Optimasi Proses Modifikasi Fisik Dengan Metode Pra-Gelatinisasi, Ultrasonik, Dan Freeze-Thaw Serta Kombinasinya Terhadap Karakteristik Fisiko-Kimia Pati Ubi Jalar (Ipomoea Batatas (L.) Lam)

Ulfa, Grace Maria and Prof. Dr. Ir. Simon Bambang Widjanarko,, M.App.Sc and Dr. Widya Dwi Rukmi Putri,, S.TP., M.P and Kiki Fibrianto,, S.TP., M.Phil., Ph.D (2021) Optimasi Proses Modifikasi Fisik Dengan Metode Pra-Gelatinisasi, Ultrasonik, Dan Freeze-Thaw Serta Kombinasinya Terhadap Karakteristik Fisiko-Kimia Pati Ubi Jalar (Ipomoea Batatas (L.) Lam). Doktor thesis, Universitas Brawijaya.

Abstract

Indonesia merupakan salah satu penghasil ubi jalar. Namun, pemanfaatan pati ubi jalar masih kurang populer di Indonesia. Ubi jalar mengandung pati mencapai 20% (wb), sehingga penggunaannya perlu dioptimalkan. Saat ini granula pati dianggap berpotensi sebagai bio-adsorben. Kemampuan menyerap yang tinggi pati yang memiliki pori mempunyai banyak keuntungan bagi industri. Pori dapat meningkatkan kemampuan hidrasi dan kelarutan produk. Pori juga dapat melindungi elemen sensitif yang rentan oksidasi maupun suhu tinggi. Produk dengan kapasitas hidrasi yang besar dapat diaplikasikan untuk eksipien tablet dan produk pre-cooked meal. Namun, kapasitas penyerapan granula pati alami jauh lebih rendah dibandingkan adsorben anorganik akibat luas permukaan spesifik dan volume pori yang lebih rendah pada pati alami. Pati ubi jalar dapat dimodifikasi untuk menjadi pati berpori yang memiliki kapasitas penyerapan yang lebih baik. Pada penelitian ini digunakan metode fisik, yaitu pra-gelatinisasi, ultrasonik, dan freeze-thaw. Tujuan penelitian adalah untuk mengevaluasi efek modifikasi pra-gelatinisasi, ultrasonik, freeze-thaw dan kombinasi modifikasi fisik tersebut pada pati ubi jalar untuk meningkatkan nilai fisiko-kimianya. Penelitian ini terdiri atas 4 tahap, yaitu Tahap I: optimasi proses pra-gelatinisasi dengan RSM-CCD 2 faktor, yaitu suhu dan lama reaksi. Hasilnya diperoleh pati pra-gelatinisasi optimum dengan suhu 51,45ºC dan lama reaksi 10,12 menit. Respon kapasitas penyerapan air diperoleh 103,84±0,07%, daya kembang 30,61±0,71 g/g, dan kelarutan 10,75±0,03%. Tahap II: optimasi proses ultrasonikasi dengan RSM-CCD 2 faktor, yaitu suhu dan lama reaksi. Hasilnya pati termodifikasi ultrasonik optimum diperoleh dengan proses ultrasonikasi suhu 50,25ºC dan lama reaksi 11,44 menit dengan respon kapasitas penyerapan air 96,13±0,08%, daya kembang 33,77±1,17 g/g, dan kelarutan 13,60±0,25%. Tahap III: penentuan jumlah siklus freeze-thaw dengan RAL faktor jumlah siklus. Hasilnya jumlah siklus freeze-thaw yang sesuai untuk modifikasi pati ubi jalar adalah 9 siklus dengan respon kapasitas penyerapan air 94,30±0,06, daya kembang 28,22±0,19 g/g, dan kelarutan 7,84±0,44%. Tahap IV: proses penentuan urutan modifikasi kombinasi antara freeze-thaw dengan pra-gelatinisasi atau ultrasonik menggunakan uji paired t-test. Hasilnya diketahui perlakuan freeze-thaw yang dilakukan terlebih dahulu sebelum pra-gelatinisasi atau pun ultrasonik menghasilkan pati modifikasi dengan karakteristik fisiko-kimia lebih baik dibandingkan perlakuan freeze-thaw yang dilakukan setelahnya. Selanjutnya dilakukan penentuan perlakuan terbaik dengan metode SMART (Simple Multi Attribute Rating Technique). Hasilnya uji SMART menunjukkan pati modifikasi terbaik diperoleh pada perlakuan kombinasi freeze-thaw-ultrasonik. Perlakuan kombinasi freeze-thaw-ultrasonik lebih unggul dalam menghasilkan pati dengan karakteristik fisiko-kimia yang lebih baik dibandingkan kombinasi freeze-thaw-pra-gelatinisasi ataupun modifikasi fisik tunggal pra-gelatinisasi, ultrasonik, dan freeze-thaw. Hasil analisa warna, kadar air, kadar abu,total pati, kadar amilosa, kadar amilopektin, pH, daya kembang, kelarutan, kapasitas penyerapan minyak dan air, dan kejernihan pasta 1% menunjukkan karakteristik yang secara signifikan berbeda nyata (p>0,05) dengan pati alami. Penurunan sifat birefringence juga diamati dengan mikroskop polarisasi. Peningkatan diameter rata-rata ukuran partikel menjadi 47,09±2,59 μm juga diamati dengan PSA. Analisa mikrostruktur dengan SEM menunjukkan timbulnya pori dan retakan pada granula serta perubahan permukaan granula menjadi lebih kasar. Analisa ikatan antar atom dengan FTIR menunjukkan gugus fungsi dengan pola yang sama pada panjang gelombang 500 – 4000 cm-1. Analisa sifat pasta dengan Brabender Amylograph menunjukkan peningkatan kestabilan pasta pati. Analisa sifat gelatinisasi dengan DSC menunjukkan peningkatan sifat termal pati. Sedangkan analisa dengan XRD menunjukkan perubahan kristalit tidak terjadi pada pati. Kombinasi modifikasi fisik lebih disarankan dibandingkan modifikasi tunggal karena pada perlakuan kombinasi diperoleh sifat fisiko-kimia pati lebih baik dibandingkan modifikasi tunggal. Pati modifikasi yang dihasilkan pada penelitian ini berpotensi digunakan sebagai adsorben maupun untuk produk yang membutuhkan pati dengan kemampuan hidrasi dan kelarutan tinggi seperti eksipien tablet dan precooked meal.

English Abstract

Indonesia is one of the sweet potato producers in the world. However, the use of sweet potato starch is still less popular in Indonesia. Sweet potato contains starch up to 20% (wb), so its use needs to be optimized. Currently, starch granules are considered as potential bio-adsorbents. The high absorption capacity of starch which has pores has many advantages for industry. Pores can improve hydration ability and product solubility. Pores can also protect sensitive elements that are susceptible to oxidation and high temperatures. Products with a large hydration capacity can be applied for tablet excipients and pre-cooked meal products. However, the adsorption capacity of native starch granules is much lower than that of inorganic adsorbents due to the lower specific surface area and pore volume of natural starch. Sweet potato starch can be modified to become porous starch which has better absorption capacity. In this study, physical methods were used, namely pre-gelatinization, ultrasonic, and freeze-thaw. The aim of this study was to evaluate the effect of pre-gelatinization, ultrasonic, freeze-thaw, and the combination modifications of these physical methods on sweet potato starch to increase its physico-chemical value. This study consisted of 4 stages, Stage I: Optimization of the pre-gelatinization process with RSM-CCD 2 factors, namely temperature and reaction time. The result was the optimum pre-gelatinized starch with a temperature of 51.45ºC and a reaction time of 10.12 minutes. The water absorption capacity was 103.84±0.07%, the swelling power was 30.61±0.71 g/g, and the solubility was 10.75±0.03%. Stage II: Optimization of the ultrasonication process with RSM-CCD 2 factors, namely temperature and reaction time. The result was the optimum ultrasonic modified starch was obtained by ultrasonication process at 50.25ºC temperature and reaction time of 11.44 minutes with water absorption capacity of 96.13±0.08%, swelling power 33.77±1.17 g/g, and solubility 13.60±0.25%. Stage III: Determining the number of freeze-thaw cycles with RAL factor of the number of cycles. As a result, the number of freeze-thaw cycles suitable for sweet potato starch modification was 9 cycles with water absorption capacity 94.30±0.06, swelling power 28.22±0.19 g/g, and solubility 7.84±0.44%. Stage IV: Determining the modification sequence of the combination of freeze-thaw with pre-gelatinization or ultrasonic using paired t-test. The results showed that the freeze-thaw treatment which was carried out before pre-gelatinization or ultrasonic yielded modified starch with better physico-chemical characteristics than the freeze-thaw treatment carried out afterwards. Next, the best treatment was determined using the SMART (Simple Multi Attribute Rating Technique) method. The results of the SMART test showed that the best modified starch was obtained in the freeze-thaw-ultrasonic combination treatment.The freeze-thaw-ultrasonic combination treatment was superior in producing starch with better physico-chemical characteristics than the freeze-thaw-pre-gelatinization combination or the single physical modification of pre-gelatinization, ultrasonic, and freeze-thaw. The results shows the analysis of color, water content, ash content, total starch, amylose content, amylopectin content, pH, swelling power, solubility, oil and water absorption capacity, and 1% paste clarity showed significantly different characteristics (p>0.05 ) with native starch. The decrease in birefringence properties was also observed with a polarizing microscope. An increase in the mean diameter of the particle size to 47.09±2.59 μm was also observed with PSA. Microstructural analysis using SEM showed the appearance of pores and cracks in the granules and changes in the surface of the granules to become coarser. Analysis of the bonds between atoms with FTIR showed functional groups with the same pattern at a wavelength of 500 – 4000 cm-1. Analysis of paste properties with Brabender Amylograph showed an increase in the stability of starch paste. Analysis of gelatinization properties with DSC showed an increase in the thermal properties of starch. Meanwhile, XRD analysis showed that crystallite changes did not occur in starch. Combination of physical modification is recommended over single modification because the combination treatment obtained better physico-chemical properties of starch than single modification. Modified starch produced in these experiments have potential to be used as an adsorbent as well as for products that require starch with high hydration and solubility such as tablet excipients and precooked meal.

Item Type:	Thesis (Doktor)
Identification Number:	0621100004
Uncontrolled Keywords:	freeze-thaw, pati berpori, pra-gelatinisasi, ubi jalar, ultrasonik,freeze-thaw, pre-gelatinization, porous starch, sweet potato, ultrasonic
Subjects:	300 Social sciences > 338 Production > 338.1 Agriculture > 338.16 Production efficiency
Divisions:	S2/S3 > Doktor Teknologi Industri Pertanian, Fakultas Teknologi Pertanian
Depositing User:	soegeng sugeng
Date Deposited:	04 Nov 2022 06:24
Last Modified:	29 May 2024 01:42
URI:	http://repository.ub.ac.id/id/eprint/196122

Text (DALAM MASA EMBARGO) Grace Maria Ulfa.pdf Restricted to Registered users only until 31 December 2024. Download (9MB)

Actions (login required)

View Item