Nurhidayah : Pra Rancangan Pabrik Pembuatan Kalsium Laktat Dari Ubi Kayu Berkapasitas 10.000 TonTahun, 2008.
USU Repository © 2009
BAB II TINJAUAN PUSTAKA
2.1. Ubi Kayu
Ubi kayu Manihot utilissima Pohl atau Manihot esculenta Crant berasal dari Amerika Selatan Brazillia. Masuk ke Indonesia pada abad ke –17 melalui
pedagang Portugis. Dalam dunia perdagangan ubi kayu dikenal dengan Cassava Inggris, Yuka Spanyol dan mandiaca Portugal. Sekarang ini Indonesia menjadi
penghasil ubi kayu terbesar kedua di dunia. Pembudidayaan ubi kayu tidak sukar dan dapat tumbuh di tanah-tanah yang kurang subur dengan hasil yang cukup
memuaskan Brautlecht, 1953 Adapun sistematika dari tanaman ubi kayu adalah sebagai berikut:
Divisio : Spermatophyta
Sub divisio : Angiospermae
Kelas : Dicotiledoneae
Ordo : Euphorbiales
Familia : Euphorbiaceae
Genus : Manihot utilissima Pohl atau
Manihot esculenta Crant Nama Daerah : Kentila Aceh, Godong hau Batak, Gawi farasi Nias,
Singkong, Sampean Sunda
2.1.1. Komposisi Zat Yang Dikandung
Kandungan karbohidrat dari ubi kayu adalah tertinggi dibandingkan dengan jenis umbi-umbian lainnya dan hal ini dapat dilihat pada table 1.
Komposisi ubi kayu dipengaruhi oleh varietas, umur panen, lingkungan agronomi dan tempat tumbuh Wijandi, 1976
Pada umumnya kadar pati pada ubi kayu rata-rata 30 . Kadar pati pada jenis ubi kayu pahit lebih tinggi dari pada ubi kayu manis, sehingga jenis ubi kayu
Nurhidayah : Pra Rancangan Pabrik Pembuatan Kalsium Laktat Dari Ubi Kayu Berkapasitas 10.000 TonTahun, 2008.
USU Repository © 2009
yang pahit lebih banyak diperdagangkan untuk membuat tepung tapioca Ciptadi, 1976
Tabel 1. Komposisi Kimia Beberapa Jenis Umbi-umbian segar per 100 gram Yang dapat dimakan.
Bahan Symbol
Ubi Kayu Putih Ubi Kayu Kuning
Kalori Protein
Lemak Karbohidrat
Kalsium Phospor
Besi Vitamin A
Vitamin B1 Vitamin C
Air Bagian yang dapat
dimakan cal
gr gr
gr mg
mg mg
SI mg
mg gr
146,00 1,20
0,30 34,70
33,00 40,00
0,70 0,00
0,06 30,00
75,00 75,00
157,00 0,80
0,30 37,90
33 ,00 40,00
0,70 385,00
0,06 30,00
75,00 75,00
Sumber : Direktorat Gizi Dep.Kes R.I 1972, di dalam Ciptadi, 1976
2.2. Glukosa
Monosakarida yang terpenting dan mengandung enam atom karbon, dikenal dengan nama glukosa C6H12O6 dan dektrosa C6H10O6, yang disebut juga gula
Nurhidayah : Pra Rancangan Pabrik Pembuatan Kalsium Laktat Dari Ubi Kayu Berkapasitas 10.000 TonTahun, 2008.
USU Repository © 2009
darah atau gula anggur. Glukosa merupakan salah satu aldoheksosa yang berisomer, yang merupakan unsur penting dalam alam, maupun karena peranannya yang
penting dalam proses biologis. Glukosa adalah gula yang merupakan hasil ubahan semua karbohidrat dalam tubuh sebelum proses-proses oksidasi. Glukosa dijumpai
dalam semua buah-buahan masak, dan terutama melimpah dalam anggur. Banyak karbohidrat lain misalnya : Maltosa, Sukrosa, dan pati menghasilkan glukosa bila
dihidrolisa. Reaksi kimia dan analisa menyatakan bahwa molekul glujkosa mengandung
lima gugus hidroksil dan sebuah gugus aldehida yang direkatkan pada rantai enam karbon. Maka glukosa dapat dipaparkan oleh rumus bangun berikut ini. Fessenden,
1999
H
HOC2CHCHCHCHC=O OH OHOHOH
Terdapat empat atom karbon kiral yang tidak sama dalam sebuah molekul glukosa, maka akan terdapat 24 atau 16 isomer optis yang mungkin, artinya glukosa
biasa adalah salah satu dari enam belas aldoheksosa, semuanya mempunyai rumus bangun yang sama. Keenam belas gugus itu diisolasi dan diidentifikasi. Sifat-sifat
glukosa : •
Optis aktif
•
Memutar bidang polarisasi
•
Tidak berbau, berbhentuk kristal putih, rasanya manis
• Titik lebur m.p
= 146 C
• Titik beku
= 141,8 C
• Berat molekul
= 180,16 grmol
• Kapasitas panas
= 0,29 kkalkg C
• Spesifik gravity 25
C = 1,544
Perry, 1997
Sirup glukosa gula cair banyak digunakan dalam pembuatan permen, es krim, manisan buah-buahan, campuran obat-obatan, campuran tembakau, campuran
semir sepatu, pembuatan sabun, perekat dan sebagainya. Penggunaannya tergantung pada kadar dektrosa D-Glukosa dan kemurnian sirup.
Nurhidayah : Pra Rancangan Pabrik Pembuatan Kalsium Laktat Dari Ubi Kayu Berkapasitas 10.000 TonTahun, 2008.
USU Repository © 2009
2.3. Pati
Pati adalah homopolimer dsari monosakarida yang merupakan sumber utama energi yang menyusun sebagian besar makanan. Berbagai jenis hasil
pertanian digunakan sebagai sumber pati seperti ubi kayu, jagung, sagu, ubi jalar dan jenis umbi-umbian lainnya Goutara dan Wijandi, 1975.
Pati tersusun dari unsure karbon, hydrogen dan oksigen dengan rumus kimia C6H10O5n. Struktur pati terdiri dari dua komponen yaitu amilosa 10 – 20 dan
amilopektin 80 – 90 . Amilosa merupakan komponen pati yang tidak larut dalam air dingin tetapi
larut dalam air panas 60 – 80 C, mempunyai berat molekul rata-rata 10.000 –
60.000 yang terdiri dari rantai satuan glukosa yang dihubungkan pada kedudukan atom karbon 1,4 oleh
α - glukosida.
CH2OH CH2OH
CH2OH O
O O
OH OH
O O
O O
OH OH
OH
Gambar 1. Rumus Molekul Amilosa
Amilopektin adalah bagian pati yang tidak larut, mempunyai berat molekul rata-rata 60.000 – 1.000.000 yang terdiri dari rantai satuan glukosa yang
dihubungkan pada kedudukan atom karbon dari rantai cabang 1,6 oleh ikatan α -
glukosida Holleman dan Aten, 1956; Mertz, 1960
Nurhidayah : Pra Rancangan Pabrik Pembuatan Kalsium Laktat Dari Ubi Kayu Berkapasitas 10.000 TonTahun, 2008.
USU Repository © 2009
CH2OH H
H
n OH
H O
CH2OH H
OH CH2
H H
H H
O O
n O
n OH
H OH
H
H OH
H OH
Gambar 2 : Rumus Molekul Amilopektin
Komposisi Kimia Pati MenurutBrautlecht 1953, komposisi kimia pati ubi kayu yang sudah diselidiki
bersama Eynen – Lane dapat dilihat dalam table 3 berikut :
Tabel 3. Komposisi Tapioka Menurut Braautlecht Kompaonen
Hasil Analisis Eynen – lane
Barutlecht
Nurhidayah : Pra Rancangan Pabrik Pembuatan Kalsium Laktat Dari Ubi Kayu Berkapasitas 10.000 TonTahun, 2008.
USU Repository © 2009
Air Protein
Lemak Abu
Pati 9,00 – 18,00
0,30 – 1,00 0,10 – 0,40
0,10 – 0,80 81,00 – 89,00
11,30 0,50
0,10 0,90
88,01
Sumber : Brautlecht 1953
Pada garis besarnya, proses pembuatan pati tapioca terdiri dari beberapa tahap Brautlecht , 1953 :
a. Umbi ubi kayu dibuang kulit luarnya lalu dibersihkan
b. Pemarutan umbi, untuk memecahkan dinding sel agar butir pati di dalamnya
dapat terlepas. Dalam pemarutan ini tidak semua sel-sel itu pecah oleh karena itu hasil parutan diremas kuat
c. Peremasan dan penyaringan dengan penambahan air, kemudian
pengendapan pati 24 jam di bak panci. Pati yang mengendap di cuci beberapa kali dengan air sampai cairan menjadi jernih
d. Pengeringan dapat dilakukan di sinar matahari atau di alat pengering, untuk
mencegah perkembangan mikroba e.
Menggiling pati yang masih kasar dan pengayakan
Menurut Brautlecht 1953, dalam hal pengeringan tepung tapioka kadar air yang terbaik berada diantara 10 – 14 . Tetapi pada umumnya untuk pengeringan
tepung tapioka ditetapkan sampai kadar air 14,55 – 17,5 . Kadar air yang tinggi akan memudahkan tumbuhnya jamur dan berbau sehingga tepung menjadi rusak dan
mutunya menurun. Pati dapat dimodifikasi melalui cara hidrolisis, oksidasi, cronslinking dan
subtitusi. Produk-produk modifikasi tersebut diantaranya thin boiling starch, pati teroksidasi, pregelatinized starch dan glukosa Tjokroadikoesoemo, 1986.
2.1.3. Kalsium Carbonat CaCO
3
Nurhidayah : Pra Rancangan Pabrik Pembuatan Kalsium Laktat Dari Ubi Kayu Berkapasitas 10.000 TonTahun, 2008.
USU Repository © 2009
Kalsium Carbonat adalah suatu campuran kimia yang dengan rumus kimianya adalah CaCO
3
. Kalsium Carbonat merupakan suatu unsur yang umum dapat ditemui dalam semua bagian didunia , yang mana komponen utamanya terdiri
dari kulit kerang dan organisme – organisme laut lainnya, dan cangkang telur. Kalsium karbonat dipakai dalam bahan ramuan kapur untuk pertanian dan pada
umumnya mengandung mineral. Pada obat – obatan biasanya digunakan sebagai zat kapur dan antasida.
2.1.4. Asam Laktat
Asam laktat juga disebut dengan asam susu atau cuka susu atau menurut IUPAC adalah cuka 2- hydroxypropanoic dan berperan dalam beberapa proses –
proses biokimia. Asam laktat ditemui pertama kali pada tahun 1780 oleh satu Ahli
kimia bangsa swedia,yaitu Carl Wilhelm, Scheele, dan merupakan salah satu asam karbon dengan satu rumusan kimia dari C3H6O3. Asam laktat mempunyai
kelompok hidroksit sampai gugus karboksil, pembuatan asam laktat cuka hidroksi alfa AHA.
Asam laktatasam susu bersifat kiral dan mempunyai dua isomer optis. Salah satu dikenal sebagai cuka L-+-lactic atau cuka S-lactic. Cuka L-+-Lactic adalah
isometri secara biologi.
2.2. Sifat Bahan
2.2.1. Asam Klorida a.
Sifat Fisika :
Berat molekul : 36,7 grml
Titik didih 760 mmHg
: - 85,023 C
Titik beku pada tekanan saturation tripel point : -114,19
C
Densitas gas, grml Pada 20
C : 0,001526
Pada 25 C
: 0,001500
Indeks reaktif gas n
D 20
pada 1 atm : 0,000415 n
D 25
pada 1 atm : 0,000408 2.2.2. Natrium Hidroksida NaOH
a. Sifat Fisika :
Warna
: PUTIH
Berat molekul : 40 GRML
Nurhidayah : Pra Rancangan Pabrik Pembuatan Kalsium Laktat Dari Ubi Kayu Berkapasitas 10.000 TonTahun, 2008.
USU Repository © 2009
Spesifik grafity
: 2,130
Titik didih 760 mmHg : 1390
C
Titikleleh 760 mmHg : 318,4
C
Viskositas : 1,103 cP
Entropi
S : 64,46 JK mol
Kapasitas kalor Cp
: 59,54 JK mol
Entalpi pembentukan Hf, 25 C
: -425,61 KJmol
Energi bebas Gibbs pembentukan Gf, 25 C : - 379,49 KJmol
Perry, 1997 b.
Sifat Kimia :
Basa kuat
Larut dalam air
Zat yang sangat reaktif
Bereaksi dengan asam menghasilkan garam dan air Reaksi
NaOH + HCl NaCl + H
2
O Perry, 1997
2.2.3. Natrium Klorida NaCl a.
Sifat Fisika :
Berat molekul : 58,45 grmol
Indeks reaktif
: 1,544
Spesifik gravity : 2,163
Titik leleh 760 mmHg : 800,4
C
Titik didih 760 mmHg : 1413 C
Kapasitas kalor Cp
: 50,50 JK mol
Entropi ∆S
NaCl
s
: 72,13 JK mol NaCl
aq
: 115,0 JK mol
Entalpi pembentukan ∆Hf, 25
C NaCls
: -411,15 KJmol NaClaq
: -407,1 KJmol
Energi bebas Gibbs pembentukan ∆Gf,25
C NaCl
s
: -348,14 KJmol NaCl
aq
: -393,0 KJmol Perry, 1997
Nurhidayah : Pra Rancangan Pabrik Pembuatan Kalsium Laktat Dari Ubi Kayu Berkapasitas 10.000 TonTahun, 2008.
USU Repository © 2009
b. Sifat Kimia :
Larut dalam air
Senyawa yang tersusun atas Na dan Cl
Tidak bereaksi dengan asam maupun basa
Perry, 1997 2.2.4. Air H
2
O a.
Sifat Fisika :
Berat molekul : 18,015 grmol
Titik didih 760 mmHg
: 100 C
Titik beku 760 mmHg
: 0 C
Densitas
: 0,998 grml
Tegangan permukaan : 71,97 dynecm
Indeks bias
: 1,3325 n
D
Viskositas
: 8,949 mP
Konstanta disosiasi ionic : 10
-14
Panas ionisasi
: 55,71 KJmol
Panas pembentukan 18 C : 285,89 KJmol
Panas fusi 0
C : 6,010 KJmol
Panas penguapan 100
C : 40,615 C
Konstanta dielektrik
: 77,94
Kecepatan suara : 1496,3 mdet
Komprerssibilitas isothermal : 45,6 x 10
-6
Poanas spesifik
: 4,179 Jgr C
Konduktivitas thermal 20
C : 5,98 x 10
-3
wattcm
2
Ccm
Konduktivitas elektrik : 10
-8
ohm
-1
cm
-1
Kapasitas kalor Cp, 25
C H
2
O
s
: 75,291 JK mol H
2
O
g
: 33,58 JK mol
Entropi ∆S, 25
C H
2
O
s
: 69,91 JK mol H
2
O
g
: 188,83 JK mol
Entalpi pembentukan ∆Hf, 25
C H
2
O
s
: -285,83 KJmol H
2
O
g
: -241,82 KJmol
Nurhidayah : Pra Rancangan Pabrik Pembuatan Kalsium Laktat Dari Ubi Kayu Berkapasitas 10.000 TonTahun, 2008.
USU Repository © 2009
Energi bebas Gibbs pembentukan
∆Gf, 25 C
H
2
O
s
: -237,83 KJmol H
2
O
g
: -228,57 KJmol
Entalpi peleburan, 25 C
: 6,008 KJmol
Entalpi penguapan, 25 C
: 40,656 KJmol Kirk Othmer, 1960
b. Sifat Kimia :
Pelarut netral
Senyawa yang tersusun atas H
2
dan O
2
2H
2
+ O
2
2H
2
O
Senyawa polar karena memiliki pasangan electron bebas
Bereaksi dengan basa kuat dan asam kuat
Bereaksi dengan logam Kirk Othmer, 1960
2.3. Deskripsi Proses
Pabrik Kalsium laktat ini direncanakan menggunakan proses hidrolisa, dengan bahan pertimbangan sebagai berikut :
-. Prosesnya lebih mudah dan sederhana -. Dapat menghasilkan produk yang dapat bersaing di pasar industri
-. Hasil samping berupa pati yang tidak diolah tapi langsung dibuang menjadi limbah
Adapun tahapan proses pembuatan kalsium laktat ini sebagai berikut : 2.3.1.
Tahap awal 2.3.1.1.Penghancuran ubi kayu
Ubi kayu yang telah dikupas dimasukkan ke dalam gudang bahan baku. Karen bentuknya berupa padatan maka perlu dihancurkan. Ubi kayu
dihancurkan dengan mesin penghancur dan menghasilkan serbuk pati yang masih mengandung banyak air.
2.3.2. Tahap Pembuatan
2.3.2.1.Proses hidrolisa Serbuk pati ubi kayu banyak mengandung air 62,5 yang diumpankan ke
dalam reactor hidrolisa. Karbohidrat yang dikandung serbuk pati ubi kayu berupa polihidrat pati. Pati dapat dihidrolisa dalam suasana asam
menghasilkan glukosa. Slamet sudarmadji, 1989 Reaksi :
Nurhidayah : Pra Rancangan Pabrik Pembuatan Kalsium Laktat Dari Ubi Kayu Berkapasitas 10.000 TonTahun, 2008.
USU Repository © 2009
HCl C
6
H
10
O
5 n
C
6
H
12
O
6 n
pati nH
2
O glukosa
Pada unit ini ditambahkan HCl sebagai katalisator dengan perbandingan 4 : 1 dengan bahan baku 4 liter HCl1 kg ubi kayu Ponten Naibaho, 1983. Proses
dapat berlangsung cepat jika dipanaskan hingga 80 C. Pada proses ini konversi
reaksi sebesar 80 . Ponten Naibaho, 1983 Sebelum masuk ke proses selanjutnya, produk yang dihasilkan didinginkan
terlebih dahulu untuk keamanan proses selanjutnya, dengan menggunakan cooler 35
C, 1 atm 2.3.2.2.Proses Pemisahan
Pada proses ini, glukosa akan dipisahkan dari pati ubi kayu yang tidak terhidrolisa. Fasa yang tidak terhidrolisa berupa lemak, protein, dan abu
berbentuk padatan dipisahkan dengan sentrifugal, alat ini bekerja secara kontinu dengan effisiensi 90 Perry, 1997. Padatan akan mengendap dan
dialirkan ke bak penampungan dan selanjutnya dibuang, sedangkan glukosa dialirkan ke reaktor netralisasi.
2.3.2.3.Penetralan Bertujuan untuk menetralkan kandungan HCl dalam glukosa dengan
penambahan NaOH 1 N. Reaksi yang terjadi :
HCl + NaOH
NaCl + H
2
O HCl merupakan asam kuat dan NaOH juga merupakan basa kuat sehingga
bereaksi menghasilkan garam, dengan konversi 99 dan selanjutnya larutan glukosa 0,0028
µm dipisahkan dari NaCl 0,00076 µm. Pemisahaan dilakukan dengan menggunakan membran reverse osmosis, pemisahan ini
berdasarkan perbedaan ukuran molekul dengan effisiensi 97 Perry, 1997. Larutan NaCl yang telah terpisah dialirkan ke bak penampungan.
2.3.2.4.Evaporasi Larutan glukosa yang telah terpisah akan diuapkan untuk menghilangkan air
yang terkandung di dalamnya secara single effect evaporation pada suhu 106
C dan tekanan 1 atm, dengan effisiensi 80 Perry, 1997. Uap yang berasal dari steam dikeluarkan sebagai kondensat, sedangkan air dan sisa
Nurhidayah : Pra Rancangan Pabrik Pembuatan Kalsium Laktat Dari Ubi Kayu Berkapasitas 10.000 TonTahun, 2008.
USU Repository © 2009
HCl yang berasal dari reaktor netralisasi yang terkandung dalam glukosa keluar sebagai uap dari evaporator. Glukosa yang keluar dari evaporator
selanjutnya dialirkan mixer. 2.3.3.
Pencampuran Di dalam mixer ditambahkan bahan pendukung seperti CaCO3, serbuk susu
dan NH42HPO4. Setelah dilakukan pencampuran, hasilnya dialirkan ke fermentor.
2.3.4. Fermentasi
Didalam fermentor dilakukan fermentasi untuk menghasilkan asam laktat dengan bantuan bakteri yang telah dibiakan di culture tank.
2.3.5. Sterilisasi
Didalam tangki steril, semua zat yang telah fermentasi kemudian disterilkan untuk membunuh bakteri yang tidak diinginkan.Setelah disterilkan, maka
produk dialirkan ke decanter untuk memekatkan produk dan dialirkan kembali ke cooler untuk menghilangkan kandungan air. Produk yang telah
terpisah dari air dialirkan kembali ke rotary cooler. Setelah menjadi serbuk, produk siap dipacking dan disimpan ke gudang produksi.
Nurhidayah : Pra Rancangan Pabrik Pembuatan Kalsium Laktat Dari Ubi Kayu Berkapasitas 10.000 TonTahun, 2008.
USU Repository © 2009
BAB III NERACA MASSA
