PENGARUH PROSES FISIK DAN PROSES KIMIA TERHADAP PRODUKSI PATI RESISTEN PADA EMPAT VARIETAS UBI KAYU (Manihot esculenta)
SKRIPSI
Oleh:
NAZHRAH 090305036
PROGRAM STUDI ILMU DAN TEKNOLOGI PANGAN FAKULTAS PERTANIAN UNIVERSITAS SUMATERA UTARA MEDAN 2013
2
PENGARUH PROSES FISIK DAN PROSES KIMIA TERHADAP PRODUKSI PATI RESISTEN PADA EMPAT VARIETAS UBI KAYU (Manihot esculenta)
SKRIPSI
Oleh:
NAZHRAH 090305036/ILMU DAN TEKNOLOGI PANGAN
Skripsi sebagai salah satu syarat untuk memperoleh gelar sarjana di Fakultas Pertanian Universitas Sumatera Utara
PROGRAM STUDI ILMU DAN TEKNOLOGI PANGAN FAKULTAS PERTANIAN UNIVERSITAS SUMATERA UTARA MEDAN 2013
3 Judul Skripsi
: Pengaruh Proses Fisik dan Proses Kimia Terhadap Produksi Pati Resisten Pada Empat Varietas Ubi Kayu (Manihot esculenta) Nama : Nazhrah Nim : 090305036 Program Studi : Ilmu dan Teknologi Pangan
Disetujui oleh: Komisi Pembimbing
Dr. Ir. Elisa Julianti, M.Si Ketua
Linda Masniary Lubis, STP, M.Si Anggota Mengetahui:
Dr. Ir. Herla Rusmarilin, MP Ketua Program Studi
Tanggal Lulus : 28 Agustus 2013
4
Penelitian ini disponsori oleh PT. Indofood Sukses Makmur, Tbk melalui Program Indofood Riset Nugraha 2012, sesuai dengan Perjanjian Kerjasama Penelitian No: SKE.019/S1/IRN-ISM/V/2012 tanggal 30 Mei 2012
5 ABSTRAK NAZHRAH. Pengaruh Proses Fisik dan Proses Kimia Terhadap Produksi Pati Resisten Pada Empat Varietas Ubi Kayu (Manihot esculenta), dibimbing oleh Elisa Julianti dan Linda Masniary Lubis. Pati resisten adalah pati atau produk degradasi pati yang tidak tercerna dalam sistem pencernaan manusia sehingga pati ini dapat lolos dari sistem pencernaan pada usus halus tetapi dapat terfermentasi oleh mikroflora alami dalam usus besar. Pati resisten memiliki pengaruh positif bagi kesehatan tubuh, diantaranya adalah mencegah peningkatan kadar glukosa darah secara signifikan. Penelitian ini menggunakan ubi kayu karena memiliki sifat fungsional yaitu kandungan pati resisten yang dapat diperoleh melalui proses pengolahan. Tujuan dari penelitian ini adalah untuk mengetahui karakteristik pati alami dari empat varietas ubi kayu yang ada di Sumatera Utara yaitu ubi kayu ketan, ubi kayu kuning, ubi kayu gunting saga dan ubi kayu roti, mempelajari pengaruh proses fisik dan proses kimia terhadap produksi pati resisten pada empat varietas ubi kayu, dan untuk mengetahui karakteristik pati modifikasi yang dihasilkan dari beberapa proses modifikasi pati pada empat varietas ubi kayu. Proses fisik yang dilakukan adalah autoclaving dan proses kimia dilakukan dengan cara penambahan asam klorida. Penelitian ini dilakukan dalam 2 tahap yaitu pembuatan pati alami dari empat varietas ubi kayu dan modifikasi pati dengan metode fisik dan kimia. Pada setiap tahap, dilakukan pengujian karakteristik fisik dan kimia meliputi kadar air, kadar abu, kadar protein, kadar lemak, nilai pH, sifat amilografi dengan rapid viscoanalizer, bentuk dan ukuran granula pati, total gula, kadar pati, dan kadar pati resisten. Perlakuan modifikasi dengan cara autoclaving pada suhu 110oC menghasilkan kadar pati resisten tertinggi yaitu 36,78% dan perlakuan V2P2 (pati alami ubi kayu kuning yang dimodifikasi dengan perlakuan autoclaving 121oC) memiliki kadar pati resisten tertinggi yaitu 53,22%. Kata Kunci :Ubi Kayu, Pati Termodifikasi Fisik/Kimia, Varietas ABSTRACT NAZHRAH. The Effect of Physical and Chemical Process on Resistant Starch Production In Four Varieties of Cassava (Manihot esculenta), supervised by Elisa Julianti and Linda Masniary Lubis. Resistant starch is a starch or starch degradation products that are not digested in the human digestive system so that the starch can escape digestion in the small intestine system but can be fermented by the natural microflora in the large intestine. Resistant starch has a positive impact on health, such as preventing the increase in blood glucose levels significantly. The research used cassava because it had functional properties i.e resistant starch content that can be obtained through the treatment process. The purpose of this research was to determine the characteristics of the natural starch from four cassava varieties that exist in North Sumatra, namely ketan cassava, yellow cassava, gunting saga cassava and bread cassava, studying the influence of physical and chemical processes on the production of resistant starch of the four varieties of cassava, and to determine the characteristics of the modified starch through two starch modification process of four cassava varieties. The physical process was autoclaving and the addition of hydrochloric acid. The research was conducted in two phases, making the natural starch from four varieties of cassava starch and modification by physical and chemical methods. At each phase, the physical and chemical characteristics were tested including moisture content, ash content, protein content, fat content, pH value, amilograph with rapid viscoanalizer, form and size of the starch granules, total sugars, starch content and resistant starch content. Modification treatment by autoclaving at 110oC produced the highest resistant starch content (36,78%) and treatment V2P2 (yellow cassava natural starch which is modified by autoclaving treatment 121oC) had the highest resistant starch content (53,22%). Keywords: Cassava, Physical/Chemical Modified Starch, Variety
6 RIWAYAT HIDUP
Penulis dilahirkan di Medan pada tanggal 09 Agustus 1991 dari Bapak Alm. Sulaiman Effendi dan Ibu Almh. Hanifah. Penulis merupakan anak kedelapan dari delapan bersaudara. Tahun 2009 penulis lulus dari Madrasah Aliyah Negeri 1 Medan dan pada tahun yang sama berhasil masuk ke Fakultas Pertanian Universitas Sumatera Utara melalui jalur Seleksi Nasional Masuk Perguruan Tinggi Negeri (SNMPTN) di Program Studi Ilmu dan Teknologi Pangan. Selama mengikuti perkuliahan, penulis aktif sebagai anggota Ikatan Mahasiswa Ilmu dan Teknologi Pangan (IMITP) USU, anggota Himpunan Mahasiswa Peduli Pangan Indonesia (HMPPI) dan sebagai asisten Laboratorium Analisa Kimia Bahan Pangan pada tahun 2011-2013. Selain itu, penulis aktif dalam organisasi ekstra yaitu sebagai anggota Badan Kenaziran Mushola (BKM) AlMukhlisin FP USU pada tahun 2010-2011. Penulis juga termasuk dalam kelompok PKM Pengabdian Masyarakat dari DIKTI dengan judul : “Peningkatan Mutu Melalui Teknik Aseptik di Industri Pengolahan Singkong Desa Tambakrejo Kabupaten Deli Serdang (2010)” dan lolos sebagai peserta Pekan Ilmiah Mahasiswa Nasional (PIMNAS) XXIV pada tahun 2011 di Universitas Hasanuddin Makassar, Sulawesi Selatan. Penulis telah melaksanakan Praktik Kerja Lapangan (PKL) di Balai Besar Pengawas Obat dan Makanan Di Medan, Medan, Sumatera Utara dari tanggal 16 Juli sampai 10 Agustus 2012. Penelitian ini disponsori oleh PT. Indofood Sukses Makmur Tbk, dalam kerangka program Indofood Riset Nugraha tahun 2012.
7 KATA PENGANTAR
Puji dan syukur penulis panjatkan kepada Tuhan Yang Maha Esa, atas segala rahmat dan karuniaNya sehingga penulis dapat menyelesaikan skripsi yang berjudul “Pengaruh Proses Fisik dan Proses Kimia Terhadap Produksi Pati Resisten Pada Empat Varietas Ubi Kayu (Manihot esculenta)”. Pada kesempatan ini penulis menyampaikan ucapan terima kasih kepada PT. Indofood Sukses Makmur, Tbk atas dana penelitiannya, Buya dan Ummi tercinta yang telah membesarkan, memelihara, dan mendidik penulis selama ini, kepada abang-abang saya Hasanul Arifin, Hasnil Irfan, Ahmad Muhajir dan kakak-kakak saya Syafrida Hafni, Meutia Hayati, Salmah, Laila Azizah atas doa dan dukungannya. Penulis menyampaikan ucapan terima kasih kepada Ibu Dr. Ir. Elisa Julianti, M.Si dan Ibu Linda Masniary Lubis, STP, M.Si. yang telah membimbing dan memberikan berbagai masukan berharga kepada penulis dari mulai menetapkan judul, melakukan penelitian, sampai pada ujian akhir. Penulis juga mengucapkan terima kasih kepada Ibu Dr. Ir. Herla Rusmarilin, MP, Bapak Prof. Dr. Ir. Zulkifli Lubis, M.App.Sc, dan Bapak Ir. Sentosa Ginting, MP. atas kritik dan saran kepada penulis untuk menyempurnakan skripsi, Bapak Prof. Dr. F.G. Winarno, Bapak Dr. Ir. Purwiyatno Hariyadi, dan Ibu Ir. Winarti, TK. selaku Dewan Pakar dari PT. Indofood Sukses Makmur, Tbk atas saran serta motivasi dalam memberi masukan kepada penulis untuk menyempurnakan skripsi. Di samping itu, penulis juga mengucapkan terima kasih kepada staf Pengajar dan pegawai di Program Studi Ilmu dan Teknologi Pangan, teman-teman seperjuangan ITP 2009 atas semangat dan dukungannya selama ini, rekan asisten di
8 Laboratorium Analisa Kimia Bahan Pangan, adik-adik ITP 2010 dan 2011, dan semua pihak yang tidak dapat disebutkan satu per satu di sini yang telah membantu penulis dalam menyelesaikan skripsi ini. Semoga skripsi ini dapat bermanfaat bagi pihak yang membutuhkan.
Medan, Agustus 2013
Penulis
9 DAFTAR ISI
ABSTRAK..........................................................................................................
Hal i
ABSTRACT .......................................................................................................
i
RIWAYAT HIDUP............................................................................................
ii
KATA PENGANTAR........................................................................................ iii DAFTAR ISI ......................................................................................................
v
DAFTAR TABEL .............................................................................................. viii DAFTAR GAMBAR.......................................................................................... ix DAFTAR LAMPIRAN ...................................................................................... xi PENDAHULUAN Latar Belakang.............................................................................................. Perumusan Masalah ...................................................................................... Tujuan Penelitian .......................................................................................... Kegunaan Penelitian ..................................................................................... Hipotesis Penelitian ......................................................................................
1 6 7 7 8
TINJAUAN PUSTAKA Ubi Kayu ..................................................................................................... Pati .............................................................................................................. Pati Resisten ................................................................................................ Proses Fisik................................................................................................... Proses Kimia................................................................................................. Studi Pendahuluan yang Telah Dilaksanakan ...............................................
9 11 14 15 17 18
BAHAN DAN METODA Waktu dan Tempat Penelitian ....................................................................... Bahan Penelitian .......................................................................................... Reagensia ..................................................................................................... Alat Penelitian ............................................................................................. Metode Penelitian ........................................................................................ Model Rancangan ........................................................................................ Pelaksanaan Penelitian ................................................................................. Ekstraksi pati ubi kayu ........................................................................... Modifikasi proses fisik ........................................................................... Modifikasi proses kimia ......................................................................... Pengamatan dan Pengukuran Data Kadar air ...............................................................................................
19 19 19 20 20 21 22 22 23 23 24
10 Kadar abu .............................................................................................. Kadar lemak .......................................................................................... Kadar protein ........................................................................................ Nilai pH ................................................................................................ Sifat amilografi dengan Rapid Visco Analyzer (RVA) ............................ Kadar pati ............................................................................................. Kadar pati resisten ................................................................................. Total gula .............................................................................................. Bentuk granula pati ............................................................................... Skema Penelitian........................................................................................... HASIL DAN PEMBAHASAN Karakteristik Fisikokimia Pati Alami dari Empat Varietas Ubi Kayu............. Kadar air ................................................................................................ Kadar abu............................................................................................... Kadar lemak........................................................................................... Kadar protein ......................................................................................... Nilai pH ................................................................................................. Bentuk dan ukuran granula pati .............................................................. Karakteristik Pasta Pati Alami dari Empat Varietas Ubi kayu........................ Karakteristik Fungsional Pati Alami dari empat Varietas Ubi Kayu............... Kadar pati resisten.................................................................................. Total gula............................................................................................... Kadar pati .............................................................................................. Modifikasi Pati dengan Proses Fisik dan Proses Kimia Pada Empat Varietas Ubi Kayu ........................................................................................ Karakteristik Fisikokimia Pati Termodifikasi Dari Empat Varietas Ubi Kayu Kadar air ................................................................................................ Kadar abu............................................................................................... Kadar lemak........................................................................................... Kadar protein ......................................................................................... Nilai pH ................................................................................................. Bentuk dan ukuran granula pati .............................................................. Karakteristik Pasta Pati Termodifikasi dari Empat Varietas Ubi kayu............ Suhu gelatinisasi .................................................................................... Viskositas puncak .................................................................................. Viskositas breakdown ............................................................................ Viskositas setback .................................................................................. Viskositas Akhir..................................................................................... Karakteristik Fungsional Pati Termodifikasi Dari Empat Varietas Ubi Kayu. Total gula............................................................................................... Kadar pati .............................................................................................. Kadar pati resisten..................................................................................
25 25 26 27 27 27 28 29 29 30 33 33 34 35 35 36 37 37 40 41 42 42 43 43 44 45 46 47 48 49 52 53 54 55 56 57 60 60 63 64
KESIMPULAN DAN SARAN Kesimpulan................................................................................................... 68 Saran............................................................................................................. 69
11 DAFTAR PUSTAKA......................................................................................... 70 LAMPIRAN
12 DAFTAR TABEL
No.
Hal
1.
Data statistik penderita diabetes ..................................................................
2.
Kandungan gizi dalam 100 gram ubi kayu .................................................. 11
3.
Komposisi amilosa dan amilopektin............................................................ 12
4.
Karakteristik granula pati............................................................................ 13
5.
Sifat granula beberapa jenis pati.................................................................. 14
6.
Karakteristik gelatinisasi beberapa jenis pati ............................................... 14
7.
Karakteristik fisikokimia pati alami dari empat varietas ubi kayu................ 33
8.
Pengaruh varietas ubi kayu terhadap karakteristik pasta pati alami ubi kayu 38
9.
Pengaruh varietas ubi kayu terhadap karakteristik fungsional pati alami Ubi kayu..................................................................................................... Pengaruh varietas ubi kayu terhadap karakteristik fisikokimia pati ubi kayu termodifikasi ................................................................................ Pengaruh proses modifikasi pati ubi kayu terhadap karakteristik fisikokimia pati ubi kayu termodifikasi ....................................................... Pengaruh varietas ubi kayu terhadap karakteristik pasta pati ubi kayu termodifikasi ................................................................................ Pengaruh proses modifikasi pati ubi kayu terhadap karakteristik pasta pati ubi kayu termodifikasi.......................................................................... Pengaruh varietas ubi kayu terhadap karakteristik fungsional pati ubi kayu termodifikasi ................................................................................ Pengaruh proses modifikasi pati ubi kayu terhadap karakteristik fungsional pati ubi kayu termodifikasi ........................................................ Kadar pati resisten dari pati alami dan pati hasil modifikasi dari empat varietas ubi kayu.........................................................................................
10. 11. 12. 13. 14. 15. 16.
2
41 43 44 53 53 60 60 66
13 DAFTAR GAMBAR
No.
Hal
1.
Struktur molekul amilosa dan amilopektin..............................................
13
2.
Skema ekstraksi pati ubi kayu.................................................................
30
3.
Skema modifikasi pati ubi kayu secara fisik............................................
31
4.
Skema modifikasi pati ubi kayu secara kimia..........................................
32
5.
Kadar air pati alami dari empat varietas ubi kayu....................................
34
6.
Kadar abu pati alami dari empat varietas ubi kayu ..................................
34
7.
Kadar lemak pati alami dari empat varietas ubi kayu ..............................
35
8.
Kadar protein pati alami dari empat varietas ubi kayu.............................
36
9.
Nilai pH pati alami dari empat varietas ubi kayu.....................................
36
10. Bentuk granula pati alami dari empat varietas ubi kayu dengan perbesaran 100 kali................................................................................. 11. Karakteristik pasta pati alami dari empat varietas ubi kayu .....................
37 38
12. Kadar pati resisten pati alami dari empat varietas ubi kayu .....................
41
13. Total gula pati alami dari empat varietas ubi kayu ..................................
42
14. Kadar pati pati alami dari empat varietas ubi kayu..................................
43
15. Kadar air pati termodifikasi dari empat varietas ubi kayu yang dimodifikasi dengan empat proses modifikasi pati yang berbeda ...........
45
16. Kadar abu pati termodifikasi dari empat varietas ubi kayu yang dimodifikasi dengan empat proses modifikasi pati yang berbeda ............
46
17. Kadar lemak pati termodifikasi dari empat varietas ubi kayu yang dimodifikasi dengan empat proses modifikasi pati yang berbeda ............
47
18. Kadar protein pati termodifikasi dari empat varietas ubi kayu yang dimodifikasi dengan empat proses modifikasi pati yang berbeda ............
48
19. Nilai pH pati termodifikasi dari empat varietas ubi kayu yang dimodifikasi dengan empat proses modifikasi pati yang berbeda ............
49
14
20. Bentuk granula pati termodifikasi dari varietas ubi kayu ketan dengan empat metode modifikasi........................................................................
50
21. Bentuk granula pati termodifikasi dari varietas ubi kayu kuning dengan empat metode modifikasi........................................................................
51
22. Bentuk granula pati termodifikasi dari varietas ubi kayu gunting saga dengan empat metode modifikasi............................................................
51
23. Bentuk granula pati termodifikasi dari varietas ubi kayu roti dengan empat metode modifikasi........................................................................
52
24. Karakteristik pasta pati dari varietas ubi kayu ketan dengan empat metode modifikasi ..................................................................................
58
25. Karakteristik pasta pati dari varietas ubi kayu kuning dengan empat metode modifikasi ..................................................................................
58
26. Karakteristik pasta pati dari varietas ubi kayu gunting saga dengan empat metode modifikasi........................................................................
59
27. Karakteristik pasta pati dari varietas ubi kayu roti dengan empat metode modifikasi ..................................................................................
59
28. Total gula pati termodifikasi dari empat varietas ubi kayu yang dimodifikasi dengan empat proses modifikasi pati yang berbeda ............
62
29. Kadar pati pati termodifikasi dari empat varietas ubi kayu yang dimodifikasi dengan empat proses modifikasi pati yang berbeda ............
64
30. Kadar pati resisten pati termodifikasi dari empat varietas ubi kayu yang dimodifikasi dengan empat proses modifikasi pati yang berbeda ............
67
15 DAFTAR LAMPIRAN
No. 1.
Hal Daftar analisis ragam kadar air pati alami dan uji LSR efek utama pengaruh varietas ubi kayu terhadap kadar air pati alami...........................
74
Daftar analisis ragam kadar abu pati alami dan uji LSR efek utama pengaruh varietas ubi kayu terhadap kadar abu pati alami .........................
75
Daftar analisis ragam kadar protein pati alami dan uji LSR efek utama pengaruh varietas ubi kayu terhadap kadar protein pati alami .........
76
Daftar analisis ragam kadar lemak pati alami dan uji LSR efek utama pengaruh varietas ubi kayu terhadap kadar lemak pati alami .....................
77
Daftar analisis ragam nilai pH pati alami dan uji LSR efek utama pengaruh varietas ubi kayu terhadap nilai pH pati alami............................
78
Daftar analisis ragam ukuran granula pati alami dan uji LSR efek utama pengaruh varietas ubi kayu terhadap ukuran granula pati alami......
79
Daftar analisis ragam viskositas puncak pati alami dan uji LSR efek utama pengaruh varietas ubi kayu terhadap viskositas puncak pati alami..
80
Daftar analisis ragam viskositas breakdown pati alami dan uji LSR efek utama pengaruh varietas ubi kayu terhadap viskositas breakdown pati alami..................................................................................................
81
Daftar analisis ragam viskositas setback pati alami dan uji LSR efek utama pengaruh varietas ubi kayu terhadap viskositas setback pati alami.........................................................................................................
82
10. Daftar analisis ragam viskositas akhir pati alami dan uji LSR efek utama pengaruh varietas ubi kayu terhadap viskositas akhir pati alami......
83
11. Daftar analisis ragam suhu gelatinisasi pati alami dan uji LSR efek utama pengaruh varietas ubi kayu terhadap suhu gelatinisasi pati alami ....
84
12. Daftar analisis ragam kadar pati resisten pati alami dan uji LSR efek utama pengaruh varietas ubi kayu terhadap kadar pati resisten pati alami.........................................................................................................
85
13. Daftar analisis ragam total gula pati alami dan uji LSR efek utama pengaruh varietas ubi kayu terhadap total gula pati alami..........................
86
2. 3. 4. 5. 6. 7. 8.
9.
16 14. Daftar analisis ragam kadar pati pati alami dan uji LSR efek utama pengaruh varietas ubi kayu terhadap kadar pati pati alami.........................
87
15. Daftar analisis ragam kadar air pati termodifikasi .....................................
88
16. Uji LSR efek utama pengaruh varietas ubi kayu dan proses modifikasi fisik dan kimia terhadap kadar air pati termodifikasi .................................
89
17. Daftar analisis ragam kadar abu pati termodifikasi ....................................
90
18. Uji LSR efek utama pengaruh varietas ubi kayu dan proses modifikasi fisik dan kimia terhadap kadar abu pati termodifikasi................................
91
19. Daftar analisis ragam kadar protein pati termodifikasi...............................
92
20. Uji LSR efek utama pengaruh varietas ubi kayu dan proses modifikasi fisik dan kimia terhadap kadar protein pati termodifikasi ..........................
93
21. Daftar analisis ragam kadar lemak pati termodifikasi ................................
94
22. Uji LSR efek utama pengaruh varietas ubi kayu dan proses modifikasi fisik dan kimia terhadap kadar lemak pati termodifikasi............................
95
23. Daftar analisis ragam nilai pH pati termodifikasi.......................................
96
24. Uji LSR efek utama pengaruh varietas ubi kayu dan proses modifikasi fisik dan kimia terhadap nilai pH pati termodifikasi ..................................
97
25. Daftar analisis ragam viskositas puncak pati termodifikasi........................
98
26. Uji LSR efek utama pengaruh varietas ubi kayu dan proses modifikasi fisik dan kimia terhadap viskositas puncak pati termodifikasi ...................
99
27. Daftar analisis ragam viskositas breakdown pati termodifikasi.................. 100 28. Uji LSR efek utama pengaruh varietas ubi kayu dan proses modifikasi fisik dan kimia terhadap viskositas breakdown pati termodifikasi ............ 101 29. Daftar analisis ragam viskositas setback pati termodifikasi ....................... 102 30. Uji LSR efek utama pengaruh varietas ubi kayu dan proses modifikasi fisik dan kimia terhadap viskositas setback pati termodifikasi ................... 103 31. Daftar analisis ragam viskositas akhir pati termodifikasi ........................... 104 32. Uji LSR efek utama pengaruh varietas ubi kayu dan proses modifikasi fisik dan kimia terhadap viskositas akhir pati termodifikasi....................... 105
17 33. Daftar analisis ragam kadar pati resisten pati termodifikasi ....................... 106 34. Uji LSR efek utama pengaruh varietas ubi kayu dan proses modifikasi fisik dan kimia terhadap kadar pati resisten pati termodifikasi................... 107 35. Daftar analisis ragam total gula pati termodifikasi..................................... 108 36. Uji LSR efek utama pengaruh varietas ubi kayu dan proses modifikasi fisik dan kimia terhadap total gula pati termodifikasi ................................ 109 37. Daftar analisis ragam kadar pati pati termodifikasi.................................... 110 38. Uji LSR efek utama pengaruh varietas ubi kayu dan proses modifikasi fisik dan kimia terhadap kadar pati pati termodifikasi ............................... 111 39. Matriks korelasi ........................................................................................ 112
