Profiling metabolit porang (Amorphophallus muelleri) berbasis FTIR dan LC-MS berdasarkan variasi usia tanam serta pemodelan kadar glukomanan menggunakan partial least squares regression (PLSr)

INDONESIA:

Glukomanan merupakan polisakarida utama pada umbi porang (Amorphophallus muelleri) yang memiliki potensi pemanfaatan luas dalam bidang pangan, farmasi, dan kesehatan. Kandungan glukomanan dipengaruhi oleh berbagai faktor fisiologis tanaman, termasuk usia tanam. Penelitian ini bertujuan untuk menentukan kadar glukomanan, mengidentifikasi karakteristik gugus fungsi, serta mengevaluasi profil metabolit glukomanan umbi porang berdasarkan variasi usia tanam 1 tahun, 2 tahun, dan 3 tahun. Isolasi glukomanan dari sampel umbi porang dilakukan dengan pengadukan selama 1 jam menggunakan pelarut etanol 70%. Penentuan kadar glukomanan dianalisis menggunakan spektrofotometri UV-Vis dengan metode asam 3,5-dinitrosalisilat (DNS), sedangkan karakterisasi molekuler dilakukan menggunakan instrumen Fourier Transform Infrared Spectroscopy-Attenuated Total Reflectance (FTIR-ATR). Analisis kemometrik yang diaplikasikan meliputi Principal Component Analysis (PCA), Hierarchical Cluster Analysis (HCA), dan Partial Least Squares Regression (PLSr). Evaluasi data didukung oleh analisis statistik parametrik menggunakan uji One-Way ANOVA dan uji lanjut Tukey HSD. Hasil penelitian menunjukkan bahwa rata-rata kadar glukomanan tertinggi diperoleh pada umbi porang usia 1 tahun sebesar 24,02%, diikuti oleh usia 3 tahun sebesar 11,65%, dan usia 2 tahun sebesar 7,28%. Uji ANOVA mengonfirmasi adanya perbedaan rata-rata yang signifikan antar kelompok usia tanam (ρ < 0,05). Karakterisasi FTIR-ATR memperlihatkan keberadaan pita serapan khas glukomanan pada daerah 1300 – 1000 cm-1 yang berasosiasi dengan vibrasi gugus C–O–C ikatan glikosidik. Analisis PCA mampu menjelaskan 87,7% keragaman total data dan memisahkan klaster sampel secara jelas berdasarkan variasi usia tanam. Pemodelan regresi PLSr menunjukkan kemampuan prediksi yang sangat baik dengan nilai koefisien determinasi (R2) sebesar 0,982 dan Root Mean Square Error (RMSE) sebesar 0,985. Analisis LC-MS menunjukkan adanya beberapa ion dominan yang terdeteksi pada standar glukomanan dan sampel porang, terutama m/z 381,0793 pada RT 1,324 – 1,365 menit; m/z 496,3401 pada RT 13,514 – 13,536 menit; m/z 714,5505; m/z 716,5662; m/z 932,6260; dan m/z 934,6424 yang terdeteksi pada rentang 16,221 – 16,284 menit, yang mengindikasikan kemiripan profil ion antar sampel. Oleh karena itu, variasi usia tanam terbukti memengaruhi kadar dan profil metabolit glukomanan umbi porang secara signifikan, sementara spektrum FTIR berpotensi digunakan sebagai prediktor untuk memprediksi kadar glukomanan.

ENGLISH:

Glucomannan is the main polysaccharide in porang tubers (Amorphophallus muelleri), which has the potential for wide use in the food, pharmaceutical, and health sectors. Glucomannan content is influenced by various plant physiological factors, including planting age. This study aims to determine glucomannan levels, identify functional group characteristics, and evaluate the glucomannan metabolite profile of porang tubers based on variations in planting age of 1 year, 2 years, and 3 years. Isolation of glucomannan from porang tuber samples was carried out by stirring for 1 hour using 70% ethanol solvent. Determination of glucomannan levels was analyzed using UV-Vis spectrophotometry with the 3,5-dinitrosalicylic acid (DNS) method, while molecular characterization was carried out using a Fourier Transform Infrared Spectroscopy-Attenuated Total Reflectance (FTIR-ATR) instrument. The chemometric analysis applied included Principal Component Analysis (PCA), Hierarchical Cluster Analysis (HCA), and Partial Least Squares Regression (PLSr). Data evaluation was supported by parametric statistical analysis using one-way ANOVA and Tukey HSD tests. The results showed that the highest average glucomannan content was obtained in 1-year-old porang tubers at 24,02%, followed by 3-year-old tubers at 11,65%, and 2-year-old tubers at 7,28%. The ANOVA test confirmed a significant difference in the average between planting age groups (ρ < 0,05). FTIR-ATR characterization showed the presence of a typical glucomannan absorption band in the 1300–1000 cm-1 region associated with the vibration of the C–O–C group of the glycosidic bond. PCA analysis was able to explain 87,7% of the total data variability and clearly separated sample clusters based on variations in planting age. PLSr regression modeling showed excellent predictive ability with a coefficient of determination (R2) of 0,982 and a root mean square error (RMSE) of 0,985. LC-MS analysis showed the presence of several dominant ions detected in the glucomannan standard and porang samples, especially m/z 381,0793 at RT 1,324–1,365 minutes; m/z 496,3401 at RT 13,514–13,536 minutes; m/z 714,5505; m/z 716,5662; m/z 932,6260; and m/z 934,6424 detected in the range of 16,221–16,284 minutes, which indicates the similarity of ion profiles between samples. Therefore, variations in planting age have been shown to significantly affect the levels and metabolite profiles of porang tuber glucomannan, while the FTIR spectrum has the potential to be used as a predictor to predict glucomannan levels.

ARABIC:

الغلوكومانان هو عديد سكاريد رئيسي في درنات البورانج (أمورفوفالوس موليري) وله إمكانيات واسعة للاستخدام في مجالات الغذاء والصيدلة والصحة. محتوى الغلوكومانان يتأثر بعدة عوامل فسيولوجية للنبات، بما في ذلك عمر النبات. تهدف هذه الدراسة إلى تحديد محتوى الغلوكومانان، والتعرف على خصائص مجموعات الوظائف، وكذلك تقييم ملف تعريف المستقلبات للغلوكومانان في درنات البورانج بناءً على اختلاف عمر الزراعة سنة واحدة، سنتين، وثلاث سنوات. تم عزل الغلوكومانان من عينات درنات البورانج من خلال التحريك لمدة ساعة باستخدام مذيب الإيثانول 70%. تم تحليل محتوى الغلوكومانان بواسطة مطيافية الأشعة فوق البنفسجية-المرئية باستخدام طريقة حمض 3،5-دينيتروساليسيلات (DNS)، بينما تم إجراء توصيف الجزيء باستخدام جهاز مطيافية الأشعة تحت الحمراء بتحويل فورييه مع الانعكاس الكلي المخفف (FTIR-ATR). تُدعم تقييم البيانات من خلال التحليل الإحصائي البرامتري باستخدام اختبار ANOVA باتجاه واحد واختبار توكي HSD اللاحق. أظهرت نتائج البحث أن متوسط محتوى الغلوكو مانان الأعلى تم الحصول عليه من درنة البورانغ بعمر سنة واحدة بنسبة 24,02%، يليه العمر 3 سنوات بنسبة 11,65%، والعمر سنتين بنسبة 7,28%. أكد اختبار ANOVA وجود فرق متوسط كبير بين مجموعات أعمار الزراعة (ρ < 0،05). أظهرت خصائص FTIR-ATR وجود حزمة امتصاص مميزة للغلوكو مانان في المنطقة 1300 – 1000 سم-1 المرتبطة باهتزاز مجموعة C–O–C في الروابط الجليكوسيدية. استطاعت تحليل PCA تفسير 87,7% من التباين الكلي للبيانات وفصل مجموعات العينات بوضوح بناءً على اختلاف أعمار الزراعة. أظهر نموذج الانحدار PLSr قدرة تنبؤ ممتازة بقيمة معامل التحديد (R2) بنسبة 0,982 وخطأ الجذر التربيعي المتوسط (RMSE) بمقدار 0,985.تحليل LC-MS أظهر وجود عدة أيونات مهيمنة تم اكتشافها في معيار الغلوكومانان وعينة البورانج، وخاصةً m/z 381،0793 عند RT 1،324 - 1،365 دقيقة؛ m/z 496،3401 عند RT 13،514 -13،536 دقيقة؛ m/z 714،5505؛ m/z 716،5662؛ m/z 932،6260؛ و m/z 934،6424 التي تم اكتشافها في نطاق 16,221–16,284 دقيقة، مما يشير إلى تشابه ملف الأيونات بين العينات. لذلك، فإن تفاوت عمر النبتة يثبت أنه يؤثر بشكل كبير على محتوى ونمط الاستقلاب الغلوكوماناني لجذر البورانج، في حين أن طيف FTIR لديه إمكانية الاستخدام كمؤشر للتنبؤ بمحتوى الغلوكومانان.