samples, and 8:12:2:79
tl.
:77 f o r
f o r imprwved indica r i c e s .
Gel f i l t r a t i o n on Sephadex 6 1 5 0 of r i c e p r o t e i n e x t r a c t and i t s f r a c t i o n s gave t h r e e prominent peaks : t h e first and t h i r d peaks
COP-
responded m a i n l y t o the g l u t e l i n f r a c t i o n , and t h e second peak possibly t o albumin-globulin f r a c t i o n s . SDS-polyacrylamide g e l electrophoresis of milled r i c e p r o t e i n gave t h r e e major subunits w i t h m o l ecular weights of 38 000, 22 000 and 1 6 000 r e s p e c t i v e l y , character; i s t i c s of t h e g l u t e l i n f r a c t i o n . The protein quality of milled rice, as indexed by amino a c i d
score, E/T p a t i o of amino a c i d s , and estimated p r o t e i n efficency p a t i o (PER), tended t o decrease with increased p r o t e i n content of milled r i c a ; but t h e decrease was p m p o r t i o n a l l y less than the increase in protein content. Sulfur-containing amino a c i d s , l y s i n e and threonine were t h e l i m i t i n g amino a c i d s in t h e three Indonesian r i c e varieties tested. Electron microscopy revealed t h a t p r o t e i n exists in the -rice endosperm p r i n c i p a l l y in t h e form of d i s c r e t e p a r t i c l e s o r pmtek bodies, w h i c h are s t i l l i n t a c t even a f t e r b o i l i n g , Rhizopus glucoamylase --t,
a d freeze drying. I s o l a t e d r a w and cooked r i c e
protein bodies (using Rhizopus glucoarrylase t r e a t e d milled r i c e ) had a l m . prwtein recovary
and l y s i n e content. However, they had
a p a t t e r n of SDS-PAG alectrophoresis similar t o extracted whole rice protein, with t h r e e major subunits of Md 38 000, 2 2 000 and 1 6 000.
Cooking at over 7 5 O ~reduced t h e pepsh d i g e s t i b i l i t y of rice p r o t e i n
regardless of temperature and t-.
Undigested
prwtein reached m a -
imum after c a k i n g for two t o four rnihutes in boiling water, and decreased slightly with longer cwking. Coolcing a l s o reduced the prot e i n solubility in 0 . 1 N NaOH and O.S%SDS-0.6%ME. &digested protein bodies from pepsin digestion of cooked and r a w protein bodies represented the cores of the large spherical type
prvtein bodies. Undigested protein bodies w e r e 1-
in protein quality
due t o t h e i r l o w lysine content ( l e s s than one percent), but richer
in sulfur-containing amino acids, ,methionine and cystine than crude protein bodies and whole r i c e protein. SDS-PAG elecbnphoresis dicated the presence in =digested
in-
protein bodies of a major subunit
with Md 1 6 000, d a c t e r i s t i c s of g l u t e l i n , and only a trace amount of t h e other major subunits of g l u t e l i n with MW 38 000 and 22 000. Prolongation of ccdcing time from 3 t o 16 minutes slightly creased
in-
pepsin d i g e s t i b i l i t y of r i c e protein
bodies f r o m Rojolele and Serayu variety. Undigested protein bodies f r o m r i c e cooked for 3 minutes had minor subunits with the high mol-
ecular weights of 66 000 and 72 000, characteristic of salt soluble protein Ca3bmrci.n-globulin). These s u b h t s w e r e not observed in r a w r i c e and samples cooked f o r 16 minutes. Ball m i l l k g treatment un raw r i c e protein bodies decreased prot e i n d i g e s t i b i l i t y than cooking traWmsnt ; but t h e pepsin-digest. - . ibility of pl.otein bodies cooked f o r 16 mimutes w a s nat: affected by ball milling.
T i t l e
: PHYSIC?iL AND CHEKcCAL PRIXEHTIES AND PRDIEm
~ R I S T I C Sm
lTacNEsIAN
RICE
VAFCEZIES
hdidate
:
WOK0 SAID DAMRRXATI
I.D. No.
:
79512
Thesis defended before The Senat G u r u B e s a r , Bogor Agricultural University in July 30, 1983 at 13.00 p . m . at Graduate School, Bogor Agricultural University. Accepted :
Dean, Graduate School
The author was born in 1 2 May 1948 in S a l a , Central Java, Indone-
sia. H e i s the first c h i l d of Soeyom and S a y i d E u s l a n Damardjati, but then his mther ( s c e y o ~has ~ ) p a s s e d away. H e attended the E l m t -
ary School, Junior High S c h o o l and Senior High Sd-1~01in Yogyakarta,
and graihated fm Sekolah ~enengahA t a s Negeri I Yogyakarta in 1967. I n 1967 h e applied t o Bogor A g r i c u l t u r d L University and graduated as the lnsinyur l k h m l o g i H a s i l Pertanian m e e in 1972. S i n c e t l x m he worked a t The S-di
Research I n s t i t u t e for Food Crops as the
research staff- Fxcm 1975 to 1978, he incharged as head of Technology and Grain Quality
m
t
.
Jn A p r i l 1978, he enrolled in the Graduak School of Bogor A g r i
:-
d t u r a l U n i v e r s i t y and finished his ? . a g i s t e r S c i e n c e w e e in July
1979, a p p a r e n t l y he g o t major i n Food Science. He was accepted t i n o u s l y to pursue a =tor
con-
degree for agricultural science in the
same university. As part of his mtoral program, he e n r o l l e d for nondegree
courses at the chemistry D
e
t of the Graduate School of
w
the U n i v e r s i t y of P h i l i p p i n e s a t Los Banos from 1979 to 1980. A t the szmz time, h e was accepted as postmasterndL r e s e a r c h fell-
in the
.
Chemistry D q w r k m m t of I n t e r n a t i o n a l Rice Research Institute (IRRI) The research a t
IRRI, under guidance IX B - 0 - J u l i a n o , was part of his
thesis.
In 1983, h e appointed as the n-erker of National Wheat Reaearch Program and i n c h a r g e for postharvest t e c h n o l o g i s t .
the program, he and the team visited m
w
In connection w i t h
(CIWMYT), Netherland,
India and Pakistan.
He married to Ratna Djuhanah on Sept-
1973, and had two
daughters, they are Riko B i n t a r i ard Riska a Y i r m .
a research staff of The Sukamandi
He is presently
R e s e a r c h I n s t i t u t e for Food Qraps.
The author wishes to express his pmfound gratitutg and slncere appreciation tr> Pxwf
. rn Soewarno T . Soekaxtc , his
a8viser, for
sug-
gesting the problem and for his constant guidance and assistance, invaluable suggestions and endless patience throughout the entire study. Special thanks and gratitude are also extended to P r o f . D r
Dr Barizi, IX M.Anwar Nur a d Dr B. H . S i w i , the rein-
Hari Sus-,
bers of his guidance camittee, for their advice, critical evaluation and suggestion taward the mruvems~tof this m u s c r i p t . The author i s indebted tD Sukarrandi R e s e a r c h Institute for Food
Craps and The I n k e r n a t i d Rice Research Institute, especially Dr R. C a a m and D r M.D.Pathak,
for rd-ang p s s i b l e the persuance of his
graduate studies a t Bogor AgriculturdL University and C h i v e r s i t y of
Philippines a t Los Banos, and to the Governrent of Republik Indones i a for financial -rt
to his study.
The author expresses his qratitule to IX B.O.Juli-, Chemistry Dsprt-t
Head of
IRRI, for suggesting the problem and constant
guidance during his training a t Chemistry De-t
IRRI. Special
thar~ksa l s o e x k m k d to the staffs of Cfianistry I k p r t - t
IRRI;
i.e. Dory Resurrection, kth Villareal, Cindy Pascual, Girvly
, Oiy
Ike Alabata, Flor m c a and M r s C. Perez, for their co-
m a t ,
operatian and invaluable help during execution of ex.perirrWtdL work at IRRI.
The author also wishes t o express his sincere thanks and appreciation to
:
- Plant
Breeding Departement, Bogor Research I n s t i t u t e f o r Etcd Omps
(BORIF) and SURIF f o r providing rough rice samples of l o c a l
inn>-
- Dr l3.K.
and
varieties,
Tiantera, Head of Plant Protection De-t,
giving the opportunity to use k
r
~
s
BORSP,
s electron i ~ mi-sap
£01
(m),
and Mr N a s i r Saleh and Barnbang f o r his assistance in sample preparation and observation using TEM,
- =enistry
Bogor Agricultural University.
~e-t,
especially
Dr M. Anwar N u r , f o r his permission to use research f a c i l i t i e s , especially ?mino k i d Analyzer and freeze-drier,
during this i ~ v e s t -
igation, and K o s a s i h f o r his assistance in a n b o acid analysis,
- MK Sadikin m - j a
and D r B.H.Siwi,
formerly head of GukaTMndi
Research Institute f o r Food mps, f o r s-rting
and making pssi-
b l e the persuance of his study, Dr Haeruddin Taslim, head of SURIF f o r granting leave of absence to enable his to f i n i s h his s W y ,
-
Miss Pam Fernandez, research fellow a t University of Nebraska, f o r providing s-
-
references in protein chemistry,
S t a f f s and Techracians of D
e
p
m
t of Chemistry an& G r a b Qual-
i t y , SURIF, p a r t i c u l a r l y ?kUlin Nugraha, Otong Ebryanto, Achmad
Manto, Ayi Saleh, Herawati, Sukarni and A x m b f o r their a s s i s t ance i n the execution of this laboratory investigation,
-
Center of Data Frocessing and S t a t i s t i c , AAFU3, p a r t i c u l a r l y Mc Waluyo, f o r helping i n principal GYrpz~n-t
Analysis using Honey-
W e l l Cwrputer.
-
M r Paul Mundy and Dr Muhadji D-MLmtoM, f o r editing and English
corrections of the ~ u s c r ~ p t ,
7
D r F.G. W i n a r n o , Head of Food Technology Develeprent C e n t e r , B .A.U.,
ard M r Suhadi Hardjo, f o r their supwrt and advice,
- Miss N-g - M r and m s
Toha for typing the m a n u s c r i p t Dahro for providing part of their house for him and his
family and f o r their s w r t and patience throughout the entire s M y
.
Finally, the au-r who has, on the top
for their p a t i e n c e , t
w i s h e s t~ deepest thanks to his wife Rien,
else, and his daugthers, Riko and Riska li . g 4
supporting throughout the
the st\dy. They are an everlasting source of m u r a g - t .
The name of Allah The B e r c i f u l l and The Ccarpassionate
To my late mther for the nuany things that you have put me through life m y you soul rest i n peace and be arrong the soul of the righteous Amia
TABLE O F CONTENT
Page
................................ General ---------------------------------------R i c e P r o d u c t i o n i n I n d o n e s i a ----------------mesian Rice V a r i e t i e s -- ----------mrphology of Rice G r a i n ---- - - - - - -
LITERATURE: REVIEW
W P M -
Gross Cangasition of Milled Rice
-------
------
R i c z Quality Characteristics -ing and -ling Quality
--------rfiUing recwary ----------------------czW s i m --------------------Cmking and Ea-g Quality ---Starch granules --Amylase --t -----------Gelatinization tenperate l properties
Eating Quality Asses-t
-----
--
--
--------------
sq e v & * ,----------------me~ using t . + -------------m r s Affecting Rice Quality
--
Distxibuticm of protein in Riot Grain
------
Praperties and Canpsition of Rice Protein
Globulin
--
----
---------
-
Glutelin.
Amino acid Ccmpositioll
-
----
I k t h o d s f o r Characterization of I.rutdm-------
-
---- ---------------------
mctim ------s
Eledrophoresis
-------------
Amino acid analysis
Rice Protein Bodies
---
-----
---------
--
Mmlogy
Ultrastructure of Rice P r o t e i n Bcdies Isolation and Canposition Isolation
-----------------
----------
--------------
----
--mxtpstion --Digestibility of R i c e Protein and its Protein Bodies -atian
m&igesvim --
bodies
----------
aisestimmethods
-------------
--------- ----
-----
v AND FEmxms Material
--------Laboratories ---------
Rioe varieties
&search Equip+lts
----
-
---------
----
I: Gra3.n Quality Assessn-tent of Milled R i e
t-
Physical properties Amylase
cantent
p-in
= + J y -. l
-----------------
-------
Alkali spreading t e s t G e l -sistency
------
and viscosity
----
-------
- -
vi"cO-~logY,aphy Ekpzr-t
-
11: Asses-t
of Rice Starch Properties
--
G e l properties
- - --------
Residual protein content ~&i~scography
Birefringence end-pint tempera-
Exp3%Ent I11 : Eating Quality A s s e s s m e n t
evaluatim
Org-leptic
---------
----
measureawnt for omked rice
Ins-t
----
(BEET)
----
IV: Characterizatim of Rice Pmtein
t-
----
Practirmtion
Gel f i l t r a t i m ~
~
a
p
-----h-
y
-
-----
----i m k m acid analysis Protein s o l U b i l i t y test -----Digestion test by p e p s h -SDS-PAG eleckrophoresis
E&psrhent V: Characterization of Rice Protein m e s
Isolation of protein bodies In v i --
m digestion test
-
-------
-------
Protein s o l u b i l i t y test
SDS-PAG electrophoresis
-----------
------
Amino acid analysis
VI: Transmission E l e c t n m Micros-
-bent
-----
Sample preparation En-
digensem
S~tis+--i& Anaysis
Analysis
---------------
-----------------analysis (PCA) -------
of varime
RESULTS AND DISCUSSION
---------7------^
Milling and m k e t Quality
--
Physical Properties of Rough Rioe Physical P
----
------------
Prncipal exponent
e
e
s of M i l l e d Rice
E f f w t s o f Crop Season
-
---------
-----
-------
---------
on Physical Properties of Rice G r a i n
-
---
in Physicdl Properti-
Varietal Differences
Physlcochemical P~ropertiesof Milled Rice -lose
Alkali
------
----------
---digestim value --tent
-
Gel consistency and visoosity
main elongation
97
--
Cooking and E a t i n g Quality
pro-J,
-
-
---
--
Effect of crop season
PCA on physicochemical p t o p s r t i e s Amylogrdphy of :,!ill& Rice Flour
--------
and t i m e
&latixdzation -atpeak ~ s c o s i t y
-------------
--
- - - - -
-
---
-----------
Viscosity a t 9 4 O ~ Viscosity a t 50°c
Setback viscosity
-----
--
Ariiylograph clxlsistency
--
--
---------------------
Effect of crop season PCA on physicochanical and ~ l o g r a ~ prop?rKLes h y -Physicochemical Froperties of R i c e Starch
-
Amylose content
Residual protein -tent Gel p
e
e
s of rice starch
AlkdLivisccgraphy
--
--
138
-
.
---------
----
1 42
of r i c e f l o u r and
144
Detennkation of Major Factors in Rice Quality A s s e s m t
-
--
E a t i n g a i t y Asses-t
Ins'iron Stickiness and Hardness of m k e d Bice
----------
Organoleptic Evdluatim
145
155 15s 160
V a r i e t a l Differences in w i n g
and Eating Characteristics
------------
Factors Affecting Eating Quality H e e s s of 030ked r i o e
138 1 41
------
PCA on I>hysiaxhesnical p-es starch --
138
. 163
1 68 170
S t i c k i n e s s of cooked rice
--
--------
criteria for Good Eating Quality
-
----
175
------------
Characterization of Whole Rice Protein
i72
178
---------Pr0tej1-1-----------
Fractination of Rice Protein
Solubility of Rice Gel Filtration of P r o t e i n Fracti0nS
-
-
--
-
---
SDS-PAG E l e c t r o ~ o r e s i s
-------
Amino Acid w s i t i m Estimation of n u t r i t i o n a l quality and qualntity D i g e s t i b i l i t y of Rioe P m i n ------Protein Properties of Milled Rice
---
--
-------------
Characterization of Rice P r o t e i n Bodies I s o l a t i o n of C r d e P r o t e i n Bdies v i x protein d i g e s t i b i l i t y
.223
-----
P r o t e i n Solubility of P r o t e i n Bodies
In
--
-----
-----
-
Isolatim and Solubility of W i g e s t e 5 Protein Bodies SDS-PAG Electrophoresis of P r o t e i n Bodies
------
--
----------
----Amino k i d -sitim U l t r a s t r u c t u r e of Rice Protein Bodies ricz endosperm -----------cook&
-------
,-ice -----------------------
Isolated protein bodies
------------
Pepsin-treated protein bodies ----------Properties of Whole and undigested Protein Ea3ies
---
