dengan menggunakan asam fosfat 85 yang selanjutnya dikarekterisasi meliputi gugus fungsi dengan menggunakan Fourier Transform Infrared Spectroscopy
FTIR, termal dengan menggunakan Termogravimetri Analisis TGA dan struktur kristal dengan menggunakan X-radiation X-ray.
1.2. Perumusan Masalah
Adapun permasalahan dalam penelitian ini adalah: 1.
Apakah selulosa kristal rendah dapat diperoleh dari α-selulosa terjadi secara
Hidrolisis dengan menggunakan asam fosfat 85. 2.
Bagaimana karakterisasi α-selulosa dan selulosa kristal rendah melalui uji FTIR, TGA dan X-Ray.
1.3. Pembatasan Masalah
Penelitian ini mengambil batasan-batasan sebagai berikut:
1. Jenis tongkol dari jagung tua untuk pakan ternak.
2. α-selulosa yang digunakan diisolasi dari tongkol jagung yang berasal dari
pemipilan biji jagung dari pabrik kilang jagung. 3.
α-selulosa dihidrolisis dengan menggunakan asam fosfat 85.
1.4. Tujuan Penelitian
1. Untuk memperoleh selulosa kristal rendah dari α-selulosa secara hidrolisis
dengan asam fosfat 85. 2.
Untuk mengetahui karakteristik α-selulosa dan selulosa kristal rendah melalui uji FTIR, TGA dan X-Ray.
Universitas Sumatera Utara
1.5. Manfaat Penelitian
Diharapkan dari hasil penelitian ini, pengetahuan tentang pembuatan selulosa kristal rendah dari tongkol jagung sehingga tongkol jagung memiliki nilai
ekonomis yang lebih tinggi.
1.6. Lokasi Penelitian
Penelitian ini dilakukan di Laboratorium Kimia Dasar USU dan Laboratorium Terpadu USU Medan.
1.7. Metodologi Penelitian
Penelitian ini bersifat eksperimental laboratorium, dimana pada penelitian ini dilakukan dalam tahap:
1. Pada tahap ini adalah proses penyiapan tongkol jagung dimana tongkol
jagung dihaluskan untuk mendapatkan serbuk tongkol jagung. 2.
Pada tahap ini adalah proses serbuk tongkol jagung yang kemudian diisolasi untuk mendapatkan α-selulosa. Karakterisasi yang digunakan
yaitu analisa dengan menggunakan FT-IR, TGA dan X-ray. 3.
Pada tahap ini adalah proses isolasi α-selulosa dengan cara hidrolisis dengan menggunakan asam fosfat 85.
4. Pada tahap ini karakterisasi α-selulosa yang digunakan meliputi analisa
gugus fungsi dengan menggunakan FT-IR analisa thermal dengan menggunakan TGA dan analisa struktur kristal dengan menggunakan X-
ray.
Universitas Sumatera Utara
BAB 2
TINJAUAN PUSTAKA 2.1 Tanaman Jagung
Jagung merupakan tanaman semusim annual. Satu siklus hidupnya diselesaikan dalam 80-150 hari. Paruh pertama dari siklus merupakan tahap
pertumbuhan vegetatif dan paruh kedua untuk tahap pertumbuhan generatif. Jagung memiliki bunga jantan dan bunga betina yang terpisah diklin dalam satu
tanaman monoecious. Tiap kuntum bunga memiliki struktur khas bunga dari suku Poaceae, yang disebut floret. Pada jagung, dua floret dibatasi oleh sepasang
glumae tunggal: gluma. Bunga jantan tumbuh di bagian puncak tanaman, berupa karangan bunga inflorescence. Serbuk sari berwarna kuning dan beraroma khas.
Bunga betina tersusun dalam tongkol. Tongkol tumbuh dari buku, di antara batang dan pelepah daun. Pada umumnya, satu tanaman hanya dapat menghasilkan satu
tongkol produktif meskipun memiliki sejumlah bunga betina. Beberapa varietas unggul dapat menghasilkan lebih dari satu tongkol produktif, dan disebut sebagai
varietas prolifik. Bunga jantan jagung cenderung siap untuk penyerbukan 2-5 hari lebih dini daripada bunga betinanya protandri Anonim, 2011
Gambar 2.1 Buah jagung
Universitas Sumatera Utara
Tanaman jagung mempunyai satu atau dua tongkol, tergantung varietas. Tongkol jagung diselimuti oleh daun kelobot. Tongkol jagung yang terletak pada
bagian atas umumnya lebih dahulu terbentuk dan lebih besar dibanding yang terletak pada bagian bawah. Setiap tongkol terdiri atas 10-16 baris biji yang
jumlahnya selalu genap Hardman and Gunsolus, 1998.
Dalam sistematika taksonomi tumbuhan, kedudukan tanaman jagung diklasifikasikan sebagai berikut:
Kingdom : Plantae
Divisio : Spermatophyta
Subdivisio : Angiospermae
Kelas : Monocotyledoneae
Ordo : Poales
Famili : Poaceae
Genus : Zea
Spesies : Zea Mays L.
2.1.1 Kandungan Kimia Jagung
Di Indonesia dikenal 2 dua varietas jagung yang telah ditanam secara umum, yaitu jagung berwarna kuning dan putih. Kandungan zat-zat dalam jagung
kuning dan putih masing-masing disajikan pada Tabel 2.1 dan Tabel 2.2
Tabel 2.1 Kandungan Komponen dalam 100 g Jagung Kuning Panen Baru Komponen
Kadar Komponen
Kadar
Air g 24
P mg 148
Kalori kal 307
Fe mg 2,1
Protein g 7,9
Vitamin A SI 440
Lemak g 3,4
Vitamin B1 mg 0,33
Karbohidrat g 63,6
Vitamin C mg Ca mg
9
Universitas Sumatera Utara
Tabel 2.2 Kandungan Komponen dalam 100 g Jagung Putih Panen Baru
Komponen Kadar
Komponen Kadar
Air g 24
P mg 148
Kalori kal 307
Fe mg 2,1
Protein g 7,9
Vitamin A SI Lemak g
3,4 Vitamin B1 mg
0,33 Karbohidrat g
63,6 Vitamin C mg
Ca mg 9
Bagian yang kaya akan karbohidrat adalah bagian biji. Sebagian besar karbohidrat berada pada endospermium. Kandungan karbohidrat dapat mencapai
80 dari seluruh bahan kering biji. Karbohidrat dalam bentuk pati umumnya berupa campuran amilosa dan amilopektin. Pada jagung ketan, sebagian besar
atau seluruh patinya merupakan amilopektin.
2.1.2. Manfaat Jagung
Tanaman jagung sangat bermanfaat bagi kehidupan manusia dan hewan. Di Indonesia, jagung merupakan komoditi tanaman pangan kedua terpenting
setelah padi. Di daerah Madura, jagung banyak dimanfaatkan sebagai makanan pokok. Akhir-akhir ini tanaman jagung semakin meningkat penggunaannya.
Tanaman jagung banyak sekali gunanya, sebab hampir seluruh bagian tanaman dapat dimanfaatkan untuk berbagai macam keperluan antara lain:
•
Batang dan daun muda: pakan ternak
•
Batang dan daun tua setelah panen: pupuk hijau atau kompos
•
Batang dan daun kering: kayu bakar
•
Batang jagung: lanjaran turus
•
Batang jagung: pulp bahan kertas
•
Buah jagung muda putren, Jw: sayuran, bergedel, bakwan, sambel goreng
•
Biji jagung tua: pengganti nasi, marning, brondong, roti jagung, tepung, bihun, bahan campuran kopi bubuk, biskuit, kue kering, pakan ternak,
bahan baku industri bir, industri farmasi, dextrin, perekat, industri textil.
Universitas Sumatera Utara
Jadi selain sebagai sumber karbohidrat, jagung juga ditanam sebagai pakan ternak hijauan maupun tongkolnya, diambil minyaknya dari biji, dibuat tepung
dari biji, dikenal dengan istilah tepung jagung atau maizena, dan bahan baku industri dari tepung biji dan tepung tongkolnya.
Disamping itu beberapa penelitian menunjukkan bahwa kandungan senyawa kimia yang terdapat dalam jagung sangat bermanfaat bagi kesehatan,
antara lain : a. Zat Gizi Pemberi Energi atau Zat Gizi Energitika
Zat pemberi gizi terdiri dari karbohidrat, lemak dan protein. Ketiga zat ini dalam proses oksidasi di dalam tubuh menghasilkan energi dalam bentuk
panas. Tubuh akan mengubah panas menjadi energi gerak atau mekanis. Energi yang dihasilkan dinyatakan dalam satuan kalori. Energi ini diubah oleh tubuh
menjadi tenaga untuk aktivitas otot. b. Zat Gizi Pembentuk Sel Jaringan Tubuh atau Plastik
Zat gizi pembentuk sel jaringan tubuh terdiri dari protein, berbagai mineral, dan air. Meskipun protein termasuk juga kelompok energitika, fungsi pokoknya
adalah untuk membentuk sel jaringan tubuh. c. Zat Gizi Pengatur Fungsi dan Reaksi Biokimia di dalam Tubuh atau Zat Gizi
Stimulansia Zat gizi ini berupa berbagai macam vitamin. Fungsi vitamin mirip dengan
fungsi hormon. Perbedaannya, hormon dibuat di dalam tubuh, sedangkan vitamin harus diambil dari makanan.
Dalam jagung kaya akan energi, vitamin, bahkan mineral. Kandungan zat- zat tersebut dapat dimanfaatkan untuk membangun sel-sel otot dan tulang,
membangun sel-sel otak dan sistem saraf, mencegah sembelit menurunkan resiko terkena kanker dan mencegah gigi berlubang. Serat jagungnya membantu
melancarkan pencernaan Yulius,2008.
Universitas Sumatera Utara
2.1.3. Tongkol Jagung
Tongkol jagung merupakan salah satu limbah lignoselulosik yang banyak tersedia di Indonesia. Limbah lignoselulosik adalah limbah pertanian yang
mengandung selulosa, hemiselulosa dan lignin. Masing – masing merupakan senyawa-senyawa yang potensial dapat dkonversi menjadi senyawa lain secara
biologi. Selulosa merupan sumber karbon yang dapat digunakan mikroorganisme sebagai substrat dalam proses fermentasi untuk menghasilkan produk yang
mempunyai nilai ekonomi tinggi Suprapto dan Rasyid, 2002. Karakteristik kimia dan fisika dari tongkol jagung sangat cocok untuk
pembuatan tenaga alternative bioetanol, kadar senyawa kompleks lignin dalam tongkol jagung adalah 6,7 – 13,9, hemiselulose 39,8 dan selulosa 32,3 -
45,6. Selulosa hampir tidak pernah ditemui dalam keadaan murni melainkan selalu berkaitan dengan bahan lain yaitu lignin dan hemiselulosa. Gerrote et al,
2002 dalam sofiyanto 2008, menyatakan bahwa limbah buah jagung yaitu tongkol jagung, dapat dimanfaatkan sebagai bahan baku industri dengan proses biomass
refining berdasarkan sparasi fraksi – fraksi kimianya. Menurut Koswara, 1991 dalam sofiyanto 2008, tongkol jagung adalah tempat pembentukan lembaga dan
gudang penyimpanan makanan untuk pertumbuhan biji. Jagung mengandung kurang lebih 30 tongkol jagung sedangkan sisanya adalah kulit dan biji.
2.2 Selulosa
2.2.1 Pengertian Selulosa
Selulosa adalah polisakarida yang tersusun atas satuan-satuan glukosa yang dihubungkan dengan ikatan glikosida β-1,4 antar molekul glukosa
penyusunya Fessenden dkk, 1992. Bahan ini merupakan komponen penyusun dinding sel tumbuhan yang memberikan daya regang sangat tinggi sehingga
tumbuhan dapat tumbuh dan berkembang John P., 1992.
Universitas Sumatera Utara
Selulosa merupakan salah satu polimer alam yang melimpah dan dapat dimodifikasi dimana kegunaannya sangat luas mulai dari bidang industry kertas,
film transparent, film fotografi, plastic biodegradable, sampai untuk membrane yang digunakan diberbagai bidang industri Misdawati, 2005. Struktur selulosa
terdiri dari rantai polimer β-glukosa yang dihubungkan dengandengan ikatan glikosida 1,4. Isomer β tidak membentuk gulungan seperti isomer α, tetapi selaras
dalam baris paralel oleh ikatan hidrogen diantara kelompok hidroksil pada rantai yang berdekatan. Hal ini menyebabkan selulosa tidak dapat larut dalam air. Ini
memberikan struktur kaku ke dinding sel kayu dan serat yang lebih tahan terhadap hidrolisis dari pada pati Timberlake, 2007.
Gambar 2.2 Struktur Selulosa Gortner, 1938
Struktur selulosa, walaupun unik dan merupakan polisakarida yang sederhana, tetapi dia memiliki pengaruh yang luar biasa di dalam reaksi kimia
kompleks polimer. Secara sistematis struktur kompleks selulosa umumnya dibedakan menjadi tiga tingkat struktural, yaitu 1 tingkat molekul, 2
supramolekul, dan 3 morfologi Klemm, 1998. 1.
Struktur molekul Selulosa merupakan homopolimer linier dari senyawa D-
anhidroglukosapiranosa AGU yang dihubungkan dengan ikatan glikosida β
1,4. Masing-masing AGU memiliki hidroksi pada C
2
, C
3
, dan C
6
. C
1
mempunyai reduksi, sedangkan C
4
nonreduksi. Konformasi C
6
golongan CH2OH diasumsikan menjadi bentuk t-g trans-gauche untuk selulosa I,
sedangkan selulosa II dicampur dalam bentuk g-t dan t-g. Dari penemuan ini, dapat menjelaskan sistem ikatan hidrogen intramolekuler dan intermolekuler.
Ikatan intramolekul anatara O
3
H dan O
5
, dan O
2
H dan O
6
. Ikatan hidrogen
Universitas Sumatera Utara
intramolekul ini menyebabkan selulosa kaku dan dapat menstabilkan dua bentuk helix dari kristal selulosa.
2. Struktur Supramolekul
Ikatan hidrogen O
6
H dan O
3
rantai lainnya O
3
3. Struktur Morfologi
”. Ikatan ini berperan untuk gaya kohesi antar rantai.
Morfologi selulosa berbentuk serat dan film ditandai oleh jaringan antara serat yang berdesakan. Struktur kkulit inti khas untuk morfologi dan produk
selulosa regenerasi. Informasi molekul selulosa dapat diterima dengan menggunakan teknik mikroskop electron SEM atau TEM. Diameter serat
yang seragam mempunyai diameter sekitar 3,5 nm yang diasumsikan oleh Fengel dan Wegener, 1995 Tetapi untuk yang tidak seragam antara 3-20 nm,
tergantung dari sumber selulosa Klemm, 1998.
2.2.2. Sumber Selulosa
Selulosa terdapat dalam tumbuhan sebagai bahan pembentuk dinding sel. Serat kapas boleh dikatakan seluruhnya adalah selulosa. Dalam tubuh kita selulosa
tidak dapat dicernakan karena tidak mempunyai enzim yang dapat menguraikan selulosa. Dengan asam encer tidak dapat terhidrolisis, tetapi oleh asam dengan
konsentrasi tinggi dapat terhidrolisis menjadi selobiosa dan D-Glukosa Poedjiadi, 2006.
Tabel 2.3 Komposisi Kimia dari Beberapa Tipe Selulosa - Penyusun Material
Sumber Komposisi
Selulosa Hemiselulosa
Lignin Ekstrak
Kayu keras 43-47
25-35 16-24
2-8 Kayu lunak
40-44 25-29
25-31 1-5
Sisal 73
14 11
2 Tongkol jagung
45 35
15 5
Batang jagung 35
25 35
5 Kapas
95 2
1 2
Zugenmaier, 2008.
Universitas Sumatera Utara
Berdasarkan derajat polimerisasi DP dan kelarutan dalam senyawa natrium hidroksida NaOH 17,5, selulosa dapat dibedakan atas tiga jenis yaitu :
• Selulosa Alpha Cellulose adalah selulosa berantai panjang, tidak larut dalam larutan NaOH 17,5 atau larutan basa kuat dengan DP derajat polimerisasi
600 - 1500. Selulosa dipakai sebagai penduga dan atau penentu tingkat kemumian selulosa.
• Selulos a β Betha Cellulose adalah selulosa berantai pendek, larut dalam larutan
NaOH 17,5 atau basa kuat dengan DP 15 - 90, dapat mengendap bila dinetralkan.
• Selulosa µ Gamma cellulose adalah sama dengan selulosa β, tetapi DP nya kurang dari 15. Selain itu ada yang disebut Hemiselulosa dan Holoselulosa
yaitu: • Hemiselulosa adalah polisakarida yang bukan selulosa, jika dihidrolisis akan
menghasilkan D-manova, D-galaktosa, D-Xylosa, L-arabinosa dan asam uranat. • Holosefulosa adalah bagian dari serat yang bebas dan sari dan lignin, terdiri dari
campuran semua selulosa dan hemiselulosa. Selulosa tidak pernah ditemukan dalam keadaan murni di alam, tetapi
selalu berasosiasi dengan polisakarida lain seperti lignin, pectin, hemiselulosa, dan xilan. Kebanyakan selulosa berasosiasi dengan lignin sehingga sering disebut
sebagai lignoselulosa. Selulosa, hemiselulosa dan lignin dihasilkan dari proses fotosintesis. Di dalam tumbuhan molekul selulosa tersusun dalam bentuk fibril
yang terdiri atas beberapa molekul paralel yang dihubungkan oleh ikatan glikosidik sehingga sulit diuraikan. Komponen-komponen tersebut dapat
diuraikan oleh aktifitas mikroorganisme. Beberapa mikroorganisme mampu menghidrolisis selulosa untuk digunakan sebagai sumber energi, seperti bakteri
dan fungi.
2.3 Asam Fosfat
Pada akhir-akhir ini, penggunaan asam fosfat asam mineral lemah, tidak beracun dan aman untuk digunakan bila dibandingkan dengan asam organik
Universitas Sumatera Utara
lainnya. Penggunaan asam fosfat telah dianggap metode sederhana dalam pembuatan selulosa. Asam fosfat adalah asam khusus yang dapat membentuk
dimer, oligomer bahkan polimer. Ortofosfat merupakan hasil reaksi dari fosfat pentoksida dengan air. Asam ortofosfat sesuai dengan 72,4 kandungan P
2
O
5
2.4 Alpha Selulosa
. Hidrolisis selulosa dengan asam fosfat meliputi dua proses yaitu esterifikasi antara
gugus hidroksi dari selulosa menjadi selulosa fosfat dan pembentukan ikatan hidrogen diantara group hidroksi dari rantai selulosa.
α-selulosa merupakan selulosa yang mempunyai kualitas paling tinggi murni. Material yang mengandung α-selulosa 92 memenuhi syarat untuk
digunakan sebagai bahan baku utama pembuatan propelan dan atau bahan peledak, sedangkan selulosa kualitas dibawahnya digunakan sebagai bahan baku
pada industri kertas dan industri tekstil. Selulosa merupakan komponen tanaman yang terbesar dan merupakan
komponen penting yang digunakan sebagai bahan baku pembuatan kertas dan merupakan polimer linear dengan berat molekul tinggi yang tersusun seluruhnya
atas ß-D-glukosa dan dapat memenuhi fungsinya sebagai komponen struktur utama dinding sel tumbuhan karena sifat-sifat kimia dan fisiknya maupun struktur
molekulnya Fengel, 1995. Menurut Sjostrom 1995, selulosa merupakan homopolisakarida yang tersusun atas unit ß-D-glukopironosa yang terikat satu
sama lain dengan ikatan glikosida.
2.5 Selulosa Kristal Rendah
