Kandungan Asam γ-aminobutirat (GABA) dan Karakteristik Fisikokimia Beras Pecah Kulit Berkecambah pada Varietas dan Metode Perkecambahan yang Berbeda

Abstract

Proses pascapanen padi umumnya melibatkan proses penyosohan untuk menghilangkan bagian lapisan kulit ari (bekatul) agar dihasilkan beras sosoh yang memberikan tekstur nasi yang enak. Namun proses penyosohan ini menghilangkan lapisan bekatul yang mengandung komponen bioaktif. Oleh karena itu, banyak diteliti pengembangan beras pecah kulit (tanpa disosoh) dengan proses perkecambahan untuk melunakkan tekstur dan meningkatkan komponen bioaktifnya. Penelitian terdahulu telah menunjukkan bahwa beras pecah kulit berkecambah memiliki tekstur nasi yang lebih baik dan mengandung komponen bioaktif yang lebih tinggi dibandingkan beras pecah kulit tanpa dikecambahkan. Di antara komponen bioaktif yang terbentuk selama perkecambahan adalah asam γ-aminobutirat (γ-aminobutyric acid - GABA) yang banyak dilaporkan memiliki fungsi fisiologis bagi kesehatan. Pembentukan komponen bioaktif dapat dipengaruhi oleh mutu air perendam dan metode perkecambahan. Selama proses perendaman manual (sistem batch) dapat terjadi fermentasi alami yang tidak diinginkan dan berpengaruh pada pembentukan kandungan GABA dan komponen bioaktif lainnya. Perendaman dengan cara mensirkulasikan air perendam secara kontinyu dengan melewatkannya pada membran filtrasi diharapkan dapat mempertahankan kesegaran air sehingga fermentasi dapat diminimalkan. Kandungan GABA pada beras pecah kulit berkecambah juga diharapkan dapat ditingkatkan dengan pemberian stres (cekaman) selama perendaman dengan cara pemberian perlakuan rendah oksigen atau hipoksia. Penelitian ini bertujuan untuk: (1) mengevaluasi kandungan GABA dan beberapa karakteristik beras pecah kulit berkecambah dari enam varietas unggul baru; (2) mengevaluasi pemanfaatan membran filtrasi (reaktor membran) selama perendaman dan perkecambahan beras pecah kulit dibandingkan metode perendaman manual terhadap perubahan kandungan GABA dan beberapa komponen bioaktif; dan (3) mengevaluasi pengaruh perlakuan rendah oksigen (hipoksia) pada air perendaman terhadap kandungan GABA dan aktivitas enzim pensintesis GABA. Penelitian dibagi menjadi tiga tahapan. Penelitian tahap pertama adalah mengevaluasi kandungan GABA dan beberapa karakteristik beras pecah kulit berkecambah dari enam varietas unggul (varietas Inpari 42, Inpari 43, Situ Bagendit, IPB 3S, Inpari 17, dan Inpara 3). Perkecambahan dilakukan dengan cara merendam sampel beras ke dalam air selama 120 jam dengan pergantian air setiap empat jam dan pengambilan sampel setiap 24 jam. Penelitian tahap kedua adalah mengaplikasikan reaktor membran untuk perendaman dan perkecambahan beras pecah kulit dengan menggunakan varietas dan waktu perkecambahan terpilih. Perlakuan pada penelitian tahap kedua terdiri dari perendaman dengan reaktor membran secara penuh (RPP), perendaman dengan reaktor membran secara parsial (RPI), perendaman manual secara penuh (MPP), dan perendaman manual secara parsial (MPI). Perkecambahan dengan perendaman penuh dilakukan dengan merendam beras pecah kulit hinga muncul kecambah, sedangkan perkecambahan dengan cara parsial dilakukan dengan merendam beras selama 24 jam dilanjutkan dengan inkubasi di dalam desikator (kelembaban di dalam desikator dijaga pada RH 97% dengan larutan garam K2SO4 lewat jenuh). Tahap ketiga penelitian dilakukan pemberian stres rendah oksigen pada air perendaman kemudian dilihat pengaruhnya terhadap kandungan GABA dan aktivitas enzim yang terlibat dalam sintesis GABA. Perendaman dengan reaktor membran digunakan sebagai model perkecambahan pada penelitian tahap ketiga. Stres rendah oksigen dilakukan dengan menghembuskan gas nitrogen ke dalam chamber reaktor membran sampai kandungan oksigen terlarutnya sekitar 1 ppm selama 24 jam. Hasil penelitian tahap pertama menunjukkan bahwa perbedaan varietas secara signifikan memengaruhi peningkatan kandungan GABA pada beras pecah kulit berkecambah. Lima varietas beras beras pecah kulit (Inpari 42, Inpari 43, Situ Bagendit, IPB 3S dan Inpari 17) menunjukkan peningkatan GABA hingga perendaman 120 jam, sedangkan pada varietas Inpara 3 hanya menujukkan peningkatan GABA sampai pada perendaman 72 jam. Beras pecah kulit berkecambah varietas Inpari 43 memiliki kandungan GABA tertinggi dibandingkan dengan varietas lainnya. Perbedaan varietas juga memengaruhi perubahan kandungan total fenol, kapasitas antioksidan, γ-oryzanol, dan profil pasting selama perkecambahan. Profil pasting tepung beras pecah kulit berkecambah mengalami penurunan viskositas puncak, breakdown dan setback¬ secara signifikan seiring dengan lama waktu perendaman. Varietas Inpari 43 dan waktu perkecambahan 72 jam selanjutnya digunakan untuk penelitian tahap kedua. Hasil penelitian tahap kedua menunjukkan bahwa penggunaan reaktor membran dapat mempercepat pertumbuhan bakal tunas dan meningkatkan akumulasi GABA dibandingkan dengan perendaman manual. Perkecambahan dengan metode RPI selama 72 jam mengakumulasi GABA, total fenol, total flavonoid, dan aktivitas antioksidan paling tinggi. Hasil penelitian tahap ketiga menunjukkan bahwa aktivitas enzim glutamat dekarboksilase (GAD) dan diamin oksidase (DAO) yang merupakan enzim pensintesis GABA mengalami peningkatan signifikan selama perkecambahan. Kadar oksigen terlarut pada air perendaman terus mengalami penurunan dan menyebabkan terjadinya kondisi hipoksia secara alami setelah perendaman 12 jam. Pemberian perlakuan stres rendah oksigen sejak awal perendaman tidak berpengaruh nyata terhadap peningkatan kandungan GABA, aktivitas enzim GAD, dan DAO pada beras pecah kulit berkecambah. Berdasarkan hasil penelitian dapat disimpulkan bahwa varietas Inpari 43 yang dikecambahkan dengan metode perendaman dengan reaktor membran secara parsial (RPI) menghasilkan akumulasi GABA, senyawa fenolik, dan antioksidan tertinggi. Perlakuan hipoksia pada tahap awal perendaman tidak dapat meningkatkan kandungan GABA, aktivitas enzim GAD dan DAO. Hasil penelitian ini memberikan informasi penting mengenai potensi pemanfaatan beras pecah kulit berkecambah untuk dimanfaatkan sebagai sumber ingredien pangan yang memiliki komponen bioaktif sehingga dapat diproses sebagai ingredien pangan fungsional.

The post-harvest process of rice commonly applies polishing treatment to eliminate the bran layer, so that it results in improved cooked rice texture. However, the polishing process removed parts of the bran layer which contains lot of bioactive compounds. Therefore, many research was carried out to develop the brown rice (BR) with germination process (germinated brown rice or GBR) to soften the texture. Previous studies showed that GBR had better texture and contained higher bioactive compounds than that of BR. Among the bioactive compounds produced during germination is γ-aminobutyric acid (GABA) which is widely reported to have physiological functions for health. The formation of bioactive compounds could be influenced by the quality of soaking water and germination methods. During manual soaking process (batch system), uncontrolled natural fermentation may occur and reduce the formation of GABA and other bioactive compounds. Soaking by continuous water circulation through the filtration membrane is expected to maintain the freshness of water, thus the natural fermentation could be minimized. The GABA content in GBR is also expected to increase by adding stress during soaking, one of which was by giving low oxygen stress or hypoxia condition. The aimed of this study was: (1) to evaluate GABA content and some characteristics of GBR from six high-yield varieties; (2) to evaluate the utilization of membrane reactor for soaking and germination of BR compared to manual soaking on GABA and some related bioactive compounds; and (3) to evaluate the effect of a low oxygen level treatment in the soaking water on GABA content and two of GABA synthesized related enzymes. The research was divided into three steps. The first step of the research was to evaluate GABA and some characteristics of BR from six high-yield varieties (var. Inpari 42, Inpari 43, Situ Bagendit, IPB 3S, Inpari 17, and Inpara 3). Germination process was completed by soaking the rice samples into water for 120 h with changing the soaking water every 4 h and sampled every 24 h. The second step of the research was to apply membrane reactor for soaking and germination of BR by using the selected variety and germination time. The treatments of the second step consists of full soaking with reactor membrane (RPP), reactor membrane with partial germination (RPI), manual with full soaking (MPP), and manual soaking with partial germination (MPI). The full soaking method was conducted by germinating of BR into the soaking water, whereas partial germination applied by immersing of BR for 24 h followed by incubation in the desiccator (the humidity of desiccator was maintained at RH 97% by using supersaturated K2SO4 solution). The third research step was to apply a low oxygen level in the soaking water and examined the GABA accumulation and related enzyme activities involved in the GABA synthesis. Soaking by using reactor membrane was used as the germination model in this step. The low oxygen level in the soaking water was carried out by flushing nitrogen gas into the main chamber until the oxygen level in the range of 1 ppm for 24 h. The first stage of the research revealed that different varieties significantly affected the accumulation of GABA in GBR. Five BR varieties (Inpari 42, Inpari 43, Situ Bagendit, IPB 3S, and Inpari 17 showed an increase of GABA content up to 120 h of soaking, while in Inpara 3, GABA content only increased until 72 h of soaking. GBR from Inpari 43 had the highest GABA content compared with others. The different varieties also affected the changes in total phenolic content, antioxidant capacity, γ-oryzanol content, and pasting profiles during germination. The pasting profiles of GBR flour experienced significant changes in decreasing peak viscosity, breakdown, and setback. The Inpari 43 variety and germination time for 72 h were then selected for the second step of the study. The results of the second stage reported that the use of membrane reactor for the BR soaking accelerated the growth of shoots and increased GABA content than in manual soaking. Germination by RPI method for 72 h accumulated the highest GABA, total phenolic and flavonoid content, and antioxidant capacities. The third research step showed that the enzymes which responsible in GABA synthesis, glutamate decarboxylase (GAD) and diamine oxidase (DAO) activity, increased significantly during germination. The oxygen level in the soaking water tend to decreased. It resulted the hypoxia condition naturally after soaking for 12 h. The addition of hypoxia treatment since the beginning of the soaking process didn’t affect significantly on the increasing of GABA, GAD, and DAO. Based on the results of this study, it can be concluded that var. Inpari 43 which germinated by using reactor membran with partial soaking method (RPI) resulted in the highest GABA, phenolic contents, antioxidants. The hypoxia condition since the beginning of the soaking process didn’t increased GABA, GAD, and DAO activity. This study provided important information regarding the potential utilization of GBR as a source of food ingredients which had bioactive compounds, so that it can be processed as functional food ingredients.