2 Tinjauan Pustaka

2.1. Pati

2.1.1. Pengertian dan karakteristiknya

Pati merupakan salah satu polisakarida yang berperan penting dalam sistem biologis. Sebagian

besar monomer penyusun pati terdiri atas D-glukosa (Gambar 2.1) (Robyt, 1998). Semua

tanaman hijau menyintesis pati. Pati berfungsi sebagai tempat penyimpan cadangan makanan.

Di daun, pati dibuat di plastid dan berfungsi sebagai tempat penyimpanan cadangan makanan

selama proses respirasi gelap. Di akar dan biji, pati dibuat di amiloplast dan berfungsi sebagai

penyimpan cadangan makanan untuk jangka panjang (van der Maarel et al., 2002). Butiran pati

memiliki struktur poli kristalin yang tidak larut dalam air dan memiliki kerapatan yang tinggi.

Struktur pati yang rapat memungkinkan penyimpanan karbohidrat dalam jumlah besar dengan

volume yang relatif kecil. Bentuk butiran pati bermacam-macam, misalnya butiran oval didapati

pada pati kentang dan kana, bola pada pati gandum, polihedral pada pati beras dan jagung.

Beberapa bentuk lainnya sesuai dengan jenis tanaman serta lingkungan tempat tanaman tumbuh

(Hidayat, 2006).

C O

CHO

H

C HOH

C OH

C OH

CH2OH

H

H

H

Gambar 2.1 Struktur D-Glukosa

Selain bentuk, ukuran butiran pati juga berbeda untuk setiap jenis tanaman. Adanya perbedaan

ukuran butiran juga dapat mempengaruhi bagaimana proses hidrolisis yang dilakukan oleh

enzim pada pati-pati tersebut. Semakin kecil ukuran pati, maka persentase pati terhidrolisis oleh

4

enzim -amilase akan semakin besar. Menurut Helbert et al. (1996) dalam Tester (2006), proses

hidrolisis granul pati mentah oleh -amilase meliputi empat tahap, yaitu (i) difusi -amilase

secara acak pada permukaan granul, (ii) dimulainya proses hidrolisis, (iii) proses hidrolisis

secara sentripetal sehingga menghasilkan pori-pori yang mengarah pada inti granul, (iv) -

amilase terjebak dalam granul dan mulai melakukan hidrolisis secara merata di daerah inti

granul. Beberapa contoh pati dari berbagai sumber dengan ukuran dan bentuknya dapat dilihat

pada Tabel 2.1 dan Tabel 2.2

Tabel 2.1 Karakteristik granul pati dari berbagai sumber (Tester, 2006)

Jenis pati Diameter (m) Luas permukaan (m2)a

Volume (m3)b LP : Vc

Barley

Maizena

Beras

Tapioka

Gandum

Padi

Kentang

Kacang polong

Gandum hitam

2-5 (granul B)

15-25 (granul A)

122-30

3-8 (tunggal)

150 (senyawa)

535

210 (jenis B)

1535 (jenis A)

412

5100

510

5-10 (granul B)

10-40 (granul A)

12,6-78,5

707-1964

12,6-2827

28,3-201

706086

78,53849

12,6314

7073849

50,3452

78,531416

78,5314

78,5-314

314-5027

4,2-65,4

1767-8181

4,2-14137

14,1-268

1767146

65,422449

4,2524

176722449

33,5905

65,4523599

65,4524

65,4-524

524-33510

1,2-3,0:1

0,2-0,4-1

0,2-3,0:1

0,8-2,0:1

0,04:1

0,17-1,2:1

0,6-3,0

0,17-0,4:1

0,5-1,5:1

0,06-1,2:1

0,6-1,2:1

0,6-1,2:1

0,15-0,6:1

a Dari 4r2, dimana r adalah diameter granul pat; b Dari 4/3r3; c Rasio luas permukaan : volume

Tabel 2.2 Ukuran dan distribusi granul pati (Tester, 2006)

Jenis pati Tipe Bentuk Distribusi

Maizena

Amilomaizena

Gandum

Kentang

Beras

Sagu

Tapioka

Sereal

Sereal

Sereal

Tuber

Sereal

Sereal

Akar

Polihedral/ bola

Tidak beraturan

Lentikular (tipe A)

Bola (tipe B)

Lentikular

Polihedral

Oval

Bola/ lentikular

Unimodal

Unimodal

Bimodal

Unimodal

Unimodal

Unimodal

Unimodal

Karakteristik pati tersebut sangat dipengaruhi oleh keadaan lingkungan. Menurut penelitian,

suhu lingkungan yang semakin meningkat dapat menyebabkan menurunnya jumlah pati yang

dapat disintesis, ukuran granul pati menjadi lebih kecil dibandingkan ukuran granul pati pada

umumnya, meningkatnya jumlah lipid pada pati sereal, serta meningkatnya suhu dan entalpi

pada proses gelatinisasi pati (Tester, 2006)

Secara umum, struktur pati terdiri dari daerah amorf dan kristalin (Gambar 2.2). Daerah amorf

tersusun atas amilosa, sedangkan daerah kristalin tersusun atas amilopektin. Banyaknya daerah

kristalin pada granul pati merupakan salah satu faktor yang mempengaruhi kecepatan proses

hidrolisis.

Gambar 2.2 Daerah amorf dan kristalin pada pati

Berdasarkan kristalinitasnya, granul pati dibedakan atas empat tipe, yaitu tipe A, B, C, dan V

(Tester, 2006; Robyt, 1998) (Gambar 2.3). Granul pati tipe A tersusun atas pati double helices

yang tersusun secara monoclinic array. Pati yang memiliki granul tipe ini adalah sereal dan

gandum. Granul pati tipe B lebih banyak mengandung air dan terdiri atas double helices yang

tersusun secara hexagonal array (Parker et al., 2001). Granul pati tipe B dan C lebih resistan

terhadap proses hidrolisis secara enzimatik dibandingkan granul pati tipe A (Tester, 2006).

5

Gambar 2.3 Pola difraksi sinar X granul pati dan kompleks amilosa (Robyt, 1998)

Amilosa merupakan suatu polimer dimana unit ulangnya tersusun atas ikatan rantai lurus -1,4-

glikosidik (Gambar 2.4A). Amilosa tersusun atas unit-unit glukosa yang jumlahnya bisa

mencapai 6000 unit. Persentase amilosa dalam pati dapat mempengaruhi karakteristik pati

tersebut (Tabel 2.3). Amilosa tidak larut dalam air. Ketika proses pemanasan pati, amilosa akan

keluar dari granul pati dan menyebabkan viskositas campuran semakin tinggi (van der Maarel

et al., 2002).

Gambar 2.4 Struktur amilosa (Robyt, 1998)

A: struktur linear amilosa yang menunjukkan ikatan -1,4-glikosidik; B: struktur amilosa di dalam larutan; C: kompleks amilosa iodin-iodida

6

7

Di dalam larutan, stabilitas dari struktur linear amilosa cukup rendah dan molekul amilosa

cenderung terlipat membentuk suatu struktur heliks untai tunggal yang kaku akibat adanya

ikatan hidrogen intramolekul. Ikatan hidrogen ini dapat menyebabkan retrogradasi membentuk

suatu struktur kristalin hidrofobik yang memiliki ikatan hidrogen inter dan intramolekuler

sehingga memiliki kelarutan yang rendah di dalam air. Amilosa dapat membentuk kompleks

berwarna biru gelap dengan iodin. Afinitas amilosa terhadap iodin adalah sebesar 19-20 %

(http://www.lsbu.ac.uk/water/hysta.html).

Tabel 2.3 Pengaruh kandungan amilosa pada karakteristik granul pati (Oates, 1997)

Pati Kandungan Amilosa

(%)

Karakteristik Pati

Maizena waxy 0-1 Gelatinnya bersifat resistan terhadap proses sineresis,

elastis

Maizena 27 Firm gel, strukturnya padat

Amilomaizena 50-70 Granul tidak mudah mengalami swelling, gelatinisasi

terjadi pada suhu tinggi, strukturnya padat

Amilopektin adalah polimer yang unit ulangnya tersusun atas ikatan -1,4-glikosidik dan ikatan

-1,6-glikosidik, yang merupakan ikatan rantai cabang (Gambar 2.5). Dalam satu rantai

polimer lurus yang menyusun amilopektin, biasanya tersusun atas 10-60 unit glukosa.

Sedangkan pada rantai bercabangnya biasanya tersusun atas 15-45 unit glukosa. Satu molekul

amilopektin yang utuh bisa tersusun atas 2 juta unit glukosa. Kandungan amilopektin dalam pati

sekitar 70-80 % (van der Maarel et al., 2002).

http://www.lsbu.ac.uk/water/hysta.html

Gambar 2.5 Struktur amilopektin (Robyt, 1998)

A: struktur linear yang menunjukkan ikatan -1,4-glikosidik dan -1,6 glikosidik; B: struktur cluster secara detail

Proses pengolahan pati diawal dengan gelatinisasi. Pada proses ini, butiran-butiran dipanaskan.

Ketika proses ini terjadi, butiran-butiran pati akan mengembang (swelling) dan amilosa memisah

dari butiran pati sehingga menyebabkan viskositas cairan meningkat (Gambar 2.6). Peningkatan

suhu lebih lanjut menyebabkan terjadinya swelling secara total dan viskositas cairan yang

semakin meningkat. Butiran pati kemudian hancur menghasilkan koloid terdispersi encer.

Pendinginan koloid terdispersi ini menyebabkan terjadinya pembentukkan gel elastis. Proses

gelatinisasi biasanya dilakukan pada suhu 100 C sehingga industri-industri pengolahan pati

biasanya menggunakan enzim -amilase yang bersifat termostabil. Hal ini bertujuan agar

industri tidak perlu lagi menurunkan suhu alat untuk menjaga kestabilan aktivitas enzim yang

digunakan. Penurunan suhu pada pengolahan pati dapat menyebabkan terjadinya retrogradasi

pati (Gambar 2.6). Ketika terjadi retrogradasi pati, amilopektin akan mulai mengkristal kembali

dan dapat menyebabkan pati menjadi sangat rapuh dan tidak bisa digunakan untuk proses

berikutnya (Parker et al., 2001).

Struktur pati yang dapat mengalami swelling menyebabkan pati banyak digunakan dalam proses

pembuatan makanan untuk menghasilkan tekstur tertentu pada makanan yang dibuat. Salah satu

contohnya adalah pati ditambahkan pada ayam kalkun untuk mengurangi hilangnya nutrisi

8

selama proses memasak dan membuat dagingnya menjadi lebih lembut. Selain itu, pati juga

digunakan pada proses pembuatan senyawa pengemulsi daging, sehingga dapat membuat daging

menjadi lebih padat (Yune Li et