PRARANCANGAN PABRIK DEKSTROSA DARI Manihot utilissima DENGAN PROSES HIDROLISIS ENZIMATIS KAPASITAS 60.000 TON/TAHUN (Perancangan Reaktor Sakarifikasi (RS-201))

PRA RANCANGAN PABRIK DEKSTROSA

DARI MANIHOT UTILISSIMADENGAN PROSES HIDROLISIS ENZIMATIS KAPASITAS PRODUKSI

60.000 TON/TAHUN

Oleh

INDRA WIBAWA DWI SUKMA

Pabrik Dekstrosa berbahan baku manihot utilissima, akan didirikan di Lampung Tengah, Lampung. Pabrik ini berdiri dengan mempertimbangkan ketersediaan bahan baku, sarana transportasi yang memadai, tenaga kerja yang mudah didapatkan dan kondisi lingkungan.

Pabrik direncanakan memproduksi dekstrosa sebanyak 60.000 ton/tahun, dengan waktu operasi 24 jam/hari, 330 hari/tahun. Bahan baku yang digunakan adalah manihot utilissimasebanyak 9.166,194 kg/jam.

Penyediaan kebutuhan utilitas pabrik dektrosa berupa: pengadaan air, pengadaan steam, pengadaan listrik, kebutuhan bahan bakar, dan pengadaan udara kering.

Bentuk perusahaan adalah Perseroan Terbatas (PT) menggunakan struktur organisasi linedan staffdengan jumlah karyawan sebanyak 186 orang.

Dari analisis ekonomi diperoleh:

Fixed Capital Investment (FCI) = Rp 258.873.276.032,07 Working Capital Investment (WCI) = Rp 45.683.519.299,78 Total Capital Investment (TCI) = Rp 304.556.795.331,85

Break Even Point (BEP) = 34,96 %

Shut Down Point (SDP) = 15,35 %

Pay Out Time before taxes (POT)b = 1,76 tahun Pay Out Time after taxes (POT)a = 2,11 tahun Return on Investment before taxes (ROI)b = 39,70 % Return on Investment after taxes (ROI)a = 31,76 %

Discounted cash flow (DCF) = 39,09 %

Mempertimbangkan paparan di atas, sudah selayaknya pendirian pabrik dekstrosa ini dikaji lebih lanjut, karena merupakan pabrik yang menguntungkan dan mempunyai masa depan yang baik.

PROSES HIDROLISIS ENZIMATIS KAPASITAS

60.000 TON/TAHUN

(Perancangan Reaktor Sakarifikasi (RS-201))

Oleh

INDRA WIBAWA DWI SUKMA

Skripsi

Sebagai salah satu syarat untuk mencapai gelar Sarjana Teknik

Pada

Jurusan Teknik Kimia

Fakultas Teknik Universitas Lampung

FAKULTAS TEKNIK

UNIVERSITAS LAMPUNG

BANDAR LAMPUNG

2014

Halaman

DAFTAR GAMBAR DAFTAR TABEL I. PENDAHULUAN

A. Latar Belakang ... 1

B. Kegunaan Produk ... 2

C. Ketersediaan Bahan Baku... 3

D. Analisa Pasar ... 3

E. Kapasitas Produksi Pabrik ... 9

F. Lokasi Pabrik ... 10

II. PEMILIHAN DAN URAIAN PROSES A. Jenis- Jenis Proses ... 13

1. Hidrolisis Pati Menggunakan Asam... 14

2. Hidrolisis pati menggunakan enzim... 16

B. Pemilihan Proses... 19

C. Uraian Proses ... 43

III. SPESIFIKASI BAHAN BAKU DAN PRODUK A. Sifat Sifat Bahan Baku ... 46

B. Sifat Sifat Bahan Pembantu... 47

C. Sifat Sifat Produk ... 49

IV. NERACA MASSA DAN NERACA ENERGI A. Neraca Massa ... 51

B. Neraca Energi ... 56

V. SPESIFIKASI PERALATAN A.Peralatan Proses ... 61

VI. UTILITAS DAN PENGOLAHAN LIMBAH A. Unit Pendukung Proses (Utilitas)... 85

1. Unit Penyedia dan Pengolahan air... 85

2. Unit Penyedia Steam ... 96

3. Unit Penyediaan Udara Tekan... 96

D. Instrumentasi dan Pengendalian Proses ... 112

VII. TATA LETAK PABRIK A. Lokasi Pabrik ... 120

B. Tata Letak Pabrik... 123

C. Tata Letak Alat Proses... 128

VIII. ORGANISASI DAN MANAJEMEN PERUSAHAAN A. Bentuk Perusahaan ... 130

B. Struktur Organisasi Perusahaan ... 133

C. Tugas dan Wewenang ... 136

D. Status Karyawan dan Sistem Penggajian ... 144

E. Pembagian Jam Kerja Karyawan ... 145

F. Penggolongan Jabatan dan Jumlah Karyawan ... 147

G. Kesejahteraan Karyawan... 151

XI. INVESTASI DAN EVALUASI EKONOMI A. Investasi ... 154

B. Evaluasi Ekonomi... 157

C. Angsuran Pinjaman ... 160

D. Discounted cash flow... 160

X. SIMPULAN DAN SARAN A. Simpulan ... 162

B. Saran ... 162

DAFTAR PUSTAKA

LAMPIRAN A PERHITUNGAN NERACA MASSA LAMPIRAN B PERHITUNGAN NERACA ENERGI

LAMPIRAN C PERHITUNGAN SPESIFIKASI PERALATAN PROSES LAMPIRAN D PERHITUNGAN UTILITAS

LAMPIRAN E INVESTASI DAN EVALUASI EKONOMI LAMPIRAN F PERANCANGAN REAKTOR 01 (RE-201)

BAB I

PENDAHULUAN

A. LatarBelakang

Indonesia sebagai negara agraris memiliki hasil pertanian yang sangat

melimpah. Namun hasil pertanian tersebut sebagian besar belum dapat dimanfaatkan

secara maksimal. Umumnya hasil pertanian tersebut masih dipasarkan untuk

dikonsumsi langsung. Agroindustri adalah sektor yang sangat potensial untuk

dikembangkan. Pengembangan sektor ini akan dapat menambah nilai jual hasil

pertanian dan membantu meningkatkan taraf hidup para petani di Indonesia.

Salah satu hasil pertanian yang belum dimanfaatkan secara maksimal adalah

Manihot utilissima (Singkong). Selama ini manihot

utilissimabiasanyadigunakansebagaipakanternakdanbahanpangantradisionalnomortig

asetelahberasdanjagung.

Pemanfaatanmanihotutilissimasebagianbesardiolahmenjadiproduksetengahjaditepung

tapioka, gaplek, danchips.Produkolahan yang lain adalahbahanbakupembuatan tape,

getuk, kripikdan lain-lain. Padahal, kandunganpatidarimanihotutilissima yang

lebihbernilaitinggi seperti untuk pembuatan dekstrosa sebagai pemanis pada sektor

industri lain.

Dekstrosaadalahsejenisgulatermasukmonosakaridadenganrumusmolekul C6H12O6

yang dibuatmelalui proses hidrolisispati. Proses

hidrolisispatimenjadisirupdekstrosadapatdilakukandenganberbagaimetode,

misalnyasecaraenzimatis, kimiawi,maupunkombinasikeduanya.

Sampaisaatiniperangulasebagaipemanismasihdidominasiolehgulapasir

(sukrosa).Berdasarkankenyataantersebut,

harusdiusahakanalternatifbahanpemanisselainsukrosa.Dewasainitelahdigunakanberba

gaimacambahanpemanisalamimaupunsintesis.Baik yang berkalori, rendahkalori,

dannonkalori yang dijadikanalternatifpenggantisukrosasepertisiklamat, aspartame,

stevia,

dangulahasilhidrolisispati.Industrimakanandanminumansaatinimemilikikecenderunga

nuntukmenggunakandekstrosa.Hal

inididasariolehbeberapakelebihansirupdekstrosadibandingkansukrosadiantaranyadeks

trosatidakmengristalsepertihalnyasukrosajikadilakukanpemasakanpadasuhutinggi,

inti Kristal tidakterbentuksampailarutandekstrosamenjapaikejenuhan 75%.

(http://journal.uii.ac.id, 2011)

B. Kegunaan Produk

Dekstrosabanyakdigunakandalamindustrimakanan,

dekstrosajugadigunakandalamindustrikimiadanfarmasisebagaibahanpembuatan

sorbitol dandigunakansebagaiobatuntukanak-anaksertasebagailarutaninfus.

C. Ketersediaan Bahan Baku

Manihotutilissimamerupakan salah satubahanbakupembuatandekstrosa dan

tanaman yang mempunyaidayaadaptasilingkungan yang sangaluas,

sehinggamanihotutilissimadapattumbuh di semuaprovinsi di Indonesia. Di Indonesia

luaspenanamanmanihotutilissima pada Tahun 2011 luastanamnya 1.219.107 ha

dengan produksi manihot utilissima sebesar 24.080.021 ton (Statistik Indonesia,

2011). Adapun selama ini

pemanfaatanmanihotutilissimasebagianbesardiolahmenjadiproduksetengahjadiberupa

pati (tapioka), tepungManihot Utillsima, gaplek, danchips. Produkolahan yang lain

adalahbahanbakupembuatan tape, getuk, kripikdan lain-lain. Padahal,

kandunganpatidarimanihotutilissima yang tinggimerupakanpotensi yang

besaruntukdikembangkanmenjadiproduk yang lebihbernilaitinggi.

(http://www.litbang.deptan.go.id/download/one/104/, 6 September 2013)

D. Analisa Pasar

Analisis pasar merupakan langkah untuk mengetahui seberapa besar

minatpasar terhadap suatu produk. Adapun analisis pasar meliputi data impor, data

1. Data Impor

Industri- industri pengolahan makanan maupun minuman menggunakan

dekstrosa sebagai bahan baku pemanis tambahan yang komposisinya sesuai diatur

oleh BPOM Indonesia. Berikut ini data impor dekstrosa di Indonesia pada beberapa

tahun terakhir.

Tabel 1.1 Dataimpordekstrosa

Tahun Dataimpor (ton/tahun)

2003 444,925

2004 2.875,795

2005 3.345,471

2006 12.249,411

2007 15.817,803

2008 21.572,474

2009 21.743,106

2010 41.303,296

BPS (Badan Pusat Statistik)

Dari data Badan Pusat Statistik di Indonesia menunjukkan bahwa kebutuhan

dekstrosa di Indonesia setiap tahunnya mengalami peningkatan. Hal ini yang

menyebabkan diperlukannya industri yang memproduksi dekstrosa guna memenuhi

kebutuhan yang meningkat di dalam negeri sehingga dapat menekan angka

Gambar 1.1. Kebutuhan Impor Dekstrosa

Pada Gambar 1.1 denganmenggunakanmetodepersamaan polinomial orde

2diperolehpersamaany = 605,75 x2 -230,42 x+509,2 dimana x adalahjumlahtahun yang dihitung. Dari persamaaniniuntuktahun 2015diperolehdata impor desktrosa

sebesar99.877,3Ton.

2. Data Konsumsi

Dekstrosa banyak dimanfaatkan untuk pemanis pada Industri Makanan

maupun Minuman. Adapaun data kandungan dekstrosa pada minuman karbonasi

adalah 10 %, sedangkan makanan ringan mengandung 8,5 % (BPOM, 2012). Maka

data konsumsi dekstrosa pada makanan biskuit dan minuman karbonasi terdapat pada

Tabel 1.2.

Tabel 1.2. Konsumsi dekstrosa pada minuman karbonasi dan makanan biskuit

y = 605,7x2_{- 230,4x + 509,2}

R² = 0,940

0 5.000 10.000 15.000 20.000 25.000 30.000 35.000 40.000 45.000

2002 2003 2004 2005 2006 2007 2008 2009 2010 2011

Data Impor Sirup Glukosa Poly. (Data Impor Sirup Glukosa)

Ju m la h D e k st ro sa I m p o r (T o n ) Tahun

Tahun

KonsumsiDekstrosa pada Minuman Karbonasi

(Ton)

KonsumsiDekstrosa pada Makanan

Biskuit (Ton)

Total Konsumsi Dekstrosa Pada Makanan Biskuit dan Minuman Karbonasi (Ton)

2009 161.674 47.067,696 208.741

2010 179.637 55.373,76 235.011

2011 199.597 65.145,6 264.743

2012 229.538 74.917,44 304.456

Sumber: -Industries|UpdateVol. 7 April 2012, Mandiri

-http://www.indonesiafinancetoday.com/read/2994/Emiten-Makanan

Tingkatkan-Kapasitas-Produksi-15 pada 20 Februari 2013

Berdasarkan data padaTabel1.2., konsumsidekstrosaterusmeningkat.Hal ini

disebabkan karena permintaan akan makanan dan minuman yang terus meningkat

yang diimbangi dengan jumlah penduduk yang terus menungkat setiap tahunnya.

Tabel 1.3. Jumlah Penduduk Indonesia

No Tahun Jumlah Penduduk (Jiwa) 1 2009 231.369.500 2 2010 237.641.326 3 2011 241.182.182 4 2012 244.775.797

Sumber: Badan Statistik Indonesia

Berdasarkan data Badan Statistik Indonesia diproyeksikan laju pertumbuhan

penduduk pada rentang tahun 2010-2020 berkisar 0,92 % setiap tahunnya

(http://www.datastatistik-indonesia.com).

= / −1 × 100 ….(1.1) Keterangan:

r1 = lajupertumbuhanpendudukrentangtahun ke-5

Pt = jumlahpendudukpadatahun 2015

Po = jumlahpendudukpadatahun 2010

t = selisihtahun 2015 dan 2010

0,92 =

. . /

−1 × 100

0,92x 10-2 =

. . /

−1 . . = 1,0092

5

Pt = 248. 775. 825 jiwa

Dari data jumlahpendudukpada Tabel 1.3dankebutuhandekstrosadi Indonesia

pada Tabel 1.2.,makadapatdigrafikkansebagaiberikut:

y = 0,006x - 1E+06 R² = 0,946

0 50 100 150 200 250 300 350

230 235 240 245 250

Kebutuhan dekstrosa pada makanan biskuit dan minuman karbonasi terhadap jumlah penduduk

Linear (Kebutuhan dekstrosa pada makanan biskuit dan minuman karbonasi terhadap jumlah penduduk) K o n su m si d e k st ro sa (R ib u T o n )

Gambar 1.2. KonsumsiDekstrosa pada Minuman Karbonasi dan Makanan

Biskuit Terhadap Jumlah Penduduk

Denganmenggunakanpersamaan linear padaGambar1.2,

makadiperkirakankonsumsi dekstrosadi Indonesia padatahun 2015

denganjumlahpenduduk248.775.825 jiwayaitu:

Kebutuhan Dekstrosa (y) = 0,006 (248.775.825) – 1E+06= 492.655 Ton

3. Data Produksi

Pabrik Dekstrosa yang sudah beroperasi di Indonesia dan perkembangan data

produksi setiap tahunnya adalah sebagai berikut:

Tabel 1.3.Data Produksi Dekstrosa Yang Telah Ada

Tahun

Produksi Dekstrosa PT Sorini Agro Asia

(Ton)

Produkdi Dekstrosa PT Budi Acid Jaya

(Ton)

Total Data Produksi Dekstrosa

(Ton)

2006 27.750 64.800 92.550

2007 32.150 64.800 96.950

2008 33.500 64.800 98.300

2009 33.500 82.246 115.746

2010 48.280 82.246 130.526

2011 58.280 98.134 156.414

2012 58.280 98.134 156.414

Sumber: Philip SecuritiesIndonesia, 2010

Laporan Tahunan PT. Budi Acid Jaya Tbk, 2010

Pada Tabel 1.3. menunjukkan bahwa produksi dekstrosa mengalami

Indonesia dan konsumsi penduduk Indonesia akan produk makanan dan minuman,

dimana telah disampaikan pada Gambar 1.1. dan Gambar 1.2..

Gambar 1.3. Produksi dekstrosa yang telah ada

Berdasarkan Gambar 1.3. denganmenggunakanmetodepersamaan

linieardiperolehpersamaany =12241x + 72022dimana x adalahjumlahtahun yang

dihitung. Dari persamaanini, diperkirakandata produksi dekstrosa pada Tahun 2015

sebesar194.432Ton.

E. Kapasitas Produksi Pabrik

Kapasitas produksi suatu pabrik ditentukan berdasarkan kebutuhan konsumsi

produk dalam negeri, data impor, serta data produksi yang telah ada, sebagaimana

dapat dilihat dari berbagai sumber, misalnya dari Biro Pusat Statistik, dari biro ini

dapat diketahui kebutuhan akan suatau produk untuk memenuhi kebutuhan dalam

negeri dari data industri yang telah ada. Berdasarkan data- data ini, kemudian

y = 12241x - 72022 R² = 0,926

0 20 40 60 80 100 120 140 160 180

2004 2006 2008 2010 2012 2014

Produksi dekstrosa yang telah ada Linear (Produksi dekstrosa yang telah ada)

Ju m la h P ro d u k si D e k st ro sa (R ib u T o n ) Tahun

ditentukan besarnya kapasitas produksi. Adapun persamaan kapasitas produksi

adalah sebagai berikut:

KP = DK – DI – DP ....(1.2)

Dimana;

KP = Kapasitas Produksi Pada Tahun X

DK = Data Konsumsi Pada Tahun X

DI = Data Impor Pada Tahun X

DP = Data Produksi Telah Ada Pada Tahun X

KP = DK – DI – DP

KP = 492.655 Ton – 99.877,3 Ton – 194.432 Ton

KP = 198.345Ton

Berdasarkan pertimbangan di atas dan berbagai persaingan yang akan tumbuh

pada Tahun 2015 maka kapasitas pabrik dekstrosa ini pada tahun 2015 beroperasi 30

% dari 198.345Ton yaitu 59.503,5 ≈ 60.000 Ton. Dengandidirikannyapabrikini, diharapkanproduksimanihot utilissima di

dalamnegeridapatlebihditingkatkandayagunanya.

F. Lokasi Pabrik

Pabrik Dekstrosaini, direncanakan akandidirikan di daerah Lampung Tengah,

1. Bahan baku

Sumber bahan baku yang digunakan yaitu singkong paling banyak dihasilkan

dari provinsi Lampung, dimana menurut data dari BPS, provinsi Lampung

menghasilkan kurang lebih 7.927.764 ton / tahun.

Adapun pemanfaatan manihot utilissima sebagian besar masih banyak

digunakan untuk pembuatan tepung tapioka. Dalam hal peningkatan nilai

komoditi sangat berpotensi untuk produksi dekstrosa dikarenakan manihot

utilissima yang begitu melimpah di Lampung. Bahan baku pendukung juga

dapat didapat dengan mudah dari industri lainnya.

2. Transportasi

Pengangkutan bahan baku dan produk mudah karena lokasi pabrik terletak

dipinggir jalan raya. Selain itu kabupaten Lampung Tengah juga memiliki

berbagai sarana penunjang diantaranya Bandara Raden Inten II serta memiliki

pelabuhan Tulangbawang, pelabuhan Mesuji, Pelabuhan Kota Agung, pelabuhan

Labuhan Maringgai, pelabuhan Teluk Betung, dan pelabuhan khusus Tarakan. Di

Kabupaten Lampung Tengah telah ada sekitar 46 industri sehingga sistem

transportasi untuk mengangkut bahan baku dan produk telah tersedia dengan

baik.

3. Pemasaran

Sirup glukosa sebagian besar digunakan dalam industri makanan seperti

kota – kota besar seperti Bandar Lampung, dan Jabodetabek sehingga pemasaran

mudah dilakukan.

4. Kebutuhan air

Di dalam perencanaan pabrik ini, air diperlukan untuk memenuhi kebutuhan

– kebutuhan selama berlangsungnya proses produksi. Air tersebut dipergunakan

sebagai air proses, air sanitasi dan air umpan boiler. Kebutuhan akan air ini

diperoleh dari Sungai Wai Seputih.

5. Tenaga kerja

Tenaga kerja termasuk hal yang sangat menunjang dalam operasional pabrik,

tenaga kerja untuk pabrik ini dapat direkrut dari :

 Masyarakat sekitar pabrik.

 Tenaga ahli yang berasal dari daerah sekitar pabrik dan luar daerah.

Tenaga kerja ini merupakan tenaga kerja yang produktif dari berbagai tingkatan

baik yang terdidik maupun yang belum terdidik.

6. Biaya untuk tanah

Tanah yang tersedia untuk lokasi pabrik masih cukup luas dan dalam harga

yang relatif terjangkau.

7. Kondisi Iklim dan Cuaca

Lokasi yang dipilih merupakan daerah bebas banjir, gempa dan angin topan,

sehingga keamanan bangunan pabrik terjamin.

8. Kemungkinan perluasan dan ekspansi

Pemilihan lokasi pabrik berada di kawasan industri Lampung Tengah yang

relatif tidak padat penduduknya sehingga masih memungkinkan untuk perluasan

9. Sosial masyarakat

Sikap masyarakat diperkirakan akan mendukung pendirian pabrik pembuatan

dekstrosa karena akan menjamin tersedianya lapangan kerja bagi mereka dan

menyejahterakan petani Manihot Utillsima. Selain itu pendirian pabrik ini

diperkirakan tidak akan mengganggu keselamatan dan keamanan masyarakat di

BAB II

PEMILIHAN PROSESDAN URAIAN PROSES

A. Jenis – Jenis Proses

Pati atau amilum merupakan karbohidrat kompleks yang dihasilkan oleh

tumbuhan, dimana didalamnya terkandung kelebihan dekstrosa (sebagai produk

fotosintesis). Manihot Utilissima mengandung karbohidrat yang cukup

tinggi,sehingga dapat digunakan sebagai bahan dasar dalam pembuatan dekstrosa

melalui proses hidrolisis pati. Hidrolisis pati merupakan proses pemecahan

molekul amilum menjadi bagian-bagian penyusunnya yang lebih sederhana,

seperti dekstrosa (Purba, 2009).

Polimer karbohidrat di dalam kandungan buah perlu dikonversi menjadi

gula sederhana, melalui suatu proses yang disebut dengan hidrolisis.. Hidrolisis

meliputi proses pemecahan polisakarida menjadi monomer gula penyusunnya.

Proses pembuatan dekstrosa dari pati manihot utilissima berdasarkan pada proses

hidrolisis terdiri dari :

a. Proses hidrolisis dengan katalis asam

Hidrolisis secara enzimatis memiliki perbedaan mendasar dengan

hidrolisis secara asam. Hidrolisis secara asam memutus rantai pati secara acak,

sedangkan hidrolisis secara enzimatis memutus rantai pati secara spesifik pada

percabangan tertentu (Agus, 2008). Dekstrosa dibuat dari pati melalui proses

hidrolisis yang mengubah pati menjadi dekstrin atau sirup dekstrosa tergantung

dari derajat pemecahannya (Dziedzic, 1994). Proses pembuatan dekstrosa terdiri

dari proses gelatinasi, liquifikasi, sakarifikasi dan penghilangan kadar air.

1. Hidrolisis pati menggunakan asam

Proses hidrolisis asam menggunakan senyawa asam sebagai katalis,

baik asam lemah maupun asam kuat. Secara umum hidrolisis asam encer

terdiri dari dua tahap. Pada tahap pertama sebagian besar pati akan

terhidrolisis menjadi maltosa. Tahap kedua dioptimasi untuk menghidrolisis

maltosa sehingga menghasilkan dekstrosa. Jenis asam encer yang biasanya

digunakan untuk hidrolisis ini adalah HClencer. Kelemahan dari hidrolisis

asam encer adalah degradasi gula hasil di dalam reaksi hidrolisis dan

pembentukan produk samping yang tidak diinginkan.

Proses hidrolisis dengan asam encer memiliki keterbatasan dalam hal

efisiensi recovery gula, yaitu hanya sebesar 50%. Hal ini dikarenakan pada

proses degradasi gula terjadi pembentukan produk yang tidak diinginkan

seperti furfural yang merupakan bahan kimia yang digunakan dalam industri

plastik. Furfural ini dapat mematikan mikroorganisme yang melakukan

reaksinya yang cepat sehingga mempercepat proses berikutnya, sedangkan

kerugiannya yaitu hasil gula yang diperoleh sedikit (Badger 2002).

Hidrolisis pati dengan katalis asam memerlukan energi yang sangat

besar untuk proses pemanasannya. Hidrolisis pati ini memerlukan peralatan

yang tahan korosi. Dekstrosa yang dihasilkan dari proses hidrolisis ini adalah

30-55% dan gula yang dihasilkan sebagian besar merupakan gula pereduksi.

( International Starch Institute, 1999)

Degradasi gula dan produk samping ini tidak hanya akan mengurangi

hasil produksi dekstrosa. Beberapa senyawa inhibitor yang dapat terbentuk

selama proses hidrolisis asam encer adalah furfural, 5-hydroxymethylfurfural

(HMF), asam levulinik (levulinic acid), asam asetat (acetic acid), asam

format (formic acid), asam uronat (uronic acid), asam 4-hydroxybenzoic,

asam vanilik (vanilic acid), vanillin, phenol, cinnamaldehyde, formaldehida

(formaldehyde), dan beberapa senyawa lain (Taherzadeh & Karimi, 2007).

Proses hidrolisis asam pekat (concentrated acid hydrolysis), meliputi

proses dekristalisasi pati dengan asam pekat (Misalnya HCl) dan dilanjutkan

dengan hidrolisis pati dengan asam encer. Tantangan utama dari teknologi ini

adalah pemisahan gula dengan asam, recovery asam, dan rekonsentrasi asam

2. Hidrolisis pati menggunakan enzim

Enzim dapat mempercepat reaksi (sebagai katalis), enzim tidak diubah

oleh reaksi yang dikatalisnya, dan enzim tidak mengubah kedudukan normal

dari keseimbangan kimia. Dengan kata lain enzim dapat membantu

mempercepat pembentukan produk, tetapi akhirnya jumlah produk tetap sama

dengan produk yang diperoleh tanpa enzim. Kondisi yang mempengaruhi

aktifitas enzim diantaranya konsentrasi enzim, konsentasi substrat, pH, dan

suhu. Alpha amylase merupakan enzim yang berfungsi memecah pati atau

glukogen. Senyawa ini banyak terdapat pada tanaman dan hewan. Amylase

dapat dikelompokkan menjadi 3 golongan enzim yaitu:

a. α-amylase (EA) yang memecah pati secara acak dari tengah atau dari bagian dalam molekul..

b. Glukoamylase (EG) yang dapat memisahkandekstrosa dari terminal

gula non pereduksi substrat pati. (Winarno, 1995)

Hidrolisis enzim dilakukan menggunakan bantuan enzim α-amylase

dan enzim glukoamylase (amyloglukosidase). Enzim α-amylase digunakan pada proses likuifikasi, sedangkan glukoamylase digunakan pada proses

sakarifikasi. Hidrolisis enzim lebih banyak memberikan keuntungan

dibandingkan dengan hidrolisis asam. Hidrolisis enzim menghasilkan

konversi yang lebih besar jika dibandingkan dengan hidrolisis asam.

Hidrolisis enzim juga dapat mencegah adanya reaksi efek samping karena

sifat katalis enzim sangat spesifik, sehingga dapat mempertahankan flavor

Proses pembuatan dekstrosa dengan menggunakan metode Hidrolisis

Enzim melalui beberapa tahapan reaksi :

a. Tahapan Gelatinasi

Pada proses gelatinasi singkong dipanaskan selama 5 menit bertujuan untuk

memecah granula pati. Karena pati terdiri dari amilosa dan amilopektin,

pemanasan dengan menggunakan air akan membuat keduanya terpisah.

Fraksi terlarut disebut amilosa dan fraksi yang tidak terlarut disebut

amilopektin. (Winarno, 1989)

Proses pemasakan berlangsung pada suhu 1000_{C dan pada tekanan 1 atm.}

Granula pati akan membengkak seiring dengan bertambahnya suhu. Hal ini

akan menyebabkan viskositas pada manihot utilissima akan meningkat dan

manihot utilissima tersebut akan berbentuk slurry. (Wang, 2007).

b. Tahapan Likuifaksi

Tahap likuifaksi adalah proses pencairan gel pati dengan enzim α-amilase. Tujuan dari proses ini adalah untuk melarutkan pati secara sempurna,

mencegah isomerisasi gugus pereduksi dari dekstrosa dan mempermudah

kerja enzim α-amilase untuk memutus ikatan α-1,4 glikosida pada amilosa dan amilopektin sehingga menghasilkan dekstrin dan apabaila reaksi ini

diteruskan α-amilase akan memutus ikatan α-1,4 glikosida pada dekstrin sehingga dihasilkan maltosa dan dekstrosa (Judoamidjojo, 1992). Adapun

reaksinya sebagai berikut:

( ) →( )

Pada tahap likuifikasi temperatur yang digunakan adalah sebesar 900_{C dan}

waktu reaksi berlangsung selama 2 jam untuk menghasilkan maltosa dengan

kualitas baik.

c. Tahapan Sakarifikasi

Proses ini merupakan proses hidrolisis dengan menggunakan enzim

glukoamilase untuk mengkonversi dekstrin menjadi dekstrosa. Suhu yang

digunakan adalah 600_{C pada tekanan 1 atm. Kondisi operasi dalam reaktor}

akan berlangsung dalam suasana asam yang akan diatur dengan menggunakan

HCl 0,1 M kemudian ditambahkan enzim glukoamylaseselama 8 jam.

( ) + →( )

Dekstrin Air Dekstrosa

(Agra dkk, 1973; Stout & Rydberg Jr., 1939)

Hidrolisis ini dilakukan dengan menggunakan kombinasi enzim –

enzim sesuai dengan kebutuhan operasi dan kebutuhan kualitas produk yang

berbeda – beda. Enzim yang digunakan untuk proses hidrolisis pati menjadi

dekstrosa adalah enzim alfa- amylase dan glukoamylase. Deksrosa yang

B. Pemilihan Proses

Pada umumnya proses pembuatan dekstrosa dengan proses hidrolisis. Pada

proses hidrolisis dapat menggunakan 2 jenis katalis yaitu, katalis asam dan katalis

enzim sebagaimana telah diuraikan sebelumnya. Adapun perbandingannya adalah

sebagai berikut :

Tabel 2.1. Perbandingan proses hidrolisis dengan katalis asam dan enzim

No. Faktor Pemilihan

Hidrolisis

Katalis Asam

Katalis Enzim Tahap 1 Tahap 2 (Likuifikasi) (Sakarifikasi) 1 Kondisi Operasi

a. Tekanan (atm) 4 1 ₁

b. Suhu ( ˚C) 180 90 60

c. pH 1,9 6 4,5

2 Konversi (%) 55 95,14 97 3 Biaya Perawatan Mahal Murah

Berdasarkan Tabel 2.1. menunjukkan bahwa dengan menggunakan katalis

asam memerlukan waktu yang lebih cepat dibandingkan dengan katalis enzim

namun kondisi operasinya relatif lebih tinggi jika dilihat dari tekanan dan suhu

dibanding katalis enzim sedangkan pada pHnya lebih rendah. Hal ini dapat

memperbesar biaya operasi selama proses berjalan dan biaya perawatan. Jika

dilihat dari konversi dekstrosa diperoleh katalis enzim lebih besar dari katalis

Selain itu pemilihan proses juga didasarkan pada tinjauan ekonomi dan

tinjauantermodinamika yang akan diperoleh. Adapun tinjauannya adalah sebagai

berikut:

 Tinjauan Ekonomi

Perhitungan ekonomi kasar berdasarkan bahan baku dan katalis yang

diperlukan

Tabel 2. 2. Harga Bahan Baku, Katalis dan Produk

No. Nama Rp/ unit 1 Manihot Utilissima 1000/ kg 2 Tapioka 5.500/ kg 3 Asam Klorida (HCl) 2.500/ kg 4 Enzim Glukoamilase (EG) 5.697/ kg 5 Enzim α-amilase (EA) 14.374/ kg 6 Dekstrosa 5.800/ kg Sumber: Alibaba.com/2012

1. Perhitungan ekonomi kasar pada proses hidrolisis menggunakan katalis

enzim.

a. Manihot Utilissima

Kapasitas produksi dekstrosa = 60.000 ton/ tahun

= 7.575,76 kg/ jam

= 42,088 kmol/ jam

Kandungan Pati dalam manihot utilissima = 80 %

Konversipati menjadi dekstrin = 95,14%

(Zusfahair,2012)

Konversidekstrin menjadi dekstrosa= 97 %

 Jumlah dekstrin yang dibutuhkan ; Dimana,

% = 100%

Dari reaksi sakarifikasi ini jika diketahui mol dekstrosa (c),

( ) + 10 →10 ( )

Dekstrin Air Dekstrosa

M: a b

-B: . c . c

S: a- ( . c) b - ( . c)

Dari reaksi diatas maka diperoleh persamaan untuk mendapatkan

umpan mol dekstrin;

% = 100%

=

% 100%

= 42,088

97 % 100%

Mol dekstrin umpan = 4,339 kmol/jam

Massa dekstrin umpan = 4,339 kmol/ jam x 1.620 kg/kmol

 Jumlah pati yang dibutuhkan ; Dimana,

% = 100%

Dari reaksi likuifaksi ini jika diketahui mol dekstrin (c),

( ) →100( )

Pati Dekstrin

M: a

B: . b b

S: a- ( .b) b

Dari reaksi diatas maka diperoleh persamaan untuk mendapatkan

umpan mol pati;

% = 100%

=

% 100%

= 4,339

95,14 % 100%

Mol pati umpan = 0,0456 kmol/jam

Massa pati umpan = 0,0456 kmol/ jam x 162.000 kg/kmol

= 7.388,196 kg/jam  JumlahManihot U.yang dibutuhkan ;

=

. jumlah pati

= 100

80 7.388,196 ⁄ = 9.235,245 ⁄

 Enzim α- amylase (EA) dan Ca(OH)2yang dibutuhkan pada

proses likuifikasi,

Banyaknya EA yang dibutuhkan = 0,6 kg/ ton pati

= 0,0006 kg/ kg pati

Jumlah pati yang masuk = 7.388,196 kg/ jam

Banyaknya enzim yang dibutuhkan;

=

= 0,0006 ⁄ 7.388,196 ⁄ = , ⁄

Dalam reaksi ini ditambahkan Ca(OH)2serta EA yang dapat

stabil bila terdapat Ca2+sebanyak 80 ppm dalam bubur pati. 80 ppm = 80 mg/ L

Asumsi 1 Liter pati = 1 kg bubur pati

Jadi, berat Ca2+ = 80 mg/ kg bubur pati =0,00008 kg/ kg bubur pati

Dimana;

BM Ca = 40 kg/ kmol

BM Ca(OH)2= 111 kg/ kmol

Berat Ca(OH)2 =

40 111 00008 , 0 2 ) ( 2 x BMCa OH BMCa x

beratCa  

= 0,0002 kg/ kg bubur pati

laju alir Ca(OH)2= 0,0002 kg/ kg bubur pati x 7.388,196 kg bubur

pati/ jam

= 1,64 kg/ jam

 Enzim Glukoamilase (EG) dan HCl yang dibutuhkan pada proses sakarifikasi.

Pada proses sakarifikasi dibutuhkan enzim glukoamylase (EG)

dan HCl untuk menurunkan pH dari 6 menjadi 4-4,5.

Dosis EG yang dibutuhkan = 0,65 L/ ton dekstrin

Densitas EG = 1,15 kg/ L

EG yang ditambahkan = 0,65 L/ ton dekstrin

= 0,00065 L/ kg dekstrin

Dekstrin yang masuk = 7.029,05 kg/ jam

Massa EG yang dibutuhkan =Dekstrin yang masuk xEG yang

ditambahx densitas EG

= 7.029,05 kg/ jam x 0,00065 L/ kg

dekstrinx 1,15 kg/ L

=5,25 kg/ jam

Kebutuhan HCl

Proses sakarifikasi berlangsung pada pH 4.5 untuk itu perlu

ditambahkan pengasaman berupa HCl 0.1 M. HCl yang

digunakan memiliki kadar 37% densitas 1.1837 gram/cm3.

Sehingga molaritas HCl tersebut (M1) adalah 12 M

pH yang berlangsung = 4,5

M1x V1= M2x V2

Dimana,

V1= Volume HCl yang harus ditambahkan

V2= Volume campuran yang ada dalam tangki sakarifikasi ρ campuran =1,1654 kg/ L

ratemasuk = massa air + massadekstrin + massa Ca(OH)2+

massa

EG + massaEA

= (7.388,12kg/jam) + (7.029,05 kg/jam) + (1,64

kg/jam) + (4,43 kg/ jam)+ (5,25 kg/jam)

rate masuk = 7.822,65 kg/ jam

12.01198 x V1 = 3.16228x10-5x V2

2394 . 379852 1654 . 1 2394 . 379852

1 volumeGlukoamylase

x ratemasuk

V  

V1= 0,02 L/ jam= 0,02 kg/ jam

Pengeluaran

KOMPONEN berat (kg/jam)

Biaya (Rupiah/jam) Manihot U. 9.235,14 8.126.927,44

HCl 0,1 M 0,02 38,36

Glukoamylase 5,25 79.400,26

a-amylase 4,43 85.88241

Ca(OH)2 1,64 2.256,13

Total 9.246,49 8.294.504,61

Pemasukan

KOMPONEN berat (kg/jam)

biaya

(Rupiah/jam) Dekstrosa 7.575,76 136.363.636,36

= Rp. 136.363.654,14/ jam– Rp. 8.294.504,61/ jam

= Rp. 128.069.131,76/ jam

b. Tapioka

Kapasitas produksi dekstrosa = 60.000 ton/ tahun

= 7.575,76 kg/ jam

= 42,088 kmol/ jam

Kandungan Pati dalam Tapioka = 86 %

Konversipati menjadi dekstrin = 95,14%

(Zusfahair,2012)

Konversi dekstrin menjadi dekstrosa = 97 %

(Patent US2012/0171731 A1)

 Jumlah dekstrin yang dibutuhkan ; Dimana,

% = 100%

Dari reaksi sakarifikasi ini jika diketahui mol dekstrosa (c),

( ) + 10 →10 ( )

Dekstrin Air Dekstrosa

M: a b

-B: . c . c

S: a- ( . c) b - ( . c)

Dari reaksi diatas maka diperoleh persamaan untuk mendapatkan

% = 100%

=

% 100%

= 42,088

97 % 100%

Mol dekstrin umpan = 4,339 kmol/jam

Massa dekstrin umpan = 4,339 kmol/ jam x 1.620 kg/kmol

= 7.029,130 kg/jam

 Jumlah pati yang dibutuhkan ; Dimana,

% = 100%

Dari reaksi likuifaksi ini jika diketahui mol dekstrin (c),

( ) →100( )

Pati Dekstrin

M: a

B: . b b

S: a- ( .b) b

Dari reaksi diatas maka diperoleh persamaan untuk mendapatkan

umpan mol pati;

=

% 100%

=

4,339

95,14 % 100%

Mol pati umpan = 0,0456 kmol/jam

Massa pati umpan = 0,0456 kmol/ jam x 162.000 kg/kmol

= 7.388,196 kg/jam  Jumlahtapioka yang dibutuhkan ;

=

. jumlah pati

= 100

86 7.388,196 ⁄ = . , ⁄

 Enzim α- amylase (EA) dan Ca(OH)2yang dibutuhkan pada

proses likuifikasi.

Banyaknya EA yang dibutuhkan = 0,6 kg/ ton pati

= 0,0006 kg/ kg pati

Jumlah pati yang masuk = 7.388,196 kg/ jam

Banyaknya enzim yang dibutuhkan;

=

= 0,0006 ⁄ 7.388,196 ⁄ = , ⁄

Dalam reaksi ini ditambahkan Ca(OH)2serta EA yang dapat

stabil bila terdapat Ca2+sebanyak 80 ppm dalam bubur pati. 80 ppm = 80 mg/ L

Asumsi 1 Liter pati = 1 kg bubur pati

Jadi, berat Ca2+ = 80 mg/ kg bubur pati =0,00008 kg/ kg bubur pati

Dimana;

BM Ca = 40 kg/ kmol

BM Ca(OH)2= 111 kg/ kmol

Berat Ca(OH)2 =

40 111 00008 , 0 2 ) ( 2 x BMCa OH BMCa x

beratCa  

= 0,0002 kg/ kg bubur pati

Jadi,

laju alir Ca(OH)2= 0,0002 kg/ kg bubur pati x 7.388,196 kg bubur

pati/ jam

= 1,64 kg/ jam

 Enzim Glukoamilase (EG) dan HCl yang dibutuhkan pada proses sakarifikasi.

Pada proses sakarifikasi dibutuhkan enzim glukoamylase (EG)

dan HCl untuk menurunkan pH dari 6 menjadi 4-4,5.

Dosis EG yang dibutuhkan = 0,65 L/ ton dekstrin

Densitas EG = 1,15 kg/ L

EG yang ditambahkan = 0,65 L/ ton dekstrin

= 0,00065 L/ kg dekstrin

Dekstrin yang masuk = 7.029,05 kg/ jam

ditambah x densitas EG

= 7.029,05 kg/ jam x 0,00065 L/ kg

dekstrin x 1,15 kg/ L

=5,25 kg/ jam

Kebutuhan HCl

Proses sakarifikasi berlangsung pada pH 4.5 untuk itu perlu

ditambahkan pengasaman berupa HCl 0.1 M. HCl yang

digunakan memiliki kadar 37% densitas 1.1837 gram/cm3.

Sehingga molaritas HCl tersebut (M1) adalah 12 M.

pH yang berlangsung = 4,5

maka [H+] = [HCl] = 104.5 = 3,162277x10-5M M1x V1= M2x V2

Dimana,

V1= Volume HCl yang harus ditambahkan

V2= Volume campuran yang ada dalam tangki sakarifikasi ρ campuran =1,1654 kg/ L

ratemasuk = massa air + massa dekstrin + massa Ca(OH)2+

massa

EG + massa EA

= (7.388,12kg/jam) + (7.029,05 kg/jam) + (1,64

kg/jam) + (4,43 kg/ jam)+ (5,25 kg/jam)

12.01198 x V1 = 3.16228x10-5x V2 2394 . 379852 1654 . 1 2394 . 379852

1 volumeGlukoamylase

x ratemasuk

V  

V1= 0,02 L/ jam

= 0,02 kg/ jam

Pengeluaran

KOMPONEN berat (kg/jam)

Biaya (Rupiah/jam) Tapioka 8,590.83 47,249,578.12

HCl 0,1 M 0.02 38.36

Glukoamylase 5.25 79,400.26

a-amylase 4.43 85,882.41

Ca(OH)2 1.64 2,256.13

Total 8,602.18 47,417,155.29

Pemasukan

KOMPONEN berat (kg/jam)

biaya

(Rupiah/jam) Dekstrosa 7,575.76 136,363,636.36

Keuntungan= Biaya pemasukan – Biaya Pengeluaran

= Rp. 136.363.654,14/ jam – Rp. 47.417.155,29/ jam

= Rp. 88.946.481,08/ jam

2. Perhitungan ekonomi kasar pada proses hidrolisis menggunakan katalis

asam HCl.

a. Manihot Utilissima

Kapasitas produksi = 60.000 ton/ tahun

= 7.575,76 kg/ jam

Yielddekstrosa dari pati = 55 %

Jumlah pati yang dibutuhkan ;

= kapasitas produksi dekstrosa

=100

55 7.575,76 ⁄ = 13.774,10 ⁄

JumlahManihot Utilissimayang dibutuhkan ;

= pati yang dibutuhkan

= 100

80 13.774,10 ⁄ = 17.217,63 ⁄

Perbandingan pati dengan air = 1 : 3

Jadi, air yang dibutuhkan sebanyak = Pati yang dibutuhkan x 3

= 13.774,10 ⁄ 3

= 41.322,63 kg/ jam

Dari persamaan reaksi =

(C6H10O5)1000(l) + 1000 H2O(l)1000C6H12O6(l)

Pati Air Dekstrosa

M: 0,09 510,15

-R: 0,04 42,09 42,09

S: 0,04 468,06 42,09

Kebutuhan HCl

Untuk menghidrolisis pati menjadi dekstrosa dibutuhkan HCl 1,5

M sebanyak 10 L/ kg pati

Pati yang dibutuhkan = 13.774,10 kg/ jam

Maka dibutuhkan HCl 1,5M sebanyak 137.741 liter

Densitas HCl = 1,183 kg/ L

BM HCl = 36,5 kg/kmol

HCl yang terdapat dipasaran kadarnya 37%. Dimana

konsentrasinya,

= 10

= 1,183 10 37 36,5

M1 = 12 M

Maka dilakukan pengenceran

M1x V1= M2x V2

12 x V1= 1,5 x 137.741

V1= 17.218,85 L

Laju alir HCl 37% = 17.218,85 L x 1,15 kg/ liter = 19.801,68 kg

Pengeluaran

Komponen Rp./ unit Berat (kg/jam) Harga (Rp/Jam)

Manihot utilissima 880/ kg 17.217,63 14.858.815,43

HCl 1.937,04/ kg 19.801,68 38.363.768,96

Total 37.019,31 53.222.584,39

Pemasukan

Komponen Rp./Unit Berat (kg/jam) Harga (Rp/Jam) Dekstrosa 18.000/ kg 7.575,76 136.363.636,36

Keuntungan= Biaya Pemasukan – Biaya Pengeluaran

= Rp. 136.363.636,36/jam – Rp. 53.222.584,39/ jam

b. Tapioka

Kapasitas produksi = 60.000 ton/ tahun

= 7.575,76 kg/ jam

Pati dalam tapioka = 86 %

Konversi dekstrosa dari pati = 55 %

Jumlah pati yang dibutuhkan ;

= kapasitas produksi dekstrosa

=100

55 7.575,76 ⁄ = 13.774,10 ⁄

Jumlah tapioka yang dibutuhkan ;

= pati yang dibutuhkan

= 100

80 13.774,10 ⁄ = 16.016,40 ⁄

Perbandingan pati dengan air = 1 : 3

Jadi, air yang dibutuhkan sebanyak = Pati yang dibutuhkan x 3

= 13.774,10 ⁄ 3

= 41.322,63 kg/ jam

Dari persamaan reaksi =

(C6H10O5)1000(l) + 1000 H2O(l)1000C6H12O6(l)

Pati Air Dekstrosa

M: 0,09 510,15

-R: 0,04 42,09 42,09

S: 0,04 468,06 42,09

Kebutuhan HCl

Untuk menghidrolisis pati menjadi dekstrosa dibutuhkan HCl 1,5

M sebanyak 10 L/ kg pati

Pati yang dibutuhkan = 13.774,10 kg/ jam

Maka dibutuhkan HCl 1,5M sebanyak 137.741 liter

Densitas = 1,183 kg/ L

BM HCl = 36,5 kg/kmol

HCl yang terdapat dipasaran kadarnya 37%. Dimana

konsentrasinya,

= 10

= 1,183 10 37 36,5

M1 = 12 M

Maka dilakukan pengenceran

M1x V1= M2x V2

12 x V1= 1,5 x 137.741

V1= 17.218,85 L

Laju alir HCl 37% = 17.218,85 L x 1,15 kg/ liter = 19.801,68 kg

Pengeluaran

Komponen Rp./ unit Berat (kg/jam) Harga (Rp/Jam) Tapioka 5.500/ kg 16.016,40 88.090.204,37 HCl 1.937,04/ kg 19.801,68 38.363.768,96 Total 35.818,08 126.453.973,33

Pemasukan

Komponen Rp./ unit Berat (kg/jam) Harga (Rp/Jam) Dekstrosa 18.000/ kg 7.575,76 136.363.636,36

= Rp. 136.363.636,36/jam – Rp.126.453.973,33/jam

Tabel. 2.3. Perbandingan ekonomi pada bahan baku untuk proses enzim dan proses asam

Bahan Baku

Harga

Enzim Asam

Keuntungan

Keuntungan

per Kg Biaya Produksi Keuntungan

Keuntungan

per Kg Biaya Produksi

Rp. Rp./jam Rp. Rp. Rp./jam Rp. Rp.

Manihot

Utilissima 880 128.069.131,76 16.905,13 1.094,87 83.141.051,97 10.974,62 7.025,38

 Tinjauan Termodinamika

Tinjauan secara termodinamika ditujukan untuk mengetahui sifat reaksi

(endotermis/eksotermis) dan reaksi yang terjadi di dalamreaktor dapat

berlangsung tanpa membutuhkan energi yang besar atau tidak.

1. Pemilihan proses berdasarkan panas reaksi ΔH(Rx)

Penentuan panas reaksi yang berjalan secara eksotermis atau endotermis

dapat dihitung dengan perhitungan panas pembentukan standar (ΔH°f)

pada P = 1 atm dan T = 298 K.

Persamaan :

ΔH°r298 K = ΔH°fproduk -ΔH°freaktan

a. Panas reaksi dengan menggunakan enzim

Nilai Hf298untuk senyawa bio-polimer a. Dekstrosa

(Perrys, Edisi 7)

Hf298dekstrosa = ∑ ∆ 298 = −1.246,12 /

Dekstrosa

Komponen n Hf298 n x Hf298

CO-HC 1 -142,42 -142,42 C-2COH 4 -27,6 -110,4 C-2HOC 1 -35,8 -35,8

b. Dekstrin

Dekstrin

Komponen n Hf n x Hf C-2HOC 10 -35,8 -358 C-2COH 20 -27,6 -552 CO-HC 10 -142,42 -1.424,2 CO-2C 10 -152,76 -1.527,6 O-2C 9 -110,83 -997,47

(Perrys, Edisi 7)

Hf298dekstrin = ∑ ∆ 298 = −9.596,62 /

c. Pati

Pati

Komponen n Hf n x Hf C-2HOC 1000 -35,8 -35800 C-2COH 2000 -27,6 -55200 CO-HC 1000 -142,42 -142.420 CO-2C 1000 -152,76 -152.760 O-2C 999 -110,83 -110.719,17

(Perrys, Edisi 7)

Hf298Pati = ∑ ∆ 298 = −956.719,720 /

Reaksi Likuifaksi:

→100

Persamaan :

ΔH°r298 K = ΔH°fproduk -ΔH°freaktan ΔH°r1298 K = ΔH°fproduk -ΔH°freaktan

=[ (100 ΔH°f( ) )] – [(ΔH°f( ) )]

=[(100 x(-9.596,62))]-[(-956.719,72)]

Reaksi Sakarifikasi

( ) + 10 →10 ( )

ΔH°r2298 K = ΔH°fproduk -ΔH°freaktan

= [(10 xΔH°f( ))] -

[(ΔH°f( ) )+(10 xΔH°f )]

= [(10 x (-1.246,12)] – [(-9.596,62)+(10 x -285,8)]

= -6,280 kJ/kmol



ΔH°rTOTAL = ΔH°r1298 K +ΔH°r2298 K

= -2.942,28kJ/kmol + -6,280 kJ/kmol)

= -2.948,56kJ/kmol

Karena nilai ΔH°r298 K negatif, maka reaksi bersifat eksotermis.

b. Panas reaksi dengan menggunakan asam HCl

( ) + 1000 → 1000 ( )

ΔH°r298 K =ΔH°fproduk -ΔH°freaktan

= [(1000 xΔH°f( ))] -

[(ΔH°f( ) )+(1000 xΔH°f )]

= [(1000 x (1.246,12)] –[(956.719,72)+(1000 x

-285,8)]

= -3.570,28 kJ/kmol

2. Pemilihan berdasarkan G of

Kelayakan suatu reaksi kimia ditinjau dari energi bebas Gibbs (Gof).

Greaksi = ∑Gof Produk -∑GofReaktan

a. Proses dengan menggunakan enzim

Perhitungan Gf298(kJ/mol), dimana kontribusi gugusnya adalah: Group Gf

298

(kJ/ mol) -CH2

--OH

-O-(-CH2-OH) (-CH-OH-) (-H-C=O)

-3,68 40,99 -189,20

-98,22

-120,50 -192,88 -148,21 -120,5 (Sumber : Perry, 1999)

Nilai Gf298untuk senyawa bio-polimer 1. Dekstrosa

Gf298= 5(- OH ) + 5 ( ) + 1 (- O -) + 1 (- CH2 - )

= -842,95 kJ/mol 2. Pati (C6H10O5)1000

Gf298=1000( 3 (- OH ) + 5 ( ) + 2 (- O -) + 1 (- CH2 - ) )

= -562.770 kJ/mol 3. Dekstrin

1 (-H-C=O)) = -7.117 kJ/mol

Reaksilikuifaksi

→100

Greaksi1 = ∑Gof Produksi -∑GofReaktan

Greaksi1 = [(100 xGof (C6H10O5)10(l) )] – [(Gof (C6H10O5)1000(l))] Greaksi1 =[ (100 x -7.117)] –[ (-562.770)]

= -148.930 kJ/ mol

Reaksi 2 Pada Reaktor :

( ) + 10 →10 ( )

Greaksi2 = ∑Gof Produksi -∑GofReaktan

Greaksi2 = (10 x Gof C6H12O6(l) )-(10x GofH2O + Gof C6H10O5(l)) Greaksi2 = (10 x -842,95 kJ/ mol)-((10x -0,237)+(-7.117 kJ/mol))

Greaksi 2 = -1.310,13 kJ/kmol

Greaksitotal= Greaksi1 +Greaksi2

Greaksitotal=-148.930 kJ/ mol+ (-1.310,13 kJ/kmol)

Greaksitotal=-150.240,13 kJ/mol

b. Proses dengan menggunakan asam

Reaksi Pada Reaktor :

(C6H10O5)1000(l) + 1000H2O(l)1000C6H12O6(l) Greaksi = ∑Gof Produksi -∑GofReaktan

Greaksi = (1000xGof C6H12O6(l) )-(1000xGofH2O + Gof C6H10O5(l))

Greaksi2 = (1000x-842,95)-(1000x-0,237+ (-562.770)) Greaksi2= -279.943 kJ/mol

Tabel 2.5 Perbandingan Panas Reaksi dan Gibbs

Jenis Proses

H G

kJ/ mol kJ/mol Enzim -2.948,56 -150.240,13

Asam -3.570,28 -279.943 Note: untuk H untuk basis pati 1kmol

Berdasarkan pertimbangan – pertimbangan di atas, maka dalam

proses hidrolisis pati menjadi dekstrosa dipilih menggunakan hidrolisis

dengan menggunakan katalis enzim dengan berbahan baku manihot

utilissima. Adapun pertimbangannya adalah sebagai berikut:

a. Persentase konversimassa dekstrosa yang dihasilkan mencapai 97%.

b. Resiko kerusakan material karena korosi lebih kecil dengan katalis

enzim.

c. Biaya produksi cenderung lebih rendah dan lebih besar keuntungan

dengan proses katalis enzim jika dibandingkan dengan proses katalis

C. Uraian Proses

1. Penyiapan Bahan Baku

Manihot Utilissima sebanyak 9.166,194 kg/jam di distribusikan dari

gudang penyimpanan (ST-101) menuju washing machine (WM-101) dengan

menggunakan belt conveyor (BC-101). Manihot Utilissima bersih diangkut

menuju Rolling crusher (RC-101) dengan menggunakan belt conveyor

(BC-103). Setelah itu keluaran RC-101 dicampur dengan air di dalam tangki

pencampur (TP-101).

Slurry yang keluar dari tangki pencampur diumpankan ke Rotary Drum

Vaccum Filter (RF-101) dengan menggunakan screw conveyor (SC-01) untuk

memisahkan filtrate dan cake. Cake yang keluar dari RF-101 dibawa menuju

gudang, sedangkan filtratedi pompa menuju Tangki Gelatinasi (TG-201).

2. Proses Hidrolisis Pati

Proses hidrolisis pati terjadi dalam 3 tahapan, yaitu :

a. Tahap gelatinisasi

Proses gelatinisasi terjadi pada suhu 100⁰C dan tekanan 1 atm di dalam tangki gelatinisasi (TG-201) selama 5 menit. Pada proses ini, cairan pati

mengalami pemecahan ikatan kimia, sehingga memudahkan dalam

penyerapan enzim pada proses selanjutnya.

b. Tahap likuifikasi

Proses likuifikasi terjadi pada suhu 90⁰C dan tekanan 1 atm. Sehingga sebelum umpan masuk terlebih dahulu didinginkan didalam Cooler

(CL-101). Pada proses likuifikasi, cairan pati yang telah tergelatinsasi bereaksi

membentuk dekstrin (C6H10O5)n dengan bantuan enzim α-amylase

sebagai katalisnya. Proses likuifikasi ini berlangsung di dalam Reaktor

Alir Tangki Berpengaduk (RATB). Reaktor bekerja secara eksotermis

dan tidak dapat balik sehingga suhu reaksi harus dipertahankan. Untuk

menjaga suhu reaksi tetap 90oC, maka reaktor dilengkapi dengan jaket pendingin.

Produk keluar dari RL-102masih mengandung pati, sehingga diumpankan

ke Centrifuge (CE-201) untuk memisahkan pati dari campuran dan pati

diumpan ke UPL. Produk yang keluar dari CE-201 pada suhu 90oC dan tekanan 1 atm, sehingga sebelum diumpankan ke RS-201 didinginkan

terlebih dahulu pada Cooler(CL-202).

c. Tahap sakarifikasi

Proses sakarifikasi terjadi pada suhu 60⁰C dan tekanan 1 atm. Pada proses sakarifikasi, dekstrin (C6H10O5)n bereaksi membentuk, dekstrosa

(C6H12O6) dengan bantuan enzim glukoamilase sebagai katalisnya.

Proses sakarifikasi ini berlangsung di dalam Reaktor Alir Tangki

Berpengaduk (RATB). Reaktor bekerja secara eksotermis dan tidak dapat

balik sehingga suhu reaksi harus dipertahankan. Untuk menjaga suhu

3. Proses pemurnian produk

Produk yang keluar dari RS-202 diumpankan menuju Adsorber Enzim

(AD-201) untuk menghilangkan enzim α-amylase dan glukoamylase yang terdapat pada produk.

Produk yang keluar dari AD-201 diumpankanmenuju Adsorber Ion Ca

(AD-202) yang bertujuan untuk menghilangkan ion Ca. Keluaran AD-202

diumpankan menuju Adsorber Ion Cl (AD-203) yang bertujuan untuk

menghilangkan kandungan ion Cl.

Setelah itu, output dari ion exchanger dialirkan menuju Evaporator

(EV-101) untuk menguapkan sebagian air yang terkandung dalam produk. EV-101

BAB III

SPESIFIKASI BAHAN BAKU DAN PRODUK

A. Sifat-sifatBahan Baku

1. ManihotUtilissima

Sifat – sifat Umum:

a. Fase : Padat

b. Warna : Putih

c. Kandungan Pati : 80 %

d. Kandungan Air : 15 %

e. Kandungan Protein : 1,5 %

f. Kandungan Abu : 1 %

g. Kandungan Serat : 2,5 %

2. Air

Sifat-sifatumum :

a. Beratmolekul : 18,016 gr/mol

b. Densitas : 0,99708 gr/cm3(25oC) c. Titikdidih : 100oC (1 atm)

d. Titikbeku : 0oC (1 atm) e. Viskositas : 0,8937 cp (25oC) f. Tekananuap : 23,76 mmHg (25oC) g. Kapasitaspanas : 1 kal/g

h. Panaslatenpeleburan (es) : 80 kal/g

i. Panaslatenpengembunan : 540 kal/g

j. Sebagaipelarutuniversal

k. Merupakan cairan yang tidak berwarna dan berbau

Sumber: Material Safety Data Sheet

B. Sifat – sifat Bahan Pembantu

1. Enzim a-amylase

a. Fase : cair

b. Warna : coklat

c. Berat molekul : 53.000 gr/mol

d. Densitas : 1,04 kg/liter

e. Viskositas : 1 cp

f. pH optimum : 6-6,5

g. Suhu optimum : 90 - 100⁰C

2. Enzim glukoamilase

a. Fase : cair

b. Warna : coklat terang

c. Beratmolekul : 36.000 gr/mol

d. Densitas : 1,15 kg/liter

e. Viskositas : 1 cp

f. pH optimum : 4,5 - 5

g. Suhu optimum : 60⁰C

Sumber: Material Safety Data Sheet

3. Asam Klorida

a. Fase : Cair

b. Rumus molekul : HCl

c. Berat molekul : 36,5 kg/kgmol

d. Kelarutan : larut dalam air

e. Spesific gravity : 1,16

f. Titik didih : 83oC g. Titik leleh : -46,2⁰C h. Viscositas : 2,8 cP

i. Densitas : 1,15 kg/liter

Sumber: Material Safety Data Sheet

4. Kalsium Hidroksida

b. Fase : cair

c. Warna : putih

d. Berat molekul : 110,99 gr/mol

e. Specific gravity : 2,15

f. Titikdidih : 1670⁰C g. Titikleleh : 772⁰C h. Viscositas : 0,1

i. Densitas : 2,1520 kg/liter

Sumber: Material Safety Data Sheet

C. Sifat-sifatProduk

1. Dekstrosa

Sifat – sifat Umum:

a. Rumus molekul : C6H12O6

b. Fase : cair

c. Warna : jernih

d. Beratmolekul : 180

e. Densitas : 1,54 gr/cm3 f. Titik lebur : 146⁰C

g. Panaspembentukan (ΔHf) : -1273,3 kJ/mol h. Kapasitas panas (Cp) pada 25⁰C : 1,280 kJ/mol⁰C i. Kelarutan dalam air menunjukkan dalam100 gram pelarut

Sumber: Material Safety Data Sheet

Tabel3.1 Standar mutu sirup glukosa menurut SNI 01-2978-1992 No. KriteriaUji Satuan Persyaratan

1 1.1 Bau 1.2 Rasa 1.3 Warna

Tidak berbau Manis

Tidak berwarna

2 Air % b/b Maks. 20

3 Abu % b/b Maks. 1

4 Gula pereduksi dihitung sebagai D-glukosa

% b/b Min. 30

5 Pati Tidakada

Aries, R.S., and Newton, R.D., “Chemical Engineering Cost Estimation”, Mc.

Graw Hill Book Co.Inc., New York, 1955.

Biro Pusat Statistik, “Statistik Perdagangan Luar Negeri Indonesia”, Indonesia

foreign, Trade Statistic Import, Yogyakarta, 2003-2009.

Brown, G.G., “Unit Operation”, Modern Asia Edition, John Willey and Sons.

Inc., New York, 1978.

Brownell, L.E., and Young, E.H., “Process Equipment Design”, 2nd Ed., John Willey and Sons. Inc., New York, 1959.

Coulson, J.M., and Richardson, J.F., “Chemical Engineering Design”, 6nd Ed., vol 6, Pergamon Pess, Oxford, 1983.

Farahi, A. G., and Najafpour, G. D., “Enzymatic Production of Reducting Sugar

from Broomcorn seed: Process Optimization and Kinetic Studies”. World

Applied Sciences Journal 18 (4). Iran. 2012

Kern, D.Q., ”Process Heat Transfer”, International Student Edition, Mc. Graw

Hill Book Co.Inc., New York, 1983.

Muslimin., “Sintesis Polistirena Divinil Benzen Sulfonat Sebagai Resin Penukar

Kation “. Universitas Sebelas Maret. 2005

Perry, J.H., and Chilton, C.H., “Chemical Engineering Hand Book”,6th Ed., Mc. Graw Hill Book Co.Inc., New York, 1984.

Peters, M.S., and Timmerhause, K.D., “Plant Design and Economic for Chemical

Rase, H.F., “Chemical Reaktor Design for Process Plant vol. I and II, Principles

and Techniques”, Willey and Sons, Inc, New York, 1977.

Rase, H.F., and Barrow M.H., “Project Engineering of Process Plants”, Willey

and Sons, Inc, New York, 1957.

Sularso., “Pompa dan Kompresor”, cetakan VI, P.T. Pradnya Paramita, Jakarta,

1996.

Ullrich, G.D., “A Guide to Chemical Engineering Process Design and

Economics”, John Willey and Sons. Inc., New York, 1984.

Wallas, S.M., “Chemical Process Equipment”, Mc. Graw Hill Book Koagakusha

Company, Tokyo, 1959.

d. Titikbeku : 0oC (1 atm) e. Viskositas : 0,8937 cp (25oC) f. Tekananuap : 23,76 mmHg (25oC) g. Kapasitaspanas : 1 kal/g

h. Panaslatenpeleburan (es) : 80 kal/g i. Panaslatenpengembunan : 540 kal/g j. Sebagaipelarutuniversal

k. Merupakan cairan yang tidak berwarna dan berbau

Sumber: Material Safety Data Sheet

B. Sifat – sifat Bahan Pembantu

1. Enzim a-amylase

a. Fase : cair

b. Warna : coklat

c. Berat molekul : 53.000 gr/mol

d. Densitas : 1,04 kg/liter

e. Viskositas : 1 cp

f. pH optimum : 6-6,5

g. Suhu optimum : 90 - 100⁰C

48

2. Enzim glukoamilase

a. Fase : cair

b. Warna : coklat terang

c. Beratmolekul : 36.000 gr/mol

d. Densitas : 1,15 kg/liter

e. Viskositas : 1 cp

f. pH optimum : 4,5 - 5

g. Suhu optimum : 60⁰C

Sumber: Material Safety Data Sheet

3. Asam Klorida

a. Fase : Cair

b. Rumus molekul : HCl

c. Berat molekul : 36,5 kg/kgmol

d. Kelarutan : larut dalam air

e. Spesific gravity : 1,16

f. Titik didih : 83oC

g. Titik leleh : -46,2⁰C

h. Viscositas : 2,8 cP

i. Densitas : 1,15 kg/liter

Sumber: Material Safety Data Sheet

4. Kalsium Hidroksida

b. Fase : cair

c. Warna : putih

d. Berat molekul : 110,99 gr/mol

e. Specific gravity : 2,15

f. Titikdidih : 1670⁰C

g. Titikleleh : 772⁰C

h. Viscositas : 0,1

i. Densitas : 2,1520 kg/liter

Sumber: Material Safety Data Sheet

C. Sifat-sifatProduk

1. Dekstrosa

Sifat – sifat Umum:

a. Rumus molekul : C6H12O6

b. Fase : cair

c. Warna : jernih

d. Beratmolekul : 180

e. Densitas : 1,54 gr/cm3

f. Titik lebur : 146⁰C

g. Panaspembentukan (ΔHf) : -1273,3 kJ/mol h. Kapasitas panas (Cp) pada 25⁰C : 1,280 kJ/mol⁰C i. Kelarutan dalam air menunjukkan dalam100 gram pelarut

50

Sumber: Material Safety Data Sheet

Tabel3.1 Standar mutu sirup glukosa menurut SNI 01-2978-1992

No. KriteriaUji Satuan Persyaratan

1 1.1 Bau 1.2 Rasa 1.3 Warna

Tidak berbau Manis

Tidak berwarna

2 Air % b/b Maks. 20

3 Abu % b/b Maks. 1

4 Gula pereduksi dihitung sebagai D-glukosa

% b/b Min. 30

5 Pati Tidakada

Aries, R.S., and Newton, R.D., “Chemical Engineering Cost Estimation”, Mc. Graw Hill Book Co.Inc., New York, 1955.

Biro Pusat Statistik, “Statistik Perdagangan Luar Negeri Indonesia”, Indonesia foreign, Trade Statistic Import, Yogyakarta, 2003-2009.

Brown, G.G., “Unit Operation”, Modern Asia Edition, John Willey and Sons. Inc., New York, 1978.

Brownell, L.E., and Young, E.H., “Process Equipment Design”, 2nd Ed., John Willey and Sons. Inc., New York, 1959.

Coulson, J.M., and Richardson, J.F., “Chemical Engineering Design”, 6nd Ed., vol 6, Pergamon Pess, Oxford, 1983.

Farahi, A. G., and Najafpour, G. D., “Enzymatic Production of Reducting Sugar from Broomcorn seed: Process Optimization and Kinetic Studies”. World Applied Sciences Journal 18 (4). Iran. 2012

Kern, D.Q., ”Process Heat Transfer”, International Student Edition, Mc. Graw Hill Book Co.Inc., New York, 1983.

Muslimin., “Sintesis Polistirena Divinil Benzen Sulfonat Sebagai Resin Penukar Kation “. Universitas Sebelas Maret. 2005

Perry, J.H., and Chilton, C.H., “Chemical Engineering Hand Book”,6th Ed., Mc. Graw Hill Book Co.Inc., New York, 1984.

Peters, M.S., and Timmerhause, K.D., “Plant Design and Economic for Chemical Engineer’s”, 3rded., Mc. Graw Hill Book Co.Inc., New York, 1968.

Powell, S., “Water Condition for Industry”, Mc. Graw Hill Book Co.Inc., New York.1954.

Rase, H.F., “Chemical Reaktor Design for Process Plant vol. I and II, Principles and Techniques”, Willey and Sons, Inc, New York, 1977.

Rase, H.F., and Barrow M.H., “Project Engineering of Process Plants”, Willey and Sons, Inc, New York, 1957.

Sularso., “Pompa dan Kompresor”, cetakan VI, P.T. Pradnya Paramita, Jakarta, 1996.

Ullrich, G.D., “A Guide to Chemical Engineering Process Design and Economics”, John Willey and Sons. Inc., New York, 1984.

Wallas, S.M., “Chemical Process Equipment”, Mc. Graw Hill Book Koagakusha Company, Tokyo, 1959.