II. TINJAUAN PUSTAKA
A. TANAMAN JAGUNG 1. Taksonomi dan Botani Jagung diklasifikasikan ke dalam kingdom plantae, sub divisio angiospermae, kelas monocotyledonae, ordo poaceae, famili graminae, genus zea dan spesies mays L (Rukmana, 2001). Tanaman jagung termasuk jenis tumbuhan semusim (annual). Menurut Leonard dan Martin (1963), jagung merupakan tanaman berumah satu (monocotile) dan termasuk famili rumput – rumputan (Graminae). Jagung adalah tanaman yang berasal dari daratan Amerika Serikat kemudian menyebar ke daerah subtropik dan tropik termasuk Indonesia. Tanaman jagung berakar serabut, menyebar ke samping dan ke bawah sepanjang 25 cm. Sistem perakaran berfungsi sebagai alat untuk menghisap air serta garam – garam yang terdapat dalam tanah, mengeluarkan zat organik serta senyawa yang tidak diperlukan dan sebagai alat pernafasan. Batang tanaman jagung beruas – ruas dengan jumlah ruas bervariasi antara 8 sampai 10 ruas (Hoseney, 1998). Daun tanaman jagung terlihat pada sisi kanan atau kiri dari masing – masing ruas batang pohon jagung. Tanaman jagung terdiri dari bunga jantan dan betina yang terletak di bagian yang berbeda namun dalam pohon yang sama. Hal ini memungkinkan terjadinya penyerbukan silang. Pada kondisi yang wajar biji jagung matang setelah 50 hari penyerbukan (Hoseney, 1998). Jagung tongkol lengkap terdiri dari kelobot, tongkol jagung, biji jagung, dan rambut. Kelobot merupakan kelopak atau daun buah yang berguna sebagai pembungkus atau pelindung biji jagung. Jumlah kelobot dalam satu tongkol jagung pada umumnya 12 – 15 lembar. Semakin tua umur jagung semakin kering kelobotnya (Effendi dan Sulistiati, 1991). Tongkol jagung merupakan gudang penyimpanan cadangan makanan. Selain sebagai tempat pembentukan lembaga, tongkol juga merupakan tempat menyimpan pati, protein, minyak/lemak dan hasil – hasil lain untuk
3
persediaan makanan dan pertumbuhan biji. Panjang tongkol bervariasi antara 8 – 42 cm dan biasanya dalam satu tongkol mengandung sekitar 300 – 1000 biji jagung (Effendi dan Sulistiati, 1991). Biji jagung melekat pada tongkol jagung dan berbentuk bulat. Susunan biji jagung pada tongkol jagung berbentuk spiral. Biji jagung selalu terdapat berpasangan, sehingga jumlah baris atau deret biji selalu genap. Biji jagung berbentuk bulat – bulat atau gigi kuda tergantung varietasnya. Warna biji jagung juga bervariasi dari putih sampai kuning. Jagung putih lebih disukai dalam industri pangan, sedangkan jagung kuning banyak dipakai untuk pakan ternak (Effendi dan Sulistiati, 1991). Rambut merupakan tangkai putik yang sangat panjang yang keluar ke ujung kelobot melalui sela – sela biji. Rambut mempunyai cabang – cabang yang halus sehingga dapat menangkap tepung sari pada saat pembuahan (Effendi dan Sulistiati, 1991). Bentuk tanaman jagung dapat dilihat pada Gambar 1.
Gambar 1. Tanaman jagung (http://id.wikipedia.org/wiki/Jagung)
2. Klasifikasi Jagung Jagung dikelompokkan ke dalam tujuh kelompok berdasarkan bentuk dan kandungan pati dari biji jagung (Johnson, 1991). Jenis – jenis jagung dan sifatnya disajikan pada Tabel 1. Sedangkan bentuk varietas jagung dapat dilihat pada Gambar 2.
4
Tabel 1. Jenis jagung dan sifat - sifatnya Jenis jagung
Sifat - sifat
Biji berbentuk gigi dan memiliki lekukan pada bagian atas. Lekukan dikarenakan pengerutan lapisan tepung yang lunak ketika biji mengering. Jagung gigi kuda / Dent corn Pati yang keras menyelubungi pati yang lunak (Zea mays identata) sepanjang tepi biji tetapi tidak sampai ke ujung. Dent corn memiliki dua warna, yaitu kuning dan putih Biji tebal dan sangat keras, pati yang lunak
Jagung mutiara / Flint corn sepenuhnya diselubungi pati yang keras. Bagian (Zea mays indurata) atas biji berbentuk bulat dan tidak berlekuk. Jagung bertepung / Flour corn (Zea mays amylaceae)
Endosperm hampir seluruhnya berisi pati yang lunak, biji mudah dibuat tepung, biji yang sudah kering permukaanya berkerut.
Endosperm berwarna bening, kulit biji tipis, kandungan pati sedikit, pada waktu masak biji berkerut dan memiliki rasa manis jika dimasak. Tiap butiran biji diselubungi oleh kelobot, Jagung polong / Pod corn membentuk tongkol yang juga diselubungi kelobot, merupakan keajaiban genetik dan hanya (Zea mays tunicata) dimanfaatkan sebagai tanaman hiasan. Biji bewarna buram, endosperm lunak, pati Jagung berlilin / Waxy corn mengandung amilopektin lebih dari 99%, sebagai bahan baku instant pudding mixes, lem dan pakan (Zea mays ceratina) ternak. Butir biji sangat kecil dan agak meruncing, keras Jagung berondong / Pop corn seperti pada tipe mutiara, proporsi pati lunak lebih (Zea mays everta) kecil dibandingkan pada tipe mutiara.
Jagung manis / Sweet corn (Zea mays saccharata)
Sumber: Jugenheimer (1976)
Gambar 2. Tipe – tipe jagung (kiri ke kanan: dent, flint, pop, flour, sweet, dan pod) (Sumber: Delorit, 1974)
5
Menurut Suprapto dan Marzuki (2005), jagung yang banyak ditanam di Indonesia adalah dent corn, flint corn, semiflint corn, sweet corn, dan
pop corn.Tipe semiflint corn seperti jagung Harapan, Pioneer-2, Hibrida C-1. Sedangkan tipe flint corn seperti jagung Arjuna. Daerah – daerah di Indonesia yang memiliki budaya konsumsi jagung adalah Madura, Pantai Selatan Jawa Timur, Pantai Selatan Jawa Tengah, Pantai Selatan Jawa Barat, Yogyakarta, Sulawesi Selatan Bagian Timur, Kendari, Sulawesi Tenggara, Gorontalo, Bolaang, Mongondow, Maluku Utara, Karo, Dairi, Simalungun, NTT, dan sebagian NTB.
3.
Morfologi dan Anatomi Biji Jagung Menurut Leonard dan Martin (1963) (1963) ada empat tipe biji jagung seperti terlihat pada Gambar 3.
Gambar 3. Beberapa tipe biji jagung (Leonard dan Martin, 1963)
Tipe biji jagung berhubungan dengan letak pati lunak dan pati keras dalam endosperm biji jagung. Pati lunak yaitu pati yang bercampur dengan protein dalam bentuk matriks dan terpecah selama pengeringan sehingga membentuk rongga – rongga kosong. Sedangkan pati keras yaitu pati yang bercampur dengan protein tersusun secara matriks tebal dan tidak terpecah selama pengeringan (Munarso et al, 1988) Inglett (1970) menyatakan bahwa biji jagung tersusun atas empat komponen utama yaitu kulit (pericarp) (5%), lembaga (germ) (12%), endosperm (82%) dan tudung pangkal biji (tip cap) (1%). Struktur biji jagung dapat dilihat pada Gambar 4 dan 5.
6
Gambar 4. Penampang melintang biji jagung
(Sumber: Hoseney, 1998)
Gambar 5. Penampang membujur biji jagung
(Sumber: Hoseney, 1998)
7
4. Komposisi kimia biji jagung Komposisi kimia jagung bervariasi tergantung pada varietas, cara menanam, iklim dan tingkat kematangan. Kandungan gizi utama yang terdapat pada jagung adalah karbohidrat, lemak dan protein. Kandungan karbohidrat jagung terdiri dari pati, pentosan, dan serat kasar (Muchtadi dan Sugiyono, 1989). Komposisi kimia rata – rata biji jagung dapat dilihat pada Tabel 2. Tabel 2. Komposisi kimia rata – rata biji jagung Komponen
Jumlah (%) Pati
Protein
Lemak
Serat
Lain - lain
Endosperm
86.4
8.0
0.8
3.2
0.4
Germ
8.0
18.4
33.2
14.0
26.4
Pericarp
7.3
3.7
1.0
83.6
4.4
Tip cap
5.3
9.1
3.8
77.7
4.1
Sumber : Lorenz dan Karel (1991) Pati merupakan komponen yang terbesar dimana sekitar 85% dari total pati terdapat pada endosperm. Pati jagung terdiri atas 27% amilosa dan 73 % amilopektin. Sedangkan kandungan gulanya sekitar 1-3% terdiri dari 57% sukrosa yang terdapat dalam lembaga dan sisanya terdapat dalam endosperm (Leonard dan Martin, 1963) Jenis protein yang terkandung dalam jagung adalah albumin (larut dalam air), globulin (larut dalam garam), prolamin/zein (larut dalam etanol), skleoprotein (tidak larut dalam pelarut non-organik) dan glutelin (larut dalam NaOH). Lemak dalam jagung sebagian besar terdapat pada lembaga, sehingga jagung yang mengandung lemak tinggi cenderung mempunyai lembaga yang berukuran lebih besar dengan endosperm berukuran lebih kecil dibandingkan dengan jagung dengan kadar protein standar. Asam lemak penyusunnya terdiri atas lemak jenuh yang berupa palmitat dan stearat serta asam lemak tak jenuh seperti oleat dan linoleat (Jugenheimer, 1976). Selain serat, jagung juga mengandung vitamin, seperti thiamin, niasin, riboflavin dan piridoksin serta mineral, akan tetapi jumlah ketersediaannya
8
sangat kecil di dalam jagung. Jagung kuning mengandung vitamin A dan berhubungan kuantitatif dengan jumlah pigmen kuning – karoten di dalam endosperm (Berger, 1962) Varietas
jagung
juga
mempengaruhi
komposisi
kimia
yang
dikandungnya. Komposisi kimia beberapa jenis biji jagung dapat dilihat pada Tabel. 3. Tabel 3. Komposisi kimia beberapa jenis biji jagung Komposisi Jenis Jagung
Pati
Lemak
Protein
Abu
Serat
(%)
(%)
(%)
(%)
(%)
Dent corn
71.7
4.3
9.5
1.4
9.5
Flint corn
60,2
4.7
11.1
1.3
1,8
Pop corn
62.3
5.3
11.9
1.9
2.6
Sweet corn
54.1
8.4
12.7
2.1
3.5
Sumber : Johnson (1991)
B. JAGUNG VARIETAS UNGGUL NASIONAL Jagung hibrida adalah tanaman jagung yang tergolong spesies yang mempunyai variabilitas genetik yang sangat besar dan mampu menghasilkan genotip baru yang dapat beradaptasi terhadap lingkungan yang bervariasi (Sudjana et al,1991). Menurut Syuryawati (2005), sejak tahun 1956, Indonesia telah melepas jagung unggul sebanyak 72 varietas, yang terdiri dari 28 jenis bersari bebas dan 44 jenis hibrida. Beberapa jagung varietas unggul nasional yang telah dikembangkan adalah Bisma, Arjuna, Lamuru, dan Sukmaraga sebagai jagung berbiji kuning dan sebagai varietas unggul protein tinggi adalah Srikandi Kuning dan Srikandi Putih. Deskripsi beberapa varietas unggul jagung nasional dapat dilihat pada Lampiran 1. Komposisi kimia jagung dipengaruhi oleh faktor varietas jagung. Tabel 4 menunjukkan bahwa varietas jagung yang berbeda akan memberikan jagung dengan komposisi kimia yang berbeda.
9
Tabel 4. Komposisi kimia jagung varietas unggul nasional Varietas Komposisi Kimia Arjuna Bisma Lamuru
Srikandi Srikandi Kuning
Putih
Sukmaraga
Air (%)
7,73
7,77
7,92
8,09
7,34
7,66
Abu (%bk)
1,23
1,34
1,44
1,43
1,45
1,31
Lemak (%bk)
9,78
9,93
5,68
6,69
6,49
8,39
Protein (%bk)
10,29
9,60
9,11
10,01
10,77
9,93
Serat kasar (%bk)
1,83
1,27
1,64
1,53
0,36
1,81
Karbohidrat (%bk)
76,88
77,86
82,12
80,34
80,94
78,56
Pati (%bk)
54,87
54,17
64,68
60,04
58,59
49,93
Sumber: Permatasari (2007)
C. BERONDONG JAGUNG / POPCORN Popcorn berasal dari salah satu jenis jagung (Zea mays everta) dimana kernelnya dapat meletup dan mengembang ketika dipanaskan. Proses pembuatan popcorn pertama kali ditemukan ribuan tahun lalu oleh penduduk asli Amerika yang percaya bahwa suara letupan popcorn adalah suara dewa yang marah yang melarikan diri dari kernel (Smith, 1999). Di Amerika, popcorn merupakan makanan ringan dengan tingkat konsumsi terbesar mencapai 16 miliar quarts atau setara dengan empat miliar kilogram pertahunnya (Smith, 1999). Sedangkan di Indonesia, popcorn banyak dijual di bioskop – bioskop. Popcorn identik dengan kegiatan menonton film sehingga terbentuklah budaya popcorn. Hal ini merupakan dampak dari masuknya budaya barat. Selain di bioskop, popcorn juga banyak dijual di toko – toko kecil dengan harga yang relatif mahal. Popcorn menggunakan biji jagung varietas impor maka harganya cenderung mahal. Endosperma matang terbagi menjadi dua bagian yaitu lapisan lunak (floury endosperm) dan lapisan keras (horny endosperm). Bagian endosperma yang lunak mengandung pati yang lebih banyak dan susunan pati tersebut tidak serapat pada bagian yang keras. Sel endosperma ditutupi oleh granula pati yang membentuk matriks dengan protein. Lapisan keras mengandung lebih
10
banyak matriks protein daripada lapisan lunak dan tidak rusak selama pengeringan. Lapisan keras memiliki 1.5% sampai 2 %, kandungan protein lebih besar dibandingkan lapisan lunak. Pada lapisan terluar endosperma, tepatnya di bawah aleuron mengandung protein dalam jumlah besar sekitar 28% (Inglett, 1970). Distribusi endosperma pada jagung tipe pop corn (Zea
mays everta) dapat dilihat pada Gambar 6. Keterangan :
Gambar 6. Distribusi endosperma pada Zea mays everta
(www.ontariocorn.org)
Kemampuan pop corn untuk meletup dipengaruhi oleh kandungan air dan lemak yang ada pada setiap kernelnya. Pop corn membutuhkan air sekitar 13.5 – 14% (BK) untuk dapat membuatnya meletup. Lapisan paling luar kernel pop corn cukup kuat dan tidak mudah tertembus oleh air. Ketika pop corn dipanaskan, air dan minyak mulai mencapai titik didihnya. Pemanasan terus menerus pada suhu 100 0C menyebabkan cairan di dalam biji akan berubah menjadi superheated pressurized steam. Dalam kondisi bersamaan pati yang ada di dalam biji akan mengental, melembut, dan melunak. Tekanan dalam kernel akan terus meningkat hingga mencapai titik retak kulit kernel sekitar 135 psi atau 930 kPa dan suhu 175 0C. Lapisan kulit
kernel akan menghasilkan pecahan yang rapat yang disebabkan oleh penurunan tekanan dalam kernel yang mendadak dan pemuaian uap air . Penurunan tekanan dan pemuaian uap air menyebabkan pati dan protein yang terkandung dalam endosperma mengembang menyerupai busa. Popcorn mempunyai tekstur yang mengembang dan renyah yang disebabkan oleh
11
kandungan pati dan proteinnya (Woodside, 1980). Berbagai macam bentuk popcorn dapat dilihat pada Gambar 7.
Gambar 7. Bentuk popcorn (http://id.wikipedia.org/wiki/Popcorn) Popcorn varietas impor dapat mengembang hingga 40 sampai 50 kali dari ukuran semula (Woodside, 1980). Sedangkan berdasarkan penelitian yang berjudul Evaluasi Sifat Fisika Kimia Berondong dari Beberapa Varietas dan dilakukan
oleh
Burlis
Han
pada
tahun
2008
menyatakan
bahwa
pengembangan volume paling tinggi dari jagung pop corn varietas lokal yaitu 16,835 kali dan rendemen sekitar 82,58%. Perubahan bentuk dan perbedaan ukuran popcorn dapat dilihat pada Gambar 8.
Gambar 8. Perubahan bentuk dan perbedaan ukuran popcorn (http://id.wikipedia.org/wiki/Popcorn) Popcorn adalah makanan ringan yang memiliki kandungan nutrisi yang baik. Satu cup popcorn mengandung 31 kalori, satu gram protein, enam gram karbohidrat, dan satu gram serat. National Cancer Institute (NCI), the American Dental Association (ADA) dan the American Dietetic Association (ADA) menyatakan bahwa popcorn sangat cocok dijadikan makanan ringan yang menyehatkan dan baik untuk program diet. Hal ini dikarenakan popcorn mengandung serat yang diperlukan tubuh sehari – hari dalam program diet.
12
Selain itu, kandungan kalori popcorn rendah yaitu 31 sampai 55 kalori untuk yang tidak ditambahkan mentega dan 133 kalori untuk yang ditambahkan mentega. Popcorn tidak mengandung zat aditif dan bebas gula.
D. PENGERINGAN ALAMI / PENJEMURAN Dalam sektor pertanian, pengeringan yang umum digunakan adalah pengeringan tenaga surya. Uap air yang terjadi dipindahkan dari tempat pengeringan melalui aliran udara. Proses aliran udara ini terjadi karena terdapat perbedaan tekanan. Perbedaan tekanan udara ini dapat terjadi secara konveksi bebas maupun konveksi paksa. Konveksi bebas berarti terjadi tanpa bantuan luar melalui pengaliran udara yang bergantung pada perbedaan tekanan. Hal ini disebabkan oleh perbedaan densitas udara, sedangkan pada konveksi secara paksa digunakan kipas untuk memaksa gerakan udara. Effendi
(1980) berpendapat pengeringan
dengan panas matahari
merupakan cara yang terbaik, karena dengan penurunan kadar air secara berangsur – angsur tidak menurunkan kualitas biji. Hal ini terutama terlihat pada warna biji, dimana pengeringan dengan sinar matahari membuat warna biji tidak berubah (mengkilat). Sedangkan dengan mesin pengering pada suhu pengeringan 38 – 43 0C membuat warna biji memudar. Namun dengan proses pengeringan yang tepat, pengeringan secara mekanis juga dapat menurunkan kadar air secara perlahan – lahan sehingga kualitas biji tetap baik. Pengeringan dilakukan untuk menurunkan kadar air biji sampai 12 – 14%. Pengeringan dengan panas matahari mempunyai kelemahan yaitu sangat bergantung dengan cuaca sehingga membutuhkan waktu yang relatif lama dan jagung banyak yang kotor. Pengeringan dengan panas buatan banyak diaplikasikan di daerah-daerah yang kurang mendapatkan panas matahari atau daerah yang mempunyai curah hujan tinggi. Selain itu pengeringan dengan cara diangin-anginkan dilakukan dengan meletakkan bahan di atas alas jemur akantetapi tidak dalam keadaan matahari terik.
13
E. Glass Transition (Transisi Gelas) Karakteristik transisi gelas yang dihubungkan dengan perilaku air dalam bahan pangan mulai mendapat perhatian pada tahun 1987 setelah Henry Levine dan Louis Slade mengemukakan teori dinamika air yang dilihat dari kacamata ilmu polimer melalui pendekatan parameter transisi gelas.
1. Pengertian Fase secara umum telah dikenal terdiri dari tiga jenis yaitu padat, cair dan gas. Titik peralihan ketiga fase tersebut dikenal dengan istilah titik kritis.
Gambar 9 adalah diagram fase air dengan titik kritis pada tekanan 612 Pa dan suhu 273 0K (0.01 0C) (Chaplin, 2002).
Gambar 9. Diagram fase air (Chaplin, 2002) Transisi gelas adalah fenomena perubahan fase suatu bahan diantara fase cair dan padat. Konsep ini telah lama dikenal di dunia polimer dan pada
tahun – tahun terakhir ini fenomena tersebut diaplikasikan pada bahan pangan untuk memprediksi sifat mekanis dan stabilitas bahan pangan. Transisi gelas biasanya dikaitkan dengan air di dalam sistem. Berdasarkan respon terhadap panas, polimer dibedakan menjadi amorf dan kristalin. Perbedaan antara polimer polimer amorf dan kristalin dapat dilihat dari pola transisi termodinamis pada Gambar 10. Polimer kristalin mengalami transisi ordo satu yaitu pada suhu tertentu terjadi transfer panas antara sistem dengan lingkungan dan bahan mengalami perubahan volume secara mendadak dengan suhu yang tetap. Kondisi tersebut dinamakan titik leleh
(melting point = Tm). Polimer amorf mengalami transisi ordo dua yaitu suatu transisi dimana tidak terjadi transfer panas tetapi terjadi perubahan
14
kapasitas panas. Suhu dimana terjadi transisi tersebut dinamakan suhu transisi gelas (Tg) (Duxbury, 2004).
Gambar 10. Hubungan antara suhu dengan volume spesifik pada bahan amorf dan kristalin (Kumar dan Gupta, 1998)
Menurut Kumar dan Gupta (1998), polimer amorf pada suhu rendah (dibawah suhu transisi gelasnya) merupakan material yang keras seperti gelas dan ketika dipanaskan akan membentuk cairan yang kental atau viscous dan rubbery (seperti karet) sebelum bahan mencair. Suhu dimana polimer keras seperti gelas tersebut menjadi material seperti karet disebut suhu transisi gelas. Karakteristik ini tidak teramati pada senyawa dengan berat molekul rendah seperti air dan etanol karena langsung transisi terjadi dari keadaan padatan menjadi cair dan tidak melalui fase rubber. 2. Hubungan Antara Air dengan Suhu Transisi Gelas Dalam Bahan Pangan Adanya air dalam bahan pangan menyebabkan terjadinya perubahan tekstur menjadi lebih plastis. Hal tersebut berhubungan dengan terjadinya perubahan fase dari gelas menjadi fase rubber. Efek plastisasi yang disebabkan oleh bertambahnya kandungan air bahan secara langsung menurunkan nilai Tg. Semakin tinggi kadar air di dalam bahan pangan maka suhu transisi gelas semakin menurun, contohnya pada komponen gluten, lignin dan pati yang dapat dilihat pada Gambar 11.
15
Gambar 11. Pengaruh kadar air terhadap suhu transisi gelas gluten, lignin dan pati gandum (Chirife dan Buera, 1994)
3. Pengaruh Transisi Gelas Terhadap Sifat Fisik Perubahan
kondisi
bahan
amorf
dari
gelas
menjadi
rubberry
berhubungan dengan terjadinya transformasi struktural. Bahan dalam
keadaan rubbery bersifat viskoelastis dan memiliki kemampuan untuk mengalir. Transformasi struktural pada bahan yang terjadi pada saat melewati suhu transisi gelasnya meliputi penurunan kerenyahan dan kekerasan, terjadinya pengempalan (caking), kelengketan (sticking) dan kristalisasi. Hal ini sering terjadi pada penyimpanan produk pangan. Kerenyahan bahan pangan berkadar air rendah akan akan hilang karena adanya plastisasi struktur fisik akibat adanya air. Hilangnya kerenyahan selama penyimpanan terjadi ketika kadar air kritis terlewati dan menurunkan Tg bahan sampai dibawah suhu penyimpanan (suhu kamar). Nelson dan Labuza (1993) yang dikutip dikutip oleh Ross (1995) menyatakan bahwa sereal kering memiliki tekstur yang renyah dalam keadaan gelas, tetapi adanya plastisasi akibat peningkatan kadar air atau penurunan Tg meyebabkan terjadinya perubahan keadaan material menjadi seperti karet atau rubbery sehingga produk menjadi lembek (sogginess).
16
Perubahan kondisi bahan amorf dari gelas menjadi rubbery menginduksi terjadinya pengempalan dan kelengketan. Pengempalan terjadi ketika partikel bubuk amorf mengalami plastisasi (penurunan Tg) yang menyebabkan peningkatan mobilitas zat terlarut dan mampu membentuk jembatan antar partikel yang cukup kuat sehingga mengakibatkan terjadinya kelengketan. Bahan yang berada dalam keadaan gelas memiliki viskositas sangat tinggi, dan membutuhkan waktu yang sangat lama untuk membentuk jembatan antar partikel. Adanya penurunan viskositas yang dramatis pada daerah transisi gelas menyebabkan pembentukan jembatan antar partikel terjadi dalam waktu singkat dan menyebabkan kelengketan atau pengempalan (Ross et al, 1996).
F. PUFFING 1. Pengertian Puffing merupakan salah satu proses pengolahan bahan pangan dimana bahan pangan tersebut mengalami pengembangan atau ekspansi volume sebagai
akibat
pengaruh
perlakuan
suhu
dan
tekanan
sehingga
mengakibatkan terjadinya proses perubahan pada struktur bahan tersebut. Salah satu produk puffing adalah breakfast cereal atau ready to eat cereal. Produk yang sudah populer di daerah Jawa Barat dan juga banyak dijual di Supermarket adalah puffed jagung atau popcorn dan puffed beras yang produknya dikenal dengan nama jipang. Teknologi puffing serelia telah dikembangkan oleh A.P. Anderson pada awal tahun 1900. Menurut Matz (1959), proses puffing dapat dibedakan atas dua tipe, yaitu: 1. Atmospheric pressure procedures. Cara ini bertumpu pada aplikasi panas yang tinggi dan mendadak untuk memperoleh penguapan air yang cepat. 2. Pressure drop processes. Cara ini menyangkut perubahan tekanan dari partikel basah yang telah sangat panas ke ruang pada tekanan yang lebih rendah seperti yang terjadi pada proses ekstrusi pangan. Dalam kasus ini penurunan tekanan dapat dicapai dengan melepaskan tutup egel pada vessel yang berisi produk yang telah disetimbangkan dengan
17
uap bersuhu tinggi atau dapat juga dilakukan dengan memindahkan material panas yang berada dalam ruang bertekanan. 2. Prinsip Teknik Puffing Fenomena puffing merupakan hasil dari ekspansi yang tiba – tiba dari uap air dalam celah – celah suatu granula. Berdasarkan cara pembuatanya, puffed serelia dapat dibuat dengan tiga cara, yaitu menggunakan puffing gun, oven dan ekstruksi (Matz, 1959; Maxwell dan Holahan, 1974). Pada cara Anderson, umumnya biji – biji dimasak tanpa penambahan bahan lainnya, kemudian diatur pada kadar air yang tepat dan ditutup rapat dalam puffing gun. Puffing gun terdiri dari sebuah silinder horisontal yang diputar pada sumbunya, pembakar gas atau pemanas lainnya yang diletakkan untuk memanaskan bagian luar silinder dan alat – alat pembuka silinder serta alat –alat untuk memasukkan dan mengeluarkan bahan/produk. Massa biji – bijian yang jatuh berserakan dalam silinder yang berputar menjadi panas dalam beberapa menit dan didesak oleh udara panas dan uap air bahan. Bila tekanan yang diharapkan telah tercapai (pada kisaran 90 – 250 psi), tutup dibuka dan isinya akan meledak dengan bunyi nyaring dan butir serelia akan terekspansi oleh penguapan air internal yang tiba – tiba. Kondisi yang tepat dari tahap – tahap puffing mempunyai pengaruh penting pada rasa dan stabilitas produk. Waktu pembakaran harus dikontrol dalam selang beberapa detik untuk menghindari kurangnya ekspansi maupun terjadinya kegosongan produk (Maxwell dan Holahan, 1974). Produk puffing harus dipertahankan pada kadar air sekitar 3% atau kurang untuk memperoleh suatu kerenyahan yang diinginkan. 3. Kualitas Produk Puffing Kualitas atau mutu diartikan sebagai kumpulan kriteria dari suatu produk yang mempengaruhi penerimaan produk oleh konsumen. Mutu dinilai dengan parameter – parameter baik terhadap sifat yang dapat dilihat, misalnya keutuhan, keseragaman hasil, daya kembang, dan sifat – sifat yang tersembunyi seperti nilai gizi dan rasa (Sofiah, 1991).
18
Salah satu faktor yang mempengaruhi penerimaan konsumen terhadap produk
puffing
Kerenyahan/tekstur
adalah produk
kerenyahan/tekstur puffing
berkorelasi
produk
puffing.
terhadap
volume
pengembangan (volume ekspansi) produk puffing (Muliawan, 1991; Jugenheimer, 1976). 4. Faktor – Faktor yang Mempengaruhi Volume Pengembangan dan Kerenyahan Produk Puffing (Popcorn) Terdapat beberapa faktor yang mempengaruhi volume pengembangan dan kerenyahan produk puffing yaitu komposisi pati, gelatinisasi pati, kadar air, dan suhu awal proses puffing (Jugenheimer, 1976). a. Komposisi Pati Endosperma biji jagung terbagi menjadi dua bagian yaitu lapisan lunak (floury endosperm) yang mengandung pati lunak dan lapisan keras (horny endosperm) yang mengandung pati keras. Sel endosperma ditutupi oleh granula pati yang membentuk matriks dengan protein. Lapisan keras memiliki kandungan protein 1,5% sampai 2 % lebih besar dibandingkan lapisan lunak dan tidak rusak selama pengeringan (Inglett, 1970). Dalam hubungannya dengan fenomena puffing pada jagung, Weatherwax sebagaimana yang dikutip oleh Jugenheimer (1976) mengatakan bahwa kemampuan untuk mengembang ditentukan oleh proporsi relatif dari vitreous endospremnya. Menurut Jugenheimer (1976), sifat – sifat puffing kelihatannya mengikuti proporsi dari pati keras. Pati merupakan homopolimer glukosa dengan ikatan α-glikosidik. Tiap jenis pati mempunyai sifat yang berbeda. Hal ini dipengaruhi oleh panjang rantai karbonnya dan perbandingan antara molekul yang lurus dan bercabang. Pati tersusun paling sedikit oleh tiga komponen utama, yaitu amilosa, amilopektin dan bahan antara seperti lipid dan protein. Umumnya pati mengandung 15-30% amilosa, 70-85% amilopektin, dan 5-10% bahan antara. Secara umum dapat dikatakan bahwa pati biji –
19
bijian mengandung bahan antara yang lebih besar dibanding pati batang dan pati umbi (Greenwood, 1976). b. Pengembangan Granula dan Gelatinisasi Pati Pati bersifat tidak larut dalam air dingin, tetapi bila dibasahkan atau dibiarkan dalam keadaan lembab granula akan menyerap air dan membengkak. Pembengkakan ini bersifat dapat kembali kepada kondisi semula (reversible) (Wurzburg, 1968). Meyer (1973) menyatakan bahwa granula pati dapat menyerap air dingin 20 – 25 persen dari beratnya. Sedangkan apabila suhu air 650C granula mengembang dan menyerap air 300 – 2500 persen, pengembangan ini bersifat irreversible. Struktur molekul granula pati dapat dilihat pada Gambar 12.
Gambar 12. Struktur molekul granula pati Pada suhu yang lebih tinggi, granula akan mengalami penguraian karena panas. Karakteristik pengembangan dapat berubah tergantung pada intensitas pengeringan. Adanya permukaan yang keras (case hardening) akibat pengeringan cepat dengan suhu tinggi menyebabkan pati sukar menyerap air (Collison, 1968). Bila suspensi pati dipanaskan sampai suhu dimana ikatan hidrogen menjadi cukup lemah sehingga air dapat diabsorpsi oleh granula, maka granula akan mengembang dan pada saat yang sama granula akan kehilangan sifat birefringentnya. Proses ini dikenal sebagai gelatinisasi, dimana kerusakan pada granula bersifat irreversible dan suhu pada saat pati kehilangan sifat birefringentnya disebut sebagai suhu gelatinisasi (Glicksman, 1969; Banks et al, 1973; Greenwood, 1976; Smith, 1982).
20
Pembengkakan pati menyebabkan masing – masing granula akan saling bergesekan satu sama lain sehingga meningkatkan viskositas pasta pati. Pembengkakan akan berlanjut dengan naiknya suhu sampai daya kohesi di dalam struktur granula menjadi sangat lemah, dan akhirnya granula akan pecah serta pasta pati menjadi menurun kembali viskositasnya dengan hilangnya integritas granula. (Banks et al, 1973; Greenwood, 1976) Gelatinisasi dimulai dari daerah amorphous, dimana ikatan hidrogennya lebih lemah. Derajat asosiasi (kekuatan ikatan hidrogen) pada daerah ini berbeda untuk setiap jenis pati sehingga masing – masing pati akan tergelatinisasi pada suhu yang berbeda – beda (Glicksman, 1969). Pati dengan kandungan amilosa tinggi mempunyai kekuatan ikatan hidrogen yang lebih besar karena jumlah polimer berantai lurus yang besar di dalam granula, sehingga membutuhkan energi yang lebih besar untuk tergelatinisasi (Smith, 1982). Selain itu, gelatinisasi juga dipengaruhi oleh ukuran granula pati. Granula pati yang berukuran kecil lebih tahan terhadap gelatinisasi dibandingkan dengan granula berukuran besar (Banks dan Greenwood, 1973). Peningkatan kandungan amilosa menyebabkan daya tahan molekul di dalam granula cenderung meningkat. Hal ini dapat dilihat pada waxy maize yang mengandung amilopektin tinggi mengembang lebih besar sedangkan pati yang mengandung amilosa tinggi tidak menunjukkan adanya pengembangan granula pada semua suhu. Dengan lemahnya gaya intermolekuler di dalam granula pati waxy maize, maka granula akan lebih mudah pecah selama pemanasan dan memberikan struktur pasta yang lemah. c. Kadar Air Bahan Pada proses puffing biji jagung ternyata kadar air awal sangat berpengaruh
terhadap
volume
pengembangan.
Biji
jagung
membutuhkan air sekitar 13,5 – 14% untuk dapat membuatnya meletup. Lapisan paling luar biji jagung cukup kuat dan tidak mudah tertembus
21
oleh air. Ketika biji jagung dipanaskan, air dan minyak mulai mencapai titik didihnya. Pada suhu 1000C air dan minyak akan melewati titik didihnya yang menyebabkan cairan di dalam kernel akan berubah menjadi superheated pressurized steam. Dalam kondisi ini, pati yang ada di dalam kernel akan mengental, melembut dan melunak. Hasil puffing beberapa serelia dapat dilihat pada Tabel 5. Tabel 5. Perbandingan hasil puffing beberapa serelia Komoditi
Ekspansi volume
Referensi
Gandum
8 – 16 kali
Matz, 1959
Jagung (Popcorn)
20 – 30 kali
Jugenheimer, 1976
Beras
10 – 15 kali
Bhattacharya, 1979
Sorgum
6 – 23 kali
Desikachar dan Chandrashekar, 1982
d. Suhu Awal Proses Puffing Pengembangan produk puffing juga dipengaruhi oleh suhu awal proses puffing. Sebagai contoh pembandingnya adalah kerupuk. Kerupuk adalah jenis makanan kering yang terbuat dari bahan – bahan yang mengandung pati cukup tinggi (Wiriano, 1984). Berdasarkan pengamatan sehari – hari pada saat penggorengan kerupuk terlihat bahwa bila kerupuk digoreng dalam minyak yang kurang panas dalam jangka waktu yang lama maka akan menghasilkan pengembangan yang kurang baik. Sedangkan bila suhu penggorengan yang terlalu panas, walaupun waktu yang dibutuhkan untuk mengembang lebih cepat akan tetapi kerupuk goreng akan mudah hangus (Lavlinesia, 1995). Oleh karena itu, penetapan suhu pada alat puffing untuk proses berlangsungnya puffing sangat menentukan volume pengembangan biji jagung.
22
G. TEKNOLOGI OVEN GELOMBANG MIKRO 1. Gelombang Mikro Gelombang mikro adalah suatu bentuk gelombang elektro magnet sebagaimana cahaya dan bergerak di udara setara dengan kecepatan cahaya (c = 2.9979 x 108 m/s). Frekuensi gelombang mikro menurut Industrial Science and Medical Frequence (ISM) berkisar antara 900 MHz dan 2450 MHz + 50 MHz, yang merupakan batas frekuensi yang aman bagi manusia (Copson, D.A., 1975). Frekuensi 2450 MHz secara umum digunakan secara luas di seluruh dunia, di Amerika digunakan pula frekuensi 896 MHz. Panjang gelombang dari frekuensi – frekuensi tersebut masing – masing 12.24 cm, 32.77 cm dan 33.46 cm. Gelombang mikro ini banyak diaplikasikan sebagai radio komunikasi, radar dan pemanas serta banyak digunakan pada industri makanan. Gelombang mikro adalah gelombang elektromagnetik dengan frekuensi 300 MHz – 300 GHz. Skala frekuensi radiasi elektromagnetik termasuk pada kisaran gelombang radio dan inframerah. Kecepatan rambatnya berkisar antara 300 juta sampai 300 milyar perdetik (Buffler, 1993). Gelombang mikro memiliki radiasi 2450 MHz dan bersifat nonionizing. Dengan intensitas cukup akan menyebabkan molekul di dalam untuk bergetar, dengan demikian menyebabkan friksi, yang mana menghasilkan panas yang memasak makanan. Oleh karena frekuensi yang lebih rendah dan hemat energi, radiasi ini tidak memiliki kemampuan kumulatif dan daya rusak yang sama seperti radiasi pengion. 2. Oven Gelombang Mikro (Microwave Oven) Microwave oven merupakan salah satu piranti dalam proses pengolahan pangan. Menurut Gallawa (2007), oven gelombang mikro pertama kali ditemukan pada tahun 1964 oleh Dr. Percy L. Spencer bekerjasama dengan Raytheon Corporation ketika mereka melakukan penelitian yang berhubungan dengan radar. Oven ini merupakan alat pemasak dengan menggunakan gelombang mikro yang dapat memanaskan produk dalam waktu singkat dan sangat efisien karena hanya memanaskan produk dan tidak memanaskan yang lain. Hal ini karena gelombang mikro
23
tidak diserap oleh plastik, gelas dan keramik akantetapi diserap oleh air dan logam. Oleh karena itu bahan dari logam tidak diperkenankan digunakan untuk oven ini.
Gambar 13. Perangkat sistem gelombang mikro (Jones dan Rowley,1996)
Menurut Jones dan Rowley (1996), bagian dalam microwave terdiri dari magnetron (tuba daya), komponen trial dikombinasikan dengan tombol kontrol yang mengatur periode maupun lamanya kerja magnetron. Daya berasal dari energi listrik melewati jalur sekering menuju microwave. Untuk mencegah pemantulan energi dari ruang microwave ke magnetron yang akan menimbulkan kerusakan maka dipasang sirkulator dan sebuah alat penyetel (tunning device) yang ditempatkan antara pengarah gelombang (wave guide) dan rongga microwave. Hal ini untuk meminimalkan energi yang dipantulkan dan memastikan bahwa sistem tersebut bekerja dengan efisiensi
tinggi.
Gelombang
yang
digunakan
adalah
gelombang
elektromagnetik dengan frekuensi 2500 MHz (2,5 GHz). Pada selang ini gelombang tidak bisa diserap oleh plastik, gelas dan keramik. Sumber tenaga bagi microwave oven adalah magnetron. Pada frekuensi 2450 MHz, magnetron dapat menghasilkan daya antara 500- 2000 W, bahkan dapat mencapai tingkat maksimum 6 – 10 kW. Magnetron membangkitkan unit antena yang kemudian akan meneruskan tenaga unit sistem yang lain (Gallawa, 2007). Bentuk oven gelombang mikro dapat dilihat pada Gambar 14.
24
Gambar 14. Oven gelombang mikro tipe EM-S1563 dan perlengkapannya
Keterangan : 1.
Ruang untuk memasak
2.
Jendela untuk memeriksa bahan saat oven sedang bekerja
3.
Pintu oven, pintu harus ditutup rapat saat oven bekerja
4.
Kait pengunci
5.
Panel kontrol
6.
Poros penggerak tadah putar
7.
Poros gerak dan tadah putar (turn table) terbuat dari kaca tahan panas untuk meletakkan bahan yang akan dimasak
8.
Penyangga tadah putar
9.
Lubang uap air
10. Kertas pembungkus biji jagung
3. Prinsip Pemanasan Oven Gelombang Mikro Perubahan energi gelombang mikro menjadi panas dapat diketahui dari dua mekanisme, yaitu rotasi dua kutub (dipolar) dan konduksi ionik. Sehingga hanya dua kutub dan molekul ionik yang dapat berinteraksi dengan gelombang mikro dan menghasilkan panas. Rotasi dua kutub terjadi apabila molekul yang mempunyai struktur dua kutub ditempatkan dalam medan osilasi listrik. Molekul tersebut akan mendapat energi rotasional sesuai dengan arah medan. Ketika medan tersebut dipasang, seluruh molekul akan berada sesuai dengan arah medan awal. Ketika medan dibalikkan maka molekul akan berputar terbalik dan menimbulkan tumbukan lebih lanjut dengan molekul molekul yang ada di sekitarnya. Energi tumbukkan ini akan menimbulkan peningkatan temperatur molekul.
25
Adapun pada konduksi ionik, pemanasan biji jagung adalah energi dari medan listrik ke agitasi partikel. Energi oksilasi medan listrik yang dihasilkan akan menyebabkan agitasi partikel, yang mengakibatkan suhu partikel naik dan menyebabkan partikel berinteraksi dengan partikel di sekitarnya sehingga partikel tersebut mengalami kenaikan suhu (Buffler, 1993).
Gambar 15. Mekanisme interaksi gelombang mikro. (A) Interaksi ionik, (B) Interaksi Bipolar (Buffler, 1993)
Energi panas yang dihasilkan relatif tinggi, molekul - molekul air pada bahan makanan dapat berfungsi sebagai penyerap energi dan energi yang dihasilkan lebih efektif. Pemanasan dengan microwave merupakan akibat dari interaksi kimia kandungan biji jagung dengan medan elektromagnetik. Pada saat gelombang mengenai biji jagung akan terjadi satu atau tiga kemungkinan yaitu: energi diserap, energi yang dipantulkan, dan energi yang tidak dipantulkan. Oven gelombang mikro juga sangat dipengaruhi oleh ketebalan bahan yang dipanaskan. Ketebalan ini berhubungan dengan besarnya daya tembus gelombang mikro yang mengakibatkan daya tembusnya tidak merata di setiap titik ketebalan bahan, sehingga pemanasan pun tidak sama antara titik bahan. Jumlah sampel akan sangat berpengaruh, semakin besar sampel yang dipanaskan oleh oven gelombang mikro maka semakin besar pula daya dan waktu yang dibutuhkan.
26
