Pengaruh Proses Nikstamalisasi Dengan Bantuan Ultrasound Terhadap Kualitas Daya Cerna Protein Biji Sorgum Putih
Lia Septianingsih, Ir. Moh. Fahrurrozi, M.Sc., Ph.D., IPU. ; Maulana Gilar Nugraha, S.T., M.Eng., Ph.D.
2024 | Tesis | S2 Teknik Kimia
Sereal
merupakan elemen dasar dalam menjamin ketahanan pangan manusia. Sorgum
menempati peringkat ke lima di antara produksi sereal di dunia. Sorgum
merupakan sumber pangan potensial karena mempunyai nilai gizi yang baik dan
mudah dibudidayakan. Rasa pahit pada produk olahan sorgum menjadi salah satu
permasalahan utama bagi konsumen. Hal ini disebabkan karena adanya tanin
terkondensasi yang terkandung pada bagian perikarp. Selain mempengaruhi rasa,
tanin terkondensasi juga menyebabkan buruknya daya cerna protein dari sorgum.
Nikstamalisasi merupakan proses hidrolisis termo-alkali yang dapat menyebabkan
perubahan kimia dan fisika. Proses ini terdiri dari dua langkah utama:
pemasakan dan perendaman. Waktu perendaman yang lama merupakan salah satu
kelemahan nikstamalisasi. Penelitian ini bertujuan untuk mengetahui pengaruh
penggunaan ultrasound dalam mempersingkat waktu perendaman. Selain itu
pengaruh suhu pemasakan dan konsentrasi kalsium hidroksida dalam meningkatkan
daya cerna protein juga diamati. Selanjutnya dilakukan pemodelan difusi ion
kalsium dalam biji sorgum untuk memprediksi parameter transfer massa.
Proses
nikstamalisasi dengan bantuan ultrasound dilakukan dengan mencampurkan
sorgum putih sebanyak 50 gram dan aquadest dengan perbandingan 1 : 3 (b/v).
Kemudian ditambahkan kalsium hidroksida dengan konsentrasi 0,5%; 1%; dan 1,5%.
Campuran dipanaskan dalam ultrasound pada suhu 70 0C, 80 0C
dan 90 0C. Setelah pemanasan selesai sampel direndam dengan variasi
waktu 0, 20, 40, 60 dan 90 menit. Larutan perendaman diukur dengan titrasi
kompleksometri untuk mengetahui konsentrasi Ca2+ di larutan. Biji
sorgum yang telah menjadi tepung dilakukan analisis protein total, analisis
daya cerna protein pada pencernaan usus dan lambung, serta analisis FTIR. Untuk
biji sorgum utuh dilakukan karakterisasi dengan SEM untuk mengetahui perubahan
struktur perikarp.
Hasil
percobaan menunjukkan bahwa penggunaan ultrasound dapat berdampak pada pengurangan waktu
perendaman pada nikstamalisasi. Waktu perendaman yang singkat dikaitkan dengan
degradasi struktur perikarp yang disebabkan oleh fenomena kavitasi yang
dihasilkan dari ultrasound. Kondisi optimum yang dihasilkan dalam
penelitian ini adalah pada suhu pemasakan 80 0C, konsentrasi Ca(OH)2
1 ?n waktu perendaman 90 menit. Dalam percobaan ini pada suhu pemasakan 90 0C,
difusi ion Ca2+ dalam biji sorgum semakin menurun. Hal ini
disebabkan karena pembentukan endapan kalsium dan Ca(OH)2 pada suhu
tinggi memiliki kelarutan yang rendah. Proses nikstamalisasi tidak memiliki
dampak yang begitu signifikan pada kandungan protein total pada sampel
nikstamalisasi suhu 70 0C dan 80 0C. Namun pada perlakuan
suhu 90 0C penurunan kandungan protein total cukup signifikan,
karena hilangnya fraksi protein tertentu dalam larutan. Daya cerna protein
sorgum pada pencernaan lambung tidak menunjukkan dampak peningkatan daya cerna
yang signifikan. Namun pada pencernaan usus, daya cerna protein sorgum
meningkat dari 54,7782% menjadi 80,1224% (kondisi optimum). Analisis FTIR
sampel pada kondisi optimum menunjukkan bahwa adanya peningkatan intensitas
dari ?-kafirin. Sehingga dimungkinkan ikatan disulfida dari ? dan ?-kafirin
dapat direaktivasi oleh ion Ca2+ yang berhasil mendifusi masuk ke
dalam biji sorgum. Pada kondisi optimum didapatkan nilai De, kc dan H masing –
masing sebesar 1,3421 x 10-4 cm2/menit, 2,1009 x 10-3
cm/detik dan 1,5034 x 10-3 g/cm3.
Cereal is a crucial component of ensuring
human food security. Sorghum is the fifth largest cereal crop globally. The
nutritional value and ease of cultivation of sorghum make it a potential food
source. The bitter taste in processed sorghum products is a major concern for
consumers. This is due to the presence of condensed tannins contained in the
pericarp. In addition to affecting taste, condensed tannins also cause poor
protein digestibility from sorghum. Nixtamalization is a thermo-alkaline
hydrolysis process that causes chemical and physical modifications. The process
consists of two primary steps: cooking and steeping. Long steeping time is one
of the disadvantages of nixtamalization. The objective of this study is to
investigate the impact of ultrasound on decreasing the duration of steeping.
Additionally, the effects of cooking temperature and concentration of Ca(OH)2
in enhancing protein digestibility are also observed. In addition, mass
transfer parameters are predicted using ion diffusion modeling of Ca2+
in sorghum grains.
The nixtamalization process with
ultrasound assistance begins with a 1:3 (w/v) mixture of 50 grams of white
sorghum and distilled water. Following that, 0.5 %, 1 %, and 1.5 % of Ca(OH)2
are added. The mixture is heated using ultrasound at temperatures of 70°C,
80°C, and 90°C. After heating, the samples are steeped for varied amounts of
time: 0, 20, 40, 60, and 90 min. The concentration of Ca2+ is
determined by measuring the steeping liquid using complexometric titration.
Sorghum flour undergoes to total protein analysis, protein digestibility
analysis in intestinal and gastrointestinal digestion, and FTIR analysis. Whole
sorghum grains are characterized using SEM to identify pericarp structural
changes.
The outcomes of the
experiment indicate that using ultrasound during nixtamalization can reduce the
steeping time. The shorter steeping time is associated with pericarp structure
degradation caused by cavitation phenomena generated by ultrasound. The optimum
conditions in this research were a cooking temperature of 80°C, a Ca(OH)2
concentration 1 %, and a steeping time
of 90 minutes. In this experiment, at a cooking temperature of 90°C, Ca2+
ion diffusion in sorghum grains decreases. This phenomenon occurs as a result
of the formation of calcium deposits and Ca(OH)2 at high
temperatures, which show limited solubility. The process of nixtamalization has
a minimal effect on the total protein content in samples that are treated at
temperatures of 70°C and 80°C. Nevertheless, when the temperature reaches 90°C,
there is a significant decrease in the total protein content as a result of the
loss of some protein fractions within the solution. The gastrointestinal
digestibility of sorghum protein does not increase significantly. But, during
intestinal digestion, the digestibility of sorghum protein showed a significant
increase from 54.7782% to 80.1224% under optimal conditions. FTIR analysis of
samples at the optimum condition indicates increased intensity of ?-kafirin,
suggesting the possible reactivation of disulfide bonds from ? and ?-kafirin by
Ca2+ ions that successfully diffused into sorghum. The values of De,
kc, and H were determined to be 1.3421 x 10-4 cm2/minute,
2.1009 x 10-3 cm/sec, and 1.5034 x 10-3 g/cm3
respectively, under the optimal conditions.
Kata Kunci : biji sorgum putih, nikstamalisasi, ultrasound, daya cerna protein, difusi ion Ca2+