Modifikasi Pati Ubi Jalar Putih Menggunakan Enzym Amylomaltase – Putri, dkk Jurnal Pangan dan Agroindustri Vol. 3 No 2 p.749-755, April 2015 MODIFIKASI PATI UBI JALAR PUTIH (Ipomoea batatas L.) MENGGUNAKAN ENZIM AMYLOMALTASE MENJADI PATI THERMOREVERSIBLE: KAJIAN PUSTAKA
Modification of White Sweet Potato (Ipomoea batatas L.) Starch with Amylomaltase Enzyme Produces Thermoreversible Starch : A Review Anggesta Merga Ervina Putri1*, Fithri Choirun Nisa1 1) Jurusan Teknologi Hasil Pertanian, FTP Universitas Brawijaya Malang Jl. Veteran, Malang 65145 *Penulis Korespondensi, Email:
[email protected] ABSTRAK Ubi jalar merupakan tanaman palawija yang tersebar di daerah tropik dan sub tropik seperti Indonesia. Produksi ubi jalar mencapai 12 ton/ha, sedangkan ubi kayu hanya 8 ton/ha. Pati ubi jalar putih mempunyai kandungan amilosa dan amilopektin berturut-turut adalah 1525% dan 75-85%. Pati ubi jalar putih berpotensi untuk dimodifikasi, karena mempunyai kandungan amilopektin yang relatif tinggi. Modifikasi pati dapat dilakukan secara fisik, kimia maupun enzimatis. Keuntungan modifikasi pati enzimatis yaitu kerja enzim yang spesifik untuk mereduksi rantai amilosa, rendemen tinggi, dan keamanan pangan terjamin. Perkembangan terakhir dari modifikasi pati yaitu mengenai pati thermoreversible dari polisakarida menggunakan enzim amylomaltase. Pati hasil modifikasi enzim amylomaltase mempunyai sifat unik, yaitu thermoreversible, swelling power rendah, kelarutan tinggi dan pati rendah amilosa. Pati thermoreversible terlarut sempurna saat dipanaskan dan membentuk gel saat didinginkan. Pati tersebut dapat dimanfaatkan sebagai pensubstitusi gelatin produk marshmallow. Oleh karena itu perlu adanya pemanfaatan ubi jalar putih sebagai bahan baku pati thermoreversible. Kata Kunci: Enzim Amylomaltase, Gel Thermoreversible, Pati Ubi Jalar ABSTRACT Sweet potato is tuber crops in the tropic and subtropic area. In Indonesia, sweet potato has productivity until 12 ton/ha as compared to cassava 8 ton/ha. Sweet potato’s starch contain of 15-25 % amylose and 75-85% amylopectin. In recent years, enzymatic methods have largely replaced the use of chemicals. This change is partly due to enzymes being safer and healthier. Enzymes are also advantageous as they perform more specific reactions, give the higher yields, fewer by-product and require less purification. A recent study reports the modification of granular starch using amylomaltase enzyme. The modification resulted in highly change disappearance of amylose, higher solubility, reduced swelling power, increased gel texture, and gels thermoreversibility. Thermoreversible starch could be dissolved in water and formed after heating and cooling firm gel. Amylomaltase-modified starch is used marshmallow product. Because of that, in needed to utilization of sweet potato starch as thermoreversible starch rowmaterial Keywords : Amylomaltase Enzyme, Sweet Potato Starch, Thermoreversible Starch PENDAHULUAN Ubi jalar (Ipomoea batatas) merupakan salah satu tanaman palawija yang tersebar di daerah tropik dan sub tropik seperti di Indonesia. Komoditas ini termasuk salah satu komoditas 749
Modifikasi Pati Ubi Jalar Putih Menggunakan Enzym Amylomaltase – Putri, dkk Jurnal Pangan dan Agroindustri Vol. 3 No 2 p.749-755, April 2015 utama tanaman pangan umbi-umbian penting setelah singkong [1]. Produksi ubi jalar cukup tinggi dibandingkan dengan beras maupun ubi kayu. Ubi jalar dapat berproduksi rata-rata mencapai 12 ton/ha, sedangkan ubi kayu hanya 8 ton/ha [2]. Angka sementara 2013 produksi Ubi Jalar Provinsi Jawa Timur sebesar 393,20 ribu ton umbi basah [3]. Pemanfaatan ubi jalar biasanya sebagai bahan campuran pangan, bahan baku ekspor, pakan ternak, maupun bahan baku industri. Ubi jalar putih mempunyai kandungan pati yang relatif tinggi, salah satu industri pengolahan yang berkembang saat ini adalah industri tepung dan pati [4]. Sifat-sifat fisik dan kimia pati berbeda-beda, bergantung pada bahan dasarnya [1]. Pati ubi jalar putih mempunyai kandungan amilosa dan amilopektin berturut-turut adalah 15-25% dan 75-85% [5]. Pati ubi jalar putih berpotensi untuk dijadikan pati termodifikasi, karena mempunyai kandungan amilopektin yang tinggi jika dibandingkan dengan pati yang lain. Modifikasi pati dapat dilakukan secara fisik, kimia maupun enzimatis. Keuntungan modifikasi pati enzimatis yaitu kerja enzim yang spesifik untuk mereduksi rantai amilosa, rendemen tinggi, dan keamanan pangan terjamin [6]. Perkembangan terakhir dari modifikasi pati secara enzimatis yaitu mengenai pati thermoreversible yang berasal dari polisakarida menggunakan enzim amylomaltase. Pati hasil modifikasi mempunyai sifat yang unik, yaitu thermoreversible, daya kembang rendah, kelarutan yang tinggi dan kadar amilosa rendah. Pati thermoreversible terlarut sempurna saat dipanaskan dan akan membentuk gel saat didinginkan dan akan kembali terlarut ketika dipanaskan kembali [7]. Pati tersebut dapat dimanfaatkan sebagai pengental dan pengisi pada industri makanan, aplikasi pati thermoreversible sebagai pengganti lemak pada produk yoghurt serta dalam produk marshmallow [8]. Pada penelitian ini, pembuatan pati thermoreversible dari pati ubi jalar putih menggunakan enzim amylomaltase. Enzim amylomaltase akan mengkatalisa reaksi disproporsionasi yang akan mentransfer rantai α-1,4-D-glukan kepada posisi α-1,4 yang baru sehingga menjadi bagian α-1,4-D-glukan yang lain [7]. Kajian dalam penelitian ini yaitu lama inkubasi dan konsentrasi enzim amylomaltase yang digunakan. Tujuan dari penelitian ini adalah untuk mengetahui lama inkubasi dan konsentrasi enzim amylomaltase terbaik pada proses pembuatan pati thermoreversible serta menentukan karakteristik pati thermoreversible hasil modifikasi pati ubi jalar putih menggunakan enzim amylomaltase. Ubi Jalar Putih Ubi jalar putih (Ipomoea batatas L.) termasuk tanaman tropis, tumbuh baik di daerah yang memenuhi persyaratan tumbuhnya, yaitu hawa panas dengan udara yang lembab, suhu optimumnya 27 oC dan lama penyinaran 11-12 jam per hari [1]. Ubi jalar dapat berproduksi lebih dari 30 ton/ha, tergantung dari bibit, sifat tanah dan pemeliharaannya. Rata-rata produksi ubi jalar nasional mencapai 12 ton/ha, lebih besar jika dibandingkan dengan produksi ubi kayu (± 8 ton/ha). Angka Sementara (ASEM) 2013 produksi Ubi Jalar Provinsi Jawa Timur sebesar 393.20 ribu ton umbi basah [3]. Karbohidrat yang banyak terdapat di dalam ubi jalar adalah pati, gula, dan serat. Oleh karena itu, ubi jalar merupakan salah satu sumber pati yang potensial [8]. Komposisi kimia ubi jalar sangat bervariasi tergantung dari cara penanaman, iklim, tingkat kematangan dan lama penyimpanan. Komposisi kimia ubi jalar dapat dilihat pada Tabel 1. Pati Ubi Jalar Putih Ubi jalar putih merupakan gudang dari pati, maka salah satu industri pengolahan yang dapat dikembangkan adalah tepung dan pati ubi jalar putih. Di Indonesia, pati ubi jalar belum banyak dimanfaatkan seperti halnya pati ubi kayu, jagung, dan garut [4]. Pati merupakan homopolimer glukosa dengan ikatan α-glikosidik, yang banyak terdapat pada tumbuhan terutama pada biji-bijian dan umbi-umbian. Berbagai macam pati tidak sama sifatnya, tergantung dari panjang rantai atom karbonnya, serta lurus atau bercabang [10]. Granula pati ubi jalar berdiameter 2-25 μm, berbentuk poligonal, berwarna putih, mengkilap, tidak berbau, dan tidak berasa. Granula pati memilki struktur kristalin yang terdiri atas unit kristal dan unit 750
Modifikasi Pati Ubi Jalar Putih Menggunakan Enzym Amylomaltase – Putri, dkk Jurnal Pangan dan Agroindustri Vol. 3 No 2 p.749-755, April 2015 amorf. Daerah kristalin terdapat pada pati yang tersusun atas fraksi amilopektin sedangkan fraksi amilosa terdapat pada daerah amorf. Granula pati tersusun oleh dua komponen polisakarida utama, yaitu komponen amilosa dan amilopektin [11]. Perbedaan karakteristik amilosa dan amilopektin dapat dilihat pada Tabel 2. Tabel 1. Komposisi Kimia Ubi Jalar dalam 100 gram Bahan Segar Senyawa Komposisi Energi (kJ/100 gram) 71.10 Protein (%) 1.43 Lemak (%) 0.17 Pati (%) 22.4 Gula (%) 2.4 Serat makanan (%) 1.6 Kalsium (mg/100 gram) 29 Fosfor (mg/100 gram) 51 Besi (mg/100 gram) 0.49 Vitamin A (mg/100gram) 0.01 Vitamin B1 (mg/100gram) 0.09 Vitamin C (mg/100gram) 24 Air (gram) 83.3 Sumber : [9] Tabel 2. Karakteristik Amilosa dan Amilopektin Karakteristik Amilosa Amilopektin Struktur Molekuler Linier Bercabang (~5%) Ikatan α-1,4 Α-1,4 dan α-1,6 5 6 Berat Molekul 10 sampai 10 Dalton 108 Dalton Keenceran dalam Larutan Tidak Stabil Stabil Gel Kokoh Lunak Kejernihan Larutan Tidak Jernih Jernih Warna Komplek Iodin Biru Kemerahan hingga Ungu Sumber : [6] Amilosa dan amilopektin mempunyai ikatan α-(1,4) glukosa. Amilosa membentuk rantai lurus dengan berat molekul 105 sampai 106 Dalton. Amilopektin seperti amilosa mempunyai ikatan α-(1,4) glukosa pada rantai linier, namun amilopektin mempunyai ikatan α-(1,6) glukosa pada titik percabangan [6]. Struktur amilosa dan amilopektin dapat dilihat pada Gambar 1.
751
Modifikasi Pati Ubi Jalar Putih Menggunakan Enzym Amylomaltase – Putri, dkk Jurnal Pangan dan Agroindustri Vol. 3 No 2 p.749-755, April 2015
Gambar 1. Struktur Amilosa dan Amilopektin [12] Modifikasi Pati Pati modifikasi adalah pati yang telah mengalami perlakuan fisik, kimia, atau enzimatis secara terkendali sehingga mengubah satu atau lebih dari sifat asalnya seperti suhu awal gelatinisasi, karakteristik selama proses gelatinisasi, ketahanan oleh pemanasan, pengasaman, dan pengadukan serta kecenderungan retrogradasi [11]. Modifikasi pati secara enzimatis menghasilkan konsentrasi pati yang tinggi, reaksi enzim secara spesifik untuk mereduksi rantai amilosa pada pati, dan keamanan pangan terjamin. Selain itu, pati modifikasi yang dihasilkan memilki kemampuan menjadi pati yang thermoreversible [6]. Enzim Amylomaltase Enzim dikelompokkan berdasarkan reaksi kimia yang dikatalisa serta substratnya. Proses enzimatis pada industri pati berdasarkan pada hidrolisis enzim seperti α-amilase, pullulanase, dan glukoamilase. Setelah dipanaskan pati akan terlarut pada air dan dihidrolisis menggunakan enzim menjadi maltodekstrin, maltosa, dan sirup glukosa. Enzim tersebut menghidrolisa ikatan α-1,4 atau α-1,6 glikosida pada amilosa atau amilopektin dengan merusak ikatan glikosida dan setelah itu menggunakan molekul air sebagai penerima substrat [13]. Perbedaan degradasi pati oleh enzim dapat dilihat pada Gambar 2. Enzim amylomaltase (AM) (4-α-glucanotransferase; E.C. 2.4.1.25) dapat ditemukan pada mikroorganisme dan tumbuhan. Pada bakteri termofilik Aquifex aeolicus, AM diduga terlibat dalam proses sintesis glikogen. Pada Escherichia coli, memanfaatkan maltooligosakarida [14]. Enzim ini mempunyai suhu optimal pada suhu 95oC dan akan inaktif pada suhu 121oC [15]. Didalam tumbuhan amylomaltase sebagai enzim disproporsionasi (Denzyme) yang digunakan dalam metabolisme pati. Aktivitas D-enzim pada kentang menghasilkan maltosa pada daun, yang mana metabolisme pati pada akar dan sintesis pati di daun tidak diubah [16].
752
Modifikasi Pati Ubi Jalar Putih Menggunakan Enzym Amylomaltase – Putri, dkk Jurnal Pangan dan Agroindustri Vol. 3 No 2 p.749-755, April 2015
Gambar 2. Perbedaan Degradasi Pati oleh Enzim [17] Amylomaltase mempunyai tiga aktivitas : disproporsionasi , siklisasi, dan hidrolisis. Reaksi disproporsionasi yaitu amylomaltase mengkatalisa transfer intermolekuler secara reversible dari ikatan α-glukan ke posisi α-1,4 glukan yang lain [6] :
Gambar 3. Reaksi Disproporsionasi [6] Amylomaltase juga mengkatalisa reaksi transglikosilasi intramolekuler dari α-1,4-glukan menghasilkan siklodekstrin. Reaksi bolak-balik (reversible) ini disebut “coupling” atau menggabungkan [18] :
Gambar 4. Reaksi Siklisasi [6] Aktivitas enzim amylomaltase yang ketiga yaitu aktivitas endo-amilolitik [6] :
Gambar 5. Reaksi Hidrolisis [6] Walaupun enzim Amylomaltase mempunyai tiga aktivitas, peran reaksi disproporsionasi lebih dominan. Gelatinisasi pati menggunakan enzim amylomaltase, dapat mengurangi jumlah 753
Modifikasi Pati Ubi Jalar Putih Menggunakan Enzym Amylomaltase – Putri, dkk Jurnal Pangan dan Agroindustri Vol. 3 No 2 p.749-755, April 2015 amilosa dan menghasilkan distribusi rantai amilopektin yang lebih panjang. Hal ini membuktikan terjadi transfer dari rantai amilosa kepada molekul amilopektin [6]. Distribusi rantai amilopektin dapat dilihat pada Gambar 6. Garis hitam merupakan amilopektin dan abu-abu menunjukkan amilosa.
Gambar 6. Pati Termodifikasi dengan AM [6] Modifikasi pati menggunakan enzim amylomaltase menghasilkan perubahan yang jelas pada struktur granula, berkurangnya amilosa, hanya sedikit dalam merubah distribusi amilopektin, kelarutan tinggi, dan kejernihan sebagai hasil dari thermoreversibility [19]. Pada tahun 2007, AVEBE meluncurkan pati kentang yang dimodifikasi dengan amylomaltase dapat digunakan sebagai pengganti lemak dan meningkatkan kelembutan krim pada yoghurt [20]. Aplikasi lain yang dapat digunakan dalam industri pangan adalah produksi siklik α-1,4-glukan dan produksi “short chain amylose” atau juga disebut sebagai pati resisten yang dapat digunakan untuk mengganti pati tinggi amilosa yang harganya mahal [21]. SIMPULAN Pati ubi jalar putih dapat dimodifikasi menggunakan enzim amylomaltase untuk menjadi pati thermoreversible. Pati hasil modifikasi mempunyai sifat yang unik, yaitu thermoreversible, swelling power rendah, kelarutan yang tinggi dan pati rendah amilosa. Pati thermoreversible dapat dijadikan sebagai bahan pensubstitusi gelatin pada produk marshmallow. DAFTAR PUSTAKA 1) Suryadjaja, A. 2005. Potensi Ubi Jalar Putih dan Merah (Ipomoea batatas L.) untuk Pertumbuhan Bakteri Asam Laktat dan Menekan Pertumbuhan Patogen. Skripsi. Fakultas teknologi Pertanian, Institut Pertanian Bogor. 2) Jamrianti, R. 2007. Ubi Jalar, Saatnya Menjadi Pilihan. Artikel Iptek Kamis, 8 Maret 2007. Diakses tanggal 28 Maret 2014 pukul 20.30 3) Badan Pusat Statistik Jawa Timur. 2014. Produksi Padi dan Palawija (Angka Sementara Tahun 2013). Http://jatim.bps.go.id/?hal=berita_detil&id=17. Diakses tanggal 28 Maret 2014 pukul 20.00 4) Hafsah, M. 2004. Prospek Bisnis Ubi jalar. Pustaka Sinar Harapan. Jakarta. 5) Eliasson, An-Charlotte. 2004. Starch in Food : Structure, Function, and Application. Woodhead Publishing in Food Science and Technology. New York Washington, DC. 6) Hansen, Michael Riis. 2008. Food Uses of Enzyme Modified Starches. Samfundslitteratur Grafik, Frederiksberg C. Denmark 7) Kaper T., M.J.E.C. van der Maarel., G.J.W. Eunverik., and L. Dijkhuizen. 2003. Exploring and Exploiting Starch-Modifying Amylomaltase from Thermophiles.Journal of Biochemical Society Transaction. Vol. 32 part 2 :279-282. 8) Lathifah. 2009. Pengaruh Edible Coating Pati Ubi Jalar Putih (Ipomoea Batatas L.) Terhadap Perubahan Warna Apel Potong Segar (Fresh-Cut Apple). Skripsi. Bogor : 754
Modifikasi Pati Ubi Jalar Putih Menggunakan Enzym Amylomaltase – Putri, dkk Jurnal Pangan dan Agroindustri Vol. 3 No 2 p.749-755, April 2015 Departemen Ilmu dan Teknologi Pangan, FakultasTeknologi Pertanian, Institut Pertanian Bogor. 9) Sentra Informasi Iptek. 2005. Tanaman Penghasil Pati.http://www.ipteknet.com. Diakses tanggal 28 Maret 2014 pukul 20.00 10) Koswara, Sutrisno. 2006. Teknologi Modifikasi Pati. E-book Pangan. 11) Kusnandar, F, 2010. Kimia Pangan Komponen Makro. Penerbit Dian Rakyat. Jakarta. 12) Parker, R., and Ring, S.G., 2001. Aspects of The Physical Chemistry of Starch. Journal of Cereal Science 34 : 1-17 13) Kaper., T , M.J.E.C. van der Maarel, G.J.W. Euverink and L. Dijkhuizen. 2004. Exploring and Exploiting Starch-Modifying Amylomaltases From Thermophiles. Journal of Biochemical Society Transactions 32 : 279-282 14) Mering, von C., Huynen, M., Jaeggi, D., Schmidt, S., Bork, P., Snel, B., 2003. STRING: a Database of Predicted Functional Associations Between Proteins. Nucleic Acids Research 31, 258-261. Didalam : Hansen (Eds) . Food uses of Enzyme Modified Starches. Samfundslitteratur Grafik, Frederiksberg C. Denmark 15) Kaper, T., Boguslawa Talik, Thijs J. Etterna, Herman Bos, Marc J. E. C. van der Maarel, and Lubbert Dijkhuizen. 2005. Amylomaltase of Pyrobaculum aerophilum IM2 Produces Thermoreversible Starch Gels. Journal of American Society for Microbiology 71 (9) : 50895106 16) Steichen, J.M., Petty, R.V., Sharkey, T.D., 2008. Domain Characterization of a 4- alphaglucanotransferase Essential for Maltose Metabolism in Photosynthetic Leaves. Journal of Biological Chemistry 283, 20797-20804. 17) Guimaraes, L.H.S. 2012. Carbohydrates from Biomass: Sources and Transformation by Microbial Enzymes. Carbohydrates License In Tech, Chapter 20. http://creativecommons.org/licenses/by/3.0 18) Kuriki, Steven M. Smith and Shigetaka Okada Michiyo Yanase, Hiroki Takata, Takeshi Takaha, and Takashi. 2002. Cyclization Reaction Catalyzed by Glycogen Debranching Enzyme (EC 2.4.1.25/EC 3.2.1.33) and Its Potential for Cycloamylose Production. Journal of Appl. Environ. Microbiol 68 (49) : 4233 19) Oh, E.J., Choi S.J., Lee S.J., Kim C.H., and Moon T.W. 2008. Modification of Granular Corn Starch with 4-alpha-glucanotransferase from Thermotoga Maritima : Effects on Structural and Physical Properties.Journal of Food Science, 73, C158-C166. 20) Alting, Arno C., Fred van de Velde, Marja W. Kanning, Maurist B., Leo Mulleners, Arjen Sein, and Piet Buwalda. 2009. Improved Creaminess of Low-fat Yoghurt : The Impact of Amylomaltase-treated Starch Domains. Journal of Food Hydrocolloids 23 : 980-987. www.Elsevier.com/ locate/foodhyd. 21) Maarel, Van der, C, E, J, M., Capron, I., Euverink, W, J, G., Th.Bos, H., Kaper, T., Binnema, J, D., and Steeneken, M, A, P. 2005. A Novel Thermoreversible Gelling Product Made by Enzymatic Modification of Starch. Journal of Internasional - Starch 57 (2005) 465-472. http://gbb.eldoc.ub.rug.nl. Diakses tanggal 15 Juli 2013.
755
