PENGARUH PENGIKATAN GLUTEN PADA TEPUNG BERAS DALAM UPAYA PENINGKATAN KUALITAS ADONAN TEPUNG BERAS SULASTRI

Transkripsi

1 PENGARUH PENGIKATAN GLUTEN PADA TEPUNG BERAS DALAM UPAYA PENINGKATAN KUALITAS ADONAN TEPUNG BERAS SULASTRI DEPARTEMEN TEKNOLOGI INDUSTRI PERTANIAN FAKULTAS TEKNOLOGI PERTANIAN INSTITUT PERTANIAN BOGOR BOGOR 2016

2

3 PERNYATAAN MENGENAI SKRIPSI DAN SUMBER INFORMASI SERTA PELIMPAHAN HAK CIPTA* Dengan ini saya menyatakan bahwa skripsi berjudul Pengaruh Pengikatan Gluten pada Tepung Beras dalam Upaya Peningkatan Kualitas Adonan Tepung Beras adalah benar karya saya dengan arahan dari komisi pembimbing dan belum diajukan dalam bentuk apapun kepada perguruan tinggi manapun. Sumber informasi yang berasal atau dikutip dari karya yang diterbitkan maupun tidak diterbitkan dari penulis lain telah disebutkan dalam teks dan dicantumkan dalam Daftar Pustaka di bagian akhir skripsi ini. Dengan ini saya melimpahkan hak cipta dari karya tulis saya kepada Institut Pertanian Bogor. Bogor, Desember 2016 Sulastri NIM F

4 ABSTRAK SULASTRI. Pengaruh Pengikatan Gluten pada Tepung Beras dalam Upaya Peningkatan Kualitas Adonan Tepung Beras. Dibimbing oleh SAPTA RAHARJA. Pengikatan tepung beras dengan gluten dilakukan sebagai upaya untuk meningkatkan kualitas adonan tepung beras yang keberadaanya sangat melimpah di Indonesia. Tujuan penelitian ini untuk mendapatkan kombinasi perlakuan yang optimal pada pengikatan tepung beras dengan gluten dari dua jenis variabel faktor yaitu suhu pemanasan dan konsentrasi gluten dengan menggunakan Response Surface Methodology (RSM). Variabel respon meliputi kadar protein, daya serap air, suhu gelatinisasi, swelling power, baking expansion dan kadar protein air dekantasi. Uji pendukung berupa uji FTIR dan uji terhadap sifat birefringence. Solusi optimum yang diperoleh dengan perlakuan suhu pemanasan o C dan konsentrasi gluten %. Karakteristik tepung beras-gluten yang memiliki kadar protein %, kadar protein air dekantasi 0.71 %, daya serap air 0.38 ml/g, suhu gelatinisasi 72 o C, swelling power 5.65 b/b dan baking expansion 1.41 ml/g. Sifat birefringence tepung beras-gluten semakin menghilang seiring dengan meningkatnya suhu pemanasan. Pada analisis FTIR penguatan ikatan C-N terjadi pada tepung beras-gluten pengikatan suhu 55 o C konsentrasi 30%, dan tepung beras-gluten pengikatan suhu 54 o C konsentrasi 29% yang mengindikasikan adanya ikatan C-N semakin meruncing dengan peningkatan protein pada tepung beras karena penambahan gluten. Kata kunci: baking expansion, pengikatan, gluten, beras, RSM ABSTRACT SULASTRI. The Effect of Binding Gluten with Rice Flour in Improving The Dough Quality of Rice Flour. Supervised by SAPTA RAHARJA. Crosslinked rice flour with gluten was conducted to improve the quality of rice flour. Thus, the objective of this research was to obtain the optimal treatment combinations in cross-linked rice flour with gluten from two different variable factors which would be heating temperature (X1) and gluten concentration (X2) by utilizing Response Surface Methodology (RSM). The response variables that were analyzed to determine the optimal condition were protein content, decanted water protein content, water absorption, gelatinization point, swelling power, and baking expansion. In addition, FTIR and birefringence properties will be done as supporting tests. The optimum conditions were determined which heating temperature o C and gluten concentration at %. The characteristics of rice-gluten flour were protein content %, decanted water protein content 0.71 %, water absorption 0.38 ml/g, gelatinization point 72 o C, swelling power 5.65 b/b and baking expansion 1.41 ml/g. Birefringence properties was decreased along with increasingly heating temperature. FTIR analysis showed that strengthening happened in C-N bond from both temperatured 55 o C concentrated 30% of gluten and temperatured 54 o C concentrated 29% of gluten which indicated the present of C-N more sharpened in the addition of gluten protein. Keywords: baking expansion, binding, gluten, rice, RS

5 PENGARUH PENGIKATAN GLUTEN PADA TEPUNG BERAS DALAM UPAYA PENINGKATAN KUALITAS ADONAN TEPUNG BERAS SULASTRI Skripsi sebagai salah satu syarat untuk memperoleh gelar Sarjana Teknologi Pertanian pada Departemen Teknologi Industri Pertanian DEPARTEMEN TEKNOLOGI INDUSTRI PERTANIAN FAKULTAS TEKNOLOGI PERTANIAN INSTITUT PERTANIAN BOGOR BOGOR 2016

6

7 Judul Skripsi : Pengaruh Pengikatan Gluten pada Tepung Beras dalam Upaya Peningkatan Kualitas Adonan Tepung Beras Nama : Sulastri NIM : F Disetujui oleh Dr Ir Sapta Raharja DEA Pembimbing Akademik Diketahui oleh Prof Dr Ir Nastiti Siswi Indrasti Ketua Departemen Tanggal lulus:

8

9 PRAKATA Puji dan syukur penulis panjatkan kepada Allah subhanahu wa ta ala atas segala karunia-nya sehingga penulis dapat menyelesaikan karya ilmiah dengan judul Pengikatan Gluten pada Tepung Beras dalam Upaya Peningkatan Kualitas Adonan Tepung Beras. Penelitian ini dilaksanakan dari bulan Februari sampai dengan Juli 2016 di Laboratorium Teknologi Industri Pertanian, Fakultas Teknologi Pertanian, Institut Pertanian Bogor. Penulis mengucapkan terima kasih kepada Bapak Dr. Ir. Sapta Raharja, DEA selaku pembimbing dan Dr. Ir. Titi Candra Sunarti, M.Si serta Dr. Ir. Muslich, M.Si selaku dosen penguji yang telah memberi arahan dan masukan dalam penulisan karya ilmiah ini. Penulis juga mengucapkan terima kasih kepada Bapak Gunawan dan Ibu Egnawati, selaku laboran di Laboratorium Dasar Ilmu Terapan yang dengan sabar membantu kegiatan penelitian penulis dan terima kasih kepada Departemen Teknologi Industri Pertanian yang telah membantu sebagian dana penelitian. Ungkapan terima kasih juga penulis sampaikan kepada Ayahanda Ahmad Dani dan Ibunda Nining, Amalia Afifah, Endah Purwa Ari P, Salsabila Zakiyyah, Nurlia Damayanti, Helma Yoga U, Hanik Atus S, Vairul Dwi, Kak Dila, dan Bianca Katrisse yang selalu mendukung penulis, Oh Sehun yang menjadi everlasting inspiration dan penyemangat bagi penulis serta teman-teman TINNOVATOR 49 atas segala doa, dukungan, dan bantuan selama melaksanakan penelitian dan penyusunan karya ilmiah ini. Semoga karya ilmiah ini bermanfaat. Bogor, Desember 2016 Sulastri

10 DAFTAR ISI DAFTAR TABEL vi DAFTAR GAMBAR vi DAFTAR LAMPIRAN vi PENDAHULUAN 1 Latar Belakang 1 Perumusan Masalah 1 Tujuan Penelitian 2 Ruang Lingkup Penelitian 2 METODE 2 Alat dan Bahan 2 Tahapan Penelitian 2 Validasi Kondisi Optimum 5 HASIL DAN PEMBAHASAN 6 Karakteristik Bahan Baku 6 Pengikatan Tepung Beras Gluten 8 Karakteristik Tepung Beras - Gluten 9 Validasi Kondisi Optimum 22 SIMPULAN DAN SARAN 26 Simpulan 26 Saran 27 DAFTAR PUSTAKA 27 LAMPIRAN 31 RIWAYAT HIDUP 46

11 DAFTAR TABEL 1 Rancangan desain rentang dan level variabel bebas 5 2 Desain matriks percobaan dan hasil respon 5 3 Karakteristik fisikokimia tepung beras 6 4 Karakteristik tepung gluten gandum 7 5 Karakteristik kimiawi tepung beras gluten 10 6 Karakteristik fungsional tepung beras-gluten 10 7 Perbandingan karakteristik tepung beras terhadap nilai respon prediksi solusi optimasi dengan hasil aktual 23 8 Interpetrasi puncak spektrum infra merah 25 DAFTAR GAMBAR 1 Tahapan penelitian 3 2 Proses pengikatan tepung beras - gluten 4 3 Grafik pengaruh konsentrasi gluten terhadap kadar protein 12 4 Grafik kontur respon permukaan kadar protein air dekantasi tepung berasgluten terhadap suhu pemanasan dan konsentrasi gluten 13 5 Grafik pengaruh kadar protein terhadap daya serap air 15 6 Grafik kontur respon permukaan suhu gelatinisasi tepung beras-gluten terhadap suhu pemanasan dan konsentrasi gluten 16 7 Grafik kontur respon permukaan swelling power tepung beras-gluten terhadap suhu pemanasan dan konsentrasi gluten 18 8 Grafik pengaruh kadar protein terhadap swelling power 19 9 Grafik pengaruh daya serap air terhadap swelling power Grafik kontur respon permukaan baking expansion tepung beras-gluten terhadap suhu pemanasan dan konsentrasi gluten Grafik pengaruh kadar protein terhadap baking expansion Grafik pengaruh daya serap air baking expansion Bentuk granula pati terpolarisasi (a) tepung beras, (b) tepung TBG5530, dan tepung TBG5429 yang dilihat menggunakan mikroskop cahaya terpolarisasi. 24 DAFTAR LAMPIRAN 1 Prosedur karakterisasi tepung beras 31 2 Prosedur pengujian produk tepung beras gluten 34 3 Data kadar air sampel 35 4 Data kadar abu sampel 36 5 Hasil analisis respon kadar protein menggunakan Design Expert Hasil analisis respon kadar protein air dekantasi menggunakan Design Expert Hasil analisis respon daya serap air menggunakan Design Expert Hasil analisis respon suhu gelatinisasi menggunakan Design Expert Hasil analisis respon swelling power menggunakan Design Expert

12 10 Hasil analisis respon baking expansion menggunakan Design Expert Spektrum infra merah sampel tepung beras Spektrum infra merah sampel TBG Spektrum infra merah sampel TBG

13 1 PENDAHULUAN Latar Belakang Beras (Oryza sativa L.) merupakan bahan pangan pokok bangsa Indonesia. Beras merupakan hasil olahan dari tanaman padi, dimana sebelumnya telah melalui proses pelepasan tangkai dan kulit bijinya dengan cara digiling dan ditumbuk (Tuankotta et al. 2015). Secara teoritis, beras merupakan daging biji dari bulir padi yang tersusun dalam mayang atau setangkai padi (Damayanthi et al. 2007). Beras menjadi bahan pangan pokok bagi sekitar 90% penduduk Indonesia, beras menyumbang antara 40 80% kalori dan % protein. Produksi padi tahun 2015 diperkirakan sebanyak juta ton GKG atau mengalami kenaikan sebanyak 4.70 juta ton (6.64 %) dibandingkan tahun 2014 (BPS 2015). Bentuk lain pemanfaatan beras lebih lanjut selain diolah menjadi nasi yaitu dibuat menjadi tepung beras dengan karakteristik yang unik dan tidak dapat dijumpai pada tepung terigu yang konsumsi setiap tahunnya meningkat. Tepung terigu merupakan jenis tepung konsumsi utama yang digunakan oleh masyarakat Indonesia dilihat dari semakin meningkatnya permintaan terhadap pasokan tepung terigu setiap tahunnya. Berdasarkan data Aptindo (2013), konsumsi tepung terigu pada tahun 2012 mencapai 5.05 juta MT, meningkat 7.06% dari tahun Tepung terigu terbuat dari gandum yang hanya dapat tumbuh di negara beriklim subtropis. Hal ini menjadi salah satu kendala yang dihadapi bangsa Indonesia dalam upaya pemenuhan pasokan tepung terigu sehingga memaksa pemerintah untuk melakukan impor tepung terigu dari luar negeri. Salah satu kandungan yang tidak dimiliki tepung beras adalah gluten. Gluten yang terkandung dalam tepung terigu memungkinkan adonan menjadi lebih elastis dan memiliki daya mengembang yang baik. Absennya gluten pada tepung beras mengakibatkan adonan yang dihasilkan tidak dapat mengembang dengan baik. Granula tepung beras berukuran lebih kecil dari tepung terigu sehingga mengabsorpsi air lebih sedikit (Widjajaseputra et al. 2011). Dalam upaya peningkatan kualitas adonan tepung beras, maka dilakukan pengikatan gluten pada tepung beras. Penelitian yang dilakukan Patriadi (2015) tentang ikat silang antara pati sagu dengan gluten menunjukkan adanya ikatan antara pati sagu dengan gluten yang mampu meningkatkan kualitas adonan pati sagu. Penelitian serupa yang dilakukan oleh Febrianti (2015), pengikatan tepung mocaf dengan gluten pada pemanasan di bawah suhu gelatinisasi dalam larutan basa dengan penambahan gluten menyebabkan adanya perubahan karakteristik serta sifat fisikokimia pada tepung mocaf. Adanya penambahan gluten pada tepung mocaf meningkatkan nilai baking expansion adonan. Pengikatan antara gluten dan tepung beras ini diharapkan dapat menghasilkan tepung beras-gluten yang mampu memperbaiki sifat adonan dan karakteristik adonan yang lain. Perumusan Masalah Pencampuran tepung beras dengan variasi konsentrasi penambahan gluten untuk menghasilkan suatu adonan memiliki kekurangan yaitu ketidakhomogenan antara kedua bahan akibat adanya perbedaan karakteristik keduanya. Penambahan

14 2 pelarut dan pemanasan dilakukan untuk menghomogenkan kedua bahan. Pelarut CaCl2 yang bersifat basa dinilai aman untuk digunakan pada produk pangan sehingga cocok untuk melarutkan gluten yang merupakan protein larut dalam basa. Sementara itu, perlakuan pemanasan diperlukan untuk mempercepat reaksi pengikatan antara tepung beras dengan gluten. Suhu yang digunakan berada di bawah suhu gelatinisasi untuk menghindari kerusakan granula pati pada tepung beras dan kerusakan protein pada gluten. Produk dikeringkan pada suhu 60 o C setelah didekantasi kemudian didinginkan pada suhu ruang. Tujuan Penelitian Tujuan penelitian ini adalah memperbaiki kualitas adonan tepung beras melalui pengikatan dengan gluten serta mengevaluasi pengaruh penambahan gluten dan suhu pemanasan yang digunakan dalam proses pengikatan tepung beras dengan gluten terhadap kualitas adonan. Ruang Lingkup Penelitian Penelitian ini dilakukan untuk mendapatkan kondisi optimum proses pengikatan tepung beras terhadap gluten dengan menggunakan metode respon permukaan serta menganalisis pengaruh variabel faktor (suhu pemanasan dan konsentrasi guten) terhadap variabel respon (swelling power, daya serap air, suhu gelatinisasi, kadar protein, baking expansion, dan kadar protein air dekantasi). Analisis data dilakukan dengan menggunakan software Design Expert METODE Alat dan Bahan Alat utama yang digunakan dalam proses pengikatan tepung beras dengan gluten antara lain water bath, seperangkat agitator, pengering blower, termometer, dan gelas piala. Alat lain yang digunakan antara lain oven, soxhlet, centrifuge, neraca analitik, crusher, loyang alumunium, plastik HDPE dan instrumen FTIR. Bahan utama dalam penelitian ini adalah tepung beras yang diproduksi oleh PT Sungai Budi (Rose Brand Group) dan tepung gluten gandum pro analis dari Sigma Aldrich. Bahan lain yang digunakan adalah pelarut CaCl2 dan akuades. Tahapan Penelitian Penelitian ini dilakukan dalam tiga tahap, yaitu penelitian pendahuluan, penelitian utama dan validasi kondisi optimum. Penelitian pendahuluan terdiri atas persiapan bahan baku dan analisis komposisi kimia bahan baku. Penelitian utama meliputi pengikatan tepung beras dengan gluten yang kemudian dikarakterisasi kembali komposisi kimia bahan baku yang sudah terikat gluten, optimasi

15 permukaan, dan validasi kondisi optimum. Penelitian dilakukan di Laboratorium Departemen Teknologi Industri Pertanian, Fakultas Teknologi Pertanian, Institut Pertanian Bogor pada bulan Februari - Juli Tahapan penelitian ditampilkan pada Gambar 1. 3 Mulai Karakterisasi tepung beras Pengikatan tepung beras dengan gluten Karakterisasi tepung beras - gluten Validasi kondisi optimum Selesai Gambar 1 Tahapan penelitian Karakterisasi Tepung Beras Pengujian karakterisasi tepung beras meliputi kadar air dengan metode oven (AOAC 2005), kadar abu dengan metode tanur (AOAC 2005), kadar protein dengan metode Kjedahl (AOAC 1995), kadar lemak dengan metode Soxhlet (AOAC 1995), kadar serat kasar (AOAC 1995), suhu gelatinisasi (Radley 1976 dalam Jading et.al 2011), kadar pati, dan kadar karbohidrat dengan metode by difference. Prosedur karakterisasi tepung beras dapat dilihat pada Lampiran 1. Proses Pengikatan Tepung Beras Gluten Pengikatan antara tepung beras dengan gluten yang dilakukan mengacu pada metode pengikatan silang antara pati sagu dengan gluten yang dilakukan dalam penelitian Patriadi (2015) dan pengikatan silang tepung mocaf dengan gluten yang dilakukan oleh Febrianti (2015) dengan sedikit modifikasi. Proses pengikatan dilakukan dengan suhu pemanasan di bawah suhu gelatinisasi tepung beras dalam larutan CaCl 2. Sebanyak 30 g campuran tepung beras dengan gluten per sampel dicampur hingga merata. Campuran tersebut selanjutnya ditambahkan akuades dengan

16 4 volume 1.2 kali dari bobot campuran tepung beras dan gluten. Suspensi selanjutnya diaduk dengan kecepatan 50 rpm sambil dipanaskan di dalam water bath dengan suhu pemanasan yang telah ditentukan. Larutan CaCl2 konsentrasi 2% kemudian ditambahkan ke dalam suspensi dengan volume yang sebanding dengan bobot campuran tepung beras dengan gluten. Pengadukan dan pemanasan dilanjutkan hingga 10 menit setelah suhu dalam suspensi mencapai kestabilan. Kemudian suspensi diendapkan dan didinginkan pada suhu ruang. Air dan endapan yang dihasilkan kemudian dipisahkan. Endapan selanjutnya dikeringkan dalam pengering blower dengan suhu 60 o C selama jam. Selanjutnya endapan yang telah kering ditepungkan hingga halus. Proses pembuatan tepung beras gluten selengkapnya dapat dilihat dalam diagram alir pada Gambar 2. Mulai Tepung beras dan gluten Pengadukan (50 rpm) Akuades Pemanasan selama 10 menit Larutan CaCl2 2% Air Dekantasi slurry tepung beras - gluten Pengeringan (60 o C) Penepungan Tepung beras - gluten Selesai Gambar 2 Proses pengikatan tepung beras - gluten

17 Rancangan Kombinasi Variabel Faktor dan Respon Metode perancangan eksperimen yang digunakan untuk mengetahui kondisi optimal adalah Response Surface Method (RSM). Desain percobaan yang digunakan adalah Central Composite Design (CCD) dengan dua faktor yaitu suhu pemanasan (X1) dan konsentrasi gluten yang digunakan (X2). Variabel respon yang diukur adalah kadar protein (Y1), kadar protein air dekantasi (Y2), daya serap air (Y3), suhu gelatinisasi (Y4), swelling power (Y5) dan baking expansion (Y6). Titik tengah variabel ditetapkan berdasarkan penelitian Febrianti (2015) yaitu pada suhu pemanasan 55 o C dan konsentrasi 30%. Masing- masing faktor terdiri dari lima level dengan rentang tertentu pada nilai setiap levelnya, rancangan desain rentang dan level disajikan pada Tabel 1 sedangkan desain matriks percobaan dan hasil respon dapat dilihat pada Tabel 2. 5 Tabel 1 Rancangan desain rentang dan level variabel bebas Faktor Kode Taraf Suhu pemanasan ( o C) X Konsentrasi gluten (% g) X Tabel 2 Desain matriks percobaan dan hasil respon Sampel ke- X1 ( o C) X2 (% g) Y Y Y Y Y Y Y Y Y Y Y Y Y Y13 Karakterisasi Tepung Beras Gluten Karakterisasi tepung beras gluten dilakukan dengan sembilan jenis pengujian. Pengujian yang dilakukan di antaranya adalah pengujian kadar air, kadar abu, kadar protein, suhu gelatinisasi, daya serap air, swelling power, sifat birefringence, baking expansion, dan FTIR. Prosedur pengujian tepung mocaf gluten terdapat pada Lampiran 2. Validasi Kondisi Optimum Tahapan terakhir dalam penelitian ini yaitu validasi kondisi optimum pada respon kadar protein, kadar protein air dekantasi, daya serap air, suhu gelatinisasi,

18 6 swelling power dan baking expansion. Setelah dilakukannya tahap pengujian kemudian hasil nilai respon aktual yang didapatkan dibandingkan dengan nilai respon prediksi. HASIL DAN PEMBAHASAN Karakteristik Bahan Baku Penelitian ini menggunakan tepung beras komersial. Tepung beras merupakan tepung rendah protein yang tidak mengandung gluten sehingga lebih sering digunakan dalam pembuatan makanan tanpa gluten (gluten free). Tepung beras banyak digunakan dalam pembuatan makanan dan kue tertentu terutama di etnis Timur Tengah, Asia dan Indonesia. Pati beras memberikan tampilan opaque atau tidak bening setelah proses pemasakan. Contoh produk semi-padat yang menggunakan tepung beras sebagai bahan utama adalah bubur sum-sum, es cendol, palu butung dan kue pisang (Imanningsih 2012). Beras dapat dengan mudah ditemukan di negara-negara beriklim tropis yaitu sebagian besar negara di Asia Tenggara dan Asia Selatan seperti Thailand, Indonesia, Filipina, India, Burma dan Nepal, negara di Asia Timur seperti Tiongkok, Jepang dan Korea Selatan serta sebagian kawasan benua Amerika seperti Brazil, Kolumbia, dan Amerika Serikat (Luh dan Chang 1991). Karakterisasi bahan baku bertujuan untuk mengetahui sifat fisikokimia tepung beras yang digunakan. Karakterisasi yang dilakukan meliputi analisis kadar air, kadar abu, kadar protein kasar, kadar pati, kadar lemak kasar, kadar serat kasar, dan kadar karbohidrat (by difference) dan suhu gelatinisasi. Hasil karakterisasi tepung beras disajikan pada Tabel 3. Tabel 3 Karakteristik fisikokimia tepung beras No Parameter Hasil uji Simanjuntak (2006) Imanningih (2012) SNI Kadar air (%) Kadar abu (%) Kadar protein (%) Kadar lemak kasar (%) Kadar serat kasar (%) Kadar karbohidrat (%) Kadar pati (%) Berdasarkan hasil karakterisasi yang telah dilakukan, kadar air tepung beras yang digunakan memiliki kadar air yang lebih tinggi dibandingkan dengan kadar air tepung beras yang diuji oleh Imanningsih (2012). Kadar air hasil pengujian juga menunjukkan bahwa tepung beras yang digunakan memenuhi standar kadar air yang ditetapkan oleh SNI Kadar abu tepung beras hasil uji

19 menunjukkan nilai yang lebih besar dibandingkan dengan tepung beras yang diuji oleh Imanningsih (2012), tetapi nilai tersebut lebih kecil dibandingkan dengan tepung beras yang diuji oleh Simanjuntak (2006). Walaupun demikian, kadar abu tepung beras hasil uji tetap memenuhi standar SNI yaitu dibawah 1.00%. Kadar protein hasil pengujian tidak berbeda jauh dengan tepung beras yang diuji oleh Simanjuntak (2006) dan Imanningsih (2012) yaitu sebesar 6.39%. Kadar lemak kasar tepung beras hasil pengujian memiliki nilai paling kecil jika dibandingkan dengan hasil yang diperoleh Simanjuntak (2006) dan Imanningaih (2012) yaitu sebesar 0.33%. Kadar pati pada tepung beras hasil pengujian sebesar 71.85%, telah memenuhi rentang hasil uji yang dilakukan oleh Imanningsih (2012). Kadar serat kasar hasil uji tidak berbeda jauh dari hasil yang didapatkan oleh Simanjuntak (2006). Kadar karbohidrat diperoleh melalui by difference yaitu sebesar 80.24%. Karakteristik tepung beras yang dihasilkan dipengaruhi oleh varietas beras, proses pembudidayaan, proses pengolahan bahan serta lamanya penyimpanan pasca pengolahan sehingga hasil yang diperoleh sedikit berbeda. Suhu gelatinisasi hasil uji sebesar 68.5 o C. Banyaknya Jumlah fraksi amilosaamilopektin pada suatu bahan sangat berpengaruh pada profil gelatinisasi pati. Setiap jenis pati memiliki karakteristik gelatinisasi (puncak, waktu dan suhu) yang berbeda-beda (Imanningsih 2012). Menurut Munarso et al. (2004), kisaran suhu gelatinisasi tepung beras adalah antara o C. Tepung gluten dari gandum yang digunakan pada penelitian ini adalah tepung gluten pro analis dari Sigma Aldrich. Karakter dari tepung gluten yang digunakan dapat dilihat pada Tabel 4. 7 Tabel 4 Karakteristik tepung gluten gandum No. Komponen Vital wheat gluten pro analis (Sigma aldrich) Vital wheat gluten teknis (Patriadi 2015) Flash dried gluten (Clodualdo et al. 1994) 1. Kadar air (%) Kadar protein (%) Kadar air tepung gluten gandum pro analis dari Sigma Aldrich memiliki nilai paling rendah dibandingkan dengan tepung gluten gandum teknis yang digunakan oleh Patriadi (2015) dan tepung gluten yang dihasilkan melalui metode flash dried oleh Clodualdo et al. (1994). Pada tepung gluten gandum, kadar air dan kadar protein merupakan kandungan utama yang menunjukkan kualitas dan kemurnian tepung gluten yang digunakan. Semakin tinggi kadar air pada suatu tepung dapat mempengaruhi kualitas dari tepung tersebut yang mengakibatkan tepung lembab dan mudah rusak (Putri 2010). Kadar protein tepung gluten gandum pro analis yang digunakan pada penelitian ini memiliki nilai yang terbesar dibandingkan dengan kadar protein yang digunakan Patriadi (2015) dan Clodualdo et al. (1994). Dengan demikian dapat disimpulkan bahwa tepung gluten pro analis dari Sigma Aldrich yang digunakan pada penelitian ini memiliki tingkat kemurnian paling tinggi sehingga dapat digunakan dalam proses pengikatan gluten pada tepung beras.

20 8 Pengikatan Tepung Beras Gluten Metode yang digunakan dalam pengikatan tepung beras-gluten mengacu pada penelitian yang dilakukan oleh Patriadi (2015) dan Febrianti (2015) dengan sedikit perubahan. Pengikatan antara tepung beras dengan gluten dilakukan dalam suatu reaktor yang terdiri atas gelas piala, yang dirangkaikan dengan pengaduk kaca dan agitator serta water bath sebagai sumber panas. Gluten dengan konsentrasi yang telah ditentukan (16%, 20%, 30% 40% dan 44%) dicampurkan ke dalam tepung beras hingga mencapai 30 g dan ditambahkan akuades sebanyak 1.2 kali dari bobot campuran tepung beras dan gluten. Campuran diaduk dengan menggunakan agitator berkecepatan 50 rpm dan pemanasan dengan suhu yang telah ditentukan (48 o C, 50 o C, 55 o C, 60 o C dan 62 o C). Larutan CaCl2 konsentrasi 2% kemudian ditambahkan ke dalam suspensi dengan volume yang sebanding dengan bobot campuran tepung beras dengan gluten. Pengadukan dan pemanasan dilanjutkan hingga 10 menit pada suhu yang ditentukan. Akuades yang ditambahkan berfungsi sebagai pelarut dan memudahkan pengadukan serta media distribusi panas di dalam rangkaian reaktor. Sedangkan larutan CaCl2 berperan agar gluten dapat larut dengan baik dalam air yang bersifat basa dan membentuk suspensi yang homogen. Pemanasan yang dilakukan bertujuan untuk melemahkan interaksi hidrogen dalam pati sehingga struktur pati menjadi lebih amorf dan mudah dimasuki air namun tidak lisis (Febrianti 2015). Pemanasan dilakukan selama 10 menit terhitung sejak suhu dalam suspensi stabil atau setelah larutan CaCl2 dimasukkan ke dalam suspensi beras gluten. Penentuan lama pemanasan dilakukan dengan pertimbangan bahwa semakin lama waktu pemanasan dan perendaman dalam air akan meningkatkan penyerapan air ke dalam tepung. Penentuan lama pemanasan berperan penting dalam proses pengikatan, karena akan mempengaruhi swelling pati dan kelarutan gluten dalam air. Suspensi selanjutnya didekantasi untuk memisahkan endapan tepung beras gluten dengan larutan sisa proses (residu). Dekantasi dilakukan setelah pemanasan dihentikan dan diletakkan pada suhu ruang hingga terbentuk endapan tepung beras gluten. Endapan tepung beras gluten dipisahkan dengan larutan sisa proses dan diturunkan suhunya hingga mencapai suhu ruang. Larutan sisa proses memiliki warna kekuningan yang diduga berasal dari protein gluten yang terlarut dalam air. Larutan sisa proses tersebut selanjutnya dipisahkan dan disimpan dalam lemari pendingin sebelum diuji kadar proteinnya. Endapan tepung beras gluten yang telah dipisahkan kemudian dikeringkan dengan oven blower bersuhu 60 o C selama jam. Campuran tepung beras gluten yang telah terikat dan dikeringkan memiliki warna kekuningan. Warna kekuningan semakin jelas terlihat pada tepung mocaf gluten dengan penambahan gluten yang semakin banyak. Warna kekuningan tersebut dapat berasal dari warna tepung gluten gandum yang digunakan dan akibat dari reaksi Maillard yang terjadi selama proses pengeringan. Endapan yang telah mongering selanjutnya ditepungkan menggunakan crusher lalu dikemas dan disimpan di suhu ruang sebelum dilakukan pengujian karakteristik sifat fisikokimianya.

21 9 Karakteristik Tepung Beras - Gluten Karakterisasi selanjutnya dilakukan untuk mengetahui perubahan yang mungkin terjadi pada tepung beras yang telah dilakukan proses pengikatan dengan tepung gluten. Karakterisasi yang dilakukan meliputi kadar air, kadar abu, kadar protein, daya serap air, suhu gelatinisasi, swelling power, baking expansion, kadar protein air dekantasi, sifat birefringence dan analisis spektrum infra merah (FTIR). Kadar air tepung beras-gluten menunjukkan terjadinya penurunan dibandingkan dengan kadar air tepung beras sebelum diberi perlakuan. Data kadar air sampel disajikan pada Lampiran 3. Kadar air rata-rata tepung beras-gluten adalah sebesar 5.07%. Menurut SNI kadar air maksimum tepung beras adalah 13%, sehingga dapat dikatakan bahwa kadar air tepung beras-gluten masih memenuhi standar tepung beras yang telah ditetapkan. Berdasarkan hasil penelitian yang dilakukan oleh Febrianti (2015) dan Ulumi (2016), tepung mocaf dan tepung ubi jalar yang telah diikat dengan tepung gluten mengalami kenaikan kadar air. Hal ini disebabkan karena terikatnya gluten pada tepung mocaf dan tepung ubi jalar yang menyebabkan semakin banyaknya unsur air terikat sehingga rantai C-N semakin panjang. Hal serupa tidak berlaku pada tepung beras yang diikat dengan tepung gluten karena tepung beras mengandung amilosa yang lebih sedikit dibandingkan dengan tepung mocaf dan tepung ubi jalar. Menurut Swinkels (1985), kandungan amilosa dan amilopektin pati ubi jalar berturut-turut adalah 20% dan 80%. Berdasarkan Imanningsih (2012), kandungan amilosa tepung mocaf dan tepung beras secara berturut-turut adalah 23.43% dan 11.78% serta kandungan amilopektin sebesar 76.57% dan 88.42%. Ada suatu korelasi kuat antara kadar amilosa dengan kemampuan bahan dalam menyerap air dimana semakin tinggi kandungan amilosa akan semakin tinggi pula penyerapan air dalam tepung (Anindyasari 2012). Komponen selain kadar air yang diuji adalah kadar abu. Kadar abu merupakan residu anorganik dari proses pembakaran atau oksidasi komponen organik bahan pangan (Ginting et al. 2015). Kadar abu dari bahan menunjukkan kadar mineral, kemurnian dan kebersihan suatu bahan yang dihasilkan. Kadar abu tepung beras-gluten menunjukkan terjadinya peningkatan dibandingkan tepung beras sebelum diikat dengan gluten. Nilai kadar abu tepung beras-gluten berada pada rentang %. Data kadar abu sampel disajikan pada Lampiran 4. Peningkatan kadar abu pada tepung beras-gluten disebabkan karena adanya penambahan CaCl2 sebagai agen pengikat tepung beras dengan gluten. CaCl2 merupakan garam anorganik yang umum digunakan dalam jumlah terbatas sebagai agen pengikat (weighting agent) (Hoskin 1998). Selain kadar air dan kadar abu, karakterisasi kimiawi juga dilakukan yaitu berupa kadar protein, kadar protein air dekantasi dan perhitungan kadar protein terikat yang disajikan pada Tabel 5. Sedangkan karakterisasi fungsional tepung beras-gluten yang dilakukan yaitu berupa daya serap air, suhu gelatinisasi, swelling power dan baking expansion yang disajikan pada Tabel 6.

22 10 Tabel 5 Karakteristik kimiawi tepung beras gluten Sampel ke- Suhu ( o C) Konsentrasi (%) Kadar protein (%) Kadar protein air dekantasi (%) Kadar protein terikat (%) Tabel 6 Karakteristik fungsional tepung beras-gluten Sampel ke- Suhu ( o C) Konsentrasi (%) Daya serap air (ml/g) Suhu gelatinisasi ( o C) Swelling power (ml/g) Baking expansion (b/b) Analisis Kombinasi Faktor terhadap Respon Kadar Protein Model polinomial yang direkomendasikan yaitu linier. Analisis ragam (ANOVA) menunjukkan bahwa model yang dihasilkan signifikan dengan p-value Prob>F lebih kecil dari 0.05 (<0.0001) dan pada uji lack of fit diperoleh p-value Prob>F lebih besar dari 0.05 (0.4708) berarti tidak ada lack of fit (not significant). Nilai lack of fit yang not significant menunjukkan bahwa adanya kesesuaian data respon kadar protein dengan model. Pada analisis ragam (ANOVA), dapat dilihat masing-masing pengaruh faktor terhadap respon kadar protein. Dari kedua faktor yang dipilih, faktor yang

23 berpengaruh terhadap respon kadar protein adalah konsentrasi gluten yang ditambahkan dengan nilai Fhitung sebesar Faktor tersebut berpengaruh signifikan terhadap respon kadar protein ditandai dengan nilai p-value Prob>F yang lebih kecil dari 0.05 (< ). Pada model polinomial linier, tidak terdapat kombinasi antar faktor sehingga tidak dapat diketahui pengaruh kombinasi faktor terhadap respon. Hasil analisis ANOVA respon kadar protein disajikan pada Lampiran 5. Nilai R 2 untuk model respon kadar protein sebesar yang mempunyai arti bahwa pengaruh variabel X1 dan X2 terhadap perubahan variabel respon adalah 94.79% sedangkan sisanya 5.21% dipengaruhi oleh variabel-variabel lain yang tidak diketahui. Persamaan model polinomial respon kadar protein dalam bentuk yang sebenarnya: Kadar protein (Y) = X X2 11 Keterangan: X1 = Suhu pemanasan X2 = Konsentrasi gluten Berdasarkan persamaan polinomial tersebut dapat dilihat bahwa kadar protein akan meningkat seiring dengan peningkatan konsentrasi gluten yang ditambahkan dan penurunan suhu pemanasan ketika proses pengikatan. Grafik respon permukaan kadar protein tepung beras-gluten disajikan pada Tabel 5. Data hasil pengujian kadar protein tepung beras-gluten yang disajikan pada Tabel 5 menunjukkan terjadinya peningkatan kadar protein seiring dengan peningkatan konsentrasi gluten yang ditambahkan. Hal serupa dinyatakan oleh Ulumi (2016) pada penelitian tentang pengikatan tepung gluten terhadap tepung ubi jalar. Kadar protein dihitung berdasarkan basis kering dengan rentang 21.83% % dan rata-rata kadar protein tepung beras-gluten sebesar 30.53%. Kadar protein tepung beras jauh lebih kecil dibandingkan dengan kadar protein tepung beras-gluten, sedangkan menurut Liang dan King (2003), kadar protein tepung beras adalah sebesar 8.7%. Kadar protein tepung beras-gluten telah memenuhi standar tepung terigu kategori berprotein tinggi (hard flour) yaitu minimal sebesar 14% (Bandilangoe 2012). Peningkatan kadar protein tepung beras-gluten terjadi seiring dengan peningkatan konsentrasi gluten yang ditambahkan. Solusi optimasi yang direkomendasikan Design Expert untuk respon tunggal kadar protein yaitu X1 = 50 o C dan X2 = 40%. Berdasarkan data yang diperoleh dapat diketahui bahwa kadar protein diperngaruhi oleh jumlah konsentrasi gluten yang ditambahkan. Semakin tinggi konsentrasi gluten yang digunakan, semakin tinggi pula kadar protein dalam sampel tepung. Gluten merupakan kandungan utama protein tepung terigu. Gambar 3 menunjukkan grafik pengaruh konsentrasi gluten terhadap kadar protein yang membentuk garis linier dengan R 2 sebesar Hal tersebut mempunyai arti bahwa pengaruh konsentrasi gluten terhadap kadar protein adalah sebesar 93.92%.

24 12 Kadar protein (%) y = x R² = Konsentrasi gluten (%) Gambar 3 Grafik pengaruh konsentrasi gluten terhadap kadar protein Analisis Kombinasi Faktor terhadap Respon Kadar Protein Air Dekantasi Model polinomial yang direkomendasikan yaitu kuadratik. Analisis ragam (ANOVA) menunjukkan bahwa model yang dihasilkan signifikan dengan p-value Prob>F lebih kecil dari 0.05 (0.0266) dan pada uji lack of fit diperoleh p-value Prob>F lebih kecil dari 0.05 (0.0016) berarti ada lack of fit (significant). Nilai lack of fit yang significant menunjukkan bahwa tidak adanya kesesuaian data respon kadar protein air dekantasi dengan model. Pada analisis ragam (ANOVA), dapat dilihat masing-masing pengaruh faktor terhadap respon kadar protein air dekantasi. Dari kedua faktor yang dipilih, faktor yang berpengaruh terhadap respon kadar protein air dekantasi adalah konsentrasi gluten yang ditambahkan dengan nilai Fhitung sebesar Faktor tersebut berpengaruh signifikan terhadap respon kadar protein air dekantasi ditandai dengan nilai p-value Prob>F yang lebih kecil dari 0.05 (0.0271). Selain itu, interaksi kuadrat suhu pemanasan juga berpengaruh signifikan karena p-value lebih kecil dari 0.05 (0.0101) dengan nilai Fhitung sebesar Hasil analisis ANOVA respon kadar protein disajikan pada Lampiran 6. Nilai R 2 untuk model respon kadar protein air dekantasi adalah sebesar yang mempunyai arti bahwa pengaruh variabel X1 dan X2 terhadap perubahan variabel respon adalah 78.64% sedangkan sisanya 21.36% dipengaruhi oleh variabel-variabel lain yang tidak diketahui. Persamaan model polinomial respon kadar protein air dekantasi dalam bentuk yang sebenarnya: Protein air dekantasi (Y) = X E-003X E- 004X1X E-003X E-004X2 2 Keterangan: X1 = Suhu pemanasan X2 = Konsentrasi gluten Berdasarkan persamaan model tersebut, diketahui bahwa respon kadar protein air dekantasi akan meningkat seiring dengan peningkatan konsentrasi gluten, interaksi suhu pemanasan dengan konsentrasi gluten serta interaksi kuadrat suhu pemanasan. Hal tersebut ditunjukkan dengan konstanta yang bernilai positif. Kadar protein air dekantasi akan menurun seiring dengan peningkatan suhu pemanasan serta interaksi kuadrat konsentrasi gluten yang ditandai dengan konstanta yang bernilai negatif. Grafik kontur respon permukaan kadar protein air dekantasi tepung beras-gluten disajikan pada Gambar 4.

25 13 Kadar protein air dekantasi (%) Konsentrasi gluten (%) Suhu pemanasan ( o C) Gambar 4 Grafik kontur respon permukaan kadar protein air dekantasi tepung beras-gluten terhadap suhu pemanasan Hasil pengujian terhadap kadar protein air dekantasi tepung beras-gluten diperoleh kisaran nilai % dengan nilai rata-rata sebesar 0.71% disajikan pada Tabel 5. Hilangnya protein diduga terjadi saat pemanasan pada proses pengikatan tepung beras dengan tepung gluten serta pada proses pengeringan dengan oven blower. Pemanasan yang dilakukan dapat merusak kandungan protein yang terdapat dalam tepung gluten gandum sehingga jumlah kehilangan protein semakin besar. Menurut Patriadi (2015), semakin besar jumlah konsentrasi gluten yang digunakan akan meningkatkan banyaknya pelarut CaCl2 yang ditambahkan sehingga mengakibatkan kadar protein yang terlarut meningkat. Berdasarkan Gambar 4 terlihat garis-garis kontur dengan titik merah di setiap lapisannya. Daerah berwarna biru menunjukkan kadar protein air dekantasi terendah. Lingkaran terdalam berwarna biru merupakan nilai respon terbaik karena kadar protein air dekantasi yang diharapkan adalah seminimal mungkin. Hal ini menunjukkan bahwa kadar protein yang terlarut rendah karena sebagian besar terikat dengan tepung beras. Kondisi optimal respon kadar protein air dekantasi akan diperoleh dengan mengondisikan faktor-faktor tidak pada titik pusat, tetapi bergeser ke arah kiri bawah. Respon kadar protein air dekantasi akan optimum pada suhu pemanasan dan konsentrasi gluten yang rendah. Solusi optimasi yang direkomendasikan Design Expert untuk respon tunggal kadar protein air dekantasi yaitu X1 = o C dan X2 = 20%. Air dekantasi merupakan air sisa hasil rendaman tepung beras-gluten setelah dilakukannya proses pengikatan. Air dekantasi diuji kadar proteinnya untuk mengetahui jumlah protein terlarut setelah pengikatan. Jumlah protein terlarut diperoleh dari perkalian antara kadar protein air dekantasi dengan banyaknya volume air dekantasi sehingga dapat diketahui jumlah protein terikat masingmasing sampel. Berdasarkan hasil perhitungan tersebut, maka diperoleh persentase kadar protein terikat yang disajikan pada Tabel 5 menunjukkan nilai beragam namun tidak berbeda jauh dari persentase kadar protein yang diperoleh dengan metode titrasi. Perbedaan nilai yang didapatkan dapat disebabkan karena kandungan protein yang terlarut dalam air dekantasi lebih besar namun tidak terdeteksi secara sempurna.

26 14 Analisis Kombinasi Faktor terhadap Respon Daya Serap Air Model polinomial yang direkomendasikan yaitu linier. Analisis ragam (ANOVA) menunjukkan bahwa model yang dihasilkan signifikan dengan p-value Prob>F lebih kecil dari 0.05 (0.0005) dan pada uji lack of fit diperoleh p-value Prob>F lebih besar dari 0.05 (0.3434) berarti tidak ada lack of fit (not significant). Nilai lack of fit yang not significant menunjukkan bahwa adanya kesesuaian data respon kadar protein dengan model. Pada analisis ragam (ANOVA), dapat dilihat masing-masing pengaruh faktor terhadap respon daya serap air. Dari kedua faktor yang dipilih, faktor yang berpengaruh terhadap respon daya serap air adalah konsentrasi gluten yang ditambahkan dengan nilai Fhitung sebesar Faktor tersebut berpengaruh signifikan terhadap respon kadar protein ditandai dengan nilai p-value Prob>F yang lebih kecil dari 0.05 (0.0002). Pada model polinomial linier, tidak terdapat kombinasi antar faktor sehingga tidak dapat diketahui pengaruh kombinasi faktor terhadap respon. Hasil analisis ANOVA respon daya serap air disajikan pada Lampiran 7. Nilai R 2 untuk model respon daya serap air sebesar yang mempunyai arti bahwa pengaruh variabel X1 dan X2 terhadap perubahan variabel respon adalah 78.01% sedangkan sisanya 21.99% dipengaruhi oleh variabelvariabel lain yang tidak diketahui. Persamaan model polinomial respon daya serap air dalam bentuk yang sebenarnya: Daya serap air (Y) = E-003X E-003X2 Keterangan: X1 = Suhu pemanasan X2 = Konsentrasi gluten Berdasarkan persamaan model tersebut, diketahui bahwa respon daya serap air akan menurun seiring dengan peningkatan suhu pemanasan dan konsentrasi gluten yang keduanya ditandai dengan konstanta yang bernilai negatif. Respon permukaan daya serap air tepung beras-gluten disajikan pada Tabel 6. Hasil pengujian daya serap air tepung beras-gluten diperoleh nilai dengan kisaran ml/g dan rata-rata sebesar 0.38 ml/g lebih rendah dibandingkan dengan daya serap air tepung beras yaitu sebesar 0.48 ml/g. Daya serap air tertinggi yang dimiliki oleh tepung beras-gluten masih lebih besar jika dibandingkan dengan daya serap air tepung terigu high protein (>14%) yaitu sebesar 0.46 ml/g. Ukuran partikel memegang peran penting dalam pembasahan tepung dan penyerapan air pada tepung. Makin besar ukuran partikel, maka luas permukaannya akan semakin kecil, sehingga air memerlukan waktu yang lebih lama untuk diabsorpsi ke dalam partikel pati dan jumlah air yang diserap semakin banyak. Menurut Richana dan Sunarti (2004), tingginya kadar amilosa yang terkandung dalam pati juga dapat meningkatkan kemampuan pati dalam mengabsorpsi air yang karena jumlah air yang dibatasi dalam sistem pati mengakibatkan amilosa tidak dapat meninggalkan granula pati. Selain itu, Richana dan Sunarti (2004) juga menyatakan bahwa daya serap air dipengaruhi juga oleh kadar serat yang terkandung dalam pati, karena sifat serat yang mudah menyerap air. Hal ini menyebabkan daya serap air tepung beras-gluten lebih rendah dibandingkan dengan daya serap air tepung mocaf-gluten yang dilakukan oleh Febrianti (2015) dan tepung ubi jalar-gluten yang dilakukan oleh Ulumi (2016).

27 Kandungan serat yang terkandung dalam tepung mocaf (4.38%) dan tepung ubi jalar (2.53%) lebih tinggi dibandingkan dengan kadar serat tepung beras (0.32%). Solusi optimasi yang direkomendasikan Design Expert untuk respon tunggal daya serap air yaitu X1 = 50 o C dan X2 = 20%. Jika dilihat dari keterkaitan antar respon yang dianggap paling berpengaruh, dapat diketahui bahwa kadar protein berpengaruh negatif terhadap daya serap air. Nilai daya serap air semakin menurun seiring dengan semakin tingginya kadar protein yang terkandung dalam sampel. Protein bersifat menghalangi penyerapan air didalam granula pati. Protein yang semakin tinggi menyebabkan air yang masuk dalam granula pati menjadi sulit. Ikatan hidrofobik pada gluten secara signifikan berpengaruh terhadap stabilitas struktur gluten. Ikatan hidrofobik akan semakin meningkat seiring dengan meningkatnya suhu. Hal ini dapat menjadi stabilitas tambahan selama proses pemanggangan (Wieser 2007). Gambar 5 menunjukkan grafik pengaruh kadar protein terhadap daya serap air yang membentuk garis linier semakin menurun dengan R 2 sebesar Hal tersebut mempunyai arti bahwa pengaruh kadar protein terhadap daya serap air adalah sebesar 88.38%. Daya serap air (ml/g) y = x R² = Kadar protein (%) Gambar 5 Grafik pengaruh kadar protein terhadap daya serap air Analisis Kombinasi Faktor terhadap Respon Suhu Gelatinisasi Model polinomial yang direkomendasikan yaitu 2FI. Analisis ragam (ANOVA) menunjukkan bahwa model yang dihasilkan signifikan dengan p-value Prob>F lebih kecil dari 0.05 (<0.0001) dan pada uji lack of fit diperoleh p-value Prob>F lebih besar dari 0.05 (0.0853) berarti tidak ada lack of fit (not significant). Nilai lack of fit yang not significant menunjukkan bahwa adanya kesesuaian data respon kadar protein dengan model. Pada analisis ragam (ANOVA), dapat dilihat masing-masing pengaruh faktor terhadap respon suhu gelatinisasi. Dari kedua faktor yang dipilih, faktor yang berpengaruh terhadap respon suhu gelatinisasi adalah konsentrasi gluten yang ditambahkan dengan nilai Fhitung sebesar Faktor tersebut berpengaruh signifikan terhadap respon kadar protein ditandai dengan nilai p-value Prob>F yang lebih kecil dari 0.05 (< ). Selain itu, interaksi suhu pemanasan dengan konsentrasi gluten yang ditambahkan juga berpengaruh signifikan karena p-value lebih kecil dari 0.05 (0.0332) dengan nilai Fhitung sebesar Hasil analisis ANOVA respon suhu gelatinisasi disajikan pada Lampiran 8. Nilai R 2 untuk model respon suhu gelatinisasi sebesar yang mempunyai arti bahwa pengaruh variabel X1 dan X2 terhadap perubahan variabel respon adalah 89.59% sedangkan sisanya 10.41% dipengaruhi oleh variabel-variabel lain yang tidak diketahui. 15

28 16 Persamaan model polinomial respon suhu gelatinisasi dalam bentuk yang sebenarnya: Suhu gelatinisasi (Y) = X X X1X2 Keterangan: X1 = Suhu pemanasan X2 = Konsentrasi gluten Berdasarkan persamaan model tersebut, diketahui bahwa respon suhu gelatinisasi akan meningkat seiring dengan peningkatan interaksi suhu pemanasan dengan konsentrasi gluten yang ditunjukkan dengan konstanta yang bernilai positif. Suhu gelatinisasi akan menurun seiring dengan peningkatan suhu pemanasan dan konsentrasi gluten yang ditandai dengan konstanta yang bernilai negatif. Grafik kontur respon permukaan suhu gelatinisasi tepung beras-gluten disajikan pada Gambar 6. Suhu gelatinisasi ( o C) Konsentrasi gluten (%) Suhu pemanasan ( o C) Gambar 6 Grafik kontur respon permukaan suhu gelatinisasi tepung beras-gluten terhadap suhu pemanasan dan konsentrasi gluten Hasil pengujian terhadap suhu gelatinisasi tepung beras-gluten diperoleh kisaran nilai o C dengan nilai rata-rata sebesar o C sehingga lebih tinggi dari suhu gelatinisiasi tepung beras yaitu sebesar 68.5 o C. Data respon suhu gelatinisasi disajikan pada Tabel 6. Jumlah fraksi amilosa-amilopektin sangat berpengaruh pada profil gelatinisasi pati (Imanningsih 2012). Gelatinisasi dan sifat pembengkakan setiap jenis pati sebagian dipengaruhi oleh struktur amilopektin, komposisi pati, dan arsitektur granula pati (Tester 1997). Ketika pati dipanaskan bersama air berlebih di atas suhu gelatinisasinya, granula pati yang memiliki kandungan amilopektin lebih tinggi akan membengkak lebih besar dibandingkan dengan yang memiliki kandungan yang lebih rendah. Selain itu, perbedaan sifat gelatinisasi juga dikarenakan distribusi berat granula pati (Howling 1980). Semakin besar berat molekul pati, maka gelatinisasi akan terjadi pada suhu yang lebih rendah dibandingkan dengan molekul pati dengan berat yang lebih rendah. Pati serealia memiliki berat molekul yang lebih rendah dibandingkan dengan pati umbi-umbian, sehingga suhu terjadinya gelatinisasi tepung beras lebih rendah dibandingkan dengan tepung mocaf dan ubi jalar.

29 Berdasarkan Gambar 6 terlihat garis-garis kontur dengan titik merah yang tersebar di setiap lapisannya. Daerah berwarna biru menunjukkan nilai suhu gelatinisasi terendah dan daerah berwarna merah menunjukkan nilai tertinggi. Lingkaran terluar berwarna merah merupakan nilai respon terbaik karena suhu gelatinisasi yang diharapkan adalah maksimal. Kondisi optimal respon suhu gelatinisasi akan diperoleh dengan mengondisikan faktor-faktor tidak pada titik pusat, tetapi bergeser ke arah kanan atas. Respon suhu gelatinisasi akan optimum pada suhu pemanasan dan konsentrasi gluten yang tinggi. Solusi optimasi yang direkomendasikan Design Expert untuk respon tunggal suhu gelatinisasi yaitu X1 = o C dan X2 = 39.70%. Analisis Kombinasi Faktor terhadap Respon Swelling Power Model polinomial yang direkomendasikan yaitu kuadratik. Analisis ragam (ANOVA) menunjukkan bahwa model yang dihasilkan signifikan dengan p-value Prob>F lebih kecil dari 0.05 (0.0135) dan pada uji lack of fit diperoleh p-value Prob>F lebih besar dari 0.05 (0.0885) berarti tidak ada lack of fit (not significant). Nilai lack of fit yang not significant menunjukkan bahwa adanya kesesuaian data respon swelling power dengan model. Pada analisis ragam (ANOVA), dapat dilihat masing-masing pengaruh faktor terhadap respon swelling power. Dari kedua faktor yang dipilih, faktor yang berpengaruh terhadap respon swelling power adalah konsentrasi gluten yang ditambahkan dengan nilai Fhitung sebesar Faktor tersebut berpengaruh signifikan terhadap respon swelling power yang ditandai dengan nilai p-value Prob>F yang lebih kecil dari 0.05 (0.0040). Selain itu, interaksi kuadrat konsentrasi gluten yang ditambahkan juga berpengaruh signifikan karena p-value lebih kecil dari 0.05 (0.0149) dengan nilai Fhitung sebesar Hasil analisis ANOVA respon swelling power disajikan pada Lampiran 9. Nilai R 2 untuk model respon swelling power sebesar yang mempunyai arti bahwa pengaruh variabel X1 dan X2 terhadap perubahan variabel respon adalah 82.69% sedangkan sisanya 17.31% dipengaruhi oleh variabel-variabel lain yang tidak diketahui. Persamaan model polinomial respon swelling power dalam bentuk yang sebenarnya: Swelling Power (Y) = X X E-003X1X E-003X E-003X Keterangan: X1 = Suhu pemanasan X2 = Konsentrasi gluten Berdasarkan persamaan model tersebut, diketahui bahwa respon swelling power akan meningkat seiring dengan peningkatan interaksi suhu pemanasan dengan konsentrasi gluten dan interaksi kuadrat suhu pemanasan. Hal tersebut ditunjukkan dengan konstanta yang bernilai positif. Swelling power akan menurun seiring dengan peningkatan suhu pemanasan, konsentrasi gluten dan interaksi kuadrat konsentrasi gluten yang ditandai dengan konstanta yang bernilai negatif. Grafik kontur respon permukaan swelling power tepung beras-gluten disajikan pada Gambar 7.

30 18 Swelling power (b/b) Konsentrasi gluten (%) Suhu pemanasan ( o C) Gambar 7 Grafik kontur respon permukaan swelling power tepung beras-gluten terhadap suhu pemanasan dan konsentrasi gluten Swelling power merupakan proses pembengkakan yang terjadi ketika tepung atau pati dipanaskan dalam air sehingga terjadi pelemahan granula pati yang menyebabkan penyerapan air, pembengkakan granula pati dan peningkatan volume (Zhou et al. 1999). Swelling power merupakan sifat pati yang utamanya dipengaruhi oleh kandungan amilopektin bahan dan nilainya akan semakin menurun seiring dengan tingginya kandungan amilosa dalam suatu bahan (Tester dan Morisson 1990). Hasil pengujian terhadap swelling power tepung beras-gluten diperoleh kisaran nilai (b/b) dengan nilai rata-rata sebesar 5.31 (b/b), sedikit lebih rendah dari swelling power tepung beras yaitu sebesar 5.63 (b/b). Data respon swelling power disajikan pada Tabel 6. Nilai rata-rata swelling power tepung berasgluten lebih rendah dibandingkan dengan tepung terigu high protein (>14%) yaitu 6.21 (b/b). Saat proses swelling terjadi, granula pati dalam adonan dengan aktif menyerap air bebas yang ada serta sebagian air yang dilepas oleh gluten saat pemanasan berlangsung (Kusunose et al. 1999). Respon swelling power dipengaruhi secara signifikan oleh kandungan protein yang terdapat pada bahan (Adepeju et al. 2011). Menurut Tomoko dan Junko (1998), banyaknya rantai panjang amilopektin yang terkandung di dalam pati berpengaruh terhadap tingginya nilai swelling power pati tersebut. Singh et al. (2006) menyebutkan bahwa swelling power pati serealia dipengaruhi oleh kandungan amilopektinnya dikarenakan amilosa berlaku sebagai inhibitor. Selain itu, faktor lain yang berpengaruh terhadap swelling power diantaranya struktur granula pati dan distribusi molekul pati di dalam granula pati tepung beras (Yu et al. 2012). Lebih jauh Yu et al. (2012) menyebutkan bahwa perbedaan nilai swelling power juga dipengaruhi oleh komposisi lemak dan protein dalam pati. Gugus protein berhimpitan erat dengan amiloplas pati sehingga memperlambat proses penyerapan air ke dalam granula pati yang mengakibatkan rendahnya nilai swelling power. Berdasarkan Gambar 7 terlihat garis-garis kontur dengan titik merah yang tersebar di setiap lapisannya. Daerah berwarna biru menunjukkan nilai swelling power terendah dan daerah berwarna merah menunjukkan nilai tertinggi. Lingkaran terdalam pada daerah berwarna merah merupakan nilai respon terbaik karena swelling power yang diharapkan adalah maksimal. Kondisi optimal respon swelling

31 power akan diperoleh dengan mengondisikan faktor-faktor tidak pada titik pusat, tetapi bergeser ke arah kiri bawah. Respon swelling power akan optimum pada suhu pemanasan dan konsentrasi gluten yang rendah. Solusi optimasi yang direkomendasikan Design Expert untuk respon tunggal swelling power yaitu X1 = 50 o C dan X2 = 20.46%. Jika dilihat dari keterkaitan antar respon, data yang diperoleh menunjukkan bahwa respon kadar protein memberikan pengaruh negatif terhadap swelling power. Nilai swelling power semakin menurun seiring dengan semakin tingginya kadar protein yang terkandung dalam sampel. Hal ini didukung oleh pernyaaan Yu et al. (2012) yang telah dijelaskan sebelumnya bahwa gugus protein berhimpitan erat dengan amiloplas pati yang menyebabkan lambatnya proses penyerapan air ke dalam granula pati sehingga nilai swelling power menjadi rendah. Hal tersebut ditunjukkan oleh garis linier yang semakin menurun dengan R 2 sebesar yang disajikan pada Gambar 8. Hal tersebut mempunyai arti bahwa pengaruh kadar protein terhadap swelling power adalah sebesar 78.09%. Keterkaitan antara respon daya serap air dengan swelling power menunjukkan hal berbeda dimana swelling power semakin meningkat seiring dengan meningkatnya daya serap air. Lee dan Osman (1991) menyatakan bahwa swelling power bergantung pada kapasitas pati dalam menahan air melalui ikatan hidrogen. Saat ikatan hidrogen antar molekul pati terputus setelah pati tergelatinisasi sempurna, ikatan hidrogen antar molekul pati akan tergantikan oleh ikatan hidrogen dengan air. Hal tersebut ditunjukkan oleh garis linier yang semakin meningkat dengan R 2 sebesar yang disajikan pada Gambar 9. Hal tersebut mempunyai arti bahwa pengaruh daya serap air terhadap swelling power adalah sebesar 79.52%. Swelling power (b/b) Swelling power (b/b) y = x R² = Kadar protein (%) Gambar 8 Grafik pengaruh kadar protein terhadap swelling power y = x R² = Daya serap air (ml/g) Gambar 9 Grafik pengaruh daya serap air terhadap swelling power 19

32 20 Analisis Kombinasi Faktor terhadap Respon Baking Expansion Model polinomial yang direkomendasikan yaitu kuadratik. Analisis ragam (ANOVA) menunjukkan bahwa model yang dihasilkan signifikan dengan p-value Prob>F lebih kecil dari 0.05 (0.0188) dan pada uji lack of fit diperoleh p-value Prob>F lebih besar dari 0.05 (0.6818) berarti tidak ada lack of fit (not significant). Nilai lack of fit yang not significant menunjukkan bahwa adanya kesesuaian data respon baking expansion dengan model. Pada analisis ragam (ANOVA), dapat dilihat masing-masing pengaruh faktor terhadap respon baking expansion. Dari kedua faktor yang dipilih, tidak terdapat faktor yang berpengaruh terhadap respon baking expansion adalah karena nilai p- value Prob>F kedua faktor lebih besar dari Namun dapat diketahui bahwa interaksi kuadrat suhu pemansan mempengaruhi respon baking expansion karena p-value Prob>F lebih kecil dari 0.05 (0.0032) dengan nilai Fhitung sebesar Hasil analisis ANOVA respon baking expansion disajikan pada Lampiran 10. Nilai R 2 untuk model respon baking expansion sebesar yang mempunyai arti bahwa pengaruh variabel X1 dan X2 terhadap perubahan variabel respon adalah 80.83% sedangkan sisanya 19.17% dipengaruhi oleh variabel-variabel lain yang tidak diketahui. Persamaan model polinomial respon baking expansion dalam bentuk yang sebenarnya: Baking expansion (Y) = X E-003X E- 004X1X E-003X E-004X2 2 Keterangan: X1 = Suhu pemanasan X2 = Konsentrasi gluten Berdasarkan persamaan model tersebut, diketahui bahwa respon baking expansion akan menurun seiring dengan peningkatan konsentrasi gluten, interaksi suhu pemanasan dan konsentrasi gluten serta interaksi kuadrat suhu pemanasan. Baking expansion akan meningkat seiring dengan peningkatan suhu pemanasan dan interaksi kuadrat konsentrasi gluten. Grafik kontur respon permukaan baking expansion tepung beras-gluten disajikan pada Gambar 10. Baking expansion (ml/g) Konsentrasi gluten (%) Suhu pemanasan ( o C) Gambar 10 Grafik kontur respon permukaan baking expansion tepung beras-gluten terhadap suhu pemanasan dan konsentrasi gluten

33 Proses mengembangnya adonan disebabkan oleh adanya tekanan berlebih dalam rongga gas pada adonan yang dihasilkan dari kesetimbangan antara meningkatnya tekanan dalam rongga gas, permeabilitas dinding rongga dan matriks ketika terjadi perubahan pada sifat reologi adonan (Chevallier et al. 2000). Nilai baking expansion yang tinggi mengindikasikan bahwa daya mengembang yang semakin baik suatu adonan. Hasil pengujian terhadap baking expansion tepung beras-gluten diperoleh kisaran nilai (ml/g) dengan nilai rata-rata sebesar 1.13 (ml/g), lebih tinggi dibandingkan dengan nilai baking expansion tepung beras yaitu 0.95 (ml/g) tetapi masih lebih rendah dibandingkan dengan baking expansion tepung terigu high protein (>14%) yaitu 1.89 (ml/g). Data respon baking expansion disajikan pada Tabel 6. Menurut Ulumi (2016) peningkatan volume spesifik (baking expansion) suatu adonan disebabkan oleh meningkatnya kapasitas hidrasi pati atau daya serap air pati tersebut. Pada fase awal baking expansion, ronggarongga gas dalam adonan bergabung yang menyebabkan adonan semakin mengembang saat dipanggang (Hayman et al. 1998). Febrianti (2015) menyatakan bahwa baking expansion suatu adonan juga dipengaruhi oleh kandungan protein di dalamnya. Gluten yang merupakan kandungan utama protein berperan dalam menentukan dough properties dan baking performance (Wieser 2007). Makin besar kapasitas hidrasi pati menyebabkan semakin banyaknya jumlah air yang terikat pada matriks pati. Berdasarkan Bertolini et al. (2001) dalam Tethool et al. (2012) pati yang mengandung kapasitas hidrasi yang tinggi dapat mengembang lebih besar karena jumlah air yang terikat lebih banyak yang berdampak pada besarnya penguapan air dan tekanan dari dalam adonan selama proses pemanggangan berlangsung. Berdasarkan Gambar 10 terlihat garis-garis kontur dengan titik merah yang tersebar di setiap lapisannya. Daerah berwarna biru menunjukkan nilai baking expansion terendah dan daerah berwarna merah menunjukkan nilai tertinggi. Lingkaran terdalam pada daerah berwarna merah merupakan nilai respon terbaik karena baking expansion yang diharapkan adalah maksimal. Kondisi optimal respon baking expansion akan diperoleh dengan mengondisikan faktor-faktor tidak pada titik pusat, tetapi bergeser ke arah kanan bawah atau kanan atas. Respon baking expansion akan optimum pada kombinasi suhu pemanasan tinggi dan konsentrasi gluten yang tinggi atau pada suhu pemanasan tinggi dan konsentrasi gluten rendah. Solusi optimasi yang direkomendasikan Design Expert untuk respon tunggal baking expansion yaitu X1 = o C dan X2 = 40%. Jika dilihat dari keterkaitan antar respon, data yang diperoleh menunjukkan bahwa respon kadar protein memberikan pengaruh positif terhadap baking expansion. Nilai baking expansion semakin meningkat seiring dengan semakin tingginya kadar protein yang terkandung dalam sampel, ditunjukkan oleh garis linier yang semakin meningkat dengan R 2 sebesar yang disajikan pada Gambar 11. Hal tersebut mempunyai arti bahwa pengaruh kadar protein terhadap baking expansion adalah sebesar 85.79%. Kadar protein mengindikasikan keberadaan gluten sebagai komponen protein utama yang ditambahkan. Hal tersebut menyebabkan semakin mengembang adonan dan semakin tinggi nilai baking expansion. Keterkaitan antara respon daya serap air dengan baking expansion menunjukkan hal serupa dimana baking expansion semakin meningkat seiring dengan meningkatnya daya serap air. Daya serap air atau kapasitas hidrasi pati 21

34 22 menyebabkan peningkatan volume spesifik (baking expansion) suatu adonan sehingga semakin mengembang suatu adonan (Febrianti 2015). Hal tersebut ditunjukkan oleh garis linier yang semakin meningkat dengan nilai R 2 sebesar yang disajikan pada Gambar 12. Hal tersebut mempunyai arti bahwa pengaruh daya serap air terhadap baking expansion adalah sebesar 71.42%. Baking expansion (ml/g) Baking expansion (ml/g) y = x R² = Kadar protein (%) Gambar 11 Grafik pengaruh kadar protein terhadap baking expansion y = 1.369x R² = Daya serap air (ml/g) Gambar 12 Grafik pengaruh daya serap air terhadap baking expansion Validasi Kondisi Optimum Berdasarkan analisis dua variabel faktor (suhu pemanasan dan konsentrasi gluten) dan enam variabel respon (kadar protein, kadar protein air dekantasi, daya serap air, suhu gelatinisasi, swelling power dan baking expansion) yang dipilih serta penentuan range dan level yang telah disesuaikan, solusi optimum yang direkomendasikan oleh program Design Expert untuk penelitian ini, yaitu suhu pemanasan o C dan konsentrasi gluten 29.72% dengan nilai desirability sebesar Menurut Madamba (2005), model dinilai baik dan memadai apabila nilai prediksi respon yang dihasilkan mendekati nilai verifikasi dalam kondisi aktual. Selanjutnya, nilai respon aktual dibandingkan dengan nilai respon prediksi yang diberikan program Design Expert Nilai respon prediksi yang diberikan program diikuti dengan selang prediksi sebesar 95%. Selang prediksi atau PI (Prediction Interval) dibagi menjadi dua level yaitu 95% PI low dan 95% PI high. PI low menunjukkan nilai terendah dari interval nilai yang diprediksikan program sedangkan PI high menunjukkan nilai tertinggi dari interval nilai yang

35 diprediksikan program. Definisi 95% pada PI memiliki arti bahwa nilai kepercayaan dari pengamatan individual sebesar 95%. Perbandingan nilai respon prediksi solusi optimasi program dengan nilai hasil aktual dapat dilihat pada Tabel 7. Tabel 7 Perbandingan karakteristik tepung beras terhadap nilai respon prediksi solusi optimasi dengan hasil aktual Respon Tepung beras Aktual tepung berasgluten Prediksi Low 95 % PI High Kadar protein (%) ± Kadar protein air ± dekantasi (%) Daya serap air (ml/g) ± Suhu gelatinisasi ( o C) ± Swelling power (b/b) ± Baking expansion (ml/g) ± Berdasarkan hasil validasi, diperoleh kadar protein 30.67%, kadar protein air dekantasi 0.71%, daya serap air 0.38 ml/g, suhu gelatinisasi 72 o C, swelling power 5.65 b/b, dan baking expansion 1.41 ml/g. Apabila dibandingkan dengan nilai respon prediksi yang diberikan oleh program, nilai respon hasil validasi tidak berbeda jauh dengan nilai respon prediksi dan masuk dalam range nilai yang diprediksi program. Hal tersebut menunjukkan bahwa solusi optimasi yang direkomendasikan oleh program dapat dikategorikan baik sehingga dapat dihasilkan kualitas adonan yang lebih baik. Sifat Birefringence Pada umumnya, pati memiliki sifat birefringence yang diartikan sebagai sifat granula pati utuh yang dapat membentuk dua warna (biru dan kuning) bersilang pada permukaan saat dilewatkan pada sinar yang berpolrisasi, disebabkan karena adanya perbedaan indeks refraksi dalam granula pati (Cui et al. 2005). Indeks refraksi dipengaruhi oleh struktur molekuler amilosa dalam pati. Bentuk heliks dari amilosa dapat menyerap sebagian cahaya yang melewati granula pati (Zhou et al. 1999). Pengujian dilakukan pada tiga sampel yaitu tepung beras alami, tepung beras-gluten pengikatan suhu 55 o C konsentrasi 30%, dan tepung beras-gluten pengikatan suhu 54 o C konsentrasi 29%. Menurut Cready (1970), saat air berpenetrasi secara bolak-balik ke dalam granula pada suhu o C granula akan mengembang dengan cepat dan kehilangan sifat birefringence. Pada saat pati tergelatinisasi secara parsial, birefringence pati masih terlihat dalam jumlah kecil karena masih mengandung granula pati utuh. Namun ketika pati tergelatinisasi sempurna, sifat birefringence akan hilang (Anwar et al. 2006). 23

36 24 (a) (b) (c) Gambar 13 Bentuk granula pati terpolarisasi (a) tepung beras alami, (b) tepung beras-gluten pengikatan suhu 55 o C konsentrasi 30%, dan tepung beras-gluten pengikatan suhu 54 o C konsentrasi 29% yang dilihat menggunakan mikroskop cahaya terpolarisasi. Berdasarkan Gambar 13 (a), dapat dilihat bahwa sifat birefringence pada tepung beras masih jelas terlihat dengan jelas karena granula pati masih utuh tanpa mengalami perlakuan apapun. Gambar 13 (b) terlihat sudah tidak ada granula pati yang utuh dan kehilangan sifat birefringence yang cukup banyak. Hal ini dikarenakan rusaknya granula pati karena pemanasan pada saat proses pengikatan. Hilangnya sifat birefringence pada granula pati menunjukkan adanya kerusakan granula pati yang disebabkan oleh pemanasan ataupun hidrolisis (Kusumawati et al. 2012). Pada Gambar 13 (c) sifat birefringence masih terlihat lebih jelas dibandingkan dengan Gambar 13 (b) karena suhu pemanasan yang diterapkan lebih rendah. Sifat birefringence akan semakin menghilang seiring dengan semakin tingginya suhu pemanasan yang digunakan. Menurut An-I dan Su-Lan (1993), penyebab lain hilangnya sifat birefringence adalah kondisi basa yang digunakan pada saat proses pengikatan berlangsung yang dapat memecah sebagian granula pati. Kondisi basa disebabkan oleh penambahan larutan CaCl2 2% yang dibutuhkan dalam proses pengikatan tepung beras dengan tepung gluten gandum. Pembentukan Ikatan dengan FTIR (Fourier Transform Infra Red) Analisis terhadap spektrum infra merah (FTIR) dilakukan untuk mengetahui ada tidaknya perubahan maupun pembentukan gugus fungsi baru pada struktur tepung setelah pengikatan dengan gluten (Febrianti 2015). Pengujian dilakukan terhadap tiga sampel yaitu tepung beras alami, tepung beras-gluten pengikatan suhu 55 o C konsentrasi 30%, dan tepung beras-gluten pengikatan suhu 54 o C konsentrasi 29%. Pemilihan sampel didasarkan pada sampel yang mewakili titik pusat, sampel hasil dari validasi titik optimasi serta tepung beras yang digunakan sebagai sampel acuan untuk melihat perubahan gugus yang terjadi. Tabel frekuensi serapan spektrum infra merah pada beberapa gugus fungsi yang terdapat pada sampel disajikan pada Tabel 8.