PU~jS 99: 1

UNTVERSITI MAL Y Sll\ S. AH

7buL t.e. ~ ~O\\;m ~'" ~WD-\ov'\ do V) etitIM'b ~

M~\i ~ PJ~~j) \ tt2 Ab~ t 11~ikv - t1t111Z') t.f 't~t-U+ Ark' ~v C9CW~ ,

-'\zAH:. "r?ol-) ~ff'wa ' ·MvolOj SO\;~~ tvot~lI)etv) ~.trfP-/Il

SESI PENGAJIAN : __ d-o_ Oi--'--_____ _

aya __ f~~P~~~~ __ ~y_«_ft __ Gff __ ~_~_I ____________________________ ___ (HURUF BESAR)

ell gaku membenarkan tesis (LPS/ Sarjana/ Doktor Falsafah) ini di simpan di Perpustakaan Universiti Malaysia Sabah e1:J.gan syarat-syarat kegunaan seperti berikut:

I. Tesis adalah halanilik Universiti Malaysia Sabah. 2. Perpustakaan Universiti Malaysia Sabah dibenarkan membuat salinan untuk tujuan pengajian sahaja. 3. Perpustakaan dibenarkan membuat salinan tesis ini sebagai bahan pertukaran antara institusi pengajian tinggi. 4. ** 3i1a tandakan (/ )

SULIT

[ TERHAD

/ -J JIDAK TERHAD

~ CTk'OAN PENULIS)

-<:twat Tetap: a L;, Lt.P1.( ~ !.QfPr(- · .BPI/V I

'1 To ~., ...0> ~ CIv;v VI I 375S1J

r'/oh, f{~k.

tkh :17/ ffm'l 1:' ATAN: * Potong yang tidak berkenaan.

(Mengandungi maklumat yang berdarjah keselamatan atau kepentingan Malaysia seperti yang termaktub di dalam AKTA RA}ISIA RASMI 1972)

(Mengandungi maklumat TERHAD yang telah ditentukakan oleh organisasilbadan di mana penyelidikan dijalankan)

Nama Penyelia

Tarikh: .)i ,8,d1>O, -- ~ --1-+,--'-------

* Jika tesis ini SULIT atau TERHAD, sila lampiran surat daripada pihak berkuasalorgansasi berkenaan dengan menyatakan sekali sebab dan tempoh tesis ini perlu dikelaskan sebagai SULIT dan TERHAD. I

* Tesis dimaksudkan sebagai tesis bagi Ijazah Doktor Falsafah dan Sarjana secara penyeli-fukan, atau disertasl bagi pengajian secara kerja kursus dan penyelidikan , atau Laporan Projek Sarjana Muda eLP M).

KESAN GABUNGAN RAWATAN DWI­MODIFIKASI DAN RAWATAN ALKALI­

ALKOHOL KE ATAS SIFAT FIZIKO-KIMIA KANJI SAGU TERLARUT AIR SEJUK (GCWS)

LATIHAN ILMIAH INI DIKEMUKAKAN UNTUK MEMENUHI SEBAHAGIAN DARIPADA SYARAT

MEMPEROLEHIIJAZAH SARlANA MUDA SAINS MAKANAN DENGAN KEPUJIAN

(TEKNOLOGI MAKANAN DAN BIOPROSES)

PANG YUIK CHEN

SEKOLAH SAINS MAKANAN DAN PEMAKANAN UNIVERSITI MALAYSIA SABAH

2009

PENGAKUAN

Karya ini adalah hasil kerja saya sendiri kecuali bahagian nukilan,ringkasan dan rujukan yang tiap-tiap satunya saya jelaskan sumbernya.

17 APRIL 2009 ~~CHEN HN200S-2368

ii

PENGESAHAN PEMERIKSA

DISAHKAN OLEH TANDATANGAN

1. Penyelia

(Dr.Lee Jau Shya)

2. Pemeriksa 1 ---fdd- . (Profesor Madya Dr. Mohd Ismail Abdullah)

3. Pemeriksa 2

(Profesor Madya Dr. Chye Fook Vee)

4. Dekan

(Profesor Madya Dr. Mohd Ismail Abdullah)

--JJ;d- .

iii

PENGHARGAAN

Saya ingin mengucapkan ribuan terima kasih kepada penyelia saya Dr. Lee Jau Shya

yang telah banyak memberi bimbingan dan idea kepada saya sepanjang

perlaksanaan projek penyelidikan ini . Kesabaran dan semangat dedikasi beliau

sepanjang tempoh ini amat saya hargai.

Saya juga ingin berterima kasih kepada Sekolah Sains Makanan dan

Pemakanan (SSMP) serta Sekolah Kejuruteraan dan Teknologi Maklumat (SKTM)

kerana sudi meminjamkan peralatan yang diperlukan dalam projek penyelidikan ini.

Tidak terlupa juga pembantu-pembantu makmal Sekolah Sains Makanan dan

Pemakanan (SSMP) yang dedikasi dan sedia membantu.

iv

ABSTRAK

Metodologi Respons Permukaan (Response Surface Methodology, RSM) telah digunakan untuk mengkaji kesan kepekatan propilena oksida (7 %, 8 %, 9 %, v/w), agen paut-silang (0.07 %, 0.08 %, 0.09 %, w/w) dan rawatan alkali (nisbah kanji :alkali = 1:1, 1:2, 1:3) ke atas sifat fiziko-kimia granul kanji terlarut air sejuk (Granular Cold Water Soluble Starch, GCWS) yang dihasilkan daripada kanji sagu asli. Sifat-sifat fiziko-kimia seperti sifat keterlarutan air sejuk, sifat menggelembung air sejuk, profil pempesan, morfologi kanji, sifat terma dan retrogradasi kanji sagu GCWS telah dikaji. Oidapati bahawa rawatan alkali mempunyai kesan yang signifikan ke atas hampir semua sifat fiziko-kimia kanji sagu GCWS yang dikaji. Rawatan alkali meningkatkan sifat keterlarutan air sejuk (P < 0.0001), kuasa menggelembung air sejuk (P < 0.001) serta breakdown (P < 0.001) kanji sagu GCWS. Oi samping itu, kelikatan puncak (P < 0.001) dan kelikatan akhir (P < 0.0001) kanji sagu GCWS mengurang (P < 0.05) dengan peningkatan kuantiti alkali. Kesan rawatan paut-silang dan hidroksipropilasi adalah kurang nyata jika berbanding dengan kesan rawatan alkali. Walau bagaimanapun, rawatan paut-silang mengurangkan kelikatan puncak (P < 0.01), breakdown (P < 0.01), kelikatan akhir (P < 0.001) dan Setback (P < 0.001) kanji sagu GCWS. Rawatan propilena oksida pula mempunyai kesan kuadratik positif (P < 0.05) ke atas kelikatan akhir dan Setback kanji sagu GCWS. Gabungan ketiga­tiga rawatan juga mempengaruhi sifat terma dan morfologi kanji. Oidapati bahawa rawatan alkali yang tinggi menghasilkan kanji sagu GCWS yang mempunyai keterlarutan air sejuk yang tinggi. Kanji sagu GCWS dengan sifat keterlarutan air sejuk yang tinggi tidak menunjukkan sebarang puncak dalam termogram Kalorimetri Pengimbasan Pembezaan. Bentuk granul kanji sagu GCWS yang dirawat dengan kuantiti alkali yang rendah (nisbah kanji: alkali = 1:1, 1:2) adalah oval dan licin di bawah mikroskop manakala granul kanji sagu GCWS yang dirawat dengan kuantiti alkali yang tinggi (nisbah kanji: alkali = 1:3) adalah tidak seragam berbanding dengan granul kanji sagu asli. Gabungan rawatan agen paut-silang pada 0.07 %, propilena oksida pad a 9.00 % dan nisbah kanji : alkali pada 1:3 dapat menghasilkan kanji sagu GCWS yang mempunyai sifat keterlarutan air sejuk yang paling tinggi (72.4 %) di samping mempunyai granul kanji yang paling sempurna.

v

ABSTRACT

EFFECT OF OWl MODIFICA TION AND ALKALINE-ALCOHOLIC TREATMENT ON PHYSICO CHEMICAL PROPERTIES OF GCWS SAGO STARCH

Response Surface Methodology was employed to study the combination effect of propylene oxide (7 %, 8 %, 9 % v/w), cross-linking agent (0.07 %, 0.08 %, 0.09 % w/w) and alkaline treatment on the physicochemical properties of Granular Cold Water Soluble starch (GCWS) produced from sago starch. Physicochemical properties such as cold water solubility, cold water swelling, pasting profile, starch morphology and thermal profile of GCWS sago starch were investigated. It was found that alkaline treatment exerted significant effect (P < 0.05) on almost all attributes studied. Alkaline treatment increased the cold water solubility (P < 0.0001) and cold water swelling power (P < 0.001) of GCWS sago starch while peak viscosity (P < 0.001) and final viscosity (P < 0.0001) of GCWS sago starch decreased as the amount of alkali increased. Effects of cross-linking and hydroxypropylation in the studied attributes were less pronounced as compared to the effect of alkaline treatment. However, cross-linking agent possessed significant effect on the pasting profile of GCWS sago starch. It decreased the peak viscosity (P < 0.01), breakdown (P < 0.01), final viscosity (P < 0.0001) and setback (P < 0.0001) of GCWS sago starch. Hydroxypropylation had significant positive quadratic effect (P < 0.05) on final viscosity and setback of GCWS sago starch. Combination of the three treatments also altered the thermal properties and morphology of starch granules. GCWS sago starch with high cold water solubility did not exhibit peak when scanned with Differential Scanning Calorimeter. GCWS sago starch with distorted granules were observed under light microscope when high quantity of alkaline is used ( starch.·alkaline = 1:3).

vi

lSI KANDUNGAN

TAJUK

PENGAKUAN

PENGESAHAN

PENGHARGAAN

ABSTRAK

ABSTRACT

lSI KANDUNGAN

SENARAIJADUAL

SENARAI RAJAH

SENARAI SIMBOL/SINGKATAN

SENARAI LAMPIRAN

BAB 1 PENDAHULUAN

1.1 Pengenalan

1.2 Objektif

BAB '2 ULASAN KEPUSTAKAAN

2.1 Kanji

2.1.1 Komposisi Kimia Kanji

2.1.2 Kanji Sagu

2.2 Kanji Segera

2.2.1 Kanji Tertekstur

2.2.2 Kanji GCWS

2.3 Modifikasi Kanji

2.3.1 Dwi Modifikasi

vii

Halaman

ii

iii

iv

v

vi

vii

x

xii

xiv

xv

1.

1

4

5

5

6

9

12

12

12

13

14

2.3.2 Hidroksipropilasi

2.3.3 Paut-silang

2.4 Metodologi Permukaan Respon (RSM)

2.4.1 Kelebihan dan Kelemahan RSM

2.4.2 Aplikasi MPR dalam Proses Kimia dan Biokimia

BAB 3 BAHAN DAN KAEDAH

3.1 Bahan

3.2 Pra-ujian

3.3 Rekabentuk Eksperimen

3.4 Dwi Modifikasi

3.5 Rawatan Alkali -alkohol

3.6 Penentuan Kandungan Lembapan

3.7 Penukargantian Molar (Molar Substitution)

3.8 Kandungan Fosforus

3.9 Penentuan Darjah Paut-silang

3.10 Keterlarutan Air Sejuk

3.11 Sifat Menggelembung Air Sejuk

3.12 Profil Pempesan

3.13 Morfologi Kanji

3.14 Sifat Terma Kanji

3.15 Retrogradasi Kanji

3.16 Analisis Data

BAB 4 KEPUTUSAN DAN PERBINCANGAN

4.1 Pra-ujian

4.1.1 Pemilihan Tahap Paut-silang

viii

16

17

19

20

20

22

22

22

22

23

24

24

24

25

26

26

27

27

28

28

28

29

30

30

30

4.1.2 Pemilihan Peratus Propilena Oksida Untuk Dwi-

modifikasi

4.2 Kandungan Lembapan

4.3 Penukargantian Molar (Molar Substitution)

4.4 Kandungan Fosforus

4.5 Penentuan Darjah Paut-silang

4.6 Sifat Keterlarutan Air Sejuk

4.7 Kuasa Menggelembung Air Sejuk

4.8 Profil Pempesan

4.9 Morfologi Kanji Sagu GCWS

4.10 Sifat Terma Kanji Sagu GCWS

4.11 Retrogradasi Kanji

BAB 5 KESIMPULAN DAN CADANGAN

5.1 Kesimpulan

5.2 Cadangan

RUlUKAN

LAMPIRAN

ix

34

36

37

38

39

41

43

44

50

51

54

58

58

60

61

67

SENARAIJADUAL Halaman

Jadual 2.1: Perbandingan bentuk , saiz dan komposisi kanji. 6

Jadual 2.2: Sifat amilosa dan amilopektin. 7

Jadual 2.3: Kualiti kanji sagu yang ditetapkan oleh SIRIM. 10

Jadual 2.4: Perbandingan sifat fizikal-kimia kanji asli daru sumber yang berlainan. 11

Jadual 2.5: Kegunaan kanji sagu dalam industri makanan. 11

Jadual 2.6: Jenis modifikasi kimia yang biasa dijalankan ke atas kanji. 15

JaduaI3.1: Gabungan rawatan propilena oksida (%), agen paut-silang dan natrium hidrosida yang diperoleh daripada Rekabentuk Komposit Tengah. 23

Jadual 4.1: Kandungan lembapan kanji sagu GCWS. 37

Jadual 4.2: Penukargantian molar sam pel modifikasi tunggal dan dwi-modifikasi 38

Jadual 4.3: Kandungan fosforus dalam kanji sagu asli dan kaji sagu dwi modifikasi. 39

Jadual 4.4: Perbandingan darjah paut-silang sampel modifikasi tunggal dan sampel dwi-modifikasi 40

Jadual 4.5: Koefisien jangkaan, Nilai-F, R2, Adjusted f?l untuk keterlarutan air sejuk (%) kanji sagu GCWS. 41

Jadual 4.6: Koefisien jangkaan, Nilai~ F, R2 dan Adjusted f?l kuasa menggelembung air sejuk (%) kanji sagu GCWS. 43

Jadual 4.7: Koefisien jangkaan, nilai F, R2 dan Adjusted f?l bagi profil pempesan sampel . 47

Jadual 4.8: Profil terma kanji sagu asli dan kanji sagu GCWS dengan gabungan rawatan propilena oksida (%), agen paut-silang (%) dan rawatan alkali yang berbeza. 52

Jadual 4.9: Profil terma bagi kanji sagu asli dan kanji sagu GCWS dengan gabungan propilena oksida (%), agen paut-silang (%) dan rawatan alkali selepas disimpan dalam peti sejuk pada suhu 5°C selama tujuh hari . 55

x

JaduaI4.10: Koefisien jangkaan, Nilai-F, R2 dan Adjusted Ff bagi entalpi (JIg) kanji sagu GCWS selepas disimpan dalam peti sejuk pada suhu 5°C selama tujuh hari. 57

xi

SENARAI RAJAH Halaman

Rajah 2.1 : Struktur asas molekul amilosa. 8

Rajah 2.2: Struktur asas molekul amilopektin 9

Rajah 2.3: Mekanisma hidrosipropilasi kanji dengan propilena oksida. 16

Rajah 2.4: Mekanisma paut-silang kanji dengan fosforus oksiklorida. 18

Rajah 4.1 : Profil pempesan kanji sagu asli dan kanji sagu dirawat dengan agen Paut-silang 0.005 %, 0.15 % dan 5.00 % (w/w). 31

Rajah 4.2: Granul kanji sagu asli (A), granul kanji sagu GCWS yang dirawat dengan agen paut-silang 0.08 % (w/w), 50 % etanol (v/v) dan kanji:natrium hidroksida pada 1:2 (8), granul kanji sagu GCWS yang dirawat dengan agen paut-silang 0.05% (w/w), 50 % etanol (v/v) dan kanji:natrium hidroksida pada 1:3 (C) pada kuasa pembesaran 100X. 33

Rajah 4.3 : Sifat keterlarutan air sejuk kanji GCWS (50 % etanol, nisbah kanji:alkali 1:3) pada peratus agen paut-silang yang berbeza. 34

Rajah 4.4: Penukargantian molar kanji sagu asli yang dimodifikasi dengan propilena oksida (4-14 %). 35

Rajah 4.5: Granul kanji sagu asli dan granul kanji sagu GCWS yang dirawat 8.0 % propilena oksida (A) dan 12 % propilena oksida (8). 35

Rajah 4.6: Sifat keterlarutan air sejuk kanji sagu asli dan kanji sagu GCWS yang disediakan kanji sagu dwi-modifikasi pada peratus propilena oksida 4-10 % (etanol=50 %, peratus agen paut-silang = 0.07 %, nisbah kanji:alkali = 1:3). 36

Rajah 4.7: Respon permukaan untuk kesan agen paut-silang (%) dan rawatan alkali ke atas sfiat keterlarutan air sejuk kanji sagu GCWS pada 9 % propilena oksida. 42

Rajah 4.8: Profil pempesan kanji sagu asli, kanji sagu GCWS (kanji:alkali = 1: 1,1:3). 45

Rajah 4.9 : Pes kanji sagu asli (A), kanji sagu GCWS yang dirawat dengan 9 % propilena oksida, 0.07 % agen paut-silang, 50 % etanol dan nisbah kanji: alkali pada 1:1 (8) dan kanji sagu GCWS yang dirawat dengan 9 % propilena oksida, 0.07 % agen paut-silang, 50 % etanol dan nisbah kanji : alkali pada 1:3 (C) 46

Rajah 4.10: Respon permukaan kesan rawatan alkali dan rawatan paut-silang ke atas breakdown pada peratus propilena oksida 8 %. 48

xii

Rajah 4.11: Respon permukaan kesan rawatan alkali dan rawatan paut-silang ke atas kelikatan akhir kanji sagu GCWS pada peratus propilena

oksida 8 %. 49

Rajah 4.12: Granul kanji sagu bawah mikroskop cahaya pada kuasa pembesaran 400x. (A) Kanji sagu asli; (8) Kanji sagu GCWS dengan rawatan akali pada nisbah kanji:alkali = 1:1, 7 % propilena oksida, 0.09 % agen paut-silang; (C) Kanji sagu GCWS dengan rawatan alkali pada nisbah kanji:alkali = 1:3, 7 % propilena oksida, 0.09 % agen paut-silang. 51

Rajah 4.13: Profil terma kanji sagu asli dan kanji sagu GCWS yang dirawat dengan rawatan alkali yang berbeza. 53

xiii

SENARAI SINGKATAN DAN SIMBOL

% Peratus

°C Darjah Celsius

llH Entalpi

CCD Central Composite Design

DSC Differential Scanning Calorimeter

EPI Epichlorohydrin

FDA Food and Drug Administration

GCWS Granular Cold Water Soluble

MS Molar Substitution

NaOH Natrium hidroksida

Na2S20s Natrium metabisulfit

P Kebarangkalian

POCI3 Fosforus oksiklorida

rpm Putaran per minit

RSM Response Surface Methodology

RVA Rapid Visco Analyzer

STMP Natrium trimetafosfat

STPP Natrium tripolifosfat

IJm Mikrometer

w/w Berat per berat

v/w Isipadu per berat

xiv

SENARAI LAMPlRAN

Lampiran A: Kurva piawai propilena glikol yang digunakan dalam penentuan penukargantian molar. 67

Lampiran B: Kesan peratus agen paut-silang ke atas sifat keterlarutan air sejuk (%) kanji sagu GCWS (etanol = 50 %, kanji:alkali = 1:3). 68

Lampiran C: Keputusan Ujian Tukey dalam menentukan kesan peratus agen paut-silang ke atas sifat keterlarutan air sejuk (%) kanji sagu GCWS (etanol = 50 %, kanji:alkali = 1:3). 69

Lampiran 0: Keputusan Ujian Tukey dalam menentukan kesan rawatan peratus propilena oksida yang berbeza ke atas sifat keterlarutan air sejuk (%) kanji sagu GCWS (agen paut-silang = 0.07 %, etanol = 50 %, nisbah kanji:alkali = 1:3) 70

Lampiran E: Keputusan Ujian Tukey dalam menentukan kesan peratus propilena oksida ke atas sifat keterlarutan air sejuk kanji sagu GCWS pada rawatan peratus propilena oksida yang berbeza (agen paut-silang = 0.07 %, etanol = 50 %, nisbah kanji:alkali = 1:3) 71

Lampiran F: Sifat keterlarutan air sejuk sampel dengan tahap modifikasi yang berbeza. 72

Lampiran G: Keputusan Ujian Tukey dalam menentukan sifat keterlarutan air sejuk kanji sagu GCWS 73

Lampiran H: Kuasa menggelembung air sejuk sampel pada tahap modifikasi yang berbeza. 74

Lampiran I: Keputusan Ujian Tukey dalam menentukan kuasa menggelembung air sejuk kanji sagu GCWS. 75

Lampiran J: Profil pempesan kanji sagu GCWS. 76

xv

BAB 1

PENDAHULUAN

1.1 Pengenalan

Pokok rumbia merupakan salah satu tanaman utama Malaysia. Kanji sagu ialah kanji

yang diekstrak dari batang pokok rumbia (Metroxylon spp.). Kanji sagu merupakan

ramuan yang biasa digunakan dalam penyediaan makanan seperti jeli, puding, sup

segera, mi, biskut dan mutiara sagu terutamanya di Asia Tenggara. Kanji sagu

mempunyai potensi yang besar untuk dikembangkan di Malaysia kerana ia murah

dan ditanam secara komersial di negeri Sarawak, Malaysia. Sebanyak 28,000 tan

metrik kanji sagu (RM 3.8 million) diekspot ke luar negara pada tahun 1970. Kuantiti

ekspot kanji sagu meningkat kepada 45,000 tan metrik (RM 40.4 million) pada tahun

2005 (Karim et al., 2008).

Kajian menunjukkan bahawa permintaan pengguna terhadap produk-produk

segera telah meningkat dengan perubahan gaya hidup yang sibuk pada zaman ini.

Bilangan keluarga yang mempunyai dwi pendapatan meningkat dari 33 % pada

tahun 1967 ke 62 % pada tahun 1989 (Chawla, 1992). Ini telah merangsang

pertumbuhan industri produk-produk segera yang mudah digunakan dan

menjimatkan masa. Justeru itu, pelbagai makanan segera telah dihasilkan untuk

memenuhi permintaan pasaran sekarang. Perkembangan industri makanan segera

turut menyebabkan perkembangan ramuan dan bahan yang diperlukan dalam

industri makanan segera.

Kanji segera merupakan salah satu ramuan yang penting dalam makanan

segera. Ia berfungsi sebagai agen pemekat dan penggelan dalam sup segera, pes,

sos dan puding kerana ia larut dalam air sejuk tanpa dimasak. Oleh itu, kanji segera

menjimatkan masa pengguna serta menyenangkan proses penyediaan makanan.

Namun demikian kualiti makanan yang dihasilkan dengan kanji segera masih tidak

setanding dengan makanan yang dihasilkan melalui pemasakan kanji asli (Figoni,

2008). Umumnya, kanji segera boleh dibahagi kepada dua kategori iaitu kanji

tertekstur dan kanji granul terlarut air sejuk (Granular Cold Water Soluble, GCWS)

berdasarkan kesempurnaan granul kanji selepas diproses. Kanji tertekstur

mempunyai granul kanji yang pecah manakala kanji GCWS mempunyai granul kanji

yang sempurna. Kanji tertekstur ialah kanji segera yang digunakan secara meluas

dalam industri makanan pada masa kini.

Kanji tertekstiJr dihasilkan dengan kaedah pengeringan dram (drum drying)

yang mana sluri kanji akan dipanaskan di permukaan pengering dram. Lapisan kanji

kering yang terbentuk di permukaan pengering dram kemudian dikisar untuk

menghasilkan serbuk kanji tertekstur. Kebanyakan granul kanji pecah semasa proses

pengisaran. Walaupun proses penghasilan kanji tertekstur adalah mudah dan cepat,

tetapi kualiti makanan yang dihasilkan daripada kanji tertekstur adalah kurang

memuaskan berbanding dengan makanan yang dihasilkan melalui pemasakan kanji

asli. Makanan yang dihasilkan mempunyai rupa bentuk yang tidak berkilau, rasa

dalam mulut (mouthfeel) yang kasar serta kelikatan yang kurang . Ini adalah

disebabkan oleh kanji tertekstur mempunyai granul kanji yang pecah (Jane & Seib,

1991).

Sebaliknya, makanan yang dihasilkan dengan kanji GCWS mempunyai warna

yang lebih berkilau dan rasa dalam mulut yang lebih licin berbanding dengan kanji

tertekstur (Jane & Seib, 1991). Kelikatan makanan yang disediakan dengan kanji

GCWS adalah lebih baik berbanding dengan kanji tertekstur. Ia juga dapat

mengelakkan pembentukan struktur 'rubbery' dalam gel (Ratnayake & Jackson,

2008). Kelebihan kualiti makanan yang dihasilkan dengan kanji GCWS berbanding

dengan kanji tertekstur adalah disebabkan oleh granul kanji GCWS yang sempurna.

Oleh itu, pelbagai kajian telah dijalankan untuk mengkaji proses-proses penghasilan

kanji GCWS serta sifat fiziko-kimia kanji GCWS yang dihasilkan (Bello-Perez et al.,

2000; Chen & Jane, 1994; Rajagopalan & Seib, 1991).

2

Umumnya, terdapat beberapa kaedah yang berbeza digunakan untuk

menghasilkan kanji GCWS iaitu pemanasan kanji asli dalam larutan mono alkohol

pad a suhu tinggi dan tekanan tertentu, pemanasan kanji dalam larutan poli alkohol

dan pengolahan kanji dengan alkali-alkohol pada suhu bilik (Walter, 1998). Kaedah

rawatan alkali-alkohol merupakan cara yang paling berkesan untuk menghasilkan

kanji GCWS. Alkali berfungsi untuk menguraikan H+ dari kumpulan hidroksil dalam

kanji. Oaya penolakan antara 0 - yang tertinggal dalam granul kanji merangsangkan

kuasa menggelembung granul kanji manakala alkohol berfungsi untuk mengelakkan

pengembangan dan pemecahan granul kanji dengan menurunkan kepekatan air

dalam sistem. Oi samping itu, alkohol juga berfungsi sebagai agen penstabil yang

mengelakkan pemecahan rantai kanji (Jane & Chen, 1994).

Pelbagai kaedah pengubahsuaian seperti hidrolisis, hidroksipropilasi,

esterifikasi dan sebagainya telah digunakan secara komersial untuk memperbaiki

sifat kanji asli dan menghasilkan kanji yang memenuhi keperluan aplikasi industri.

Owi-modifikasi merupakan gabungan rawatan hidroksipropilasi dan paut-silang.

Hidroksipropilasi melibatkan tindakbalas di mana kumpulan hidroksil dalam kanji

akan diganti dengan kumpulan hidroksipropil. Kanji yang dihiroksipropilasi

mempunyai kumpulan hidroksipropil per unit glukos yang tidak melebihi 0.10

(Radley, 1976). Kanji yang dihidroksipropilasi mempunyai kelikatan yang lebih tinggi,

warna pes yang lebih jernih serta menunjukkan retrogradasi yang minimum.

Retrogradasi dan setback kanji yang minimum adalah penting dalam makanan yang

perlu disimpan dalam suhu rendah (Ratnayake & Jackson, 2008) .

Paut-silang merupakan modifikasi kimia di mana ikatan kovalen akan

dijanakan antara molekul kanji. Ikatan hidrogen pada granul kanji adalah lemah dan

mudah terputus semasa proses memasak kanji dan menyebabkan kanji granul

pecah. Ikatan kovalen yang dijana melalui paut silang tidak akan putus semasa

proses memasak lalu mengelakkan pemecahan granul kanji (Ratnayake & Jackson,

1998). Namun demikian, tahap paut silang yang terlalu tinggi tidak diingini kerana ia

akan menyebabkan kanji yang terhasil mempunyai sifat keterlarutan air yang sangat

rendah. Usaha telah dijalankan untuk menghasilkan kanji sagu GCWS yang

mempunyai peratus granul kanji sempurna yang lebih tinggi dengan sifat

keterlarutan air sejuk yang tinggi. Kanji sagu GCWS yang mempunyai granul kanji

3

yang sempurna dan larut dalam air sebanyak 52 % telah berjaya dihasilkan melalui

rawatan alkali-alkohol (Lee et al., 2008). Kajian lanjutan perlu dijalankan untuk

menghasilkan kanji GCWS yang mempunyai granul kanji yang sempurna dan sifat

keterlarutan yang lebih tinggi. Kesan dwi-modifikasi dan rawatan alkohol ke atas

kesempurnaan granul kanji akan dikaji dalam kajian ini.

1.2 Objektif

Tujuan kajian ini adalah untuk menghasilkan kanji sagu GCWS yang mempunyai sifat

keterlarutan air yang lebih tinggi daripada 52 % dan granul kanji GCWS yang

sempurna. Antara objektif spesifik yang telah dikaji adalah seperti berikut:

1. Menentukan tahap hidroksipropilasi (peratus propilena oksida) dan

peratus agen paut silang yang dapat menghasilkan kanji sagu GCWS yang

mempunyai keterlarutan air sejuk yang tinggi dan granul kanji yang

sempurna.

2. Mengkaji kesan gabungan propilena oksida, agen paut silang dan rawatan

alkali-alkohol ke atas sifat fiziko-kimia kanji sagu GCWS.

4

BAB2

ULASAN KEPUSTAKAAN

2.1 Kanji

Kanji merupakan komponen penyimpanan tenaga tumbuh-tumbuhan yang boleh

diperolehi dalam daun, buah-buahan, biji, batang dan akar tumbuhan. Kanji

merupakan bio-polimer yang terdiri daripada amilosa dan amilopektin. Kanji yang

berlainan mempunyai nisbah amilosa kepada amilopektin yang berbeza. Kanji yang

kaya dengan amilopektin dikenali sebagai kanji berlilin (waxy starch) manakala kanji

yang kaya dengan amilosa dikenali sebagai kanji tidak berlilin (non waxy starch) .

Kebanyakan organ penyimpanan kanji tumbuh-tumbuhan seperti beras, gandum dan

barli adalah makanan manusia (Hui, 2006).

Sifat-sifat kanji bergantung kepada sumber botanikal tumbuh-tumbuhan di

mana kanji diekstrak dan organ penyimpanan kanji. Kanji dari tumbuh-tumbuhan

yang berbeza mempunyai komposisi dan struktur granul kanji yang berbeza seperti

yang disenarai di Jadual 2.1. Secara umumnya, kanji terbahagi kepada kanji bijirin

dan kanji akar (Hermansson & Svegmark, 1996). Kanji dari bahagian akar tumbuhan

mempunyai kandungan amilopektin yang tinggi manakala kanji bijirin mempunyai

kandungan amilosa yang tinggi. Saiz granul kanji kanji dalam akar lebih besar

berbanding dengan kanji dalam bijirin. Oi samping itu, kandungan protein dan lipid

dalam kanji akar kurang berbanding dengan kanji bijirin. Komposisi dan struktur

granul kanji mempengaruhi sifat dan kegunaan kanji dalam industri (Jobling, 2004).

Sebagai contoh, kanji ubi kentang mempunyai kandungan kumpulan fosfat yang

tinggi. Kumpulan fosfat yang hadir terikat pada posisi C6 dan C3. Granul kanji ubi

kentang yang besar dan kumpulan fosfat dalamnya menyebabkan kanji ubi kentang

mempunyai keterlarutan air yang tinggi. Kandungan amilosa dan amilopektin juga

mempengaruhi sifat-sifat fiziko-kimia dan kefungsian kanji. Kanji yang kaya dengan

amilopektin (kanji dari akar tumbuhan) dig una secara meluas dalam industri

makanan sebagai agen pemekat kerana kandungan amilopektin yang tinggi

membolehkan pembentukan pes yang jernih dalam pemprosesan makanan.

Jadual 2.1: Perbandingan bentuk, saiz dan komposisi kanji.

Jenis Kanji Jagung Gandum

Bentuk Granul Saiz Granul (~m) Fosfat (%, w/w) Protein (%, w/w) Lipid (%,w/w) Saiz pasaran Dunia (juta tons setahun)

Po ligon 2-30 0.02 0.35 0.7 39.4

(Sumber: Wattanachant et al., 2002)

Bulat, bimodal 1-45 0.06 0.4 0.8 4.1

Ubi Kentang

Bujur 5-100 0.08 0.06 0.05 2.6

Ubi Kayu

Bujur 4-35 0.01 0.1 0.1 2.5

Kanji digunakan secara meluas dalam industri makanan, industri pembuatan

kertas, industri plastik, industri tekstil dan sebagainya. Fungsi utama kanji dalam

makanan ialah sebagai agen penggelan, penstabil struktur, penstabil koloid dan agen

pemekat. Lebih daripada 80 % kanji yang digunakan di pasaran dunia ialah kanji

jagung dan kebanyakkannya dihasilkan di Amerika Syarikat. Europah merupakan

pemproses utama kanji gandum dan kanji ubi kentang manakala kanji ubi kayu

dihasilkan di Asia (Jobling, 2004).

2.1.1 Komposisi Kimia Kanji

Amilosa dan amilopektin merupakan komposisi utama dalam kanji manakala fosfat,

protein, lipid dan abu merupakan komponen minor kanji. Secara umumnya, 70-80 %

kanji terdiri daripada amilopektin dan yang selebihnya ialah amilosa. Amilosa dan

amilopektin ialah mono-polimer yang terdiri daripada molekul glukosa (Valclavik &

Christian, 2003). Jadual 2.2 menunjukkan perbandingan am sifat amilosa dan

amilopektin.

6

Jadual 2.2: Sifat amilosa dan amilopektin.

Sifat Amilosa Struktur Berat molekul Ikatan

Komplek iodin Keafinan iodin Corak pembelauan sinaran-X Kestabilan gel Tahap retrogradasi Sumber (Sumber: Hui, 2006)

a) Amilosa

Linear ~l,OOO,OOO

o,l,4-glikosidik

Biru 19-20.5 % Hablur

Kuat Tinggi Bijirin kanji

Amilopektin Bercabang ~5,OOO,OOO o,l,4-glikosidik dan 0,1,6-glikosidik Ungu 0-1.2 % Amorfous

Lemah Rendah Tuber dan akar

Amilosa ialah polinier linear yang mempunyai 100-10,000 molekul glukosa yang

diikat dengan ikatan o,l,4-glikosida seperti yang ditunjuk dalam Rajah 2.1. Setiap

molekul glukosa mengandungi dua kumpulan hidroksil (satu kumpulan hidroksil

primer dan satu kumpulan hidroksil sekunder) kecuali molekul glukosa yang akhir

(dua kumpulan hidroksil primer dan satu kumpulan hidroksil sekunder). Kumpulan

hidroksil dalam amilosa bersifat hidrofilik lalu meningkatkan sifat keterlarutan air

kanji. Namun demikian, struktur amilosa yang tidak bercabang membolehkan

susunan padat antara molekul amilosa. Pembentukan ikatan hidrogen antara molekul

amilosa yang padat menurunkan sifat keterlarutan air kanji (Hui, 2006).

Amilosa bertanggungjawab kepada sifat larut air dan sifat pengelan kanji

dalam pemprosesan makanan. Keadaan amilosa dalam air berubah dengan suhu.

Amilosa adalah stabil pada julat suhu 60-70°C. Amilosa akan membentuk jaringan

kompleks yang diikat oleh ikatan hidrogen semasa penyejukan kanji yang telah

dimasak. Pembentukan jaringan merupakan proses pengelan kanji. Amilosa akan

terlarut pada suhu melebihi 120°C (Hermansson & Svegmark, 1996). Kanji yang

kaya dengan amilosa merupakan agen pengelan yang bag us dan sebaliknya kanji

tanpa amilosa merupakan agen pemekat yang berkesan kerana ia memekat tanpa

pembentukan gel (Valclavik & Christian, 2003).

Sifat pengelan kanji adalah penting dalam industri makanan terutamanya

dalam industri pembuatan pai buah-buahan di mana gel yang kuat diperlukan untuk

7

mengekalkan bentuk pai yang dihasilkan. Oleh itu, kanji yang kaya dengan amilosa

sering digunakan dalam pemprosesan makanan. Permintaan terhadap kanji yang

kaya dengan amilosa semakin meningkat. Sekurang-kurangnya 20,000 hekta kanji

jagung dengan kandungan amilosa sebanyak 50 %, 70 % dan 90 % ditanam di

Amerika Syarikat setiap tahun (Gisslen, 1994).

Ikatan a -l,+glikosida

OH OH

Rajah 2.1 Struktur asas molekul amilosa.

(Sumber: Stephen & Williams, 2006)

b) Amilopektin

tt,OH

OH OH

Amilopektin ialah polimer yang bercabang di mana unit glukosa pada rantai induk

diikat oleh ikatan a,1,4-glikosida dan molekul glukosa di setiap titik cabang diikat

oleh ikatan a,1,6-glikosida seperti yang ditunjukkan dalam Rajah 2.2. Purata panjang

setiap cabang dalam amilopektin ialah 20-60 molekul glukosa. Kanji yang kaya

dengan amilopektin menghasilkan makanan yang mempunyai kelikatan yang tinggi

kerana struktur amilopektin dalam kanji menyerap air dan mengembang semasa

kanji dimasak. Pengembangan kanji meningkatkan kelikatan kuah makanan. Granul

kanji akan pecah apabila saiz granul mengembang sampai tahap maksimum. Granul

kanji yang pecah larut dalam air dan menyebabkan kelikatan makanan menurun

(Jobling, 2004).

Kandungan amilopektin yang tinggi menghasilkan pes kanji yang lebih pekat.

Kelikatan yang tinggi adalah penting untuk makanan tertentu seperti sup, sos, pes

dan kuah. Bagaimanapun, kanji yang kaya dengan amilopektin tidak membentuk gel

8

Rujukan

Acquarone, V. M. and Rao, M. A. 2003. Influence of sucrose on the rheology and granule size of cross-linked waxy maize starch dispersions heated at two temperatures. Carbohydrate Polymers. 51: 451-458.

Ahmad, F. B., Williams, P. A., Doublier, J. L., Durand, S. and Buleon, A. 1999. Physico-chemical characterisation of sagu starch. Carbohydrate Polymers. 38: 361-170.

Bas, D. and Boyaci, I. H. 2007. Modeling and optimization I: usability of responsse surface methodology. Journal of Food Enginerring. 78: 836-845.

Beg, Q.K., Sahai, V. & Gupta, R. 2003. Statistical media optimization and alkaline protease production from Bacillus mojavensis in a bioreactor. Process Biochemistry. 39: 203-209.

Bello-Perez, L. A., Acapulco, R. R. M. and Irapuato, O. P. 2000. Preparation and properties of physically modified banana starch prepared by alcoholic-alkaline treatment. Starch/starke. 52 (5): 154-159.

Chawla, R. 1992. The changing profile of dual-earner families. Perspectives on Labour and Income. 4(2): 20-29.

Chen, J. and Jane, J. 1994. Properties of granular cold-water-soluble starches prepared by alcoholic-alkaline treatments. Cereal Chemistry. 71 (6): 623-626.

Choi, S.G. and Kerr, W.L. 2003. Effect of hydroxypropylation on retrogradation and water dynamics in wheat starch gels using 1H NMR. Cereal Chemistry. 80: 290-296.

Cui, S. W. 2005. Food Carbohydrates. New York: CRC Press.

Eastman, J. E. and Moore, C. O. 1984. Cold-water-soluble granular starch for gelled food compositions. US Patent 4,465,702.

Fennema, O. R. 1996. Food chemistry. New York: Marcel Dekker.

61

Figoni, P. 2008. How baking works: exploring the fundamentals of baking science second edition. New Jersey: Wiley & Son Inc.

Gisslen, W. 1994. Professional baking L'd edition. New York: Wiley & sons.

Hermansson, A. M. and Svegmark, K. 1996. Developments in the understanding of starch functionality. Trends in Food Science and Technology. 7: 345-353.

Huber, K.C. and BeMiller, J.N. 2001. Location of sites of reaction within starch granules. Cereal Chemistry. 78: 173-180.

Hui, Y. H. 2006. Handbook of food science, technology, and engineering. Florida: CRC Press.

Hung, P.V. and Morita, N. 2005. Physicochemical properties of hydroxypropylated and cross-linked starches from A-type and B-type wheat starch granules. carbohydrate Polymers. 59: 239-246.

Jane, J. L. 2006. Current understanding on starch granule structure. Journal of Applied Glycoscience. 53: 205-213.

Jane, J. L. and Seib P. A. 1991. Preparation of granular cold water swelling/soluble starches by alcoholic-alkali treatments. US Patent 5,057,157.

Jyothi, A. N., Moorthy, S.N. and Rajasekharan, K.N. 2005. Gelatinisation properties of Cassava starch in the presence of salts, acids and oxidizing agents. Starch/ Starke. 57: 547-555.

Jobling, S. 2004. Improving starch for food and industrial applications. Current Opinion in Plant Biology. 7: 210-218.

Karim, A.A., Nadiha, M.Z., Chen, F.K., Phuah, Y.P., Chui, Y.M. and Fazilah, A. 2008. Pasting and retrogradation properties of alkali-treated sagu (Metroxylon sagu) starch. Food hydrocol/oids :22: 1044-1053.

Karim, A.A., Norziah, M.H. and Seow, c.c. 2000. Methods for the study of starch retrogradation. Food Chemistry: 71: 9-36.

62

Karim, A. A., Tie, A.P.L., Manan, D.M.A. and Zaidul, I.S.M. 2008. Starch from the sagu (Metroxylon sagu) palm tree-properties, prospects, and challenges as a new industrial source for food and other uses. Comprehensive Reviews in Food Science and Food Safety. 7: 215-228.

Kartha, P.R. and Srivastava, A. Reaction of epichlorohydrin with carbohydrate polymers. Die Starke. 37: 297-306.

lawai, 0.5., Ogundiran, 0.0., Awokoya, K. and Ogunkunle, A.O. 2008. The low-substituted propylene oxide etherified plantain (Musa paradisiacal normalis) starch: Characterization and functional parameters. Carbohydrate Polymers. 74: 717-724.

Lai, L.N., Karim, A.A., Norziah, M.H. and Seow, c.c. 2002. Effects of Na2C03 and NaOH on pasting properties of selected native cereal starches. Journal of Food Science. 69: 249-256.

Lee, J. S., Kuan, Y. H. and Bujang, A. 2008. Optimization of GCWS sagu stach Prepared by alcoholic alkaline treatment. Paper presented in International Conference on Food Science & Techonology-The Challenge of Universal Food Quality and Safely Regime.

Miyazaki, M., Hung, P. V., Maeda, T. and Morita, N. 2006. Recent advances in application of modified starches for breadmaking. Trends in Food Science and Technology. 17: 591-599.

Muhammad, K., Hussin, F., Man, Y.c., Ghazali, H.M. and Kennedy, IF. 2000. Effect of pH on phosphorylation of sago starch. Carbohydrate Polymer. 42: 85-90.

Ogura, T. 2004. Modified starch and utilization in encyclopedia on starch­science. Tokyo: Asakura-shoten.

Oosten, BJ. Substantial rise of gelatinization temperature of starch by adding hydroxide. Starch/Starke. 31: 228-236.

Panda, T. and Naidu, G.S.N. 1999. Performance of pectolytic enzymes during hydrolysis of pectic substances under assay conditions: a statistical approach. Enzyme and Microbial Technology. 25: 116-124.

63

Radley, J.A. 1976. Industrial uses of starch and its derivatives. London: Applied Science Publishers Ltd.

Rajagopalan, S. and Seib, P.A. 1991. Process for the preparation of granular cold water soluble starch. US Patent 5037929.

Ralph, W. K. and Frank, C. 1958. Food composition. US Patent 2,852,494.

Ratnam B. V. V., Narasimha, R. M., Domodara, R. M., Subba, R. S. and Ayyanna, C. 2003. Optimization of fermentation conditions for the production of ethanol from sagu starch using responsse surface methodology. World Journal Microbrial Biotechnlogy. 19: 523-526.

Ratnayake, W. S. and Jackson, D. S. 2008. Phase transition of cross-linked and hydroxypropylated Corn (Zea mays L.) Starches. LWT. 41: 346-358.

Ruternberg, M.W. and Sioarek, D. 1984. Starch derivatives: production and uses. New York: Academic Press.

5enanayake, S. P. J. N., Shahidi, F. 2002. Lipase-catalyzed incorporation of docosahexaenoic Acid (DHA) into borage oil: optimization using responsse surface methodology. Food Chemistry. 77: 115-123.

Sim, S. L., Oates, C. G. and Wong, H. A. 1991. Studies on sagu starch part 1: characterization and comparison of sagu starches obtained from Metroxylon sagu processed at different times. Starch/Starke. 43 (12): 459-466.

Singh, J., Kaur, L. and McCarthy, 0, J. 2007. Factors influencing the physico­chemical, morphological, thermal and rheological properties of some chemically modified starches for food applications-a review. Food Hydroco/loids. 21: 1-22.

Singh, J. and Singh, N. 2003. Studies on the morphological and rheological properties of granular cold water soluble corn and potato starches. Food Hydroco//oids. 17: 63-72.

Stephen, A.M. and Williams, P.A. 2006. Food polysaccharides and their applications. Florida: CRC Press.

64

Vaclavik, V. A. and Christian, E. W. 2003. Essentials of food science. New York: Kluwer Academic/Plenum Publishers.

Vohra, A. and Satyanarayana, T. 2002. Statistical optimization of the medium components by responsse surface methodology to enhance phytase production by Pichia anomala. Process Biochemistry. 37: 999-1004.

Waldemar, K. 2006. Ergonomics and human factors Volume 3. Florida: CFC Press.

Walter, R. H. 1998. Polysaccharide association structures in food. New York: Marcel Dekker.

Wang, YJ. and Wang, L.F. 2000. Effects of Modification Sequence on Structures and Properties of Hydroxypropylated and Crosslinked Waxy Maize Starch. Starch. 52: 406-412.

Wattanachant, 5., Muhammad, S. K. 5., Hashim, D. M. and Rahman, R. A. 2002. Suitability of sagu starch as a base for dual-modification. Songklanakarin Journal of Science and Technology. 24(3): 421-437.

Wattanachant, 5., Muhammad, S. K. 5., Hashim, D. M. and Rahman, R. A. 2003. Effect of crosslinking reagents and hydroxypropylation levels on dual-modified sago starch properties. Food Chemistry. 80: 463-471.

Wong, D.W.S. 1989. Mechanism and theory in food chemistry. New York: Van Nostrand Reinhold.

Wongsuban, B., Muhammad, K., Ghazali, Z., Hashim, K. and Hassan, M. A. 2003. Enzymatic production of linear long-chain dextrin from sagu (Metroxylon sagu) starch. Food Chemistry. 100: 774-780.

Woo, K. and Seib, P.A. 1997. Cross-lining of wheat starch and hydroxypropylated wheat starch in alkaline slurry with sodium trimetaphosphate. carbohydrate Polymers. 33: 263-271.

Wu, Y. and Seib, P.A. 1990. Acetylated and hydroxypropylated distarch phosphates from waxy barley: paste properties and freeze-thaw stability. Cereal Chemistry. 67: 202-208.

Wurzburg, O.B. 1986. Cross-linked starches. Florida: CRe Press.

6S

Yeh, A.I. and Yeh, S.L 1993. Some characteristics of hydrosypropylated and cross-linked rice starch. Cereal Chemistry. 70 (5): 596-601.

66