Isolasi Pati dari Ubi Kayu (Manihot utilissima Pohl.) yang Memenuhi Standar Farmakope Indonesia

BAB II
TINJAUAN PUSTAKA
2.1 Ubi Kayu (Manihot utilissima Pohl.)
2.1.1 Sistematika Tumbuhan
Menurut Tjitrosoepomo (1996) klasifikasi tumbuhan singkong (Manihot
utilissima) secara sistematik adalah sebagai berikut:
Kingdom

: Plantae

Divisi

: Spermatophyta

Sub divisi

: Angiospermae

Kelas

: Dicotyledoneae

Ordo

: Euphorbiales

Famili

: Euphorbiaceae

Genus

: Manihot

Spesies

: Manihot utilissima Pohl.

2.1.2 Nama Daerah
Ubi kayu mempunyai banyak nama, yaitu ketela, keutila, ubi kayee (Aceh),
ubi parancih (Minangkabau), ubi singkung (Jakarta), batata kayu (Manado),

bistungkel (Ambon), huwi dangdeur (Sunda), tela pohung (Jawa), tela balandha
(Madura), sabrang sawi (Bali), kasubi (Gorontalo), lame kayu (Makassar), lame aju
(Bugis), kasibi (Ternate, Tidore) (Purwono, 2009).
2.1.3 Deskripsi Tumbuhan
Singkong (Manihot utilissima) adalah tanaman dikotil. Merupakan tanaman
semak belukar tahunan, ubi kayu tumbuh sekitar 1-4 m dengan daun besar yang
menjari dengan 5-9 belahan lembar daun. Daunnya yang bertangkai panjang bersifat
cepat luruh yang berumur paling lama hanya beberapa bulan. Batangnya memiliki

5

Universitas Sumatera Utara

pola percabangan yang khas, yang keragamannya bergantung pada kultivar. Pada
tanaman yang diperbanyak secara vegetatif, akar serabut tumbuh dari dasar lurus.
Umbinya berwarna putih atau kekuning-kuningan (Sudarma, 2013). Singkong
memiliki umbi atau akar pohon yang panjang dengan diameter dan tinggi batang yang
beagam tergantung dari varietasnya. Di Indonesia, umbinya dikenal luas sebagai
makanan pokok penghasil karbohidrat dan daunnya sebagai sayuran (Agoes, 2010).
2.1.4 Kandungan kimia

Singkong segar mempunyai komposisi kimia terdiri dari kadar air sekitar
60%, pati 35%, serat kasar 2,5%, kadar lemak 0,5% dan kadar abu 1%, meskipun
merupakan sumber karbohidrat dan serat makanan, namun sedikit kandungan zat gizi
seperti protein (Litbang, 2011).
Tabel 2.1 Komposisi Kimia Singkong (per 100 gram bahan)
No.
Komponen
1.
Kalori
2.
Protein
3.
Lemak
4.
Karbohidrat
5.
Air
6.
Kalsium
7.

Fosfor
8.
Zat besi
9.
Asam Askorbat
10.
Thiamin
11.
Bagian yang dapat dimakan
Sumber : Departemen Kesehatan (1992).
2.2

Kadar per 100 g
146 kkal
0,8 g
0,3 g
34,7 g
62,5 g
33 mg
40 mg

0,7 mg
30 mg
0,06 mg
75%

Pati
Pati merupakan kabohidrat yang berbentuk granula.Granula pati ini disimpan

dalam biji, akar, atau batang tanaman.Pati berfungsi sebagai cadangan makanan
tanaman dalam masa dormanasi, germinasi, ataupun pertumbuhan. Pati disintesis dari
air dan karbondioksida dengan bantuan klorofil dan sinar matahari. Selama proses
fotosintesis ini, pati terakumulasi di daun dalam bentuk granula-granula kecil dengan

6

Universitas Sumatera Utara

diameter ± 1 µm (Swinkels, 1985). Sedangkan pada waktu malam hari, pati di daun
ini dipecah oleh enzim dan ditranportasikan dalam bentuk glukosa (terutama sukrosa)
ke bagian tanaman yang lain. Pada organ tanaman inilah, beberapa glukosa

dikonversi lagi menjadi pati dan disimpan sebagai cadangan makanan (Knight, 1969).
Molekul pati disimpan dalam bagian amyloplast pada tanaman (Charley, 1982).
Pati merupakan senyawa polisakarida yang terdiri dari monosakarida yang
berikatan melalui ikatan oksigen. Monomer dari pati adalah glukosa yang berikatan
dengan ikatan α (1,4)-glikosidik, yaitu ikatan kimia yang menggabungkan 2 molekul
monosakarida yang berikatan kovalen terhadap sesamanya. Pati merupakan
homopolimer glukosa dengan ikatan -glikosidik. Berbagai macam pati tidak sama
sifatnya, tergantung dari panjang rantai C-nya, serta apakah lurus atau bercabang
rantai molekulnya. Pati terdiri dari dua fraksi yang dapat dipisahkan dengan air
panas.Fraksi terlarut disebut amilosa dan fraksi tidak larut disebut amilopektin.
2.2.1 Granula Pati
Pati terdiri dari butiran-butiran kecil yang disebut granula. Ukuran dan bentuk
granula pati bervariasi, tetapi kebanyakan berbentuk bulat. Di bawah mikroskop,
granula pati merupakan struktur yang dibentuk dari molekul-molekul yang tersusun
konsentris. Ukuran granula pati bervariasi tergantung sumber tanaman, yaitu antara ±
1-150 µm. Bentuk granula pati juga bervariasi dari poligon kecil (pati jagung) sampai
bulatan besar (pati gandum) (Brautlecht, 1953). Bentuk granula pati spesifik untuk
setiap jenis pati, sehingga dapat dibedakan antara satu dengan yang lainnya baik
secara organoleptik maupun secara mikroskopik (Heimann, 1980).
Granula pati ubi kayu memiliki ukuran yang bervariasi antara 5-40 µm dengan

bentuk bulat atau oval (Moorthy, 2004), atau berbentuk bulat dan terpotong di salah
satu ujungnya berbentuk seperti ketel serta memiliki letak hilum di tengah yang jelas

7

Universitas Sumatera Utara

(Brautlecht, 1953). Variasi tersebut dipengaruhi oleh varietas tanaman singkong dan
periode pertumbuhan pada musim yang berbeda (Moorthy, 2004). Rantai polimer
glukosa pada granula pati bergabung satu sama lain melalui ikatan hidrogen yang
kuat membentuk kristal atau misela (Swinkels, 1985). Di antara misela terdapat
daerah yang renggang atau amorf (Pomeranz, 1985). Daerah amorf lebih mudah
dimasuki oleh air karena strukturnya lebih sederhana tidak beraturan. Amilosa
sebagian besar berada pada bagian amorf dari granula pati dan sebagian kecil
menyusun bagian kristalin. Sedangkan, amilopektin merupakan komponen utama
penyusun bagian kristalin pati (Kaletunc dan Breslauer 2003).

Gambar 2.1 Struktur Granula Pati (Anonim,2009)
Daerah kristalin lebih resisten terhadap reaksi enzimatis, reaksi kimia dan
penetrasi oleh air daripada daerah amorf. Granula pati terdiri dari ± 30% daerah

kristalin (Hoseney, 1998). Granula pati di bawah mikroskop akan merefleksikan
cahaya terpolarisasi dan memperlihatkan pola ‘maltose cross’ (pola silang), yang

8

Universitas Sumatera Utara

dikenal dengan nama sifat birefringence (Taggart, 2004). Struktur granula pati secara
keseluruhan dapat dilihat pada Gambar 2.1.
2.2.2 Struktur Molekul Pati
Pati merupakan karbohidrat yang disusun dari atom karbon, hidrogen dan
oksigen dengan rumus molekul (C6H10O5)n. Pati merupakan kondensasi polimer
glukosa dengan ikatan gkukosida pada C1. Ikatan glukosida ini stabil pada kondisi
basa, tetapi akan terhidrolisis pada kondisi asam (Swinkels, 1985). Pati merupakan
gabungan dari dua fraksi, yaitu amilosa dan amilopektin. Pati dari berbagai sumber,
satu per empat bagian merupakan amilosa dan tiga per empat bagian merupakan
amilopektin (Charley, 1982). Perbedaan antara kedua makromolekul tersebut terletak
pada pembentukan percabangan pada struktur liniernya, ukuran derajat polimerisasi,
ukuran molekul, dan pengaturan posisi pada granula pati.
Tabel 2.2 Sifat Fisik dan Kimia Berbagai Jenis Pati

Kandungan
Ukuran
Amilosa
Granula
Jenis Pati
Bentuk Granula
(% rasio)
(µm)
Sagu
Elips agak terpotong
20 – 60
27
Beras
Poligonal
3–8
17
Jagung
Poligonal
5 – 25
26

Kentang
Bundar
15 – 100
24
Ubi Kayu
Oval
5 – 35
17
Gandum
Elips
2 – 35
25
Ubi Jalar
Poligonal
16 – 25
18
Sumber: Knight (1969)

Kandungan
Amilopektin

(% rasio)
23
83
74
76
83
75
82

Pati dari sumber yang berbeda memilki ratio amilosa-amilopektin yang
berbeda pula. Pati jagung, gandum, dan sorghum memiliki kandungan amilosa yang
lebih tinggi (amilopektin ± 28%) dibandingkan dengan kelompok umbi-umbian
seperti ubi kayu dan kentang (amilosa 20%) (Swinkels, 1985). Variasi komponen
amilosa dan amilopektin berkaitan kompleksitas biosintesis pati (Copeland, et al.,
2009). Perbandingan amilopektin dengan amilosa bervariasi tergantung dari jenis

9

Universitas Sumatera Utara

sumber patinya, normalnya adalah 80 : 20. Rasio ini memiliki pengaruh penting
untuk mengetahui sifat dan tingkah laku pati (Knight, 1969). Data perbandingan
amilosa dan amilopektin pada berbagai sumber pati disajikan pada Tabel2.2.
2.2.2.1 Amilosa
Amilosa merupakan polimer glukosa rantai lurus dengan ikatan α-(1,4)-Dglukosa (Swinkels, 1985) dan sebanyak 0,5% merupakan rantai cabang (Copeland, et
al., 2009). Amilosa memiliki derajat polimerisasi 1000-10000 unit glukosa
(Copeland, et al., 2009). Perilaku amilosa dalam pangan didominasi oleh dua sifat,
yaitu kemudahan amilosa untuk membentuk kompleks dengan polimer lain dan
kemampuan amilosa untuk membentuk kristalin akibat interaksi molekular (Banks, et
al., 1973).

Gambar 2.2 Struktur Amilosa (Taggart, 2004).
Amilosa memiliki afinitas terhadap iodin dan molekul lain yang mengandung
gugus hidrofobik dan hidrofilik, seperti asam lemak dan berbagai surfaktan
(Wurzburg, 1968), butanol, fenol, dan hidrokarbon (Swinkels, 1985), dimana
kompleks yang ada membentuk formasi heliks. Kemampuan pembentukan kristal
oleh amilosa dikarenakan struktur amilosa cukup sederhana sehingga mempunyai
kecenderungan untuk terorientasi secara pararel antara rantai yang satu dengan yang
lain dan saling mendekat, membentuk satu polimer yang dihubungkan oleh ikatan
hidrogen (Taggart, 2004).

10

Universitas Sumatera Utara

2.2.2.2 Amilopektin
Amilopektin merupakan polimer yang lebih besar, dengan bobot molekul 108
dan derajat polimerisasi lebih dari satu juta (Copeland, et al.,2009). Amilopektin
merupakan glukosa yang memiliki rantai bercabang yang terdiri dari ± 10-60 unit
glukosa dengan ikatan α-(1,6)-D-glukosa. Percabangan ini membuat berat molekul
amilopektin 1000 kali lebih berat dari berat molekul amilosa. Berbeda dengan
amilosa, ukuran dan percabangan dari amilopektin ini dapat menghalangi gerakan
molekul dan kecenderungannya untuk saling membentuk ikatan intermolekul. Oleh
karena itu diperlukan ikatan hidrogen yang lebih ekstensif untuk terjadinya
retrogradasi (Taggart, 2004) sehingga membutuhkan waktu yang lama untuk
beretrogradasi dibandingkan dengan amilosa (Wurzburg, 1968). Amilopektin
cenderung lemah dalam gelasi, retrogradasi, dan sineresis karena stuktur cabang yang
dimilikinya. Semakin tinggi kadar amilopektin, semakin tinggi kemampuan hidrasi
karena percabangan amilopektin lebih reaktif untuk mengikat air (Panikulata, 2008).

Gambar 2.3 Struktur Amilopektin (Taggart, 2004).
2.3

Pembuatan Pati
Pada prinsipnya pembuatan pati adalah memisahkan komponen pati dari

dalam sel umbi ubi kayu kemudian memisahkan dari komponen lainnya sehingga
didapat pati dalam keadaan semurni mungkin. Prinsip pengolahan pati terdiri dari
empat tahap penting, yaitu: (1) Pemecahan sel dan pengambilan atau pemisahan
granula pati dari bagian lain yang tidak larut dengan cara pencucian, pengupasan,

11

Universitas Sumatera Utara

pemarutan, penyaringan; (2) Pengambilan pati dengan penambahan air, kemudian
diendapkan dan dicuci; (3) Penghilangan air (pengeringan) dan (4) Penepungan agar
mendapatkan pati yang dikehendaki (Makfoeld, 1982). Diagram alir pembuatan pati
dapat dilihat pada Gambar 2.4.
Pada dasarnya, bahan baku yang digunakan untuk memproduksi pati dapat
berasal dari semua jenis ubi kayu. Sebelum diolah menjadi pati, ubi kayu dikupas
untuk menghilangkan kotoran dan kulit. Setelah itu, pencucian dilakukan untuk
menghilangkan lendir (lapisan kambium) dan kotoran yang masih menempel pada
umbi. Lendir akan menimbulkan warna yang tidak diinginkan.
Selama penyaringan dapat ditambah air untuk membantu memisahkan granula
pati dari matriks serat dan menjaga saringan tetap bersih. Penyaringan dengan
penambahan air ini dilakukan bertahap sampai pati terekstrak semaksimal mungkin.
Hasil penyaringan kemudian diendapkan. Pengendapan sangat tergantung pada
diameter granula pati, keasaman dari mediumnya, kandungan protein yang ikut, dan
zat kolodial lainnya (Makfoeld, 1982). Berbagai bahan kimia seperti asam sulfat
(0.001 mL/L), klorin (1 mg/L), tawas (0.1 g/L), dan sulfur dioksida sering
ditambahkan selama proses pengendapan untuk mempersingkat waktu, meningkatkan
keputihan, dan kekompakan endapan pati yang dihasilkan.
Pati akan memisah dengan mengendap di bagian bawah, sedangkan bagian
supernatan dipisahkan dan dibuang. Endapan pati yang berbentuk padat semi cair ini
dikeringkan dalam oven pengering (Sajeev, et al, 2002). Endapan pati ini memiliki
kadar air sekitar 35%-40%. Pengeringan dilakukan pada suhu yang tidak terlalu tinggi
yaitu di bawah suhu gelatinisasi untuk mencegah terjadinya gelatinisasi pati yang
akan menurunkan mutu pati. Hasil pengeringan ini menghasilkan gumpalangumpalan pati kasar. Setelah itu gumpalan pati ini digiling. Hasil penggilingan ini

12

Universitas Sumatera Utara

menghasilkan pati dengan ukuran mesh pati yang belum seragam (Sriroth, et al,
2000).
Ubi kayu
Kotoran

Pemotongan dan Pembersihan
Potongan Ubi

Kulit

Pengupasan
Umbi
Pemarutan (Pemecahan Jaringan)

Ampas

Parutan
Umbi
Penyaringan dan Pencucian
Butiran Pati

Air
Rendama
n

Perendaman dan Pengendapan
Endapan Granula Pati
Pengeringan
Endapan Pati
Penghancuran
Pengayakan
Pati

Gambar 2.4 Diagram alir pembuatan pati (Makfoeld, 1982).
2.4

Air
Air merupakan zat kimia yang penting bagi semua bentuk kehidupan yang

diketahui sampai saat ini di bumi. Air adalah senyawa kimia dengan rumus kimia
H2O, pada kondisi standar, air bersifat tidak berwarna, tidak berasa dan tidak berbau.

13

Universitas Sumatera Utara

Air merupakan suatu pelarut yang penting, yang memiliki kemampuan untuk
melarutkan banyak zat kimia lainnya, seperti garam-garam, gula, asam, beberapa
jenis gas dan banyak macam molekul organik (Kusmayadi, 2008).
2.4.1 Air PDAM
Menurut Peraturan Pemerintah Nomor 82 Tahun 2001 tentang pengelolaan
kualitas air dan pengendalian pencemaran air, air PDAM dikelompokkan menjadi air
kelas satu, air yang peruntukkannya dapat digunakan untuk air baku air minum,
dan/atau peruntukkan lain yang mempersyaratkan mutu air yang sama dengan
kegunaan tersebut. Air PDAM yang dialirkan ke konsumen telah memenuhi standar
SNI, namun pencemaran bisa saja terjadi pada saat pendistribusian hingga saat
penggunaan air PDAM. Pencemaran yang dimaksud adalah virus, bakteri patogen,
parasit dan bahan kimia.
2.4.2 Air Suling
Air suling dikenal juga sebagai akuades, aqua destilata adalah air hasil
penyulingan tidak sama dengan air mineral, bahkan tidak ada kandungan mineralnya
(Ditjen, POM., 1979). Air suling adalah air yang dihasilkan dari proses destilasi
dimana air

dipanaskan hingga mendidih, uap yang dihasilkan masuk kedalam

kondensor/pendingin sehingga uap air berubah kedalam wujud cair, air ini ditampung
dalam wadah. Proses penyulingan dapat menghilangkan mikroba dan/atau kotoran
dalam air. Proses pemurnian air ini dianggap sangat efektif dalam membuat air bersih
dan hampir murni. Seiring dengan itu mineral yang mungkin menjadi bagian dari air
juga akan berkurang bahkan tidak ada sama sekali (Anonim, 2016).

14

Universitas Sumatera Utara

2.5

Pati Ubi Kayu Standar Farmakope Indonesia
Menurut Farmakope Indonesia edisi kelima, pati singkong adalah pati yang

diperoleh dari umbi akar Manihot utilissima Pohl (Familia Euphorbiaceae). Syarat
mutu pati sesuai dengan standar Farmakope Indonesia dapat dilihat pada Tabel 2.3.
Tabel 2.3 Syarat Mutu Pati Sesuai Standar Farmakope Indonesia Edisi V
Kriteria Uji
Satuan
Persyaratan
Pemerian
Mikroskopik

-

Kelarutan
a. dalam air dingin
b.dalam etanol
Identifikasi
a. dididihkan dalam air

-

Serbuk sangat halus; putih
Butir tunggal, agak bulat atau
bersegi banyak; butir kecil
diameter 5-10 µm, butir besar
bergaris tengah 20-35 µm; hilus
ditengah berupa titik, garis lurus
atau bercabang tiga; lamela tidak
jelas, konsentris; butir majemuk
sedikit, terdiri dari 2 atau 3 butir
tunggal
yang
tidak
sama
bentuknya.
a. Praktis tidak larut
b. Praktis tidak larut
a. terbentuk larutan kanji encer

-

b.terbentuk warna biru tua yang
hilang pada pemansan dan timbul
kembali pada pendinginan
Keasaman
mL NaOH 0,1 N Maksimal 2,0
Susut pengeringan
% b/b
Maksimal 15,0
Sisa pemijaran
%b/b
Maksimal 1,0
Angka Lempeng Total
koloni/g
1000
Batas Mikroba
Tidak
boleh
mengandung
Escherichia coli
Sumber : (Kemenkes, RI., 2013)
b. penambahan iodum
0,05 M

-

15

Universitas Sumatera Utara