ANALISIS DAYA CERNA PATI SECARA IN VITRO VITRO
Oleh : Golongan P2; Kelompok 1
Nurul Agustina Agustina Chandrade Chandradewi wi Mila Kharisma
F2409004 F24090042 2 F24090043
Jian Septian
F24090046
Ayu Cahyaning Wulan
F24090130
Didiet Rayadi
F24061503
Dosen
: Ir. Sutrisno Koswara, Msc
Asisten Praktikum
: Dede Saputra, S.Pi, M.Si Umi Kulsum, S.TP
DEPARTEMEN ILMU DAN TEKNOLOGI PANGAN FAKULTAS TEKNOLOGI PERTANIAN INSTITUT PERTANIAN BOGOR 2012
2
1. PENDAHULUAN
1.1 Latar Belakang
Salah satu zat gizi bahan pangan yang dikonsumsi dalam jumlah yang lebih banyak dibandingkan komponen gizi lainnya adalah karbohidrat. Suatu bahan makanan dikatakan memiliki nilai gizi karbohidrat yang tinggi apabila dapat diserap dan dimanfaatkan sebagai sumber energi bagi sel-sel tubuh. Pati merupakan sumber utama karbohidrat dalam pangan yang terdiri dari fraksi amilosa dan amilopektin. Pati adalah homopolimer glukosa yang dihubungkan oleh ikatan α-glikosidik. Enzim pencernaan yang menghidrolisis pati akan memecah pati menjadi unit-unit yang lebih kecil untuk diserap oleh sel-sel tubuh. Daya cerna pati ditentukan dengan banyaknya pati yang dapat dihidrolisis menjadi komponen yang lebih sederhana dalam waktu tertentu (Jacobs dan Delcour 1998). Pati yang terdapat di pasaran tersedia dalam berbagai bentuk yang dapat dipilih sesuai tujuan penggunaannya. Selain pati murni, terdapat juga pati hasil modifikasi yang bertujuan untuk merubah bentuk alami pati karena memiliki keterbatasan dari segi sifat fisik dan kimia untuk diaplikasikan pada produk pangan tertentu. Diharapkan pati hasil modifikasi tersebut memiliki sifat yang lebih baik sesuai tujuan modifikasinya (Liu et al . 2005). Pati resisten merupakan salah satu pati hasil modifikasi. Salah satu contoh pati termodifikasi adalah pati tahan cerna atau pati resisten. Prangdimurti (2007) menyatakan bahwa pati resisten adalah fraksi pati atau produk degradasi pati yang tidak terabsorbsi dalam usus halus individu yang sehat karena bersifat resisten terhadap perlakuan hidrolisis oleh enzim α-amilase lengkap dan pullulanase secara in vitro. Perlakuan terhadap pati tersebut mempengaruhi sifat daya cerna pati. Sifat pati yang dimiliki dari setiap bahan makanan maupun hasil modifikasi memiliki daya cerna yang berbeda-beda. Komponen lainnya yang terdapat dalam bahan pangan, seperti zat antinutrisi, serta perlakuan yang diberikan merupakan faktor yang dapat mempengaruhi daya cerna pati. Daya cerna pati dapat dihitung sebagai persentase relatif terhadap pati murni (Prangdimurti 2007). Dilakukan percobaan terhadap pati murni, tepung maizena, pati sagu, novelose, tepung jagung, dan tepung
3
tapioka untuk mengetahui dan membandingkan daya cerna masing-masing jenis tepung, serta membuktikan bahwa faktor-faktor tersebut mempengaruhi daya cerna pati beberapa jenis tepung tersebut. 1.2 Tujuan
Mengetahui daya cerna pati masing-masing sampel, seperti tepung maizena, pati sagu, tepung tapioka, novelose, dan tepung jagung, yang dihitung sebagai persentase relatif terhadap pati murni. Selain itu, untuk membuktikan bahwa perlakuan modifikasi dan komponen lain dalam bahan pangan mempengaruhi daya cerna pati masingmasing sampel.
4
2. BAHAN DAN METODE 2.1 Waktu dan Tempat
Waktu : Senin, 24 September 2012 Tempat : Laboratorium Biokimia, Departemen Ilmu dan Teknologi Pangan IPB 2.2 Bahan
Bahan-bahan yang digunakan adalah pati murni, maizena, tepung tapioka, tepung jagung, novelose, dan pati sagu. Bahan kimia yang digunakan adalah akuades, larutan buffer Na-fosfat 0.1 M pH 7.0, larutan enzim α amilase, pereaksi DNS (dinitrosalisilat), dan larutan maltosa standar. 2.3 Alat
Alat-alat yang digunakan adalah pipet mohr (1ml, 5 ml, dan 10 ml), tabung reaksi, erlemeyer, vorteks, timbangan analitik, hot plate, inkubator GFL 1083, gelas piala, stopwatch, spektrofotometer UV-VIS dan kuvet. 2.4 Prosedur Kerja
Tahapan dalam melakukan analisis daya cerna pati secara in vitro terdiri dari, pembuatan kurva standar dengan menggunakan larutan maltose standar untuk mengetahui kadar maltose sampel dan analisis daya cerna pati secara in vitro yang menggunakan metode pengukuran spektrofotometer untuk mengukur intensitas warna yang dihasilkan akibat reaksi DNS dengan gula pereduksi. Intensitas warna orange yang semakin tinggi mengindikasikan daya cerna pati yang tinggi. a. Pembuatan kurva standar
larutan maltosa standar dengan berbagai konsentrasi
1 ml DNS
Dicampur kemudian dipanaskan 10 menit ditambah 5 ml akuades, vorteks diukur absorbansi pada 520 nm Gambar 1. Pembuatan kurva standar larutan maltosa
5
b. Analisis daya cerna pati
in vitro
dimasukkan ke dalam tabung reaksi bertutup
0.25 g sampel
12.5 ml akuades
dipanaskan dalam waterbath hingga 90 °C didinginkan sampai 37 °C diambil @ 1 ml dan dimasukkan ke tabung reaksi bertutup
Tabung A: ditambah 1.5 ml akuades dan 2.5 ml bufer fosfat pH 7.0
Tabung B: ditambah 1.5 ml akuades dan 2.5 ml bufer fosfat pH 7.0
diinkubasi selama 15 menit pada 37°C
Tabung A : Ditambah 2.5 ml larutan enzim alfa amilase
Tabung B: Ditambah 2.5 ml bufer fosfat pH 7.0
Inkubasi 30 menit
diambil 0.5 ml + 1 ml DNS dipanaskan dalam air mendidih 10 menit Segera didinginkan dengan air mengalir ditambah 5 ml akuades, vortex
diukur absorbansi pada λ 520 nm Gambar 2. Diagram alir pengukuran daya cerna pati secara in vitro 6
3. DATA HASIL PERCOBAAN
Tabel 1. Data Kurva Standar Daya Cerna Pati Konsentrasi larutan stok maltose satandar (mg/mL) 0,00 0,10 0,20 0,30 0,40 0,50
Volume larutan stok yang dipipet 0,00 0,30 0,60 0,90 1,20 1,50
Absorbansi 0,271 0,387 0,483 0,581 0,680 0,810
Gambar 3. Kurva Standar Daya Cerna Pati
Tabel 2. Data Hasil Perhitungan Kadar Maltosa Absorbansi Sampel Pati murni Maizena Tapioca Tepung jagung Novelose Pati sagu
Sampel
Blanko sampel
1,170 0,978 0,677 0,694 0,430 1,296
0,129 0,896 0,131 0,136 0,191 0,134
Kadar Maltosa Blanko Sampel sampel 0,8550 -0,1373 0,6720 0,5938 0,3851 -0,1354 0,4013 -0,1306 0,1497 -0,0782 0,9751 -0,1325
7
Contoh perhitungan Kadar maltose sampel maizena y = 1.0491x + 0.2730 0.978 = 1.0491x+ 0.2730 x = 0.6720 Tabel 3. Data Hasil Perhitungan Daya Cerna Pati Sampel Pati murni Maizena Tapioka Tepung jagung Novelose Pati sagu
Kadar Maltosa Sampel Blanko sampel 0,8550 -0,1373 0,6720 0,5938 0,3851 -0,1354 0,4013 -0,1306 0,1497 -0,0782 0,9751 -0,1325
Daya cerna pati (%) 100,00 7,88 52,45 53,60 22,96 111,62
Contoh perhitungan Daya cerna pati maizena
Keterangan : A = kadar maltose sampel a = kadar maltose blanko sampel B = kadar maltose sampel pati murni B = kadar maltose blanko sampel pati murni
8
Gambar 4. Diagram Daya Cerna Pati Sampel
9
4. PEMBAHASAN
Pati adalah karbohidrat yang merupakan polimer glukosa, dan terdiri dari amilosa dan amilopektin. Pati dapat diperoleh dari biji-bijian, umbi-umbian, sayuran, maupun buah-buahan. Sumber alami pati antara lain adalah jagung, labu, kentang, ubi jalar, pisang, barley, gandum, beras, sagu, amaranth, ubi kayu, ganyong, dan sorgum (Herawati 2010). Pati juga merupakan homopolimer glukosa yang dihubungkan oleh ikatan α-glikosidik (Sajilata 2006). Pati terdiri dari dua fraksi yang dapat dipisahkan dengan air panas. Fraksi terlarutnya merupakan amilosa, sedangkan fraksi tidak terlarutnya merupakan amilopektin. Amilosa akan membentuk lapisan yang transparan, yaitu larutan dengan viskositas tinggi dan berbentuk lapisan-lapisan seperti untaian tali. Pada amilopektin cenderung tidak terjadi retrogradasi dan tidak membentuk gel, kecuali pada konsentrasi tinggi (Woo et al . 2008). Selain mengandung amilosa dan amilopektin, pati juga mengandung sejumlah air, lemak, protein, dan ion mineral yang terdapat dalam matriks granula pati (Sajilata 2006). Secara umum, pati dapat dikelompokkan menjadi pati yang dapat dicerna dengan cepat atau rapid digestible starch (RDS) dan pati yang memiliki daya cerna lambat atau slowly digestible starch (SDS). Contoh RDS yaitu beras dan kentang yang telah dimasak serta beberapa sereal instan siap saji, contoh SDS adalah pati sereal, produk pasta, dan RS, yaitu pati yang sulit dicerna di dalam usus halus (Woo et al . 2008). Pati tahan cerna didefinisikan sebagai fraksi pati yang tahan terhadap hidrolisis enzim pencernaan amilase dan perlakuan pulunase secara in vitro. Karena pati banyak dijumpai dalam saluran pencernaan serta sedikit difermentasi oleh mikroflora usus, RS sering diidentifikasi sebagai fraksi pati makanan yang sulit dicerna di dalam usus halus sehingga memiliki fungsi untuk kesehatan. RS dapat diklasifikasikan menjadi empat tipe, yaitu RS1, RS2, RS3, dan RS4. RS1 secara fisik dapat diperoleh secara langsung, seperti pada biji-bijian atau leguminosa dan biji yang tidak diproses. RS2 secara alami terdapat di dalam struktur granula, seperti kentang yang belum dimasak, juga pada tepung pisang dan tepung jagung yang mengandung banyak amilosa. RS3 terbentuk karena proses pengolahan dan pendinginan, seperti pada roti, emping jagung dan kentang yang dimasak atau didinginkan, atau retrogradasi amilosa jagung. RS4 merupakan pati hasil modifikasi secara kimia
10
melalui asetilasi dan hidroksipropilasi maupun pati ikatan silang sehingga tahan dicerna. RS1 secara fisik merupakan pati yang terperangkap di antara matriks, protein atau dinding sel tanaman. RS2 granula pati tahan terhadap pencernaan oleh enzim αamilase yang terdapat dalam pankreas. RS3 merupakan pati retrogradasi, nonanguler atau pati untuk makanan. RS4 yaitu RS yang memiliki ikatan selain α-1,4 dan α-1,6-Dglukosidik (Shi et al. 2006). Daya cerna pati adalah tingkat kemudahan suatu jenis pati untuk dapat dihidrolisis oleh enzim pemecah pati menjadi unit-unit yang lebih sederhana (Nugent 2005). Beberapa faktor yang dapat menurunkan daya cerna pati, yaitu keberadaan antinutrisis atau antiamilase (serat pangan, tannin) dan struktur kimia pati. Daya cerna pati dihitung sebagai hasil persentase relatif terhadap pati murni ( soluble starch). Pati murni diasumsikan dapat dicerna dengan sempurna dalam saluran pencernaan. Pati modifikasi memiliki daya cerna yang lebih rendah karena kemungkinan mengandung pati resisten yang lebih tinggi. Pada praktikum ini dilakukan penentuan daya cerna pati secara in vitro. Hal ini dilakukan karena penentuan pati secara in vitro relatif lebih mudah dibandingkan analisis secara in vivo dimana pada analisis in vivo pati biasanya sudah diubah menjadi energi sehingga sulit untuk dianalisis daya cernanya. Sampel yang digunakan pada praktikum ini adalah maizena, tepung jagung, tapioka, novelose, pati sagu, dan pati murni sebagai kontrol. Penentuan daya cerna pati secara in vitro dilakukan dengan beberapa tahap meliputi penimbangan sampel, pemanasan awal 90 °C untuk menggelatinisasi pati, penambahan enzim α-amilase, penginkubasian sampel pada suhu 37 °C selama 30 menit. Adanya perlakuan ini menyebabkan pati terhidrolisis oleh enzim α-amilase menjadi unit-unit yang lebih kecil (gula sederhana). Semakin tinggi daya cerna suatu pati berarti semakin banyak pati yang dapat dihidrolisis dalam waktu tertentu yang ditunjukkan oleh semakin banyaknya glukosa dan maltosa yang dihasilkan. Setelah itu, sampel direaksikan dengan larutan DNS, dipanaskan dalam air mendidih selama 10 menit, serta didinginkan dengan air mengalir. Glukosa dan maltosa dapat bereaksi dengan pereaksi asam dinitrosalisilat, yaitu pereaksi yang digunakan pada saat pengukuran gula pereduksi
sehingga
kadar keduanya
dapat diukur
secara
11
spektrofotometri. Pengukuran absorbansi dilakukan dengan spektrofotometer pada panjang gelombang 520nm. Menurut Herawati (2010) hidrolisis enzim α-amilase pada amilosa melalui dua tahap. Tahap pertama yaitu degradasi amilosa menjadi maltosa dan maltotriosa yang terjadi secara acak. Tahap selanjutnya yaitu pembentukan glukosa dan maltosa sebagai akhir secara tidak acak dan berjalan lebih lambat Standar dibuat menggunakan maltosa dengan konsentrasi yang berbeda. Standar diberi perlakuan sama seperti sampel, namun setelah pemanasan 90 oC, standar dibuat menjadi enam konsentrasi berbeda yang kemudian kembali diberi perlakuan seperti sampel. Berdasarkan pengukuran dengan spektrofotometer, didapat enam absorbansi yang kemudian dibuat menjadi kurva dengan persamaan y= 1.0491x + 0.2730. Absorbansi sampel yang telah diukur, kemudian diolah dengan rumus untuk menentukan daya cerna pati. Berdasarkan hasil uji in vitro terhadap daya cerna pati dari kelima sampel serta pati murni sebagai kontrol tersebut, diketahui bahwa daya cerna pati dari yang tertinggi hingga yang terendah secara berturut-turut adalah pati sagu (111,62%), pati murni (100%), tepung jagung (53,60%), tapioka (52,45%), novelose (22,96%), dan maizena (7,88%). Menurut hasil penelitian Herawati (2010), pati pada tepung memiliki daya cerna yang lebih rendah daripada pati murni. Daya cerna pati sagu adalah 97,4% dan pati jagung (maizena) 95,8%. Dengan demikian, daya cerna pati sagu yang didapat dari hasil praktikum menunjukkan daya cerna yang lebih tinggi daripada daya cerna pati murni, sedangkan hasil uji daya cerna pati maizena yang didapat pada praktikum lebih rendah daripada literatur. Daya cerna pati dipengaruhi oleh komposisi amilosa atau amilopektin. Sampai saat ini masih terjadi perbedaan pendapat diantara ilmuwan mengenai hubungan kecepatan pencernaan pati dengan kandungan amilosa-amilopektin. Sebagian besar ilmuwan berpendapat bahwa amilosa dicerna lebih lambat dibandingkan dengan amilopektin karena amilosa merupakan polimer dari gula sederhana dengan rantai lurus, tidak bercabang. Rantai yang lurus ini menyusun ikatan amilosa yang solid sehingga tidak mudah tergelatinasi. Oleh karena itu amilosa lebih sulit dicerna dibandingkan dengan amilopektin yang merupakan polimer gula sederhana, bercabang dan struktur terbuka (Behall & Hallfrisch 2002).
12
Berdasarkan karakteristik tersebut maka pangan yang mengandung amilosa tinggi memiliki aktivitas hipoglikemik lebih tinggi dibandingkan dengan pangan yang mengandung amilopektin tinggi. Namun sebaliknya, berdasarkan mekanisme hidrolisis enzimatis, amilosa dapat dihidrolisis hanya dengan satu enzim yaitu α-amilase. Sedangkan amilopektin, karena mempunyai rantai cabang, maka pertama kali yang dihidrolisis adalah bagian luar oleh α-amilase, kemudian dilanjutkan oleh α-(1,6) glukosidase. Selain itu, berat molekul amilopektin lebih besar dibandingkan dengan amilosa. Berdasarkan pertimbangan ini, maka amilopektin memerlukan waktu yang lebih lama untuk dicerna dibandingkan dengan amilosa (Liu & Kennedy 2005). Novelose merupakan pati jagung termodifikasi melalui proses penambahan enzim atau mikroba penghasil enzim. Prinsip dasar penggunaan enzim untuk produksi RS yaitu mengubah struktur pati sehingga diperoleh pati yang banyak mengandung amilosa. Proses tersebut dapat dilakukan dengan cara mengubah struktur amilopektin dengan glukanotransferase untuk meluruskan rantai, atau mengubah ikatan cabang menjadi lurus seperti struktur amilosa. Fragmen amilosa tersebut selanjutnya dapat dikristalisasi untuk digunakan sebagai RS. Enzim berfungsi memecah rantai sehingga menjadi lebih pendek. Semakin sedikit rantai yang berukuran panjang, daya tahan cerna pati akan meningkat. Pati jagung yang dimodifikasi dengan glukanotransferase mengandung sedikitnya 35% derajat polimerisasi 35 (DP35). Novelose diklaim sebagai bahan pangan untuk kesehatan karena kaya akan sumber serat pangan serta memiliki kandungan karbohidrat cukup rendah (nilai kalori rendah). Berdasarkan pemaparan ini, hasil uji daya cerna pati secara in vitro terhadap Novelose seharusnya memiliki presentase terendah. Namun, hasil praktikum menunjukkan bahwa maizena merupakan pati dengan daya cerna terendah. Hal ini dapat kemungkinan disebabkan karena sampel maizena yang diuji merupakan merupakan pati jagung resisten tipe 2 (RS2) yang memiliki bentuk granula dan tahan terhadap enzim pencernaan. RS2 akan meninggalkan residu serat dan lambat dicerna di dalam usus halus (Herawati 2010). Sampel tepung jagung memiliki daya cerna pati in vitro yang cukup tinggi dan presentasenya hampir sama dengan tapioka. Hal ini kemungkinan dikarenakan tidak terdapat modifikasi pati sehingga dapat dipecah dengan mudah oleh enzim α-amilase. Selain itu, tepung masih mengandung komponen lain seperti protein, lemak, dan mineral, berbeda halnya dengan pati yang telah melalui proses ekstraksi sehingga
13
kadar patinya dapat dioptimumkan. Berdasarkan hasil uji, tapioka dan pati murni memiliki daya cerna yang lebih rendah daripada pati sagu. Hal ini kemungkinan disebabkan
oleh
kurang
sempurnanya
prosedur
pemanasan
awal
untuk
menggelatinisasi pati, sehingga fraksi amilosa dan amilopektin dalam granula pati tidak bebas sepenuhnya. Akibatnya, hasil uji mengalami kesalahan negatif. Pada saat praktikum, sampel pati yang digelatinisasi belum mencapai sifat translusen dimana indeks refraksi butir-butir pati yang membengkak mendekati indeks refraksi air (Winarno 2002). Hal ini menunjukkan bahwa proses gelatinisasi belum optimum.
14
5. KESIMPULAN
Berdasarkan hasil uji in vitro terhadap daya cerna pati dari kelima sampel serta pati murni sebagai kontrol tersebut, diketahui bahwa daya cerna pati dari yang tertinggi hingga yang terendah secara berturut-turut adalah pati sagu, pati murni, tepung jagung, tapioka, novelose, dan maizena. Faktor yang dapat menurunkan daya cerna pati, yaitu keberadaan antinutrisis atau antiamilase (serat pangan, tannin) dan struktur kimia pati. Maizena merupakan pati dengan daya cerna terendah. Hal ini kemungkinan disebabkan karena sampel maizena yang diuji merupakan merupakan pati jagung resisten tipe 2 (RS2) yang memiliki bentuk granula dan tahan terhadap enzim pencernaan. RS2 akan meninggalkan residu serat dan lambat dicerna di dalam usus halus.
15
6. DAFTAR PUSTAKA
Behall, K.M. and J. Hallfrisch. 2002. Plasma glucoce and insulin reduction after consumption of bread varying in amylose content. Eur J Clin Nutr 56 (9):913920. Herawati, Heny. 2010. Potensi Pengembangan Produk Pati Tahan Cerna Sebagai Pangan Fungsional. Jurnal Litbang Petanian 30 (1) 2011. Jawa Tengah: Balai Pengkajian Teknologi Pertanian. Jacobs, H. and J.A. Delcour. 1998. Hydrothermal modifications of granular starch with retention of the granular structure: Review. J. Agric. Food Chem. 46(8): 2895−2905. Liu, Z., L. Peng, and J.F. Kennedy. 2005. The technology of molecular manipulation and modification. Asisted by Microwaves as Applied to Starch Granules. Carbohydrate Polymers, 61: 374−378. Nugent, A.P. 2005. Health properties of resistant starch. Br. Nutr. Foundation Nutr. Bull. 30:27–54. Prangdimurti, E, NS Palupi, FR Zakaria. 2007. Modul E-Learning
ENBP.
Departemen Ilmu dan Teknologi Pangan : IPB. Sajilata MG, SS Rekha dan RK Puspha. 2006. Resistant starch-a review. J. Comprehensive Reviews in Food Science and Food Safety , Vol. 5 Winarno F.G. 2002. Kimia Pangan dan Gizi. Jakarta: Gramedia Pustaka Utama. Woo K., S. Bassi, C.C. Maningat, L. Zhao, Y.H. Zheng, L. Nie, M. Parker, S. Ranjan, J. Gaul, C.T. Dohl, G.J. Stempien. 2008. Resistant starch-hydrocolloid blends and uses thereof. US Patent 20080233260.
16
