Pembuatan Nata de Coco : Tinjauan Sumber Nitrogen terhadap Sifat Fisiko-Kimianya

Transkripsi

1 Pembuatan Nata de Coco : Tinjauan Sumber Nitrogen terhadap Sifat Fisiko-Kimianya A. Intan Niken Tari, Catur Budi Handayani dan Sri Hartati Fakultas Pertanian Universitas Veteran Bangun Nusantara Sukoharjo, Jl. Letjen S. Humardani No. 1 Kampus Jombor Sukoharjo Telp (0271) , fax (0271) Abstrak Penelitian ini bertujuan mengkaji pengaruh sumber nitrogen pada pembuatan nata de coco terhadap sifat fisika dan kimianya. Rancangan percobaan yang digunakan dalam penelitian ini adalah rancangan acak lengkap pola satu arah dengan 3 perlakuan sumber nitrogen yang berbeda, yaitu NPK, Urea dan ZA. Masing-masing perlakuan diulang tiga kali. Parameter pengamatan yang dilakukan meliputi : sifat fisika : ketebalan, derajat keputihan (Hunter) dan Tekstur (Lloyd) serta sifat kimianya : kadar air (Thermogravimetri), kadar protein (Kjeldahl) dan kadar serat kasar (Sudarmadji, 1997). Hasil penelitian menunjukkan bahwa terdapat beda sangat nyata antar perlakuan terhadap sifat fisika maupun kimia nata de coco. Perlakuan dengan sumber nitrogen ZA merupakan perlakuan terpilih. Perlakuan tersebut menghasilkan sifat fisika berupa ketebalan 7,23 mm, derajat keputihan 48,07% dan tekstur 5,43 N/m 2 dan sifat kimia berupa kadar air 98,2%, kadar protein 1,63% dan kadar serat kasar 2,04% Kata-kata kunci : sifat fisika, sifat kimia, sumber nitrogen, nata de coco Pendahuluan Pengembangan agroindustri, dipercaya mempunyai peran strategis sebagai jembatan penghubung antara sektor pertanian, industri dan perdagangan. Implementasi pengembangan agroindustri mengarah pada peningkatan nilai tambah ekonomis hasil pertanian melaui pemanfaatan, pengembangan dan penguasaan teknologi pengolahan. Saat ini pengembangan agroindustri terutama komoditas makanan dan minuman mempunyai prospek pengembangan yang baik. Salah satu produk makanan/minuman yang digemari adalah nata. Nata adalah biomassa yang sebagian besar terdiri dari selulosa, berbentuk agar dan berwarna putih. Massa ini berasal dari pertumbuhan Acetobacter xylinum pada permukaan media cair yang mengandung gula dan protein (Enie, A.B., 1998). Komponen utama nata adalah selulosa yang mampu mengikat air sebesar 95% dalam bentuk gel nata sehingga bersifat empuk (Enie, A.B., 1998). Faktor-faktor yang mempengaruhi pembentukan nata adalah kandungan gula, protein, lemak, karbohidrat dan vitamin di dalam larutan. Selain faktor tersebut, proses produksi nata sangat dipengaruhi oleh umur starter, lama fermentasi, tingkat keasaman medium dan ruangan produksi (Alaban, 1962). Nata dapat dibuat dari bahan baku limbah cair pengolahan tahu atau bahan baku air kelapa. Nata yang dibuat dari air kelapa disebut dengan nata de coco. Menurut Palunkun (1993), prospek pengembangan indusri nata de coco cukup cerah karena ditunjang ketersediaan air kelapa yang melimpah di wilayah Indonesia,

2 yaitu sekitar L Menurut Alaban (1962), kemampuan air kelapa menghasilkan nata disebabkan oleh kandungan nutrisi yang kaya dan relatif lengkap serta sesuai dengan pertumbuhan bakteri. Air kelapa mengandung gula yang terdiri dari sukrosa, glukosa dan fruktosa, masing-masing per milliliter air kelapa mengandung 0.64 µg asam nikotinat, 0.52 µg asam pantotenat, 0.02 µg biotin, 0.01µg riboflavin dan 0.03 µg asam folat. Unsur-unsur tersebut diduga memberi pengaruh terhadap pertumbuhan bakteri nata. Sedangkan menurut Collado (1986), air kelapa yang umum dimanfaatkan untuk pembuatan nata de coco berasal dari kelapa tua. Air kelapa sebagai bahan baku nata diambil dari kelapa yang baru dipetik atau tidak lebih dari satu minggu. Kandungan kimia air kelapa sebagai bahan baku yang tidak sama kualitasnya akan menyebabkan produk yang bervariasi (tidak stabil) kualitasnya. Oleh karena itu media fermentasi pembuatan nata de coco perlu ditambahkan komponen-komponen seperti glukosa 10% sebagai sumber karbon, asam asetat 25% untuk mengatur ph menjadi 3-4 K 2 HPO %, MgSO4 0.03% sebagai mineral dan sumber nitrogen sebanyak 0.3 %. Sumber nitrogen dalam medium kultur untuk pertumbuhan A. xylinum juga mempengaruhi produksi selulosa. Sumber nitrogen tersebut dapat berasal dari nitrogen organik seperti yeast ekstrak, pepton, tripton dan polipepton maupun nitrogen an organik seperti dari NPK, Urea maupun ZA (Zwavelzuur Amonia) atau Amonium Sulfat. Komposisi ketiga jenis pupuk tersebut dapat disajikan pada Tabel 1. Tabel 1. Komposisi Kimia NPK, Urea dan ZA dalam 100% Bahan Komposisi Kimia (%) Jenis Pupuk NPK Urea ZA Total Nitrogen 15,00 46,50 20,80 Karbon - 20,00 - Hidrogen - 6,71 - Oksigen - 26,64 - P 2 O 5 24, K 2 O 24, S ,00 Bahan Lain 37,00-55,20 (Anonim, 2010) Penelitian nitrogen organik oleh Okinawa et al.,(1995) cit. Sanchez dan Yoshida (1998) menjelaskan bahwa yeast ekstrak sebesar 2% yang ditambahkan pada medium kultur A. xylinum dapat meningkatkan produksi selulosa sedangkan ketika polipepton (0,5%) ditambahkan pada yeast ekstrak, produksi selulosa dapat meningkat hingga dua kali lipat. Penelitian produksi nata de coco menggunakan sumber nitrogen an organik juga telah banyak dilakukan, seperti penelitian oleh. Zubaidah dan Prasetyana (2002) dalam penelitiannya pada nata de Aqua menggunakan nitrogen an organik dari ZA dan NPK mengatakan bahwa jumlah nitrogen yang melebihi kebutuhan akan mengganggu aktivitas Acetobacter xyllinum dalam mensintesa selulosa. Sebaliknya kecukupan N dalam medium menstimulir bakteri dalam mensintesa selulosa dan menghasilkan nata dengan ikatan selulosa yang kuat. Kuatnya ikatan selulosa dalam jaringan nata mengakibatkan air yang terperangkap sedikit, sehingga tidak mudah meluruh Adanya unsur unsur lain seperti : P dalam NPK serta S dalam ZA akan memberi pengaruh

3 besar, karena unsur- unsur tersebut berperan dalam pembentukan dan perkembangbiakan sel bakteri, yang mempengaruhi jumlah selulosa yang terbentuk. Penggunaan sumber nitrogen an organik pada pembuatan nata de coco lebih menguntungkan apabila dibandingkan sumber nitrogen organik karena lebih murah, mudah larut dan selektif bagi mikroorganisme lain dan aman bagi konsumen. Hal ini karena ketika sumber nitrogen an organik ditambahkan ke media pembuatan nata de coco, sumber nitrogen an organik tersebut akan dkonsumsi oleh bakteri, dan digunakan untuk berkembangbiak. Bakteri memerlukan banyak protein untuk pembelahan sel berkembang biak dan digunakan untuk memproduksi selulosa (nata), sehingga tidak langsung dikonsumsi oleh manusia. Pembentukan nata (polisakarida ekstraseluler) diperlukan antara lain senyawa heksosa fosfat. Heksosa fosfat mengalami oksidasi melalui lintasan pentosa fosfat menghasilkan senyawa NADPH (senyawa penyimpan tenaga pereduksi) dan melepaskan CO 2. Gas CO 2 yang dilepaskan akan terhambat dan menempel pada mikrofibril selulosa, sehingga selulosa naik ke permukaan cairan (Meyer, (1960) cit. Riswanda (2009)) Fosfat anorganik perlu ditambahkan ke dalam medium, karena bahan tersebut sangat diperlukan untuk memecah sukrosa menjadi glukosa dan fruktosa (Cunningham (1978) cit. Riswanda (2009)). Gambar 1. Reaksi pemecahan sukrosa menjadi glukosa dan fruktosa, memerlukan fosfat anorganik Pada proses metabolismenya, selaput selulosa ini terbentuk oleh aktivitas Acetobacter xylinum terhadap glukosa. Karbohidrat pada medium dipecah menjadi glukosa yang kemudian berikatan dengan asam lemak (Guanosin trifosfat) membentuk prekursor penciri selulosa oleh enzim selulosa sintetase, prekusor ini selanjutnya dikeluarkan ke lingkungan membentuk jalinan selulosa pada permukaan medium.. (Thimann and Kenneth, 1955 cit. Palungkun (1993)). Pembentukan selulosa Acetobacter xylinum dipengaruhi oleh ketersediaan oksigen dan glukosa (Hestrin and Schram, 1954 cit. Palungkun, 1993). Selain itu, pembentukannya juga dipengaruh ph medium, lama fermentasi, dan sumber nitrogen (Lapuz et a.l, 1968 cit. Palungkun, 1993). Tujuan penelitian ini adalah mengkaji pengaruh sumber nitrogen pada pembuatan nata de coco terhadap sifat fisika dan kimianya Metode Bahan baku Bahan yang digunakan dalam pembuatan nata de coco untuk 1 L air kelapa adalah Bibit Nata de Coco (Acetobacter xylinum) ± 100 ml atau 10%, - Gula 100 g

4 atau 10%, Asam cuka glasial (bibit cuka) ± 10 ml (1%), sumber N sesuai penelitian yaitu NPK, Urea dan ZA masing-masing 5 g (1%) serta air kelapa Bahan kimia Bahan kimia yang digunakan untuk penelitian ini antara lain : bahan kimia untuk uji kadar serat kasar (0,1 M buffer fosfat ph 6, enzim α-amilase, air destilat, NaOH dan HCl, enzim pepsin, enzim pankreatin, celite, aseton, etanol 95%, etanol 78%), dan uji kadar protein (K 2 SO 4, HgO, H 2 SO 4 pekat, butiran Zn, NaOH-Na 2 S 2 O 3, Asam borat 5%, indicator BCG-MR dan HCl 0,02 N). Sebagian besar bahan kimia diperoleh dari Lab. Kimia- Biokimia Fakultas Pertanian Univet Bantara Sukoharjo. Peralatan Peralatan pembuatan starter (bibit) dan media, fermentasi dan pemanenan nata de coco Panci untuk perebus media (air kelapa), saringan, timbangan, sendok kayu, sendok makan, sendok teh, botol bermulut lebar, nampan untuk fermentasi, baskom perendam dan mesin pemotong nata de coco dengan dimensi : berat 25 kg, panjang 80 cm,lebar 40 cm dan tinggi 60 cm dengan bagian-bagian alat pemotong nata : dinamo ¼ PK,350 watt, jumlah pisau 28 buah dengan kecepatan putaran 400 rpm. Cara Penelitian Diagram alir cara penelitian dapat digambarkan sebagai berikut : Air Kelapa (1L) 10% glukosa 0.5 % Sumber N( b/v)* Penambahan Nutrisi (NPK, Urea dan ZA) Perebusan 100 o C, 15 1% Asam asetat (v/v) Pengkondisian Asam (ph 3.79) Pendinginan 10% Kultur A. xyllinum Inokulasi Inkubasi, o C, 10 hari, aerob

5 Nata de coco Pemotongan 1 x 1 cm 2 * Perendeman dalam air, 30 o C, 3 hari Perebusan (100 o C, 3 15 ) Uji Sifat Fisika dan Kimia Gambar 2. Diagram alir cara penelitian Rancangan Percobaan Rancangan percobaan yang digunakan dalam penelitian ini adalah rancangan acak lengkap dengan satu faktor perlakuan, yaitu sumber nitrogen NPK, Urea dan ZA. Masing-masing perlakuan diulang tiga kali. Sehingga diperoleh unit percobaan 3 x 3 = 9 unit. Analisis Laboratorium Analisis pada nata de coco meliputi analisis sifat fisika : ketebalan dan berat nata, tekstur (metode Lyoid), warna (metode kalorimeter Hunter), analisis sifat kimia : kadar air (metode thermogravimetri), kadar protein (metode kjeldahl) (Sudarmadji et al., 1997), seta kadar serat kasar (Sudarmadji et al., 1997). Analisis Data Data yang diperoleh pada analisa fisiko-kimia dihitung secara statistik dengan Anova dan jika terdapat perbedaan yang nyata antar perlakuan dilanjutkan dengan uji Duncan s Multiple Range Test (DMRT) (Ostle, 1974). Hasil dan Pembahasan Sifat Fisika Nata de Coco Analisis fisika dilakukan untuk mengetahui sifat fisik nata de coco, yang meliputi ketebalan, derajat keputihan dan tekstur

6 Ketebalan Nata Keterangan : apabila notasi huruf pada grafik berbeda, maka perlakuan menunjukkan pengaruh berbeda nyata (P<0,05) Gambar 3. Histogram pengaruh sumber N terhadap ketebalan nata de coco Ketebalan nata adalah tingginya lapisan selulosa yang mampu dihasilkan oleh bakteri A.xylinum. Pada Gambar 3, terlihat bahwa pemberian sumber N berupa ZA pada medium pertumbuhan A. xylinum ternyata memberikan pengaruh ketebalan nata lebih tinggi, dibanding medium dengan sumber N urea maupun NPK. Bakteri hanya dapat menggunakan nitrogen dalam bentuk anorganik, yaitu nitrat (NO3-) atau ammonium (NH 4 + ) (Meshitsuka, G et al., 1996 cit Khairul Anam, 2010) Ketika ZA diberikan pada medium pertumbuhan A. xylinum, menyebabkan bakteri A.xylinum lebih mudah memperoleh N, karena pemecahan molekul ammonium lebih sederhana dibanding urea dan NPK. Selain itu bentuk ion ammonium (NH 4 + ) lebih membutuhkan sedikit energi dibandingkan nitrogen yang masih berbentuk amida. Sehingga kecukupan N tersebut mampu menstimulir bakteri dalam mensintesa selulosa dan menghasilkan nata paling tebal. Derajat Keputihan Derajat keputihan atau nilai kecerahan (L*) dilakukan menggunakan alat kalorimeter fotoelektrik yang juga disebut kalorimeter Hunter. Parameter L* mempunyai nilai 0 (hitam) sampai 100 (putih). Nilai L* menyatakan cahaya pantul yang menghasilkan warna akromatik putih, abu-abu dan hitam.

7 Keterangan : apabila notasi huruf pada grafik berbeda, maka perlakuan menunjukkan pengaruh berbeda nyata (p<0,05) Gambar 4. Histogram pengaruh sumber N terhadap derajat keputihan nata de coco Pada Gambar 4, terlihat bahwa derajat keputihan nata dengan sumber N dari Urea sebesar 49,61% dan ZA sebesar 48,07% setelah diuji statistik ternyata tidak berbeda nyata (terlihat dari notasi yang sama yang mengikuti data), namun keduanya berbeda sangat nyata terhadap derajat keputihan nata dengan sumber N dari NPK, yaitu 43,34%. Menurut Rahadianto (2001) cit Zubaidah dan Prasetyana (2002) perbedaan derajat keputihan dipengaruhi oleh kerapatan jalinan selulosa pada nata. Jalinan yang rapat akan memantulkan sinar lebih sempurna, sehingga pembacaan derajat keputihan atau nilai kecerahan oleh alat kalorimeter Hunter lebih tinggi. Tekstur Tekstur nata adalah kekuatan struktur yang stabil pada nata. Tekstur nata banyak dipengaruhi oleh kadar air dan kadar serat. Keterangan : apabila notasi huruf pada grafik berbeda, maka perlakuan menunjukkan pengaruh berbeda nyata (p<0,05) Gambar 5. Histogram pengaruh sumber N terhadap tekstur nata de coco

8 Pada Gambar 5 terlihat bahwa tekstur nata de coco yang dihasilkan dari sumber N Urea sebesar 3,34 N/m 2 diikuti NPK sebesar 4,17 N/m 2 dan ZA sebesar 5,43 N/m 2 Kecukupan N dalam medium menstimulir bakteri A. xylinum mampu mensintesa selulosa dan menghasilkan nata yang kuat sehingga tidak mudah luruh. Kuatnya ikatan selulosa dalam jaringan tersebut disebabkan adanya serat tidak larut yang cukup tinggi (berkaitan dengan data pada Gambar 8) dan rapat, Menurut Berk (1990) cit. Zubaidah, E. dan Prasetyana, F.(2002), kekerasan gel nata disebabkan karena kandungan sel-sel serat selulosa yang terdiri dari sekumpulan serat-serat parallel yang berikatan satu dengan yang lain, sehingga mempunyai struktur yang stabil. Sifat Kimia Nata de Coco Analisis kimia dilakukan untuk mengetahui sifat kimia nata de coco, yang meliputi kadar air, kadar protein dan kadar serat kasar. Kadar Air Kadar air nata adalah banyaknya air yang terperangkap dalam bahan nata. Keterangan : apabila notasi huruf pada grafik berbeda, maka perlakuan menunjukkan pengaruh berbeda nyata (p<0,05) Gambar 6. Histogram pengaruh sumber N terhadap kadar air nata de coco Pada gambar 6 terlihat bahwa medium dengan sumber nitrogen ZA menghasilkan kadar air paling rendah, dibanding medium dengan sumber N dari urea maupun NPK. ZA dengan kadar N 20,8% (Tabel 1) diduga menyebabkan bakteri A. xylinum mendapatkan N yang cukup. Kecukupan N dalam medium ini menstimulir bakteri dalam mensintesa selulosa dan menghasilkan nata dengan ikatan kuat dengan pori yang kecil. Kuatnya ikatan selulosa ini menyebabkan jumlah air yang terperangkap dalam jaringan nata lebih rendah, sehingga kadar air menjadi rendah.

9 Kadar Protein Kadar protein nata adalah banyaknya protein yang terdapat dalam bahan nata.. Keterangan : apabila notasi huruf pada grafik berbeda, maka perlakuan menunjukkan pengaruh berbeda nyata (p<0,05) Gambar 7. Histogram pengaruh sumber N terhadap kadar protein nata de coco Pada Gambar 7, terlihat bahwa pemberian sumber N pada medium pertumbuhan A. xylinum ternyata memberikan pengaruh berbeda nyata terhadap kadar protein nata.. Bakteri hanya dapat menggunakan nitrogen dalam bentuk anorganik, yaitu nitrat (NO 3 -) atau ammonium (NH + 4 ) (Meshitsuka, G et al., 1996 cit Khairul Anam, 2010). Ketika ZA diberikan pada medium pertumbuhan A. xylinum, menyebabkan bakteri A.xylinum lebih mudah memperoleh N, karena pemecahan molekul ammonium (NH + 4 ) lebih sederhana dibanding urea yang masih dalam bentuk amida, sehingga pada gambar 7 tersebut terlihat bahwa kadar protein ZA lebih tinggi daripada urea. Sedangkan apabila dibandingkan dengan medium dengan sumber N berupa NPK, kadar protein nata pada medium dengan sumber N ZA lebih rendah, hal ini dapat dijelaskan sebagai berikut : karena pemecahan molekul ammonium (NH + 4 ) lebih sederhana, maka ion ammonium ((NH + 4 ) yang sudah terpecah atau tersedia ini, lebih mudah dikonsumsi lagi oleh bakteri A. xylinum untuk perkembangbiakan sel atau pembelahan sel yang merupakan proses sintesa protein, akibatnya ketersediaan kadar protein pada ZA lebih rendah daripada NPK. Hal ini diperkuat dengan data pada Tabel 1 bahwa dalam ZA terdapat kandungan N 20,8% dan S 24% yang merupakan tulangpunggung pembentukan protein. Kadar Serat Kasar Kadar serat kasar nata adalah kandungan serat yang terdapat dalam bahan nata.

10 Keterangan : apabila notasi huruf pada grafik berbeda, maka perlakuan menunjukkan pengaruh berbeda nyata (p,0,05) Gambar 8. Histogram pengaruh sumber N terhadap kadar serat kasar nata de coco Pada Gambar 8, terlihat bahwa pemberian sumber N pada medium pertumbuhan A. xylinum ternyata memberikan pengaruh berbeda nyata terhadap kadar serat kasar nata de coco. Serat kasar merupakan bagian dari jaringan nata, (polisakarida ekstraseluler) yang merupakan ikatan selulosa. Pembentukan nata oleh Acetobacter xylinum dipengaruhi oleh ketersediaan oksigen dan glukosa (Hestrin and Schram, 1954 cit. Palungkun, 1993). Selain itu, pembentukannya juga dipengaruh ph medium, lama fermentasi, dan sumber nitrogen (Lapuz et a.l, 1968 cit. Palungkun, 1993). Pembentukan nata (polisakarida ekstraseluler) juga memerlukan fosfat anorganik dalam medium, karena bahan tersebut sangat diperlukan untuk memecah sukrosa menjadi glukosa dan fruktosa (Cunningham (1978) cit. Riswanda (2009)). Sumber N pada NPK selain mengandung N 15% juga unsur fosfat dalam bentuk P 2 O 5 sebesar 24% (Tabel 1), sehingga pada medium nata dengan sumber N dari NPK memiliki kadar serat kasar tertinggi 2,21%, disusul medium nata dengan sumber N ZA dengan kadar 2,04% dan Urea dengan kadar 1,78%. Dari keseluruhan data baik sifat fiisika maupun kimia, dapat dilihat bahwa perlakuan terpilih diperoleh pada produk nata de coco yang berasal dari medium fermentasi dengan sumber nitrogen ZA Kesimpulan Kesimpulan dan Saran Hasil penelitian menunjukkan bahwa perlakuan terpilih, dengan sifat fisik dan kimia diperoleh pada produk nata de coco yang berasal dari medium fermentasi dengan sumber nitrogen ZA dibandingkan NPK dan Urea. Produk tersebut memiliki parameter fisika kimia sebagai berikut : tebal = 7,23 mm, derajat keputihan 48,07%, tekstur 5,43 N/m 2, kadar air 98,2 %, kadar protein 1,63% dan kadar serat kasar 2,04%. Saran Beberapa saran yang dapat diberikan dari hasil penelian yang telah dilakukan, antara lain (1) perlu dilakukan penelitian lanjutan dengan pengamatan pada sifat

11 organoleptiknya (2) perlu dilakukan penelitian lanjutan terhadap nata de coco untuk kenungkinan pemanfaatan yang lebih luas, misalnya biomembran atau biofilm. Daftar Rujukan Anonim Komposisi Kimia NPK, Urea dan ZA dalam 100% Bahan. Types/UreaPaper 1828.html diakses 22 September 2010 Alaban, C.A Studies on Optimum Conditions for Nata de coco Bacterium or Nata formation in Coconut Water. Philippine Agric. 96 (2) : Collado, L.S Nata : Processing and Problems of the Industry in the Philippines. di dalam Proceeding Seminar on Traditional Food and Their Processing in Asia. November 13-15, Tokyo, Japan Enie, A.B Kajian Pengembangan Industri Nata de Soya dari Air Tahu. Seminar Pengembangan Pengolahan dan Penggunaan Kedele selain Tempe. Ferry Riswanda Acetobacter xylinum. waluhhangit.blogspot.com/2009/03/acetobacter-xylinum.html. diakses 22 Juni 2010 Khairul Anam Produksi Nata de Coco. Bogor : Bioteknologi Sekolah Pasca Sarjana Institut Pertanian Bogor. Ostle, B Statistics in Research. Iowa : The Iowa State University Press. Palungkun, R Aneka Produk Olahan Kelapa. Jakarta : Penebar Swadaya. Sanchez, P.C and Toshiomi Yoshida Microbial Cellulose Production and Utilization. Proceedings of International Conference on Asian Network on Microbial Researches. Gadjah Mada University. Yogyakarta. 23 th -25 th February p Sudarmadji, S., Bambang Haryono, Suhardi Prosedur Analisa untuk Bahan Makanan dan Pertanian. Yogyakarta : Liberty. Zubaidah, E. dan Prasetyana, F Pembuatan Nata de Aqua. di dalam Prosiding Seminar Nasional Peran Pendidikan dalam Meningkatkan Ketangguhan Industri Pangan di Era Pasar Bebas Kelompok Bioteknologi Pangan Juli Malang. PATPI. p