Penghambatan Degradasi Sukrosa Dalam Nira Tebu Menggunakan Gelembung Gas Nitrogen Dalam Reaktor Venturi Bersirkulasi

PENGHAMBATAN DEGRADASI SUKROSA DALAM NIRA
TEBU MENGGUNAKAN GELEMBUNG GAS NITROGEN
DALAM REAKTOR VENTURI BERSIRKULASI

TEUKU IKHSAN AZMI

SEKOLAH PASCASARJANA
INSTITUT PERTANIAN BOGOR
BOGOR
2008

PERNYATAAN MENGENAI TESIS DAN
SUMBER INFORMASI
Dengan ini saya menyatakan bahwa tesis yang berjudul Penghambatan
Degradasi Sokrosa dalam Nira Tebu Menggunakan Gelembung Gas Nitrogen
dalam Reaktor Venturi Bersirkulasi adalah karya saya dengan arahan dari komisi
pembimbing dan belum diajukan dalam bentuk apapun kepada perguruan tinggi
manapun. Sumber informasi yang berasal atau dikutip dari karya yang diterbitkan
maupun tidak diterbitkan dari penulis lain telah disebutkan dalam teks dan
dicantumkan dalam Daftar Pustaka di bagian akhir tesis ini.

Bogor, Maret 2008

Teuku Ikhsan Azmi
F351040031

ABSTRAK
T. IKHSAN AZMI. Penghambatan Degradasi Sukrosa dalam Nira Tebu
Menggunakan Gelembung Gas Nitrogen dalam
Reaktor Venturi
Bersirkulasi. Dibimbing oleh ANI SURYANI, PRAYOGA SURYADARMA
dan SAPTA RAHARJA.
Degradasi sukrosa yang terkandung dalam nira tebu selama pengolahan
disebabkan oleh reaksi inversi enzimatis dan aktivitas mikroba. Inversi sukrosa
disebabkan oleh waktu tunggu (dowmtime) karena kerusakan peralatan pada saat
proses berlangsung. Proses penghambatan degradasi sukrosa dalam nira tebu
dapat dilakukan dengan gelembung gas inert menggunakan reaktor venturi
bersirkulasi. Penelitian ini dilakukan untuk mendapatkan teknologi penghambatan
degradasi sukrosa dalam nira tebu menggunakan gelembung gas nitrogen dalam
reaktor venturi bersirkulasi. Penelitian dilakukan dengan memvariasikan laju alir
nira pada 25 l/min, 20 l/min, dan 15 l/min, dengan kecepatan aliran gas nitrogen

antara 0,02 m/det sampai 0,6 m/det menggunakan ukuran nozel 5 mm, 6 mm, dan
8 mm. Hasil penelitian menunjukkan gas hold-up yang terbentuk sangat baik
untuk penghambatan degradasi sukrosa, dan menunjukkan adanya korelasi linier
antara penghambatan sukrosa dengan gas hold-up. Laju penghambatan degradasi
sukrosa pada laju alir nira 25 l/min dan kecepatan aliran gas nitrogen 0,6 m/det
menggunakan ukuran nozel 6 mm dan suhu reaktor 70 oC memberikan
penghambatan sebesar 4,2 %. Proses penghambatan degradasi sukrosa dengan
menggunakan gelembung gas nitrogen dipengaruhi oleh gas hold-up dan ukuran
gelembung yang terbentuk.
Kata kunci: nira tebu, sukrosa, reaktor venturi bersirkulasi, gas hold-up, laju alir.

ABSTRACT
T. IKHSAN AZMI. Inhibition Process on Sucrose Degradation in Sugar Cane
Juice by Nitrogen Gas Bubbling Using Loop-Venturi Reactor. Under
direction of
ANI SURYANI, PRAYOGA SURYADARMA and SAPTA
RAHARJA.
Degradation of sucrose in sugar cane juice in sugar processing caused by
inversion enzymatic reaction and microorganisms activities. Sucrose degradation
caused by downtime of machine or maintenance of equipment. The inhibition

process on sucrose degradation was done by inert gas bubbling using loop-venturi
reactor. The objective of the research is to find the inhibition technology of
sucrose degradation in sugar cane juice by nitrogen gas bubbling using loopventuri reactor. The research used variation of flow rate of sugar cane juice, at 25
l/min, 20 l/min and 15 l/min, nitrogen gas velocity ranging from 0,02 to 0,6 m/s
and nozzle diameters were 5 mm, 6 mm, and 8 mm. The result showed that the
gas hold-up could be effectively for inhibition process on sucrose degradation,
and showed significantly linear correlation between inhibition process and gas
hold-up. At optimum condition (flow rate sugar cane juice 25 l/min and gas
velocity 0,6 m/s using nozzle diameter 6 mm and reactor temperature of 70oC),
the inhibition rate of sucrose degradation was 4,2%. The inhibition process of
sucrose degradation with gas nitrogen bubbling was affected by gas hold-up and
size of bubble gas nitrogen.
Keyword: sugar cane juice, sucrose, loop-venturi reactor gas hold-up, flow rate.

RINGKASAN
T. IKHSAN AZMI. Penghambatan Degradasi Sukrosa dalam Nira Tebu
Menggunakan Gelembung Gas Nitrogen dalam
Reaktor Venturi
Bersirkulasi. Dibimbing oleh ANI SURYANI, PRAYOGA SURYADARMA
dan SAPTA RAHARJA.

Industri gula yang ada sekarang tidak mungkin lagi dapat memenuhi
kebutuhan gula nasional yang terus meningkat dari tahun ke tahun. Keadaaan ini
disebabkan oleh penurunan areal tanaman tebu yang terus terjadi. Kemunduran
produksi gula nasional juga disebabkan oleh kondisi pabrik gula yang telah tua.
Sekitar 68 % jumlah pabrik gula yang ada telah berumur 75 tahun lebih serta
kurang mendapat perawatan yang memadai (Mardianto 2005).
Rendahnya produktivitas dan rendemen gula yang dihasilkan oleh pabrik
gula dalam negeri merupakan akibat dari teknologi produksi yang belum baik,
efisiensi mesin yang terus menurun dan produktivitas lahan yang menurun. Salah
satu faktor yang menyebabkan degradasi sukrosa adalah adanya kerusakan gula
pada saat alat-alat pengolahan gula mengalami penghentian proses produksi
(down time), yang disebabkan oleh kerusakan mesin atau pemeliharaan mesin.
Pada saat tersebut, nira tebu menunggu untuk dilakukan pengolahan selanjutnya.
Lamanya waktu tunggu tersebut menyebabkan terjadinya degradasi gula (sukrosa)
yang disebabkan oleh enzim invertase yang dihasilkan mikroba dalam nira.
menjadi gula-gula sederhana (invert), seperti glukosa dan fruktosa atau senyawa
turunan lainnya.
Penghambatan degradasi sukrosa dalam nira dapat dilakukan dengan cara
kimia dan fisika. Secara kimia penghambatan biasanya dilakukan dengan

penambahan bahan pengawet atau inhibitor kedalam nira tebu. Secara fisik
penghambatan aktivitas enzim dapat dilakukan dengan menggunakan gelembung
gas inert (nitrogen). Penghambatan dilakukan dengan memberikan gelembunggelembung gas nitrogen ke dalam larutan enzim, sehingga terbentuk gas-liquid
interfaces. Penghambatan dipengaruhi oleh kecepatan aliran gas, waktu dan luas
antarmuka kontak gas-cairan.
Penelitian ini bertujuan untuk mengetahui hubungan pengaruh laju alir
nira dan kecepatan aliran gas nitrogen terhadap gas hold-up dan pengaruh gas
hold- up dalam sistem reaktor venturi bersirkulasi terhadap konsentrasi sukrosa
dalam nira tebu. Pengaruh laju alir cairan nira dan kecepatan aliran gas nitrogen
terhadap pembentukan gas hold-up dilakukan dengan inkubasi larutan nira dalam
reaktor venturi bersirkulasi Pengujian faktor yang berpengaruh meliputi: laju alir
cairan nira, kecepatan aliran gas nitrogen, dan ukuran nozel. Laju alir cairan nira
yang digunakan adalah 25 l/min, 20 l/min dan 15 l/min. Sedangkan kecepatan
aliran gas nitrogen antara 0,02 m/det, 0,1 m/det, dan 0,6 m/det. Tiap perlakuan
percobaan digunakan reaktor venturi bersirkulasi dengan distributor cairan
menggunakan nozel dengan ukuran 5 mm, 6 mm dan 8 mm dan lama inkubasi
selama 420 menit. Pengaruh gas hold-up dan pola aliran dalam reaktor venturi
bersirkulasi terhadap degradasi sukrosa dilakukan dengan inkubasi larutan nira
dalam reaktor venturi bersirkulasi. Hasil penelitian menunjukkan gas hold-up
dipengaruhi oleh laju alir cairan nira dan kecepatan aliran gas nitrogen. Pada

laju alir cairan yang sama gas hold-up dipengaruhi oleh kecepatan aliran gas
nitrogen dan bentuk geometri venturi serta sifat fisik cairan dan gas. Semakin
besar kecepatan aliran gas nitrogen secara umum meningkatkan gas hold-up. Pada
laju alir cairan 25 l/min dengan ukuran nozel
6 mm peningkatan kecepatan
aliran gas nitrogen dari 0,1 m/det sampai 0,6 m/det meningkatkan gas hold-up.
Peningkatan gas hold-up menunjukkan konsentrasi sukrosa yang dapat
dipertahankan dalam nira tebu semakin tinggi. Rejim aliran yang terbentuk dalam
venturi juga mempengaruhi jumlah sukrosa yang dapat dipertahankan. Rejim
aliran gelembung memberikan penghambatan sukrosa yang lebih besar.
Penurunan konsentrasi sukrosa pada penghambatan menggunakan
gelembung gas nitrogen dalam reaktor venturi bersirkulasi menggunakan
gelembung gas nitrogen dengan inkubasi sampai 30 menit dapat memberi
penghambatan 4,2 % pada laju alir nira 25 l/min, kecepatan aliran gas nitrogen 0,6
m/det dan ukuran nozel 6 mm.
Penghambatan degradasi sukrosa dalam nira tebu dengan menggunakan
gelembung gas nitrogen dipengaruhi oleh gas hold-up dan ukuran gelembung gas.
Gas hold-up yang tinggi dan ukuran gelembung gas yang kecil memberikan
penghambatan degradasi sukrosa yang tinggi. Gelembung gas yang kecil

memperbesar luas antarmuka kontak cairan dan gas, dan akan meningkatkan
penghambatan sukrosa dalam nira tebu.

@ Hak Cipta milik Institut Pertanian Bogor, tahun 2008
Hak Cipta dilindungi undang-undang
1. Dilarang mengutip sebagian atau seluruh karya tulis ini tanpa
mencantumkan atau menyebutkan sumber
a. Pengutipan hanya untuk kepentingan pendidikan, penelitian, penulisan
karya ilmiah, penyusunan laporan, penulisan kritik atau tinjauan suatu
masalah
b. Pengutipan tidak merugikan kepentingan yang wajar IPB
2. Dilarang mengumumkan dan memperbanyak sebagian atau seluruh karya
tulis dalam bentuk apapun tanpa seizin IPB

PENGHAMBATAN DEGRADASI SUKROSA DALAM NIRA
TEBU MENGGUNAKAN GELEMBUNG GAS NITROGEN
DALAM REAKTOR VENTURI BERSIRKULASI

TEUKU IKHSAN AZMI

F 351040031

Tesis
Sebagai salah satu syarat untuk memperoleh gelar
Magister Sains pada
Program Studi Teknologi Industri Pertanian

SEKOLAH PASCASARJANA
INSTITUT PERTANIAN BOGOR
BOGOR
2008

Judul Tesis

Nama
NIM

: Penghambatan Degradasi Sukrosa dalam Nira Tebu
Menggunakan Gelembung Gas Nitrogen dalam Reaktor
Venturi Bersirkulasi

: Teuku Ikhsan Azmi
: F351040031

Disetujui
Komisi Pembimbing

Dr. Ir. Ani Suryani, DEA
Ketua

Prayoga Suryadarma, STP, MT
Anggota

Dr.Ir. Sapta Raharja, DEA
Anggota

Diketahui

Ketua Program Studi
Teknologi Industri Pertanian

Dr. Ir. Irawadi Jamaran

Tanggal Ujian : 6 Maret 2008

Dekan Sekolah Pascasarjana

Prof. Dr. Ir. Khairil Anwar Notodiputro, MS

Tanggal Lulus :

PRAKATA
Puji dan syukur penulis panjatkan kehadirat Allah SWT atas karunia
Rahmat dan Hidayah-Nya sehingga penulis bisa menyelesaikan karya ilmiah ini.
Shalawat dan salam kepada junjungan kita Nabi Muhammad SAW. Penelitian ini
dilaksanakan dari bulan Maret 2006 sampai Januari 2007, bertempat di
Laboratorium

Teknologi

Industri

Pertanian

(TIP)

IPB

dengan

judul

”Penghambatan Degradasi Sukrosa dalam Nira Tebu Menggunakan
Gelembung Gas Nitrogen dalam Reaktor Venturi Bersirkulasi”.
Pada kesempatan ini penulis mengucapkan terima kasih yang tulus dan
sebesar-besarnya kepada :
1. Bapak Dr. Ir. Irawadi Jamaran, selaku ketua program studi Teknologi Industri
Pertanian Institut Pertanian Bogor yang telah banyak memberikan bimbingan
dan arahan bagi penulis selama pendidikan di program studi Teknologi
Industri pertanian IPB.
2. Ibu Dr. Ir. Ani Suryani, DEA sebagai ketua komisi pembimbing dan Bapak
Dr. Ir. Sapta Raharja, DEA serta Bapak Prayoga Suryadarma, STP, MT
sebagai anggota komisi pembimbing, atas segala bimbingan, masukan, saran
dan kritik yang sangat berarti bagi penulis selama pelaksanaan penelitian dan
penulisan tesis ini.
3. Dr. Ir Liesbetini Hartoto, MS, atas kesediaanya sebagai dosen penguji luar
komosi dan atas segala saran dan masukan untuk kelengkapan penulisan tesis
ini.
4. Kepada seluruh keluarga, atas segala doa, dukungan dan kasih sayangnya
kepada penulis.
5. Rekan-rekan mahasiswa program studi Teknologi Industri Pertanian Sekolah
Pascasarjana IPB angkatan 2004, atas segala dukungan dan kebersamaan
selama pendidikan di Pascasarjana IPB.
6. Rekan-rekan mahasiswa IKAMAPA Aceh-Bogor atas kebersamaan dan sukaduka selama pendidikan di Pascasarjana IPB.
7. Semua pihak yang telah membantu dan memberikan dukungan selama
pendidikan di SPs-IPB hingga selesainya penulisan tesis ini.
Akhir kata penulis berharap semoga hasil penelitian ini bermanfaat.

Bogor, Maret 2008
Teuku Ikhsan Azmi
RIWAYAT HIDUP
Penulis di lahirkan di Aceh Besar pada tanggal 25 April 1974 dari Ayah T.
Husin (Alm) dan Ibu Ainol Mardhiah (Alm). Penulis merupakan putra ketiga dari
enam bersaudara.
Tahun 1993 penulis lulus dari Sekolah Menengah Atas Darussalam Banda
Aceh. Pendidikan sarjana strata satu (S-1) penulis tempuh pada Jurusan Teknik
Kimia Universitas Syiah Kuala, Banda Aceh dan lulus pada tahun 2000. Pada
tahun yang sama penulis bekerja sebagai staf pengajar pada Universitas Jabal
Ghafur Sigli, Aceh. Tahun 2004

penulis mendapat kesempatan melanjutkan

pendidikan dan diterima pada Program Studi Teknologi Industri Pertanian (TIP)
Institut Pertanian Bogor. Beasiswa pendidikan Pascasarjana diperoleh dari BPPS
Dirjen Dikti Depertemen Pendidikan Nasional.

DAFTAR ISI
Halaman
DAFTAR TABEL ....................................................................................

xiii

DAFTAR GAMBAR ..............................................................................

xiv

DAFTAR LAMPIRAN ............................................................................

xv

DAFTAR GLOSARI .................................................................................

xvi

PENDAHULUAN .....................................................................................
Latar Belakang ....................................................................................
Tujuan ................................................................................................
Ruang Lingkup Penelitian ..................................................................
Manfaat Penelitian ..............................................................................

1
1
4
5
5

TINJAUAN PUSTAKA ............................................................................
Karakterisasi Nira Tebu .....................................................................
Komponen Gula Tebu .........................................................................
Sukrosa .............................................................................
Glukosa ............................................................................
Fruktosa ............................................................................
Degradasi Sukrosa dalan Nira Tebu.....................................................
Reaksi Enzimatis..................................................................................
Faktor yang Mempengaruhi Aktivitas Enzim .....................................
Penghambatan Reaksi Enzimatis ........................................................
Pengaruh suhu dan Tekanan Terhadap Aktivitas Enzim Invertase ....
Penggunaan Reaktor Venturi Bersirkulasi untuk Penghambatan
Degradasi Sukrosa ..............................................................................

6
6
10
10
13
14
15
16
17
20
21

METODE PENELITIAN ..........................................................................
Tempat dan Waktu Penelitian .............................................................
Alat dan Bahan Penelitian ..................................................................
Tahapan Penelitian ...............................................................................
Karakterisasi Nira Awal ....................................................
Penentuan Pengaruh Laju Alir Cairan, dan Kecepatan
Aliran Gas Terhadap gas hold-up .....................................
Penentuan Pengaruh Gas hold-up dan Rejim Aliran dalam
Venturi Terhadap Degradasi Sukrosa ................................
Penentuan Degradasi Sukrosa Nira Tebu Menggunakan
Gelembung Gas Nitrogen dalam Reaktor Venturi
Bersirkulasi .......................................................................

31
31
31
32
33

HASIL DAN PEMBAHASAN..................................................................
Karakterisasi Nira Tebu ....................................................................

36
36

22

34
35

35

Hubungan Laju Alir Cairan dan Kecepatan Aliran Gas Terhadap
Gas Hold-up .........................................................................................
Hubungan Gas Hold-up dan Rejim Aliran dalam Reaktor Venturi
Bersirkulasi Terhadap Konsentrasi Sukrosa dalam Nira Tebu ..........
Hubungan Rejim Aliran Terhadap Degradasi Sukrosa........................
Hubungan Gas Hold-up Terhadap Degradasi Sukrosa ........................
Pencegahan Degradasi Sukrosa Nira Tebu Menggunakan Gelembung
Gas Nitrogen dalam Reaktor Venturi Bersirkulasi ..............................
Perubahan Konsentrasi Sukrosa .......................................
Pembentukan Gula Pereduksi ...........................................
Perubahan pH Nira dan Pembentukan Asam-asam
Organik...............................................................................
Kelayakan Teknis Penggunaan RVB pada Industri Gula ....................

37
43
45
48
49
51
52
54
56

SIMPULAN DAN SARAN ......................................................................
Simpulan ...........................................................................................
Saran ..................................................................................................

58
58
58

DAFTAR PUSTAKA ..............................................................................

59

LAMPIRAN .............................................................................................

63

DAFTAR TABEL

Halaman
1. Jam henti giling beberapa pabrik gula tahun 2006 di lingkungan
PTPN IX ..............................................................................................
2. Kandungan gula dan zat bukan gula dalam nira ................................
3. Kandungan senyawa bukan gula dalam nira ......................................
4. Kemanisan relatif beberapa pemanis ..................................................
5. Faktor yang mempengaruhi kecepatan reaksi enzimatis.......................
6. Karakteristik nira ........... ....................................................................

2
6
9
11
18
37

DAFTAR GAMBAR

Halaman
1. Reaksi hidrolisis sukrosa......................................................................
12
2. Ikatan enzim dengan substrat pada pembentukan produk .................
16
3. Pengaruh suhu terhadap aktivitas enzim ..............................................
18
4. Pengaruh suhu terhadap aktivitas relatif enzim invertase dari gula tebu
21
5. Pegaruh tekanan dan suhu terhadap waktu paruh Kluyveromyces lactis
lactase .................................................................................................
22
6. Reaktor venturi bersirkulasi .................................................................
23
7. Profil tekanan sepanjang venturi..........................................................
24
8. Mekanisme pembentukan gelembung gas ...........................................
25
9. Pembentukan gelembung gas pada laju alir cairan 2 m3/jam dan
kecepatan aliran gas 1,29 x 10-4 m3/det................................................
26
10. Bentuk dan ukuran geometri venturi ...................................................
27
11. Pola gelembung aliran pada berbagai rejim aliran ..............................
28
12. Rangkaian peralatan penelitian ...........................................................
32
13. Diagram alir penelitian ........................................................................
33
14. Pengukuran gas hold-up.......................................................................
34
15. Hubungan kecepatan aliran gas dengan gas hold-up pada diameter
nozel 5 mm...........................................................................................
38
16. Hubungan kecepatan aliran gas dengan gas hold-up pada diameter
nozel 6 mm...........................................................................................
40
17. Hubungan kecepatan aliran gas dengan gas hold-up pada diameter
nozel 8 mm...........................................................................................
42
18. Jenis rejim aliran yang terbentuk dalam reaktor venturi bersirkulasi
berdasarkan hubungan rasio kecepatan aliran gas dan cairan dengan
bilangan weber ....................................................................................
44
19. Hubungan gas hold-up dengan konsentrasi sukrosa pada rejim
aliran yang berbeda ............................................................................
47
20. Hubungan gas hold-up dengan konsentrasi sukrosa ..........................
48
21. Konsentrasi sukrosa sisa setelah perlakuan..........................................
49
22. Laju penghambatan degradasi sukrosa menggunakan reaktor
venturi bersirkulasi dan reaktor tangki berpengaduk ...........................
50
23. Hubungan ∆[sukrosa] dengan penghambatan dan tanpa
penghambatan .....................................................................................
51
24. Pembentukan gula pereduksi pada nira................................................
53
25. Perubahan pH nira................................................................................
55
26. Perubahan persentase asam organik pada nira ....................................
55

DAFTAR LAMPIRAN

Halaman
1.
2.
3.
4.
5.

Prosedur analisis sampel gula ..............................................................
Geometri reaktor, sifat fisik cairan nira dan gas .................................
Data gas hold-up dan konsentrasi sukrosa ..........................................
Data perubahan konsentrasi sukrosa, pH dan pesentase asam .............
Kebutuhan energi pada reaktor venturi bersirkulasi .............................

63
66
67
68
69

DAFTAR GLOSARI

A
dc
dG
djet
dN
dM
Eo
g
hf
hl
hm
hm
K
Km
LM
Ljet
LD
LT
Lv
Pa
Pb
Ql
Qg
Ug
Ul
Ug/Ul
V
We
Wpŋ
Zb
αg
µl
ρl
σl
µg
ρg
∆G
∆H
∆PN
∆PG
∆S

= luas area pipa/nozel, m2
= diameter kolom, m
= diameter lubang masuk gas, mm
= diameter jet, m
= diameter nozel, m
= diameter leher venturi, m
= energi aktivasi
= grafitasi, m/s2
= faktor gesekan pompa, J/kg
= tinggi cairan nira sebelum diberikan gas nitrogen, mm
= tinggi cairan nira setelah diberikan gas nitrogen, mm
= tinggi efektif kolom, m
= konstanta reaksi, mmol/l
= konstanta Michaelis-menten
= panjang leher venturi, m
= panjang jet cairan dalam venturi, m
= panjang bagian difuserI, m
= panjang draft tube, m
= panjang venturi, m
= tekanan bagian isapan pompa, N/m2
= tekanan bagian keluaran pompa, N/m2
= laju alir cairan, l/min atau m3/det
= laju alir gas, l/min atau m3/det
= kecepatan aliran gas, m/det
= kecepatan aliran cairan, m/det
= nisbah kecepatan aliran gas dan cairan
= kecepatan reaksi, mmol/ min
= bilangan weber
= kerja pompa, J/kg
= tinggi keluaran cairan dari pompa, m
= fraksi gas (gas hold-up)
= viskositas cairan, kg/m.dt
= densitas cairan, kg/m3
= tegangan permukaan cairan , N/m2
= viskositas gas, kg/m.dt
= densitas gas, kg/m3
= perubahan energi bebas, kJ/mol
= perubahan entalpi, kJ/mol
= perbedaan tekanan cairan melewati nozel, N/m2
= perbedaan tekanan campuran cairan-gas dalam leher venturi, N/m2
= perubahan entropi, kJ/mol

PENDAHULUAN
Latar Belakang
Permintaan gula secara nasional diperkirakan terus meningkat seiring
dengan peningkatan jumlah penduduk, pendapatan masyarakat, dan pertumbuhan
industri pengolahan makanan dan minuman. Indonesia sebagai negara
berpenduduk besar amat berpotensi menjadi salah satu konsumen gula terbesar di
dunia.

Kebutuhan gula nasional

Indonesia sebesar

3,2 juta ton pertahun

sementara produksi dalam negeri sekitar 2 juta ton (Mardianto 2005).
Ketergantungan pada impor gula

dapat mengancam kemandirian Indonesia,

selain dapat menguras devisa negara yang diperlukan untuk pembangunan.
Kondisi ini menunjukkan Indonesia harus meningkatkan produksi gula tebu
dengan memperbaiki faktor-faktor yang terkait dengan penurunan produktivitas
gula.
Menurut Sekretariat Dewan Gula Indonesia (2004), rendemen gula dalam
kurun waktu 1993-2004 rata-rata 7,24% dengan produktivitas 5,12 ton/hektar,
keadaan ini jauh lebih rendah dibandingkan 10 tahun sebelumnya (1983 sampai
1992) yang mencapai rendemen 9,8%. Kondisi ini disebabkan oleh produktivitas
lahan yang terus menurun. Kemunduran produksi gula nasional juga disebabkan
oleh kondisi pabrik gula yang telah tua. Sekitar 68% jumlah pabrik gula yang ada
telah berumur 75 tahun lebih serta kurang mendapat perawatan yang memadai
(Mardianto 2005). Hal ini menyebabkan tingkat efisiensi menurun, sehingga
perlu dilakukan revitalisasi dan perbaikan teknologi proses produksi pabrik gula.
Salah satu permasalahan yang menyebabkan rendahnya rendemen gula
dilihat dari proses dan efisiensi mesin adalah adanya penghentian proses produksi
sementara (downtime). Downtime dapat terjadi akibat

adanya penyetelan

(setting), penyesuaian (adjustment), pemeliharaan atau akibat terjadinya
kerusakan peralatan pada sistem produksi. Jam henti giling beberapa pabrik gula
selama masa giling tahun 2006 disajikan pada Tabel 1. Pada saat downtime nira
menunggu untuk dilakukan pengolahan selanjutnya.

Lamanya waktu tunggu

tersebut menyebabkan degradasi gula (sukrosa) menjadi gula-gula sederhana
(invert), seperti glukosa dan fruktosa atau senyawa turunan lainnya.

Tabel 1 Jam henti giling beberapa pabrik gula tahun 2006 di lingkungan PTPN IX
Nama pabrik
Kapasitas
Hari giling
Jam henti giling
3
gula
(m )
(hari)
(jam)
PG. Sragi
28.830
113
233
PG. Rendeng
24.872
120
191
PG. Mojo
22.661
128
220
PG. Sumberharjo
16.239
158
312
Sumber: PTPN IX
Degradasi sukrosa dalam proses pengolahan nira tebu menjadi gula dapat
disebabkan oleh tiga hal yaitu reaksi enzimatis, reaksi mikrobiologis dan kondisi
proses yang secara tidak langsung mempercepat reaksi enzimatis dan
mikrobiologi, seperti pH dan suhu. Kerusakan sukrosa pada saat down time dan
selama pengolahan dapat diminimalkan dengan menghambat aktivitas enzim dan
mikroba yang menyebabkan terjadinya hidrolisis sukrosa. Penghambatan dapat
dilakukan dengan menggunakan inhibitor atau mengkondisikan proses seperti
dengan pengaturan pH dan suhu.
Aktivitas enzim dipengaruhi oleh konsentrasi enzim, substrat, produk,
senyawa inhibitor dan aktivator, pH dan jenis pelarut yang terdapat pada
lingkungan, kekuatan ion dan suhu (Hartoto & Sailah 1992). Dengan mempelajari
pengaruh faktor-faktor tersebut terhadap enzim, dapat dipelajari sifat-sifat enzim
secara khusus. Sebagai contoh, dengan mengkombinasikan konsentrasi substrat
dan produk dapat dipelajari mekanisme reaksi enzimatis, yaitu bagaimana tahap
terjadinya pengikatan substrat oleh enzim maupun pelepasan produknya.
Pengetahuan mengenai pengaruh faktor-faktor tersebut terhadap enzim diperlukan
pula dalam menentukan suatu media atau lingkungan buatan yang dapat
memaksimumkan, atau meniadakan/menghambat aktivitas enzim (Suhartono
1989).
Penghambatan degradasi sukrosa dalam nira dapat dilakukan dengan cara
kimia dan fisika. Secara kimia penghambatan dapat dilakukan dengan
penambahan bahan pengawet atau inhibitor dalam nira tebu. Pada reaksi enzimatis
inhibitor dapat merupakan hasil dari reaksi enzimatis, sehingga produk yang
dihasilkan menghambat reaksi enzimatis selanjutnya. Aktivitas reaksi inversi
sukrosa yang disebabkan enzim invertase dipengaruhi oleh

pH dan suhu

(Rahman et al. 2004). Reaksi inversi sukrosa dengan katalis invertase dapat

dihambat oleh substrat (sukrosa) dan produk (fruktrosa dan glukosa). Reaksi ini
termasuk reaksi inhibisi model non-kompetitif (Filho dan Ribero 1999). Substrat
sukrosa dapat menghambat reaksi invertase pada konsentrasi 80% (b/v),
sedangkan penghambatan oleh produk glukosa dan fruktosa masing-masing
sebesar 27% dan 37% (Vorstex dan Frederik 1998). Akumulasi glukosa dan
fruktosa dalam pengolahan gula tidak dikehendaki, karena gula pereduksi dapat
menghambat proses kristalisasi sukrosa, sehingga penghambatan dengan produk
(glukosa dan fruktosa) tidak diinginkan.
Penghambatan inversi sukrosa dalam nira tebu secara kimia dapat juga
dilakukan dengan penambahan inhibitor dalam nira. Beberapa jenis garam
terutama HgCl2, FeCl2, CuCl2 dan CdCl2 dapat menghambat aktivitas enzim
invertase (Rahman et al. 2004). Mikroba dalam nira

seperti Leuconostoc

mesenteroides dapat mengkonversi sukrosa menjadi fruktosa dan dekstran.
Mikroba juga dapat menyebabkan pembentukan asam-asam organik, sehingga pH
nira turun. Nilai pH yang rendah dan keberadaan asam-asam organik memicu
terjadinya degradasi sukrosa lebih lanjut. Kerusakan sukrosa

akibat mikroba

dapat dilakukan dengan cara penambahan bahan antimikroba. Penambahan bahanbahan pengawet seperti garam-garam klorida dan bahan antimikroba dalam nira
tebu dapat menimbulkan permasalahan isu kesehatan, sehingga perlu dicari suatu
teknik penghambatan yang aman bagi kesehatan dengan biaya yang lebih
ekonomis.
Penghambatan aktivitas enzim

secara fisik dapat dilakukan dengan

menggunakan gelembung gas inert (nitrogen). Penghambatan dilakukan dengan
cara memberikan gelembung-gelembung gas nitrogen ke dalam enzim dengan
menggunakan reaktor bubble column, sehingga terbentuk gas-liquid interfaces.
Penghambatan dipengaruhi oleh kecepatan aliran gas, waktu dan luas antarmuka
gas-cairan (Causette et al. 1998). Perlakuan tekanan dan temperatur tinggi juga
dapat menghambat aktivitas reaksi enzimatis (Cavaille & Combes 1998).
Perkembangan mikroba dapat dihambat dengan perlakuan tekanan tinggi, seperti
penggunaan karbon dioksida bertekanan tinggi (Watanabe et al. 2003).
Mekanisme Penghambatan enzim dengan gelembung gas adalah karena
terjadi adsorpsi gas oleh enzim yang membentuk suatu formasi mikromolekul.

Gas akan berdifusi pada antarmuka substrat, sehingga menghambat reaksi enzimsubstrat (Kulys 2003). Penghambatan enzim dengan gelembung gas inert dapat
dilakukan dalam suatu reaktor yang mampu mendistribusikan fase gas secara
efektif ke dalam fase cairan, dengan memberikan luas antarmuka gas-cair yang
besar.
Reaktor bubble column tidak dapat menghasilkan luas antarmuka gascairan yang besar, hal ini menyebabkan penghambatan dengradasi sukrosa tidak
efektif. Luas antarmuka gas-cairan yang besar dapat diperoleh dengan
menggunakan reaktor venturi bersirkulasi (Zahradnik 1997). Luas antarmuka yang
besar dihasilkan oleh gelembung-gelembung gas yang kecil. Geometri venturi
menghasilkan laju geser (shear rate) yang tinggi sehingga dapat menghasilkan
gelembung gas berukuran kecil. Pembentukan gelembung gas dipengaruhi oleh
laju alir cairan, kecepatan aliran gas, ukuran nozel serta geometri venturi yang
digunakan. Penghambatan degradasi sukrosa dalam nira tebu dipengaruhi oleh
fraksi gas dalam cairan (gas hold-up) dan ukuran dari gelembung gas.
Nira akan didistribusikan melalui venturi dan gas akan ikut terbawa ke
dalam venturi karena adanya perbedaan tekanan. Kontak antara gas dan nira akan
terjadi secara efektif dalam venturi yang dilanjutkan dalam tabung reaktor.
Penentuan laju alir nira tebu dan kecepataan gas nitrogen yang optimal untuk
pembentukan gelembung gas perlu dipelajari. Selain itu pemilihan kondisi proses
yang optimal menggunakan reaktor venturi bersirkulasi juga dibutuhkan untuk
aplikasi proses penghambatan kerusakan sukrosa dalam nira tebu.

Tujuan Penelitian
Tujuan umum penelitian ini adalah untuk mendapatkan suatu teknik proses
penghambatan degradasi sukrosa dalam nira tebu menggunakan gas nitrogen
dalam reaktor venturi bersirkulasi (RVB). Secara khusus tujuan penelitian ini
adalah:
1. Mendapatkan hubungan pengaruh laju alir nira dan kecepatan aliran gas
nitrogen terhadap gas hold-up dalam reaktor venturi bersirkulasi

2. Mendapatkan hubungan pengaruh gas hold-up dan rejim aliran yang
terbentuk dalam sistem reaktor venturi bersirkulasi terhadap konsentrasi
sukrosa dalam nira tebu
3. Menghasilkan teknik penghambatan degradasi sukrosa dalam nira tebu
menggunakan reaktor venturi bersirkulasi

Ruang Lingkup Penelitian
Studi penghambatan degradasi sukrosa dalam nira tebu ini dibatasi dengan
lingkup bahasan pada (1) karakterisasi nira tebu (2) melakukan inkubasi nira tebu
dalam reaktor venturi bersirkulasi dengan laju alir nira tebu 25 l/min, 20 l/min
dan 15 l/min dengan kecepatan aliran gas nitrogen 0,02 m/det sampai 0,6 m/det.
Variasi antara laju alir nira tebu dan kecepatan aliran gas nitrogen dilakukan
untuk mendapatkan pengaruh laju alir cairan nira dan kecepatan aliran gas
nitrogen terhadap gas hold-up dan pengaruh gas hold-up pada rejim aliran dalam
venturi terhadap konsentrasi sukrosa nira tebu (3) melakukan inkubasi nira tebu
dalam reaktor venturi bersirkulasi dengan laju alir nira 25 l/min, kecepatan aliran
gas nitrogen 0,6 m/det, tekanan reaktor 0,5 kg/cm2 dan suhu 70 oC untuk
menentukan penghambatan degradasi sukrosa dalam nira tebu menggunakan
gelembung gas nitrogen dan (4) melakukan analisis kelayakan teknologi
penggunaan reaktor venturi bersirkulasi untuk penghambatan degradasi sukrosa
dalam nira tebu.

Manfaat Penelitian
Penelitian ini terutama ditujukan untuk penghambatan degradasi sukrosa
dalam nira tebu pada saat pengolahan. Secara khusus keluaran penelitian ini
diharapkan dapat :
1. Mendapatkan suatu teknologi penghambatan degradasi sukrosa dalam nira
tebu di industri gula.
2. Memberikan alternatif penggunaan reaktor venturi bersirkulasi

dalam

industri gula sebagai salah satu cara penghambatan degradasi sukrosa.

TINJAUAN PUSTAKA
Karakterisasi Nira Tebu
Setelah ditebang tebu harus secepat mungkin diangkut ke pabrik untuk
segera digiling. Kualitas nira akan menurun karena proses respirasi berjalan terus
atau terjadi penguraian sukrosa. Hasil dari proses ekstraksi tebu diperoleh cairan
yang biasa disebut nira.
Nira tebu merupakan cairan yang mengandung sukrosa yaitu karbohidrat
yang tergolong disakarida dan terdiri dari dua komponen monosakarida, Dglukosa dan D-fruktrosa. Tebu selain mengandung sukrosa dan berbagai gula
pereduksi juga mengandung serat,

zat bukan gula dan air. Dalam proses

pembuatan gula putih dari tebu, sukrosa harus dipisahkan dari zat dan ikatan
bukan gula dalam serangkaian tahapan proses produksi. Nira tebu dengan
kandungan sukrosa 14% memiliki densitas pada 20 oC sebesar 1053,873 kg/m3
dengan viskositas rata-rata 15,43 cp (Pancoast 1980). Nira mengandung gula dan
zat bukan gula seperti disajikan dalam dalam Tabel 2.
Tabel 2 Kandungan gula dan zat bukan gula dalam nira
No. Komponen

Persentase (% tebu)

1

Gula sukrosa

11 – 14

2

Gula pereduksi

0,5 – 2,0

3

Zat anorganik

0,5 – 2,5

4

Zat organik

0,15 – 0,20

5

Sabut

10,0 – 15,0

6

Zat warna, malam

7,5 – 15,0

7

Air

60,0 – 80,0

Sumber: Moerdokusumo (1993)
Nira tebu berdasarkan sifat fisik dan kimianya terdiri dari tiga macam bahan,
yaitu:

1. Bahan kasar yang terdispersi (lebih besar dari 0,0001 mm) yang berupa
tanah, ampas tebu (serat). Jumlah bahan tersebut dapat mencapai 5 persen
dari berat nira dan dapat dihilangkan dengan penyaringan.
2. Bahan koloid (butir antara 0,0001 – 0,000.001 mm) yang berupa butiran
tanah, lilin, lemak, protein, getah (gum), pektin, tanin dan zat warna.
Jumlah bahan tersebut adalah 0,05 sampai 0,30 persen, bahan tersebut
dapat merangsang pertumbuhan mikroba.
3. Molekul dan ion yang terdispersi (butir lebih kecil dari 0,000.001 mm),
yaitu gula dan unsur yang terdapat dalam abu.
Penyimpanan tebu juga mempengaruhi pengurangan sukrosa dalam nira.
Tebu yang disimpan dalam ruangan dan ditumpuk akan menyebabkan suhu dalam
tumpukan

naik

yang

mengakibatkan

inversi

sukrosa

dan

merangsang

pertumbuhan mikroba. Pengangkutan yang jaraknya terlalu jauh dari pabrik dan
sinar matahari juga menyebabkan turunnya kadar sukrosa.
Nira merupakan salah satu bahan pangan yang mudah rusak karena
kontaminasi dengan mikroba. Kerusakan nira sebenarnya sudah dimulai sejak
awal penggilingan tebu. Infeksi mikroba ke dalam nira terjadi akibat kontak antara
batang tebu dengan pisau atau tanah. Mikroba yang terbanyak menyerang tebu
adalah Leuconostoc mesenteroides yang berasal dari tanah.
Sukrosa terhidrolisis dengan adanya mikroba yang menghasilkan asam atau
enzim dalam nira, sehingga terjadi pemecahan sukrosa menjadi glukosa dan
fruktosa (gula invert). Proses hidrolisis sukrosa dengan katalis invertase disajikan
dalam Persamaan 1. Pada tebu inversi sukrosa maksimal terjadi pada pH 7,2 dan
suhu 60 oC (Rahman et al. 2004).
C12H22O11 + H2O
Sukrosa

C6H12O6 + C6H12O6 ........................... Persamaan (1)
Glukosa Fruktosa

Selanjutnya glukosa dan fruktosa hasil inversi akan terfermentasi oleh khamir
Saccharomyces ellipsoides menghasilkan alkohol seperti disajikan

pada

Persamaan 2. fermentasi terutama terjadi karena adanya enzim zimase yang
dikeluarkan oleh khamir. Fermentasi berjalan baik pada suhu 30 oC sampai 35 oC
dengan konsentrasi gula pereduksi antara 5 % sampai 20 %. (Wijandi 1985).
C6H12O6 + Saccharomyces ellipsoides
Glukosa/Fruktosa

2C2H5OH + CO2 .......Persamaan (2)
Etanol

Persamaan 3 menyajikan reaksi oksidasi etanol oleh bakteri Acetobacter aceti
menjadi asam asetat.
C2H5OH + O2 + Acetobacter aceti
Etanol

CH3COOH + H2O ............Persamaan (3)
asam asetat

Gula invert dapat juga terfermentasi menjadi asam laktat oleh bakteri Bacillus
lactis acidi pada suhu 45 oC sampai 55 oC selama 3 sampai 6 hari. Reaksi-reaksi
diatas dapat menyebabkan kadar sukrosa menurun dan kadar asam meningkat
sehingga pH cenderung menurun.
Menurut Wijandi (1985), bakteri yang dapat tumbuh pada nira tebu dapat
digolongkan :
1. Bakteri pembentuk lendir “gum”, terutama Leuconostoc mesenteroides dan
sedikit Leuconostoc dextranicum serta Betacoccus arabinosaceus yang
menghasilkan dekstran dari glukosa. Dekstran adalah polisakarida yang terdiri
dari glukosa dan merupakan lendir gum. Bakteri tersebut sangat baik
pertumbuhannya pada pH 7-8 dan suhu kamar. Selain itu Bacillus subtilis,
Bacillus mesentericus, Bacillus vulgatus dan Bacillus levaniformans juga
menghasilkan levan yang berupa lendir gum, tetapi lebih sedikit

jika

dibandingkan dengan Leuconostoc sp. Lendir gum yang terbentuk dalam nira
tebu dapat menimbulkan beberapa masalah seperti:
-

Penyumbatan pada pipa, saringan dan pompa pengolahan gula

-

Kesalahan pada penilaian polarisasi karena dekstran mempunyai rotasi
spesifik antara 195-200

-

Dekstran

akan

meningkatkan

viskositas

larutan,

sehingga

hasil

kristalisasinya rendah
-

Asam yang ditimbulkan bakteri akan menyebabkan terjadinya inversi
sukrosa

2. Bakteri aerob pembentuk spora, yaitu Bacillus

subtilis, Bacillus cereus,

Bacillus megatherium, Bacillus aterrimus dan Bacillus mesentericus.
3. Bakteri aerob tidak membentuk spora, yaitu spesies Micrococcus seperti
Flavobacterium, Achomabacterium dan Escherichia.
Kerusakan nira ditandai dengan rasa yang asam, adanya buih dan lendir.
Kerusakan terjadi karena aktifitas mikroba dalam nira. Kerusakan

nira tebu

(sukrosa) baik sebelum dan sesudah diolah sangat tergantung pada pH nira dan

suhu pemurnian nira. Pada pH yang rendah sukrosa akan terinversi menjadi
glukosa dan fruktosa.
Selain komponen gula dan asam-asam organik terdapat komponen lain
dalam nira yang mempengaruhi proses pembuatan gula. Komponen tersebut harus
dihilangkan, terutama dalam proses pemurnian karena komponen-komponen
tersebut dapat mempengaruhi proses kristalisasi serta produk yang dihasilkan,
misalnya warna gula yang merah. Komposisi senyawa zat bukan gula dalam nira
dapat dilihat pada Tabel 3.
Tabel 3 Kandungan senyawa bukan gula dalam nira
No.
1

2

3

Bahan bukan gula
Karbohidrat (tidak termasuk gula)
Hemiselulosa dan pentosa (xylan)

8,5

Pektin

1,5

Senyawa nitrogen organik
Protein tinggi (albumin)

7,0

Protein sederhana (albuminosa dan peptosa)

2,0

Asam amino (glisin, asam aspartat)

9,5

Asam amida (asparagin, glutamin)

15,5

Asam organik (tidak termasuk amino)
Akotinat, oksalat, suksinat, glikolat, malat

4

17,0

Lilin, lemak dan sabun
Lilin tebu

6

13,0

Zat warna
Khlorofil, anthocyanin, saccharetin, tannin

5

Jumlah (%)

17,0

Garam anorganik
Fosfat, khlorida, sulfat, silikat,nitrat dari Na, K, Ca,

7

Mg, Al, dan terutana Fe

7,0

Silika

2,0

Sumber: Wijandi (1985)

Komponen Nira Tebu
Gula merupakan senyawa organik yang penting sebagai bahan makanan,
karena gula mudah dicerna dalam tubuh sebagai sumber kalori. Selain sebagai
bahan makanan gula juga digunakan sebagai bahan pengawet dan bahan
percampur obat-obatan. Gula termasuk golongan karbohidrat, mempunyai rasa
manis dan larut dalam air serta mempunyai sifat aktif optis yang dijadikan ciri
khas untuk mengenal setiap gula.
Sukrosa
Sukrosa merupakan disakarida yang mempunyai rumus kimia C12H22O11,
dan terdiri dari dua komponen monosakarida yaitu D-glukosa dan D-fruktosa.
Sukrosa terbentuk dari karbohidrat dari hasil proses asimilasi pada tanaman.
Sukrosa merupakan senyawa kimia yang paling banyak tersebar diseluruh bagian
tanaman dan terdapat dalam cairan dari tanaman. Pada beberapa jenis tanaman
seperti tebu, sukrosa disimpan dalam jumlah yang tinggi pada bagian batang.
Sukrosa mempunyai nilai ekonomis karena kemurnian dan rasa manisnya.
Sukrosa digunakan sebagai bahan makanan dan minuman atau digunakan dalam
industri makanan dan farmasi. Sebagai salah satu kebutuhan pokok manusia,
penggunaan sukrosa terus meningkat seiring peningkatan jumlah populasi
manusia dan perkembangan peradaban manusia. Gula kristal mengandung 99,9%
sukrosa. Kemanisan relatif sukrosa dibandingkan dengan jenis pemanis lainnya
disajikan pada Tabel 4.
Sukrosa mempunyai sifat sedikit higroskopis dan sangat larut dalam air.
Dalam garam kelarutan sukrosa akan berubah yang tergantung pada jenis garam,
konsentrasi garam, konsentrasi sukrosa dan suhu. Makin sedikit jumlah garam
mengakibatkan makin rendah kelarutan sukrosa, sedangkan makin tinggi jumlah
garam makin tinggi kelarutannya. Hal ini sangat penting pada teknologi gula
karena mempengaruhi terjadi molases. Pada molases, 5 gram gula tidak akan
mengkristal bila terdapat 1 gram garam organik, terutama senyawa nitrogen yang
mempunyai pengaruh besar terhadap kelarutan.

Tabel 4 Kemanisan relatif beberapa pemanis
Pemanis

Kemanisan relatif

Pemanis

Kemanisn relatif

Sukrosa

1

Xylosa

0,67

Fruktosa

1,2-1,8

Xylitol

0,85-1,20

Glukosa

0,60

Siklamat

30-50

Maltosa

0,50

Alitame

2.000

Laktosa

0,15-0,30

Acesulfame K

200

Galaktosa

0,32

Sukralosa

550-750

Manitol

0,40

Aspartam

120-200

Sorbitol

0,50

Sakarin

50-550

Sumber: Wijandi (1985)
Molekul sukrosa mempunyai atom karbon yang tidak simetris, sehingga
larutan sukrosa dapat memutar bidang polarisasi cahaya.

Sukrosa dapat

terhidrolisis dengan adanya ion hidrogen atau suatu ”ferment” (ragi) tertentu
menjadi D-glukosa dan D-frkutrosa. Bila sukrosa murni dengan rotasi 100 oS
dihidrolisa, maka rotasi bidang polarisasi cahaya menjadi -33 oS atau rotasi
spesifik sukrosa dari +66o,5 ’(dekstro) menjadi -37 oS’ (levo). Perubahan rotasi
spesifik dari kanan (dekstro) pada sukrosa menjadi kekiri (levo) dari campuran
monosakarida akibat hidrolisa dinamakan inversi. Campuran D-glukosa dan Dfruktosa dalam jumlah yang sama disebut gula invert.
Larutan sukrosa dengan adanya ion OH-

dan pemanasan, akan terjadi

dekomposisi serta terbentuk furfural, 5-hidroksil-metil-2-furfural, metil glioksil,
gliseraldehida, diaksiaseton, aseton, asam asetat, asam trioksiglutarat, asam
trioksibutirat, asam laktat, asam format dan CO2. Larutan sukrosa yang diberi
kapur dan pH 12, bila dipanaskan selama 1 jam akan terjadi kehilangan sukrosa
sebanyak 0,5 persen. Penguraian sukrosa biasanya diikuti dengan pembentukan
sedikit suatu campuran yang dapat dikenal, tetapi memberikan warna coklat tua
yang nyata sekali. Pembentukan warna coklat tua ini dikenal dengan reaksi
browning. Makin tinggi jumlah dekomposisi sukrosa makin nyata warnanya.
Akibat terbentuknya asam pada waktu dekomposisi sukrosa, pH larutan
akan turun. Penurunan nilai pH karena pembentukan asam menyebabkan warna
berkurang, tetapi sekitar pH netral akan mulai terjadi kehilangan sukrosa akibat

inversi. Dekomposisi sukrosa yang paling rendah terjadi pada pH 9, karena
konsentarsi H+ (penyebab inversi) dan konsentrasi OH- (penyebab terbentuknya
asam dan warna) sangat rendah sekali. Kehilangan sukrosa pada pH 9 dan tekanan
normal kurang lebih sebanyak 0,05 persen.
Sukrosa yang dipanaskan dibawah titik cair akan mengalami dekomposisi
yang lambat, tetapi bila panasnya lebih tinggi lagi dekomposisi akan semakin
cepat. Pada pemanasan di bawah suhu titik cair terjadi dekomposisi sukrosa
menjadi D-glukosa dan D-fruktosan (D-fruktosa + 1 H2O) bila campuran tersebut
dilarutkan dalam air, maka D-fruktosan akan menjadi D-fruktosa.
Dekomposisi sukrosa juga dapat terjadi oleh asam mineral kuat seperti asam
sulfat dan asam klorida. Sukrosa dengan hidrogen peroksida menghasilkan O2,
H2, CO2, asam format serta asam dan aldehid lainya.

Sukrosa dapat tereduksi

dengan adanya katalis metal menghasilkan D-manitol, D-sorbitol, gliserol,
propilen glikol, etilen glikol, dan senyawa lainya.
Enzim yang dihasilkan oleh khamir dapat menghidrolisis sukrosa menjadi
D-glukosa dan D-fruktosa. Reaksi hidrolisis sukrosa disajikan pada Gambar 1.
Hidrolisis sukrosa dengan enzim antara lain oleh α-glukopianosidase (αglukosidase) dan ß-fruktrofuranosidase (ß-D-fruktosidase, invertase) akan
menghasilkan gula invert dan kemudian difermentasikan menjadi alkohol, asam
laktat, asam butirat dan asam asetat oleh ragi dan bakteri yang sesuai. Sukrosa
dapat terdekomposisi oleh bakteri, khamir dan kapang. Aktivitasnya tergantung
dari kemurnian sukrosa, suhu dan aw (water activity).

Gambar 1 Reaksi hidrolisis sukrosa.
Sukrosa memiliki berat molekul 342,296 g/mol, dengan sistem kristalnya
berbentuk kristal monoklin hemimorfik dan sangat bervariasi. Kemurnian sukrosa

mempengaruhi bentuk dan keadaan kristal.

Titik cair sukrosa antara 185 oC

sampai 186 oC. Kristal sukrosa murni tidak berwarna dan transparan. Kelarutan
sukrosa dalam air dipengaruhi oleh suhu dan zat lain yang terlarut seperti garamgaram organik. Makin tinggi suhu dan jumlah garam dalam air, makin tinggi pula
jumlah sukrosa yang larut.
Bila larutan sukrosa jenuh diuapkan airnya atau didinginkan, maka akan
diperoleh larutan sukrosa yang sangat jenuh. Larutan sukrosa sangat jenuh
tersebut dapat berubah kestabilannya. Bahan bukan sukrosa yang diadsorpsi
permukaaan kristal akan menghambat proses pertumbuhan kristal.
Penambahan konsentrasi gula akan menambah viskositas larutan. Kenaikan
suhu larutan akan menyebabkan penurunan viskositasnya. Bahan bukan sukrosa
dalam larutan akan menyebabkan peningkatan atau penurunan viskositas larutan.
Contohnya pembentukan gum oleh bakteri menyebabkan peningkatan viskositas
larutan nira.
Nira tebu mengandung senyawa yang mempunyai tegangan permukaan yang
aktif, sedangkan larutan gula yang tidak murni mempunyai tegangan permukaan
yang lebih rendah dari pada air. Makin tinggi konsentrasi sukrosa dalam larutan
akan makin tinggi tegangan permukaannya.

Glukosa
Glukosa adalah karbohidrat dengan rumus kimia C6H12O6 yang termasuk
monosakharida heksosa atau aldoheksosa. Glukosa terdapat dalam bentuk Lglukosa dan D-glukosa. L-glukosa tidak terdapat di alam secara bebas. D-glukosa
merupakan gula yang banyak terdapat dari alam dalam keadaan bebas misalnya
dalam jaringan binatang dan dalam nira dari tanaman, dan dalam bentuk ikatan
antara lain dalam glukosida tanaman, disakharida, trisakharida, selulosa, pati dan
lain-lain.
Glukosa dapat berbentuk kristal anhidrat dan kristal hidrat. Kristal hidrat
diperoleh dari hasil mengkristalkan dalam air pada suhu dibawah 50 oC dan dapat
dijadikan kristal anidrat dengan cara pemanasan pada lapisan tipis pada cawan
yang mendatar. Anhidrat glukosa merupakan kristal halus berbentuk jarum dan
mempunyai rumus β- D-glukopiranosa yang memiliki titik cair 146 oC-147 oC.

Kelarutan glukosa pada suhu

rendah

lebih kecil dari pada kelarutan

sukrosa. Garam atau asam yang terdapat dalam larutan akan mempercepat
kelarutan glukosa, karena asam akan mempercepat reaksi mutarosasi atau
isomerisasi yaitu reaksi kesetimbangan antara bentuk α- dan β-.
Jumlah persen glukosa dalam larutan dapat diperoleh dari rotasi optiknya.
Rotasi tetap dari glukosa anhidrat yaitu +52,5o, glukosa hidrat +48,2o ([α]D).
Rotasi yang tinggi dapat mencapai +106o dan terendah +22,5o.
Glukosa mempunyai sifat pereduksi, karena memiliki gugus keton atau
aldehid dalam molekulnya. Sifat pereduksi ini digunakan untuk menetapkan
adanya glukosa dan gula pereduksi lainnya. Penetapan ini didasarkan reduksi
garam logam dalam larutan basa. Pada umumnya penetapan sifat dan jumlah
gula reduksi dilakukan dengan menggunakan larutan garam CuSO4.5H2O dalam
basa dengan katalis asam sitrat atau tartarat. Setiap gula memiliki daya reduksi
yang berlainan, sehingga jumlah larutan garam yang digunakan juga berbeda.
Glukosa

difermentasikan

menjadi

alkohol

oleh

beberapa

Saccharomyces, Mucor, Torula dan Mycoderma, (Wijandi

spesies

1985), seperti

disajikan pada Persamaan 4.
C6H12O6 Æ CH3CH2OH + 2 CO2 ..................................................Persamaan (4)
Dari 100 bagian glukosa akan terbentuk 51,11 bagian alkohol dan 48,89 bagian
karbondioksida.

Fermentasi ini berjalan baik pada suhu 30oC sampai 35 oC

dengan konsentrasi glukosa 5 sampai 20 persen. Glukosa juga akan terfermentasi
menjadi asam laktat oleh bakteri Bacillus lactic acidi pada suhu 45 oC sampai
55 oC selama 3 atau 6 hari. Persamaan 5 menyajikan reaksi pembentukan asam
butirat oleh bakteri Clostridium butyricum dalam larutan glukosa.
C6H12O6 Æ CH3CH2CH2COOH + 2 CO2 + 2 H2 ............................Persamaan (5)
Suhu yang baik untuk pertumbuhan bakteri ini adalah 35 oC sampai 40 oC.
Glukosa juga dapat terfementasikan menjadi asam glukonat, asam sitrat, asam
oksalat dan ester, dengan adanya beberapa jenis bakteri.

Fruktosa
Fruktosa merupakan karbohidrat dengan rumus kimia C6H12O6 yang
termasuk monosaharida heksosa atau ketoheksosa. L-fruktosa tidak terdapat

dialam, tetapi D-fruktosa merupakan gula yang terdapat dalam keadaan bebas
maupun dalam bentuk ikatan. D-fruktosa terdapat banyak dialam dalam bentuk
bebas misalnya dalam nira tanaman dari buah, batang dan bunga. D-fruktosa dan
D-glukosa biasanya terdapat hampir sama banyaknya dalam tanaman, karena
keduanya kebanyakan hasil inversi sukrosa oleh enzim.
Fruktosa mengkristal dalam bentuk D-fruktopiranosa yang dapat berupa
kristal anhidra