Sintesis dan karakterisasi fisik, kimia dan fisiologis pati-garut butirat

DAMAT, Promotor Prof. Dr. Ir. Haryadi, M.App.Sc

2009 | Disertasi |

Pati alami dari berbagai sumber pada umumnya memiliki sifatsifat yang membatasi penggunaannya di dalam aplikasinya pada produkproduk pangan. Karena itu agar pati dapat diaplikasikan secara luas, maka perlu dilakukan perbaikan sifat fisik dan kimianya, antara lain dengan cara modifikasi pati. Sejak tahun 1970an hingga saat ini telah banyak dilakukan penelitian tentang modifikasi pati. Akan tetapi pada umumnya penelitian tersebut hanya difokuskan pada upaya untuk memperbaiki sifat fisik dan kimia pati saja. Di sisi lain sesungguhnya modifikasi pati memiliki potensi yang besar untuk memberikan efek fisiologis yang menguntungkan bagi kesehatan orang yang mengkonsumsinya. Pati termodifikasi, terutama hasil modifikasi dengan cara esterifikasi, lebih tahan cerna dibandingkan pati alami sehingga memberikan efek hipolipidemik dan hipokolesterolemik. Pati termodifikasi menyisakan bagian yang tahan cerna (resistant starch, RS) yang kemudian memberikan efek yang menyehatkan pada kolon Bertolak dari permasalahan tersebut di atas, maka di dalam penelitian ini difokuskan pada 5 hal, yaitu (i) mempelajari faktorfaktor yang berpengaruh terhadap sintesis patigarut butirat, terutama lama reaksi, pH reaksi dan kosentrasi butirat anhidrida dalam kaitannya dengan derajat substitusi (DS) patigarut butirat, (ii) mempelajari karakteristik patigarut butirat, (iii) mempelajari efek fisiologis pati garut butirat, (iv) mempelajari deesterifikasi butirat dari patigarut butirat dan melakukan pengujian aktivitas prebiotik. Tujuan umum dari penelitian ini adalah untuk mendapatkan butirilisasi pati garut dan untuk mendapatkan ciri fisik, kimia dan fisiologisnya. Adapun tujuan khusus dari penelitian ini adalah (i) mendapatkan teknik modifikasi patigarut butirat untuk pangan, (ii) mengetahui karakteristik fisik dan kimia pati garut butirat, (iii) memperoleh data efek fisiologis patigarut butirat (sifat fisik dan kimia digesta, sifat glikemik dan lipidemik) pada tikus percobaan, (iv) memperoleh data terjadinya deesterifikasi butirat dari patigarut butirat di dalam kolon dan (v) memperoleh data aktivitas prebiotik RS dari patigarut butirat. Penelitian ini dibagi dalam 5 tahap. Adapun pentahapan penelitian secara rinci adalah sebagai berikut (i) sintesis patigarut butirat dari pati garut, (ii) karakterisasi sifat fisik dan kimia patigarut butirat, (iii) uji efek fisiologis pati garut butirat secara in vivo (iv.) uji deesterifikasi butirat dan (v) uji aktivitas prebiotik RS dari patigarut butirat. Hasil penelitian menujukkan bahwa persen butiril dan derajat substitusi maksimum dicapai pada lama reaksi 20 menit dengan pH suspensi 10 dan konsentrasi butirat anhidrida 20%. Spketra FTIR pati garut alami berbeda dengan spektra FTIR patigarut butirat. Pada patigarut butirat terbentuk puncak baru pada bilangan gelombang 1740,64 cm 1 dan berkurangnya puncak pada bilangan gelombang 1640,29 cm 1 yang menunjukkan keberadaan ikatan C═O dari gugus butiril. Patigarut butirat memiliki viskositas puncak yang lebih rendah, stabil pada penyimpanan pada suhu rendah dan tidak mudah mengalami sineresis, sedangkan daya mengembang dan tingkat kejernihannya cenderung meningkat seiring dengan makin meningkatnya derajat substitusi patigarut butirat. Sineresis patigarut butirat makin menurun dengan makin meningkatnya derajat substitusi (DS), baik pada penyimpanan 3,5; 12 maupun 24 jam, sedangkan kadar amilosa patigarut butirat makin menurun seiring dengan makin menurunnya DS patigarut butirat. Diet patigarut butirat pada hewan coba dapat menurunkan konsentrasi LDL kolesterol, trigliserida, total kolesterol dan meningkatkan HDL kolesterol tikus percobaan. Selain itu juga diketahui bahwa dengan makin besarnya derajat substitusi (DS) potensinya untuk menurunkan LDL kolesterol, trigliserida, dan total kolesterol makin tinggi. Pemberian pakan patigarut butirat juga cukup efektif menurunkan kadar gula darah tikus percobaan bila dibandingkan dengan yang diberi pakan standar AIN93 dan pakan pati garut alami. Pemberian pakan pati garut butirat dengan DS 0,187 mampu menurunkan kadar glukosa tertinggi selama masa pemeliharaan tikus, yaitu dari 215 mg/dl menjadi 93,07 mg/dl (hari ke34). Tikus yang diberi pakan pati garut butirat dengan DS 0,187 memiliki digesta dengan berat dan kadar air tertinggi sedangkan pHnya berbeda nyata. Tikus yang diberi pakan perlakuan patigarut butirat memiliki rasio molar asam butirat yang lebih tinggi dan berbeda nyata dengan yang diberi diet pakan standar AIN 93. Tikus yang diberi pakan patigarut butirat dengan derajat substitusi (DS) 0,187 memiliki rasio molar asam butirat digesta sebesar 34,41%, lebih tinggi bila dibandingkan dengan rasio molar butirat digesta tikus Sprague Dawley dengan pakan perlakuan diet pakan yang lain. Konsentrasi asam butirat dari patigarut butirat makin meningkat secara signifikan seiring dengan makin lamanya masa inkubasi dengan menggunakan supernatan dari digesta tikus Sprague Dawley. Peningkatan konsentrasi asam butirat tersebut di atas disebabkan oleh karena aktivitas enzim ekstraseluler yang terdapat di dalam supernatan dari mikroba digesta tikus Spraque Dawley. Nilai aktivitas prebiotik L. plantarum dengan sumber RS dari patigarut butrat dan inulin masingmasing sebesar 1,38 dan 6,64 sedangkan nilai aktivitas prebiotik B. longum dengan sumber RS dari patigarut butirat dan inulin masingmasing sebesar 6,20 dan 6,24.

Natural starch from various sources generally has disadvantaged properties, so will limit the usage in its food product application. To make it applied widely, it should be improved its chemical and physical properties. The physical and chemical properties improvement can be done by modifying the starch. Since 1970s up to now there are many researches about starch modification. But generally the previous researches just focus to improve the physical and chemical properties improvement. Actually, the starch modification not only able to improve its physical and chemical properties but give advantageous physiological effects for host health who consumed. The research aimed to obtain the modification method of butyrylated arrowroot starch for food and obtaining its physical, chemical, and physiological properties, while the specific goals of the research are (i) to obtain the modification method of butyrylated arrowroot starch for food (ii) to know physical and chemical characteristics of butyrylated arrowroot starch (iii) to obtain physiological effect data of butyrylated arrowroot starch (physical and chemical digest, glycemical and lipidemical properties) at the experimented rats, (iv) to obtain data of butyrate deesterification occurrence of butyrylated arrowroot starch in colon. The research divided into five stages. The detail research stage as follows (i) butyrylated arrowroot starch synthesis from arrowroot starch (ii) characterization of physical and chemical properties of butyrylated arrowroot starch (iii) physiological characterization of butyrylated arrowroot starch in vivo (iv) butyrate deesterification test and (v) RS prebiotic activities test of butyrylated arrowroot starch. The research results showed that maximum butyryl percentage and degree of substitution are achieved in 20 minutes with suspension pH of 10 and concentration of butyrate anhydride of 20%. FTIR profile of natural arrowroot starches is different with the butyrylated arrowroot starch. At the butyrylated arrowroot starch, the new peak formed at wave length of 1740.64cm 1 and the peak decrease at the wave length of 1640.29 cm 1 Butyrylated arrowroot starches have lower peak viscosity and higher cooking instability, while swelling and clarity level tend to increase along with the increase of substitution degree of butyrylated arrowroot starch. The butyrylated arrowroot starch synthesis become lower with the degree of substitution increase (DS), good in 3.5; 12 or 24 hours storage, while its amylose degree is not different significantly at butyrylated arrowroot starch with different degree of substitution. The butyrylated arrowroot starch diet at experiment animals able to decrease cholesterol LDL level, triglyceride, cholesterol total, and increase cholesterol HDL of experiment rats. Beside that, it is known with the degree of substitution increase (DS) its potential to decrease cholesterol LDL, triglyceride and total cholesterol become higher. The giving of butyrylated arrowroot starch diet also effective in decreasing the blood sugar content of the rat if compared with AIN93 standard diet and natural arrowroot starch diet. The giving of butyrylated arrowroot starch diet with DS 0.187 able to decrease the highest glucose content during the rat maintenance that is 215 mg/dl become 93.07 mg/dl (34 th day) The rats that butyrylated arrowroot starch diet with DS of 0.187 has digest with highest water weight and contents while the pH is the lowest. Rats that given butyrylated arrowroot starch diet have butyrate acid molar ratio higher and significantly different with those given with AIN93 standard diet. Rats that given butyrylated arrowroot starch diet with 0.187 degree of substitution has digest of butyrate acid molar ratio of 34.41% higher if compared with digest of butyrate acid molar ratio of Sprague Dawley rats with other diets. Concentration of butyrate acid of butyrylated arrowroot starch increase significantly along with the long incubation time by using supernatant of Sprague Dawley rats digest. The increase of butyrate acid concentration is caused by the extra cellular enzyme activities in the supernatant and microbial digest of Sprague Dawley. The prebiotic activities of L. plantarum with the source RS from butyrylated arrowroot starch and inulin is 1,38 and 6,64 while prebiotic activities B. longum with the source RS from butyrylated arrowroot starch and inulin is 6,20 and 6,24.

Kata Kunci : Pati,Garut butirat,Efek fisiologis,Deesterifikasi butirat,Uji aktivitas prebiotik RS,Karakteristik fisik dan kimia