Fortifikasi kalsium pada beras, kinetika penyerapan dan bioavailabilitasnya

WARIYAH, Chatarina, Promotor Prof. Dr. Ir. Mary Astuti, M.S

2009 | Disertasi |

Kalsium  merupakan  makro  mineral  esensial  dalam  tubuh  yang  berfungsi sebagai  penyusun  struktur  tulang,  mempertahankan  permeabilitas  membran, sekresi hormon, kontraksi muskular dan transmisi impuls syaraf. Oleh  karena itu defisiensi kalsium dapat menyebabkan gangguan kesehatan terkait dengan fungsi kalsium seperti ketidaknormalan tulang, kekakuan otot dan kram. Saat ini asupan kalsium  rata­rata  masyarakat  Indonesia  baru  mencapai  254  mg/hari-orang. Padahal angka anjuran kecukupan asupan kalsium sebesar 800-1200 mg/hariorang dewasa. Oleh karena itu perlu dilakukan fortifikasi yaitu penambahan satu atau lebih zat gizi tertentu pada bahan makanan untuk meningkatkan asupan diet tertentu. Fortifikasi kalsium pada beras berpeluang besar untuk menanggulangi kekurangan kebutuhan kalsium sejak dini. Selain sebagai makanan pokok, kandungan kalsium beras juga masih rendah, sehingga masih berpotensi untuk ditingkatkan. Tujuan penelitian ini adalah melakukan optimasi fortifikasi kalsium pada beras, sehingga dihasilkan beras berkalsium dengan akseptabilitas dan bioavailabilitas tinggi serta stabil selama penyimpanan. Secara khusus tujuannya adalah 1) mengevaluasi laju absorpsi air beras amilosa rendah (AR), sedang (AS) dan tinggi (AT) pada suhu di atas dan di bawah gelatinisasi, 2) mengevaluasi kinetika absorpsi kalsium pada beras, 3) optimasi kondisi fortifikasi berdasarkan sifat fisik dan organoleptik beras berkalsium dengan target Ca 2+ 100-110mg/100g beras, 4) mendeteksi fiksasi kalsium dengan spektrofotometer FTIR, 5) mengevaluasi stabilitas kalsium dalam beras berdasarkan retensinya terhadap pencucian dan dialisis, 6) mengevaluasi bioavailabilitas kalsium dalam beras, dan 7) mengevaluasi pola isoterm adsorpsi lembab beras dan keawetan beras. Laju absorpsi air dari beras AR, AS dan AT dievaluasi berdasarkan kinetika reaksinya. Kinetika absorpsi air ditentukan pada suhu di bawah gelatinisasi (28, 50, 60 dan 70 o C) dan pada suhu di atas gelatinisasi (80, 90, 100 o C). Kinetika absorpsi kalsium dilakukan pada suhu 80, 90 dan 100 o C dengan fortifikan Caasetat,laktatdan glukonat. Konstanta laju reaksi ditentukan dengan mengevaluasi grafik hubungan antara kadar air atau kalsium dengan lama perendaman, dan pengaruh suhu terhadap laju reaksi dihitung menggunakan persamaan Arrhenius. Dari tahap 2 diperoleh data laju absorpsi Ca 2+ , selanjutnya digunakan sebagai dasar membuat beras berkalsium sesuai target Ca 2+ pada tiap jenis beras, garam kalsium dan suhu perendaman. Tahap pembuatan beras berkalsium meliputi: perendaman beras dalam larutan garam kalsium 0,08% pada suhu perendaman 80, 90 dan 100 o C, penirisan dan pengeringan pada suhu 5060(simbol) C sampai mencapai kadar air 1011 %. Perubahan sifat amilografi beras akibat fortifikasi diuji dengan Amilograph Brabender. Untuk menentukan akseptabilitas beras, maka dilakukan pengujian sifat fisik (tekstur dan warna) dan sifat inderawi beras berkalsium dan nasi dengan metode hedonic test. Uji fiksasi Ca 2+ menggunakan FTIR mid infrared dan stabilitas kalsium dalam beras ditentukan berdasarkan retensinya terhadap pencucian dan dialisis sebelum dan sesudah penyimpanan sampai kondisi kritis. Bioavailabilitas Ca 2+ diuji dengan kombinasi metode digesti secara in vitro dan in situ. Selanjutnya pengaruh perubahan fisik beras terhadap daya simpan diuji dengan mengevaluasi isoterm adsorpsi lembab beras dan umur simpannya. Hasil penelitian menunjukkan 1) absorpsi air di bawah suhu gelatinisasi mengikuti reaksi orde satu, sedangkan pada suhu di atas gelatinisasi mengikuti reaksi orde nol. Beras AT relatif lebih mudah menyerap air dibandingkan beras AR pada suhu kurang dari 70 o C, namun pada suhu lebih dari 70 o C absorpsi air menjadi lebih kecil., 2) absorpsi kalsium pada beras mengikuti reaksi orde 1 dan laju absorpsi cenderung turun dengan meningkatnya suhu. Pada suhu yang semakin tinggi, swelling granula semakin cepat sehingga justru menghambat penetrasi kalsium. Absorpsi kalsium dipengaruhi oleh kelarutan garam kalsium. Garam kalsium dengan kelarutan tinggi cenderung lebih mudah diserap. Berdasarkan kadar amilosanya, semakin tinggi kadar amilosa beras, laju absorpsi kalsium cenderung lebih rendah. Hal ini berkaitan dengan absorpsi air, pada kadar amilosa yang tinggi absorpsi air semakin lambat, sehingga berdampak terhadap difusi Ca 2+ . Sifat amilografi beras berkalsium dari beras AR dan AT, suhu granula pecah tidak terdeteksi, menunjukkan selama fortifikasi telah terjadi gelatinisasi. Semakin lama dan tinggi suhu perendaman, tingkat gelatinisasi semakin besar. Fortifikasi kalsium mengakibatkan suhu gelatinisasi beras berkalsium meningkat. Berdasarkan kadar amilosanya, semakin tinggi kadar amilosa, suhu gelatinisasi semakin tinggi dan viskositas puncak semakin rendah 3) Beras berkalsium dari hasil perendaman pada suhu 80 dan 90 o C teksturnya rapuh (mudah patah), sedangkan pada suhu 100 o C teksturnya keras. Semakin tinggi suhu perendaman nilai lightness (L), yellowness (b) dan redness (a) beras cenderung turun. Beras berkalsium hasil perendaman pada suhu 80 o C disukai, karena warnanya lebih cerah dan putih. Beras hasil perendaman pada suhu 90 dan 100 o C kurang disukai karena kurang cerah. Berdasarkan sifat fisik serta hasil uji akseptabilitas terhadap beras dan nasi, beras yang paling akseptabel adalah yang direndam menggunakan larutan Ca laktat atau Caglukonat pada suhu 80 o C. 4) Fiksasi kalsium dalam beras melalui ikatan hidrogen, ionikdipol dengan gugus OH dari molekul pati, ditunjukkan dengan penurunan absorbansi dan luas area pita serapan pada bilangan gelombang 13001000 cm 1 (gugus CO) dan 3425 cm 1 (gugus OH). 5) Retensi kalsium dalam beras setelah pencucian antara 86,2394,38% dan setelah dialisis antara 38,4244,13%. Stabilitas kalsium setelah penyimpanan sampai kondisi kritis antara 63,60 – 80,11% (dengan pencucian) dan antara 25,62–39,74 (dengan dialisis). Retensi yang rendah pada dialisis menunjukkan sebagian Ca 2+ terperangkap dalam gel pati. 6) Berdasarkan kadar amilosanya, maka semakin tinggi amilosa bioavailabilitas Ca 2+ semakin rendah. Absorpsi Ca 2+ tertinggi dari beras adalah pada beras amilosa rendah yang difortifikasi dengan Calaktat atau Caglukonat. 7) Kurva isoterm adsorpsi lembab beras dan beras berkalsium berbentuk sigmoid. Aktivitas air monolayer cenderung turun dengan adanya fortifikasi kalsium, namun umur simpan beras justru lebih pendek. Umur simpan beras yang dikemas dalam plastik polietilen dengan tebal 0,04 mm antara 4,585,19 bulan, sedangkan beras berkalsium umur simpannya antara 3,724,87 bulan (pada suhu 25 o C dan RH 90%). Secara umum dapat disimpulkan bahwa fortifikasi kalsium dapat dilakukan pada beras amilosa rendah, sedang maupun tinggi. Namun berdasarkan sifat fisik (tekstur, warna), bioavailabilitas dan stabilitas serta daya simpannya, maka fortifikasi yang paling baik adalah pada beras amilosa rendah dengan perendaman dalam larutan Ca laktat atau Ca glukonat pada konsentrasi 0,08%, suhu 80 (simbol) C selama 52-55 menit (Ca laktat) dan 38-42 menit (Ca glukonat).

Calcium  is  an  essential  macromineral  in  the  body  that  function  as  bone structural  component,  to  maintain  membrane  permeability,  hormone  secretion, muscular  contraction  and  nerve  impulse  transmission.  Calcium  deficiency  cause health  disturbed  related  to  calcium  function  i.e.  bone  abnormality,  tetany  and  cramp.  Indonesian  calcium  intake  is  still  about  250  mg/day  for  adult.  Whereas, calcium daily allowance is between 800 – 1200 mg/day for adult. Therefore, it is important to fortify or added calcium to food that consume by most people to increase certain diet intake. Since rice as a staple food, and the calcium content still low, consequently calcium fortification on rice has opportunity to solve calcium deficiency. The objective of this research was to optimize calcium fortification process on Indonesian rice to produce calcium fortified rice with high acceptability, bioavailability and stability. The specific purposes of this research were 1) to evaluate water absorption rate on low(AR), medium (AS) and highamylose(AT) content of rice at both of below and above gelatinization temperatures, 2) to evaluate calcium absorption kinetic on rice, 3) to optimize fortification process condition based on calcium target at level of 100-110 mg/100 g of rice 4) to determine calcium fixation site on rice, 5) to evaluate calcium stability, 6) to evaluate bioavailability calcium and 7) to evaluate rice moisture adsorption isotherm curve and their life storage. Water absorption rate of AR, AS and AT were evaluated based on their kinetics reaction. Water absorption kinetic were determined at below (28, 50, 60 and 70 o C) and above (80, 90 and 100 (simbol) C) gelatinization temperatures. Calcium absorption kinetic were determined at temperatures of 80, 90 and 100 (simbol) C, and Ca acetate, lactate and –gluconate used as fortificans. Reaction rate constant was determined from the curve of the relation of water content or absorbed calcium with soaking time, and Arrhenius equation was used to calculate the kinetic reaction. The reaction rate data of each temperatures were used as basic principles to produce calciumfortified rice with Ca 2+ target at levels of 100110mg/ 100g rice. The fortified rice was made through consecutive steps of processing, i.e. soaking in 0.08% calcium salt solution at temperature of 80, 90 and 100 o C, draining and drying at 5060 (simbol) C to achieve the moisture content of 1011%. Pasting properties of calciumfortified rice were evaluated with Amylograph Brabender and their acceptability were determined based on physical (texture and colour) and organoleptic properties by hedonic test method. Calcium fixation in rice was determined by FTIR midinfrared and calcium stability was evaluated based on its retention during washing and dialysis before and after rice storage. Bioavailability of calcium was determined by combination of in vitro digestion and in situ method. Futhermore, the moisture adsorption isotherm of rice was evaluated gravimetrically. The research showed that 1) water absorption at below gelatinization temperature followed first order reaction, whereas at above gelatinization temperature reaction followed zero order reaction. Rice with high amylose (AT) content showed tends to absorb water easier than low amylose rice (AR) at temperature of < 70 (simbol) C, however, at temperature above 70 o C was low. 2) Calcium absorption on rice followed firstorder kinetic and absorption rate tended to decrease with increasing temperature process. At the high temperature, swelling of starch granule was higher, so that inhibited calcium penetration into the grain.Calcium absorption were affected by the calcium salt solubility. High calcium salt solubility will be absorbed easily. Based on amylose content of rice, the higher the amylose content just showed the lower calcium absorption rate, that was caused of the low of water absorption in high temperature. The pasting properties of calciumfortified rice showed that the granular breakdown temperature was not detected, this was indicated that starch gelatinization has occurred during fortification process. The longer time and the higher temperature of soaking, resulted the higher level of gelatinization of rice. High amylose rice indicated high gelatinization temperature and low viscosity. 3) Calciumfortified rice that processed by soaking at temperature of 80 and 90 o C produced brittle product, while soaking at 100 o C showed the hard one. Soaking at high temperature tended to reduce the lightness (L), yellowness (b) and redness (a) of the fortified rice. Acceptability of fortifiedrice resulted by soaking at 80 o C was higher than that at 90 and 100 (simbol) C. Based on the physical properties and acceptability of both of fortifiedand cookedrice, soaking process at 80 (simbol) C, and calcium lactate or gluconate used as a fortificant produced the most acceptable product. 4) Calcium fixation in rice occurred by hydrogen and ionicdipole bonding with –OH group of starch molecules, as shown by decreasing of the absorbance and band area at wave number of 1300-1000cm 1 (CO group) and 3425 cm 1 (OH group). 5) Calcium retention in rice after washing was 86.2394.38% and after dialysis the retention was 38.4244.13%. Calcium stability after rice storage until critical condition was about 63.6080.11% (after washing) and 25.6239.74% (after dialysis). The lower Ca 2+ retention after dialysis showed that the most Ca 2+ fixation in rice was caused of trapping in gelatinized of starch. 6) The bioavailability of calcium fortified of low amylose rice was low and the highest bioavailability of calcium fortified rice was obtained by soaking a lowamylose rice at 80 o C and Ca lactate or Ca gluconate used as a fortifican. 7) Moisture adsorption isotherm curve of rice and calciumfortified rice were sigmoid. Water activity of monolayer tended to decrease with fortification process, but the rice storage life became shorter. Life storage of rice packaged with poliethylen plastic 0.04 mm thickness was about 4.585.19 months, while for calcium fortified rice was about 3.724.87 months (at temperature 25 o C, RH 90%). In general, the calciumfortified rice could be made from low, medium or high amylose rice. But based on the physical properties (texture and colour), the bioavailability, stability and life storage, calcium fortified of low amylose rice that soaked in 0.08% Ca lactate or Ca gluconate solution at temperature of 80 (simbol) C for 52-55minutes (Ca lactate) and 38-42 minutes (Ca gluconate) produced the most acceptable product.

Kata Kunci : Fortifikasi, Beras, Kalsium, Amilosa, Fiksasi Ca2 plus, Bioavalabilitas