Teknologi Modifikasi Pati dan Aplikasinya di Industri Pangan

Pati merupakan jenis karbohidrat yang terutama dihasilkan oleh tanaman. Pati tersusun dari dua makromolekul polisakarida, yaitu amilosa dan amilopetin, yang keduanya tersimpan dalam bentuk butiran yang disebut granula pati. Amilosa tersusun dari molekul-molekul glukosa yang diikat dengan ikatan glikosidik a-1,4 yang membentuk struktur linear, sedangkan amilopektin di samping disusun oleh struktur utama linear juga memiliki struktur yang bercabang-cabang, dimana titik-titik percabangannya diikat dengan ikatan glikosidik a-1,6. Amilopektin memiliki struktur molekul yang lebih besar dibanding amilosa dan umumnya kandungannya di dalam granula pati lebih banyak dibanding amilosa. Kandungan amilosa dan amilopektin dan struktur granula pati berbeda-beda pada berbagai jenis sumber pati menyebabkan perbedaan sifat fungsional pati, seperti kemampuan membentuk gel dan kekentalannya (Whistler et al., 1984) (Feri Kusnandar, Departemen Ilmu dan Teknologi Pangan, IPB).

Sumber pati yang banyak digunakan secara komersial, di antaranya adalah pati kentang, tapioka, sagu, beras, jagung, gandum, kacang tanah, dsb. Di industri pangan, pati tersebut banyak digunakan baik sebagai bahan baku maupun bahan tambahan sebagai pengental (thickening agent), pembentuk gel (gelling agent), pembentuk film (filming agent) dan penstabil (stabilizing agent).

Di samping pati alami, secara komersial telah tersedia berbagai jenis pati termodifikasi (modified starch) dengan tujuan penggunaan yang berbeda-beda. Tulisan ini akan memfokuskan pada pembahasan tentang teknologi modifikasi pati dan aplikasinya dalam proses pengolahan pangan.

Mengapa modifikasi pati?

Secara umum pati alami memiliki kekurangan yang sering menghambat aplikasinya di dalam proses pengolahan pangan (Pomeranz, 1985), di antaranya adalah:

• Kebanyakan pati alami menghasilkan suspensi pati dengan viskositas dan kemampuan membentuk gel yang tidak seragam (konsisten). Hal ini disebabkan profil gelatinisasi pati alami sangat dipengaruhi oleh iklim dan kondisi fisiologis tanaman, sehingga jenis pati yang sama belum tentu memiliki sifat fungsional yang sama.
• Kebanyakan pati alami tidak tahan pada pemanasan suhu tinggi. Dalam proses gelatinisasi pati, biasanya akan terjadi penurunan kekentalan suspensi pati (viscosity breakdown) dengan meningkatnya suhu pemanasan. Apabila dalam proses pengolahan digunakan suhu tinggi (misalnya pati alami digunakan sebagai pengental dalam produk pangan yang diproses dengan sterilisasi), maka akan dihasilkan kekentalan produk yang tidak sesuai.
• Pati tidak tahan pada kondisi asam. Pati mudah mengalami hidrolisis pada kondisi asam yang mengurangi kemampuan gelatinisasinya. Pada kenyataannya banyak produk pangan yang bersifat asam dimana penggunaan pati alami sebagai pengental menjadi tidak sesuai, baik selama proses maupun penyimpanan. Misalnya, apabila pati alami digunakan sebagai pengental pada pembuatan saus, maka akan terjadi penurunan kekentalan saus selama penyimpanan yang disebabkan oleh hidrolisis pati.
• Pati alami tidak tahan proses mekanis, dimana viskositas pati akan menurun adanya proses pengadukan atau pemompaan.
• Kelarutan pati yang terbatas di dalam air. Kemampuan pati untuk membentuk tekstur yang kental dan gel akan menjadi masalah apabila dalam proses pengolahan diinginkan konsentrasi pati yang tinggi namun tidak diinginkan kekentalan dan struktur gel yang tinggi.

Gel pati alami mudah mengalami sineresis (pemisahan air dari struktur gelnya) akibat terjadinya retrogradasi pati, terutama selama penyimpanan dingin. Retrogradasi terjadi karena kecenderungan terbentuknya ikatan hidrogen dari molekul-molekul amilosa dan amilopektin selama pendinginan sehingga air akan terpisah dari struktur gelnya. Sineresis ini akan menjadi masalah apabila pati alami digunakan pada produk pangan yang harus disimpan pada suhu rendah (pendinginan/pembekuan).

Modifikasi pati dilakukan untuk mengatasi sifat-sifat dasar pati alami yang kurang menguntungkan seperti dijelaskan di atas, sehingga dapat memperluas penggunaannya dalam proses pengolahan pangan serta menghasilkan karakteristik produk pangan yang diinginkan.

Pati termodifikasi adalah pati yang telah mengalami perlakuan fisik atau kimia secara terkendali sehingga merubah satu atau lebih dari sifat asalnya, seperti suhu awal gelatinisasi, karakteristik selama proses gelatinisasi, ketahanan oleh pemanasan, pengasaman dan pengadukan, dan kecenderungaan retrogradasi. Perubahan yang terjadi dapat terjadi pada level molekular dengan atau tanpa mengubah penampakan dari granula patinya.

Teknologi Modifikasi Pati dan Aplikasinya

Teknik modifikasi pati yang banyak dilakukan di antaranya adalah modifikasi secara fisik (di antaranya dengan pregelatinisasi), dan modifikasi kimia (di antaranya modifikasi ikatan silang, substitusi, dan hidrolisis asam) (Wurzburg et al., 1986). Modifikasi dapat juga dilakukan secara kombinasi, misalnya kombinasi modifikasi ikatan silang dan substitusi. Tabel 1 memperlihatkan beberapa jenis teknik modifikasi pati, tujuan utama dan aplikasinya di dalam produk pangan.

Tabel 1. Teknik modifikasi pati, tujuan dan aplikasinya

Teknik modifikasi pati	Tujuan utama	Aplikasi
Pregelatinisasi	Menghasilkan pati yang dapat terdispersi (larut) dalam air dingin (bersifat instan)	Makanan bayi, food powder, salad dressing, cake mixes, pudding
Ikatan silang (crosslinking) yang memperkuat ikatan hidrogen pada granula pati	Menghasilkan pati dengan viskositas yang stabil terhadap suhu tinggi, proses pengadukan, dan kondisi asam	Suun, makanan kaleng yang diproses pada suhu tinggi, pie filling, sup
Substitusi gugus hidroksil dari pati	Menghasilkan pati yang tidak mudah mengalami retrogradasi, memperbaiki stabilitas viskositas	Produk yang dibekukan
Hidrolisis terkendali dengan asam	Menghasilkan pati dengan viskositas yang rendah	Produk confectionery (permen/gum)
Kombinasi substitusi dan ikatan silang	Menghasilkan pati yang tahan panas, pengadukan, dan asam serta kecenderungan retrogradasi yang rendah	Saus, makanan beku

Pregelatinisasi

Pregelatinisasi merupakan teknik modifikasi pati secara fisik yang paling sederhana yang dilakukan dengan cara memasak pati di dalam air sehingga tergelatinisasi sempurna, kemudian mengeringkan pasta pati yang dihasilkan dengan menggunakan spray dryer atau drum dryer. Karena sudah mengalami gelatinisasi, maka pati pregelatinisasi tidak lagi memiliki penampakan granula pati. Pati pregelatinisasi bersifat instan, dimana dapat larut dalam dalam air dingin (cold water soluble). Di samping itu, pati pregelatinisasi memiliki viskositas yang lebih rendah dibanding pati yang tidak dipregelatinisasi. Pati pregelatinisasi di antaranya dapat digunakan untuk formulasi makanan bayi dan pudding.

Modifikasi dengan ikatan silang (crosslinked starch)

Pati yang dimodifikasi kimia dengan ikatan silang banyak diaplikasikan di industri pangan. Pati ikatan silang diperoleh dengan cara mereaksikan pati dengan senyawa bi- atau polifungsional yang dapat bereaksi dengan gugus -OH pada struktur amilosa atau amilopektin sehingga dapat membentuk ikatan silang atau jembatan yang menghubungkan satu molekul pati dengan molekul pati lainnya. Dengan adanya ikatan silang ini, maka akan memperkuat ikatan hidrogen pada rantai pati. Di antara senyawa yang dapat membentuk ikatan silang dan diperbolehkan dalam makanan (food grade) adalah senyawa polifosfat (seperti sodium tri metafosfat, fosforus oksiklorida dan sodium tri polifisfat) dan gliserol. Gambar 1 memperlihatkan contoh reaksi antara molekul pati dengan senyawa POCl3 untuk menghasilkan pati ikatan silang yang dihubungkan dengan jembatan fosfat.

Pati yang dimodifikasi dengan ikatan silang lebih sulit mengalami gelatinisasi tetapi lebih stabil selama pemanasan (tidak mengalami viscosity breakdown). Pati ikatan silang juga lebih tahan kondisi asam, pemanasan, dan pengadukan sehingga sesuai digunakan untuk produk yang diproses dengan suhu tinggi, kondisi asam atau pengadukan yang kuat. Di antaranya pati ikatan silang sesuai digunakan pada makanan kaleng yang disterilisasi.

Modifikasi dengan substitusi

Modifikasi pati dapat dilakukan dengan mensubstitusi beberapa gugus -OH pada molekul amilosa atau amilopektin dengan senyawa pensubstitusi sehingga dihasilkan ester pati. Di antara senyawa yang dapat digunakan adalah  senyawa asetat, suksinat, fosfat, hidroksipropil, and oktenil suksinat. Tujuan utama dari modifikasi dengan substitusi adalah untuk menghambat laju retrogradasi pati yang disebabkan oleh terhambatnya pembentukan ikatan hidrogen dari molekul amilosa dan amilopektin oleh gugus ester yang terbentuk.

Pati yang dimodifikasi dengan substitusi juga mengalami penurunan suhu gelatinisasi, peningkatan viskositas, memiliki kemampuan mengikat air lebih tinggi dan menghasilkan pasta yang lebih jernih. Dibandingkan dengan pati ikatan silang, pati substitusi masih mengalami penurunan viskositas selama proses pemanasan (tidak stabil oleh pemanasan) dan kurang tahan oleh kondisi asam. Pati ini dapat digunakan untuk produk-produk pangan yang dibekukan yang menggunakan bahan pembentuk gel atau pengisi.

Modifikasi dengan Hidrolisis asam

Pati dapat dikonversi dengan cara menghidrolisis suspensi pati secara terkendali dengan menggunakan asam dan pemanasan. Beberapa bagian dari ikatan glikosidik pati akan mengalami pemutusan dengan perlakuan asam sehingga dapat dihasilkan molekul pati yang lebih pendek. Hal ini mengakibatkan sifat kemampuan gelatinisasi pati menurun, dimana akan dihasilkan pati dengan viskositas yang lebih rendah pada saat pemasakan. Dengan demikian, konsentrasi pati yang dapat digunakan dalam proses pengolahan dapat lebih besar. Pati akan lebih larut dengan viskositas yang lebih rendah tetapi dapat menghasilkan struktur gel yang lebih kuat.

Pati yang dimodifikasi dengan hidrolisis asam terutama digunakan apabila diinginkan konsentrasi pati yang tinggi dan membentuk gel yang baik tetapi tidak diinginkan pati mengalami pengentalan yang berlebihan. Pati jenis ini dapat digunakan dalam proses pembuatan permen sebagai pengganti gum arab.

Modifikasi dengan kombinasi ikatan silang dan substitusi

Dalam beberapa proses pengolahan pangan, bukan saja sifat-sifat ketahanan terhadap kondisi pemanasan suhu tinggi, pengadukan dan pengasaman yang diinginkan, tetapi juga kemampuan pati untuk tidak mengalami sineresis selama penyimpanan produk. Pati ikatan silang dapat menghasilkan pati yang tahan terhadap suhu tinggi, pengadukan dan pengasaman, tetapi tidak mampu menghambat laju retrogradasi. Sedangkan pati substitusi hanya mampu menghambat laju retrogradasi.

Untuk menghasilkan pati dengan sifat-sifat yang diinginkan tersebut, maka dapat dilakukan kombinasi modifikasi ikatan silang dan substitusi. Di antaranya yang banyak dilakukan adalah kombinasi modifikasi pati dengan substitusi gugus –OH pada molekul pati dengan senyawa propilen oksida, kemudian dilanjutkan dengan reaksi ikatan silang dengan senyawa polifosfat (campuran sodium metafosfat dan sodium tripolifosfat) (Wattanachant et al, 2003). Pati yang dimodifikasi dengan kombinasi hidroksipropilasi dan ikatan silang tersebut telah tersedia secara komersial, di antaranya dapat diaplikasikan pada produk saus.

Pustaka

• Pomeranz,Y. 1985. Functional Properties of Food Components. Academic Press, Inc.
• Wattanachant,S., Muhammad,K., D. Mat Hashim, and R. Abd. Rahman. 2003. Effect of crosslinking reagents and hydroxypropulation levels on dual-modified sago starch properties. Food Chemistry, 80:463-471.
• Whistler,R.L., Bemiller,J.N., and Paschall,E.F. 1984. Starch: Chemistry and Technology. Academic Press,Inc.
• Wurzburg,O.B. 1986. Modified Starchers: Properties and Uses. CRC Press,Inc.

 Feri Kusnandar