Fraksinasi Kering Untuk Meningkatkan Rendemen Pati Sagu dan Pemanfaatan Produk untuk Etanol dan Antioksidan

Abstract

Sagu (Metroxylon sagu) merupakan tanaman penghasil karbohidrat berproduktivitas tinggi, tetapi pemanfaatannya di kawasan Asia dan Pasifik masih belum optimal. Pengolahan pati sagu umumnya masih dilakukan melalui ekstraksi basah yang sangat bergantung pada air, sehingga kurang efisien dan berpotensi menimbulkan masalah lingkungan. Fraksinasi kering menggunakan attrition millclassifier menjadi pendekatan yang prospektif karena dapat mengurangi penggunaan air, meningkatkan perolehan pati, mempertahankan struktur granula pati, serta menjaga komponen bioaktif dan antioksidan. Penelitian ini bertujuan 1) menentukan efektivitas fraksinasi kering empulur sagu terbaik berdasarkan posisi batang secara vertikal (atas, tengah, dan bawah) serta usia panen (10, 12, dan 13 tahun) pada varietas Molat.; 2) Karakteristik produk tepung sagu kaya pati yang berbeda densitasnya; 3) mengoptimalkan pemanfaatan pati sagu berdensitas rendah sebagai substrat produksi etanol gravitasi tinggi; dan 4) Mengoptimalkan ekstraksi senyawa bioaktif dari koproduk menggunakan ultrasound. Fraksinasi kering empulur sagu memisahkan fraksi parenkima dari vascular bundle dan kemudian memisahkan fraksi parenkima dengan attrition mill-classifier menjadi dua jenis produk (fraksi kaya pati densitas rendah (FKP-DR), fraksi kaya pati densitas tinggi (FKP-DT)) dan koproduk (fraksi kaya serat parenkima (FKSP), kemudian mengklasifikasi ukuran FKP-DR menjadi tepung sagu kaya pati densitas rendah (TSKP-DT) dan FKP-DT menjadi tepung sagu kaya pati densitas tinggi (TSKP-DT). Parameter efektivitas fraksinasi disetiap tahap adalah : rendemen, rekoveri pati, dan shift starch. Fraksi-fraksi yang dihasilkan dari efektivitas terbaik merupakan reprensentasi produk fraksinasi kering empulur sagu dan digunakan untuk pengamatan selanjutnya. Karakteristik TSKP-DT dan TSKP-DR berdasarkan sifat fisikokimia, yaitu : distribusi granula pati, densitas kamba, spektrum FTIR, kadar pati, kadar serat, dan kandungan mineral; dan sifat fungsional, yaitu: sifat pasta, kemampuan mengikat air dan minyak, kelarutan, dan daya mengembang, yang digunakan digunakan untuk menilai mutu dan potensi pemanfaatannya. Optimalisasi pemanfaatan FKP-DR sebagai substrat fermentasi etanol gravitasi tinggi dengan variasi pengamatan: suhu likuifikasi (hot temperature cooking (HTC) dan low temperature cooking (LTC)); strategi sakarifikasi dan fermentasi (parsial sakarifikasi dan fermentasi (part-SF) dan sakarifikasi dan fermentasi simultan (SSF)); dan kadar gula reduksi (180, 220, dan 240 g/kg) dengan respon rendemen teoritis dan produktivitas etanol. Terakhir optimalisasi ekstraksi senyawa bioaktif serta aktivitas antioksidan dari FKSP menggunakan ultrasound-assisted extraction (UAE) dengan variasi solid loading, konsentrasi etanol dalam air, dan waktu ekstraksi untuk mendapatkan kandungan fenol, flavonoid, serta aktivitas antioksidan (DPPH dan FRAP) maksimal. Penentuan tiga level dari masing-masing faktor menggunakan desain percobaan Orthogonal Array L-9 dari metode Taguchidan kondisi optimum dtetapkan dengan desain percobaan Box-Behnken dari Response Surface Method (RSM). Hasil penelitian mengidentifikasi empulur batang bagian tengah pada usia 12 tahun sebagai kelompok dengan efektivitas fraksinasi kering terbaik. Pada tahap attrition mill-classifier, fraksi kaya pati densitas rendah (FKP-DR) dan fraksi kaya pati densitas tinggi (FKP-DT) menghasilkan rendemen masing-masing 44,72% dan 38,20%, rekoveri pati 47,83% dan 39,28%, serta shift starch 3,11% dan 1,08%. Sementara itu, pada tahap klasifikasi ukuran, tepung sagu kaya pati densitas rendah (TSKP-DR) dan tepung sagu kaya pati densitas tinggi (TSKP-DT) menghasilkan rendemen masing-masing 43,22% dan 21,19%, rekoveri pati 46,38% dan 23,77%, serta shift starch 3,16% dan 2,58%. Hasil karakteristik tepung sagu kaya pati yang berbeda densitasnya menunjukkan bahwa TSKP-DR lebih sesuai untuk aplikasi berbasis hidrolisis pati, khususnya sebagai bahan baku produksi etanol, sedangkan TSKP-DT lebih sesuai untuk pangan olahan tradisional yang dipanggang. Pemanfaatan FKP-DR untuk produksi etanol pada kondisi gravitasi tinggi memberikan hasil optimum pada likuifikasi suhu rendah 80°C, sakarifikasi dan fermentasi simultan, serta kadar gula reduksi total 220 g/kg. Pada kondisi tersebut, produktivitas etanol dan rendemen teoritis yang dihasilkan masing-masing mencapai 1,138 ± 0,01 g/L/jam dan 89,10 ± 0,50% untuk Hakken No. 1, serta 1,12 ± 0,01 g/L/jam dan 87,89 ± 0,44% untuk Watei. Selain itu, optimasi ekstraksi senyawa bioaktif dari FKSP menggunakan UAE menghasilkan kondisi terbaik dengan nilai desirabilitas 0,782 pada jumlah bahan yang diekstraksi 0,5%, kadar etanol sebagai kosolven 17,91%, dan waktu ekstraksi 31,63 menit. Kondisi tersebut diprediksi menghasilkan rekoveri fenol 0,869 mg GAE/g, flavonoid 0,671 mg QE/g, serta aktivitas antioksidan DPPH 1,208 mg AAE/g dan FRAP 0,751 mg AAE/g. Dengan demikian, fraksinasi kering empulur sagu dengan attrition millclassifier dapat menghasilkan tiga fraksi produk untuk pemanfaatan pada pangan, etanol, dan senyawa bioaktif. Implikasi dari penelitian ini menunjukkan bahwa teknologi fraksinasi kering dapat direkomendasikan sebagai strategi pengolahan batang sagu yang lebih efisien, bernilai tambah, dan mendukung pengembangan biorefineri berbasis sagu.