Pengaruh Konsentrasi HCl dan Waktu Hidrolisis Pada Pembuatan Sirup Glukosa Dari Biji Durian
BAB II
TINJAUAN PUSTAKA
2.1
DURIAN
2.1.1 Sejarah Singkat
Durian (Durio zibethinus) merupakan tanaman buah berupa pohon. Sebutan
durian diduga berasal dari istilah Melayu yaitu dari kata duri yang diberi akhiran an sehingga menjadi durian. Kata ini terutama dipergunakan untuk menyebut buah
yang kulitnya berduri tajam. Tanaman durian berasal dari hutan Malaysia,
Sumatra, dan Kalimantan yang berupa tanaman liar. Penyebaran durian ke arah
Barat adalah ke Thailand, Birma, India dan Pakistan. Buah durian sudah dikenal
di Asia Tenggara sejak abad 7 M. Nama lain durian adalah duren (Jawa, Gayo),
duriang (Manado), dulian (Toraja), rulen (Seram Timur) [23].
2.1.2
Jenis Tanaman
Tanaman durian termasuk famili Bombaceae sebangsa pohon kapuk-
kapukan. Yang lazim disebut durian adalah tumbuhan dari marga (genus) Durio,
Nesia, Lahia, Boschia dan Coelostegia. Ada puluhan durian yang diakui
keunggulannya oleh Menteri Pertanian dan disebarluaskan kepada masyarakat
untuk dikembangkan. Macam varietas durian tersebut adalah: durian sukun (Jawa
Tengah), petruk (Jawa Tengah), sitokong (Betawi), simas (Bogor), sunan (Jepara),
otong (Thailand), kani (Thailand), sidodol (Kalimantan Selatan), sijapang
(Betawi) dan sihijau (Kalimantan Selatan) [23].
2.1.3
Manfaat Tanaman
Manfaat durian selain sebagai makanan buah segar dan olahan lainnya,
terdapat manfaat dari bagian lainnya, yaitu:
1) Tanamannya sebagai pencegah erosi di lahan-lahan yang miring.
2) Batangnya untuk bahan bangunan/perkakas rumah tangga. Kayu durian setara
dengan kayu sengon sebab kayunya cenderung lurus.
3) Bijinya yang memiliki kandungan pati cukup tinggi, berpotensi sebagai
alternatif pengganti makanan (dapat dibuat bubur yang dicampur daging
buahnya).
8
Universitas Sumatera Utara
4) Kulit dipakai sebagai bahan abu gosok yang bagus, dengan. cara dijemur
sampai kering dan dibakar sampai hancur [23].
2.1.4
Karakteristik Biji Durian
Tanaman durian adalah tanaman tahunan. Bila ditanam melalui biji,
tanaman ini akan mulai berbunga untuk pertama kali sepuluh tahun setelah tanam.
Namun, tanaman ini akan menghasilkan buah yang lezat dan memiliki banyak
manfaat. Selain buahnya, biji durian dapat dimanfaatkan sebagai bioetanol. Biji
merupakan alat perkembangbiakan yang utama karena di dalam biji terdapat calon
tumbuhan baru. Biji durian terdiri dari beberapa bagian yaitu kulit biji, tali biji,
dan inti biji [23].
Biji durian berbentuk bulat telur, dan berkeping dua. Selain itu, biji durian
berwarna putih kekuningan hingga. Biji durian (pongge) memiliki kandungan pati
yang cukup tinggi sehingga dapat digunakan sebagai pengganti bahan makanan.
[23].
Apabila dipotong atau dikupas kulitnya, biji durian biasanya mengeluarkan
lendir. Lendirnya tidak berbau dan berasa serta larut dalam air dingin ataupun
panas. Lendirnya dapat membentuk suatu larutan kental yang disebut
gum. Berikut adalah tabel komposisi biji durian dalam buku Michael J. Brown
(1997:157) [23].
Tabel 2.1 Komposisi Biji Durian [23]
Zat
Per 100 gram biji segar Per 100 gram biji telah
(mentah)
tanpa dimasak tanpa kulitnya
kulitnya
Kadar air
51,5 gram
51,5 gram
Lemak
0,4 gram
0,2-0,23 gram
Protein
2,6 gram
1,5 gram
Karbohidrat total
47,6 gram
48,2 gram
Serat kasar
-
0,7 gram-0,71 gram
9
Universitas Sumatera Utara
Tabel 2.1 Komposisi Biji Durian (lanjutan)[23]
Zat
Per 100 gram biji segar Per 100 gram biji telah
(mentah) tanpa kulitnya dimasak tanpa kulitnya
Nitrogen
-
0,297 gram
Abu
1,9 gram
1,0 gram
Kalsium
17 miligram
3,9-88,8 miligram
Fosfor
68 miligram
86,65-87 miligram
Besi
1,0 miligram
0,6-0,64 gram
Natrium
3 miligram
-
Kalium
962 miligram
-
Beta karoten
-
Riboflavin
250 �gram
0,05 miligram
0,05-0,052 miligram
Thiamin
-
0,03-0,032 miligram
Niacin
0,9 miligram
0,89-0,9 miligram
Dari tabel dapat dilihat bahwa kandungan karbohidrat pada biji durian
sangat tinggi yaitu 47,6 gram per 100 gram biji segar, sedangkan bila dimasak
menjadi 48,2 gram. Amilum (karbohidrat) berbentuk polisakarida yang dapat
dipecah menjadi glukosa. Kemudian glukosa akan difermentasi menjadi etanol.
2.2
KARBOHIDRAT
Karbohidrat atau sakarida adalah segolongan besar senyawa organik yang
tersusun hanya dari atom karbon, hidrogen dan oksigen. Bentuk molekul
karbohidrat paling sederhana tersusun dari satu molekul gula sederhana. Pada
umumnya karbohidrat yang terdapat di alam merupakan polimer yang tersusun
dari molekul gula yang terangkai menjadi rantai yang panjang serta bercabang.
Karbohidrat (CH2O)n, adalah sumber kalori utama bagi hampir seluruh
penduduk dunia, khususnya bagi penduduk negara yang sedang berkembang .
Walaupun jumlah kalori yang dapat dihasilkan oleh 1 gram karbohidrat hanya 4
Kal (kkal) bila dibanding protein dan lemak, karbohidrat merupakan sumber
kalori yang murah. Dalam tubuh manusia dapat dibentuk dari beberapa asam
amino dan sebagian dari gliserol lemak. Tetapi sebagian besar karbohidrat
10
Universitas Sumatera Utara
diperoleh dari bahan makanan yang dimakan sehari- hari, terutama bahan
makanan yang berasal dari tumbuh – tumbuhan.
\
Gambar 2.1 Rumus Bangun Karbohidrat
Karbohidrat menyediakan kebutuhan dasar yang diperlukan tubuh.
Tubuh menggunakan karbohidrat seperti layaknya mesin mobil menggunakan
bensin. Karbohidrat juga merupakan bahan yang penting dan sumber tenaga
yang terdapat dalam tumbuhan dan daging hewan. Selain itu, karbohidrat
juga menjadi komponen struktur penting pada makhluk hidup dalam bentuk
serat (fiber), seperti selulosa, pektin, serta lignin.
Ada beberapa cara analisis yang digunakan untuk memperkirakan
kandungan karbohidrat dalam bahan makanan . Yang paling mudah adalah dengan
cara perhitungan kasar (aproximate analysis),yaitu suatu analisis dimana
kandungan karbohidrat termasuk serat kasar diketahui bukan melalui analisis
tetapi melalui perhitungan sebagai berikut:
% karbohidrat = 100% - % ( protein + lemak + abu + air )
Banyak cara yang dapat digunakan untuk menentukan banyaknya
karbohidrat dalam suatu bahan yaitu dengan cara kimiawi, cara fisik, cara
enzimatik atau biokimia, dan cara kromatografi. Penentuan karbohidrat yang
termasuk polisakarida maupun oligosakaridamemerlukan perlakuan pendahuluan
yaitu hidrolisis terlebih dahulu, sehingga diperoleh monosakarida. Untuk
keperluan ini, maka bahan dihidrolisis dengan asam atau enzim pada suatu
keadaan yang tertentu [39].
11
Universitas Sumatera Utara
Molekol karbohidrat
terdiri atas atom
– atom karbon,hidrogen dan
oksigen. Jumlah atom hidrogen dan oksigen merupakan perbandingan 2 : 1 seperti
pada molekol air. Sebagai contoh molekol gluko sa mempunyai rumus kimia
C6H12O6.
Glukosa adalah salah satu aldoheksosa yang sering disebut dekstrosa
karena mempunyai sifat dapat memutar cahaya terpolarisasi kearah kanan. Di
alam, glukosa terdapat didalam buah – buahan dan madu lebah. Darah manusia
normal mengandung glukosa dalam jumlah atau konsentrasi yang tetap, yaitu
antara 70-100 mg tiap 100 ml darah. Glukosa darah dapat bertambah setelah kita
makan makanan sumber karbohidrat, namun 2 jam setelah itu, jumlah glukosa
darah akan kembali pada keadaan semula. Pada orang yang menderita diabetes
mellitus atau kencing manis, jumlah glukosa darah lebih besar dari 130 mg per
100 ml darah.
Dalam alam, glukosa dihasilkan dari reaksi antara karbondioksida dan air
dengan bantuan sinar matahari dan klorofil dalam daun. Proses ini disebut
fotosintesis dan glukosa yang terbentuk terus digunakan untuk pembentukan
amilum atau selulosa. Amilum terbentuk dari glukosa dengan jalan penggabungan
molekul – molekul glukosa yang membentuk rantai lurus maupun bercabang
dengan melepaskan air [26].
Karbohidrat menurut ukuran molekulnya dapat dikelompokkan menjadi
tiga kelompok, yaitu monosakarida, disakarida, dan polisakarida [15].
2.2.1
Monosakarida
Monosakarida merupakan karbohidrat yang mempunyai molekul paling
sederhana dibandingkan dengan molekul karbohidrat lain. Molekul karbohidrat ini
tidak dapat dihidrolisis dan merupakan suatu persenyawaan netral dan mudahlarut
dalam air, sukar larut dalam alkohol dan tidak larut dalam eter [39]. Gula
monosakarida yang umumnya terdapat dalam pangan mengandung 6 atom karbon
yang mempunyai rumus atom C6H12O6. Tiga senyawa gula yang paling penting
dalam monosakarida ialah :
1. Glukosa
Glukosa adalah suatu aldosa, aldoheksa / dektrosa karena mempunyai sifat
12
Universitas Sumatera Utara
dapat memutar cahaya terpolarisasi ke arah kanan [15]. Glukosa terdapat dalam
jumlah yang bervariasi dalam sayurandan buah-buahan [39]. Struktur molekul
glukosa dapat dilihat dalamgambar berikut :
Gambar 2.2 Struktur Glukosa
2. Fruktosa
Fruktosa merupakan suatu karbon heksosa yang mempunyai sifat memutar
cahaya terpolarisasi ke kiri Fruktosa ini didapatkan bersamasama dengan glukosa
dalam berbagai bentuk buah-buahan dan madu [39].
3. Galaktosa
Galaktosa jarang terdapat di alam bebas. Pada umumnya berikatan dengan
glukosa dalam bentuk laktosa, yaitu gula yang terdapat dalam susu [15]. Gula ini
secara kimiawi mirip glukosa. Didalam makanan senyawa ini tidak terdapat
seperti apa adanya tetapi dapat menghasilkan laktosa jika sebuah sakarida dipecah
dalam pencernaan [39].
2.2.2
Disakarida
Gula disakarida mempunyai rumus umum C12H22O11. Senyawa-senyawa
ini terbentuk jika dua molekul monosakarida bergabung dengan melepas satu
molekul air.
1. Sukrosa
Senyawa ini adalah senyawa yang dikenal sehari-haridalam rumah tangga
sebagai gula dan dihasilkan dalam tanaman dengan jalan mengkondensasikan
glukosa dan fruktosa. Sukrosa didapatkan dalam tumbuhan, sayuran dan buahbuahan, seperti tebu yang mengandung sukrosa dalam jumlah yang relatif besar.
2. Laktosa
Gula ini dibentuk dengan proses kondensasi glukosa
dan galaktosa.
Senyawa ini didapatkan hanya pada susu.
13
Universitas Sumatera Utara
3. Maltosa
Molekul maltosa dibentuk dari hasil kondensasi dua molekul glukosa.
2.2.3
Polisakarida
Polisakarida adalah polimer hasil kondensasi monosakarida dan tersusun
dari
banyak molekul monosakarida yang berikatan satu sama lain, dengan
melepaskan sebuah molekul air untuk setiap ikatan yang terbentuk. Senyawa ini
mempunyai rumus umum (C6H10O5)n, dimana n adalah bilangan yang besar.
Polisakarida terpenting sebagai sumber karbohidrat yang tersebarluas di alam dan
banyak terdapat pada tanaman adalah pati. Pati penting dalam industri-industri
pangan, tekstil, lem, kertas, permen, dan lain-lain. Pati tersusun oleh dua macam
polimer, yaitu : polimer rantai lurus (amilosa) dan
polimer bercabang
(amilopektin).
Amilosa adalah polisakarida berantai lurus (tidak bercabang) dan larut
dalam air, dengan berat molekul berkisar antara sekitar 250-300 unit glukosa yang
satu sama lainnya dihubungkanoleh ikatan 1 alpha glikosida melalui atom C
Amilopektin adalah ikatan alpha glikosida. Disamping sebagian besar
adalah ikatan 1ikatan 1-6, secara kimia terbukti bahwa amilopektin merupakan
rantai yang bercabang. Rantai utama memiliki rantai samping dan begitu pula
dengan rantai selanjutnya.
Dalam biji atau umbi tumbuh-tumbuhan, pati (C6H10O5)n merupakan
makanan cadangan, terdapat dalam bentuk butir-butir atau granula yang berwarna
putih mengkilat, tidak berbau dan berasa.
Sifat pati tidak larut dalam air, namun bila suspensi pati dipanaskan akan
terjadi gelatinasi setelah mencapai suhu tertentu (suhu gelatinasi). Pemanasan
menyebabkan energi kinetik molekul-molekul air menjadi lebih kuat dari pada
daya tarik menarik antara molekul pati dalam granula, sehingga air dapat masuk
ke dalam granula pati tersebut dan pati akan mengembang. Granula pati dapat
pecah sehingga kembali pada kondisi semula. Perubahan sifat inilah yang disebut
gelatinasi [39].
14
Universitas Sumatera Utara
2.2.4
Analisis kadar karbohidrat (glukosa)
Metode luff Schoorl adalah merupakan suatu metode atau cara penentuan
monosakarida dengan cara kimiawi. Pada penentuan metode ini, yang ditentukan
bukannya kuprooksida yang mengendaptapi dengan menentukan kuprioksida
dalam larutan sebelum direaksikan dengan gula reduksi ( titrasi blanko) dan
sesudah direaksikan dengan sampel gula reduksi ( titrasi sampel). Penentuan
titrasi dengan menggunakan Na-tiosulfat. Selisih titrasi blanko dengan titrasi
sampel ekuivalen dengan kuprooksida yang terbentuk dan juga ekuivalen dengan
jumlah gula reduksi yang ada dalam bahan / larutan.
Reaksi yang terjadi selama penentuan karbohidrat cara ini mula- mula
kuprooksida yang ada dalam reagen akan membebaskan iod dari garam K-iodida.
Banyaknya iod yang dibebaskan ekuivalen dengan banyaknya kuprioksida.
Banyaknya iod dapat diketahui dengan titrasi dengan menggunakan Na-tiosulfat.
Untuk mengetahui bahwa titrasi sudah cukup maka diperlukan indikator amilum.
Apabila larutan berubah warnanya dari biru menjadi putih, adalah menunjukkan
bahwa titrasi sudah selesai.
Reaksi yang terjadi dalam penentuan gula cara Luff dapat dituliskan sebagai
berikut :
R – COH + 2CuO Cu2O + R-COOH
H2SO4 + CuO CuSO4 + H2O
CuSO4 + 2 KI Cu2I2
I2 + Na2S2O3 Na2S4O6 + NaI
[33].
2.3 PATI
Pati merupakan homopolimer glukosa dengan ikatan
-glikosidik.
Berbagai macam pati tidak sama sifatnya bergantung dari panjang rantai
karbonnya serta apakah lurus atau bercabang rantai molekulnya. Pati terdiri dari
dua fraksi yang dapat dipisahkan dengan air panas. Fraksi terlarut disebut amilosa
dan fraksi tidak terlarut disebut amilopektin [38].
Pati terdapat dalam sel tanaman dalam bentuk partikel-partikel yang tidak
larut yang disebut granula. Penampakan mikroskopik dari granula pati seperti
15
Universitas Sumatera Utara
bentuk, ukuran, keseragaman dan letak hilum (ditengah atau ditepi) berbeda-beda
untuk setiap jenis tanaman penghasil pati. Ukuran granula pati yang berasal dari
biji-bijian lebih kecil dari tanaman sumber pati lainnya, yaitu berkisar antara 3-20
m dan yang berasal dari umbi-umbian 10-100 m sedangkan yang berasal dari
batang 50 m. Kondisi tersebut salah satunya menyebabkan pati yang berasal dari
biji-bijian cenderung mempunyai suhu gelatinasi yang rendah dan lebih mudah
untuk dihidrolisis oleh katalisator asam maupun enzim [25].
Dalam air dingin pati tidak dapat larut, akan tetapi dalam air panas akan
membentuk larutan yang lebih kental. Butir-butir pati akan mengembang dan
mengabsorbsi air dalam jumlah besar apabila campuran antara pati dan air
dipanaskan. Air yang berdifusi dalam jumlah cukup besar akan mengakibatkan
gelatinasi membentuk gel sehingga akan lebih mudah dihidrolisis [12].
Amilosa terdiri dari 250-300 unit D-glukosa yang terikat dengan ikatan 1,4 glikosidik, jadi molekulnya merupakan rantai terbuka. Amilopektin juga
terdiri atas molekul D-glukosa yang sebagian besar mempunyai ikatan 1,4
gikosidik dan sebagian lagi ikatan 1,6 glikosidik. Adanya ikatan glikosidik ini
menyebabkan terjadinya percabangan sehingga molekul amilopektin berbentuk
rantai terbuka dan bercabang. Molekul-molekul amilopektin lebih besar daripada
molekul amilosa karena terdiri dari 1000 unit glukosa. Pati dapat dihidrolisis
sempurna menjadi glukosa dengan menggunakan asam dan juga enzim [26].
Hidrolisis sempurna amilosa hanya menghasilkan D-glukosa sedangkan
hidrolisis parsial amilosa menghasilkan maltose sebagai satu-satunya diskarida.
Pada hidrolisis sempurna amilopektin hanya akan menghasilkan suatu campuran
disakarida maltose dan isomaltosa [15].
Gambar 2.3 Strktur Amilosa
16
Universitas Sumatera Utara
Gambar 2.4 Struktur Amilopektin
Proprosi pati relatif dari amilosa dan amilopektin berbeda-beda dari satu
jenis pati dengan pati lainnya. Pati alami biasanya mengandung amilopektin lebih
banyak daripada amilosa. Butiran pati mengandung amilopektin lebih banyak
daripada amilosa berkisar antara 15-30% sedangkan amilopektin berkisar antara
70-80% [12].
2.4
HIDROLISIS
Gula merupakan kebutuhan pokok bagi manusia, selama ini kebutuhan
gula dipenuhi oleh industri gula (penggiling tebu). Industri kecil seperti gula
merah, gula aren. Gula dapat berupa glukosa, sukrosa, fruktosa dan sakrosa.
Glukosa dapat digunakan sebagai pemanis dalam makanan, minuman, dan es
krim.
Glukosa dibuat dengan jalan fermentasi dan hidrolisa. Pada proses
hidrolisa biasanya menggunakan katalisator asam seperti HCl, asam sulfat. Bahan
yang digunakan untuk proses hidrolisis adalah pati. Di Indonesia banyak dijumpai
tanaman yang menghasilkan pati. Tanaman-tanaman itu seperti padi,jagung,
ketela pohon, umbi-umbian, aren dan sebagainya. Hidrolisis merupakan reaksi
pengikatan gugus hidroksil/OH oleh suatu senyawa. Gugus OH dapat diperoleh
dari senyawa air. Hidrolisis dapat digolongkan menjadi hidrolisis murni, hidrolisis
asam, hidrolisis katalis basa, gabungan alkali dengan air dan hidrolisis dengan
katalis enzim. Sedangkan berdasarkan fase reaksi yang terjadi diklasifikasikan
menjadi hidrolisis fase cair dan hidrolisis fase uap.
17
Universitas Sumatera Utara
Hidrolisis pati terjadi antara suatu reaktan pati dengan air. Reaksi ini
adalah orde satu karena reaktan air yang dibuat berlebih, sehingga perubahan
reaktan dapat diabaikan. Reaksi hidrolisis pati dapat menggunakan katalisator ion
H+ yang dapat diambil dari asam. Reaksi yang terjadi pada hidrolisis pati adalah
sebagai berikut:
(C6H10O5)x
+
x H2O
x C6H12O6
Variabel-variabel yang berpengaruh terhadap reaksi hidrolisa:
1. Katalisator
Hampir semua reaksi hidrolisa memerlukan katalisator untuk mempercepat
jalannya reaksi. Katalisator yang dipakai dapat berupa enzim atau asam
sebagai katalisator, karena kerjannya lebih cepat. Asam yang dipakai
beraneka ragam mulai dari asam klorida, asam sulfat sampai asam nitrat.
Yang berpengaruh terhadap kecepatan reaksi adalah konsentrasi ion H
bukan jenis asamnya. Meskipun demikian di dalam industri umumnya
dipakai asam klorida. Pemiliham ini didasarkan atas sifat garam yang
terbentuk pada penetralan jika konsentrasinya tinggi. Karena itu
konsentrasi asam dalam air penghidrolisa ditekan sekecil mungkin.
Umumnya dipergunakan larutan asam yang mempunyai konsentrasi asam
lebih tinggi daripada pembuatan sirup. Hidrolisa pada tekanan 1 atm
memerlukan asam yang lebih pekat.
2. Suhu dan Tekanan
Pengaruh suhu terhadaap kecepatan reaksi mengikuti persamaan Arhenius.
Semakin tinggi suhu, semakin cepat jalannya reaksi. Untuk mencapai
konversi tertentu diperlukan waktu sekitar 3 jam untuk menghidrolisa pati
ketela rambat pada suhu 100oC. Tetapi kalau suhunya dinaikkan sampai
suhu 135oC, konversi yang sebesar itu dapat dicapai dalam waktu 40 menit
[1]. Hidrolisis pati gandum dan jagung dengan katalisator asam sulfat
memerlukan suhu 160oC, karena panas reaksi hampir mendekati nol dan
reaksi berjalan dalam fase cair maka suhu dan tekanan tidak banyak
mempengaruhi keseimbangan.
18
Universitas Sumatera Utara
3. Pencampuran (Pengadukan)
Supaya zat pereaksi dapat saling bertumbukan dengan sebaik-baiknya,
maka perlu adanya pencampuran. Untuk proses batch, hal ini dapat dicapai
dengan bantuan pengadukan atau alat pengadukan. Apabila prosesnya
berupa proses alir (kontiniu), maka pencampuran dilakukan dengan cara
mengatur aliran di dalam reactor supaya berbentuk olakan.
4. Perbandingan zat pereaksi
Kalau salah satu zat pereaksi berlebihan jumlahnya maka keseimbangan
dapat menggeser ke sebelah kanan dengan baik. Oleh karena itu suspensi
pati yang kadarnya rendah memberi hasil yang lebih baik dibandingkan
kadar patinya tinggi. Bila kadar suspensinya diturunkan dari 40% menjadi
20% atau 1%, maka konversi akan bertambah dari 80% menjadi 87% atau
99% . Pada permukaan kadar suspense pati yang tinggi sehingga molekulmolekul zat pereaksi akan sulit bergerak. Untuk menghasilkan pati sekitar
20%.
2.5 KLASIFIKASI HIDROLISIS
Klasifikasi proses hidrolisa dapat dibagi menjadi:
1. Hidrolisis fase gas : sebagai penghidrolisa adalah air dan reaksi
berjalan pada fase uap
2. Hidrolisis fase cair : pada hidrolisa ini, ada 4 tipe hidrolisa, yaitu:
a. Hidrolisis murni : Efek dekomposisinya jarang terjadi, tidak semua
bahan terhidrolisa. Efektif digunakan pada; Reaksi Grigrad dimana
air digunakan sebagai penghidrolisa
b. Hidrolisis bahan-bahan berupa anhidrid asam laktan dan laktanida.
Hidrolisa senyawa alkil yang mempunyai komposisi kompleks,
hidrolisa asam berair. Pada umumnya dengan HCl dan H2SO4 ,
dimana banyak digunakan pada industri bahan pangan, misalnya :
hidrolisa gluten menjadi monosodium, glutamate, hidrolisa pati
menjadi glukosa. Sedangkan H2SO4 banyak digunakan pada
hidrolisa senyawa organic dimana peranan H2SO4 tidak dapat
diganti.
19
Universitas Sumatera Utara
c. Hidrolisis dengan alkali berair: penggunaan konsentrasi alkali yang
rendah dalam proses hidrolisa diharapkan ion H+ bertindak sebagai
katalisator sedangkan pada konsentrasi tinggi diharapkan dapat
bereaksi dengan asam yang terbentuk.
d. Hidrolisis dengan enzim : Senyawa dapat digunakan untuk
mengubah suatu bahan menjadi bahan hidrolisa lain.
Aplikasi hidrolisa pati banyak digunakan dalam industri makanan dan
minuman yang menggunakan sirup glukosa hasil hidrolisis pati sebagai pemanis.
Produk akhir hidrolisa pati adalah glukosa yang dapat dijadikan bahan baku untuk
produksi fruktosa dan sorbitol. Hasil hidrolisis pati juga banyak digunakan dalam
industry obat-obatan. Dan juga glukosa yang dihasilkan dapat digunakan sebagai
bahan baku pembuatan bioetanol. Penggunaan asam sebagai penghidrolisa
menghasilkan biaya produksi yang sedikit, namun produk yang dihasilkan tidak
seragam dan banyak senyawa pati yang rusak oleh asam tersebut, sedangkan
penggunaan enzim sebagai penghidrolisa menghasilkan produk yang seragam,
lebih terkontrol, namun biaya produksi lebih tinggi karena harga dari enzim
sendiri lebih mahal jika dibandingkan dengan asam.
2.5.1
Hidrolisis Enzim
Enzim adalah biomolekul berupa protein yang berfungsi sebagai katalis
(senyawa yang mempercepat proses reaksi tanpa habis bereaksi) dalam suatu
reaksi kimia organik. Molekul awal yang disebut substrat akan dipercepat
perubahannya menjadi molekul lain yang disebut produk. Jenis produk yang akan
dihasilkan bergantung pada suatu kondisi/zat, yang disebut promoter. Semua
proses biologis sel memerlukan enzim agar dapat berlangsung dengan cukup cepat
dalam suatu arah lintasan metabolism yang ditentukan oleh hormone sebagai
promoter.
Enzim bekerja dengan cara bereaksi dengan molekul substrat untuk
menghasilkan senyawa intermediate melalui suatu reaksi kimia organik yang
membutuhkan energi aktivasi lebih rendah, sehingga percepatan reaksi kimia
terjadi karena reaksi kimia dengan energy aktivasi lebih tinggi membutuhkan
waktu lebih lama. Sebagai contoh:
20
Universitas Sumatera Utara
X+C
Y + XC
XC
(1)
XYC
(2)
XYC
CZ
(3)
CZ
C+Z
(4)
[4].
Meskipun senyawa katalis dapat berubah pada reaksi awal, pada reaksi
akhir molekul katalis akan kembali ke bentuk semula. Sebagian besar enzim
bekerja secara khas, yang artinya setiap jenis enzim hanya dapat bekerja pada satu
macam senyawa atau reaksi kimia. Hal ini disebabkan perbedaan struktur kimia
tiap enzim yang bersifat tetap. Sebagai contoh enzim alfa amylase hanya dapat
digunakan pada proses perombakan pati menjadi glukosa.
2.5.2
Hidrolisis Asam
Pati dapat dikonversi dengan cara menghidrolisis suspensi pati secara
terkendali dengan menggunakan asam dan pemanasan. Beberapa bagian dari
ikatan glikosidik pati akan mengalami pemutusan dengan perlakuan asam
sehingga dapat dihasilkan molekul pati menurun, dimana akan dihasilkan pati
dengan perlakuan asam sehingga dapat dihasilkan molekul pati yang lebih pendek.
Hal ini mengakibatkan sifat kemempuan gelatinasi pati menurun, dimana akan
dihasilkan pati dengan viskositas yang lebih rendah pada saat pemasakan. Dengan
demikian konsentrasi pati yang dapat digunakan dalam proses pengolahan dapat
lebih besar. Pati akan lebih larut dengan viskositas yang lebih rendah tetapi dapat
menghasilkan struktur gel yang lebih kuat.
Pati yang dimodifikasi dengan hidrolisis asam terutama digunakan apabila
diinginkan konsentrasi pati yang tinggi dan membentuk gel yang baik tetapi tidak
diinginkan pati mengalami pengentalan yang berlebihan. Pati jenis ini dapat
digunakan dalam proses pembuatan permen sebagai pengganti gum arab.
21
Universitas Sumatera Utara
2.5.3
Hidrolisis Karbohidrat
Hidrolisis karbohidrat dapat dilakukan dengan cara hidrolisis dengan
katalis asam, kombinasi asam dengan enzim serta kombinasi enzim dengan enzim.
Hidrolisis pati dengan asam memerlukan suhu tinggi yaitu 120-160oC . Asam
akan memecah molekul pati secara acak dan gula yang dihasilkan sebagian besar
adalah gula pereduksi. Pada tahap pertama hidrolisis dilakukan dengan katalis
asam sampai mencapi nilai derajat konversi sekitar 40-50%. Hidrolisis dengan
kombinasi asam dan enzim akan mencapai nilai dekstrosa yang dikehendaki
sebesar 62% setelah dinetralkan, dijernihkan dan dihidrolisis dengan enzim
dengan memanfaatkan mikroorganisme [19].
Pada proses hidrolisis untuk pembuatan sirup glukosa terdiri dari 2 tahap
yaitu dengan likuifikasi dan sakarifikasi. Likuifikasi adalah proses pencairan gel
pati dengan menggunakan enzim
-amilase untuk menghidrolisis pati.
Penggunaan asam dalam hidrolisis memiliki kelebihan yaitu lebih mudah dalam
proses karena tidak dipengaruhi oleh beberapa faktor, hidrolisis terjadi secara acak
dan waktu lebih cepat. Kelebihan hidrolisis dengan menggunakan enzim yaitu
reaksi hidrolisis yang terjadi dapat beragam, kondisi proses yang digunakan tidak
ekstrim, seperti suhu sedang dan pH mendekati netral, tingkat konversi lebih
tinggi, polutan lebih rendah dan reaksi yang spesifik [19].
Hasil hidrolisis enzim pemecah pati dipengaruhi oleh beberapa faktor,
diantaranya jenis pati, kandungan amilosa dan amilopektin pati, kondisi
lingkungan enzim meliputi suhu, pH dan konsentrasi substrat maupun enzim dan
perlakuan pendahuluan enzim sebelum hidrolisis [25].
Mekanisme reaksi hidrolisis karbohidrat dapat dilihat pada gambar berikut:
Gambar 2.5 Mekanisme Reaksi Hidrolisis Karbohidrat [24]
22
Universitas Sumatera Utara
2.5.4
Hidrolisis Pati
Hidrolisis pati terjadi antar suatu reaktan pati dengan reaktan air. Reaksi
hidrolisis pati bertujuan untuk memotong suatu ikatan polimer sakarida dalam pati
dengan bantuan suatu senyawa tertentu sebagai katalis, dalam hal ini adalah enzim
α-amylase. Hidrolisis bisa jadi merupakan reaksi yang reversible. Namun jika
kondisi operasinya di atur, reaksi hidrolisis bisa berlangsung secara Irreversibel
(C5H10O5)x + xH2O
pati
(x-1)C6H12O6
air
gula
Suhu dan waktu hidrolisis serta
konsentrasi katalis
adalah beberapa
variabel yang berpengaruh dalam reaksi hidrolisis. Makin tinggi suhu makin cepat
jalannya reaksi makin tinggi harga DEnya. Namun harus diperhatikan jika
katalisator yang dipakai adalah enzim, karena enzim sensitif terhadap suhu tinggi.
Jika suhu terlalu tinggi aktifitas enzim akan menurun bahkan enzim dapat rusak.
Perbedaan waktu hidrolisis akan menyebabkan jumlah pati yang termodifikasi
juga berbeda. Makin lama waktu hidrolisis makin besar persentase pati yang
berubah menjadi gula pereduksi. Hal ini dapat dilihat dari harga DE yang semakin
tinggi.
Konsentrasi katalis juga dapat berpengaruh pada harga DE dari produk
yang dihasilkan. Makin tinggi konsentrasi katalis, dalam hal ini adalah enzim,
makin banyak gula pereduksi yang terbentuk. Hal ini berarti harga DE akan
semakin tinggi. Meskipun demikian, penentuan konsentrasi katalis memiliki batas
optimum. Jika melebihi batas tersebut, hidrolisis akan terhambat [9].
Pada proses hidrolisis pati, terdapat tiga tahapan dalam mengkonversi
pati yaitu tahap gelatinisasi, likuifikasi dan sakarifikasi. Tahap gelatinisasi
merupakan tahap pembentukan suspensi kental dari granula pati, tahap likuifikasi
yaitu hidrolisis pati parsial yang ditandai dengan menurunnya viskositas,
sedangkan sakarifikasi merupakan proses lebih lanjut dari hidrolisis untuk
menghasilkan glukosa [9].
23
Universitas Sumatera Utara
2.6
SIRUP GLUKOSA
Sirup glukosa yang mempunyai nama lain dectrose adalah salah satu
produk bahan pemanis makanan dan minuman yang berbentuk cairan, tidak
berbau dan tidak berwarna tetapi memiliki rasa manis yang tinggi. Sirup glukosa
atau sering juga disebut gula cair dibuat melalui proses hidrolisis pati.
Perbedaannya dengan gula pasir yaitu, gula pasir (sukrosa) merupakan gula
disakarida, sedangkan sirup glukosa adalah monosakarida, terdiri atas satu
monomer yaitu glukosa. Sirup glukosa dapat dibuat dengan cara hidrolisis asam
atau dengan cara enzimatis. Dari kedua cara tersebut, pembuatan sirup glukosa
secara enzimatis dapat dikembangkan di pedesaan karena tidak banyak
menggunakan bahan kimia sehingga aman dan tidak mencemarilingkungan.
Bahan lain yang diperlukan adalah enzim amilase [32].
Proses pembuatan Sirup glukosa dapat dilakukan dengan dua cara yaitu:
1.Hidrolisis secara enzimatis
2.Hidrolisis secara asam
2.6.1
Hidrolisis Secara Enzimatis
Hidrolisis secara enzimatis memutus rantai pati secara spesifik pada
percabangan tertentu. Hidrolisis enzimatis memiliki beberapa keuntungan, yaitu
prosesnya lebih spesifik, kondisi prosesnya dapat dikontrol, biaya pemurnian lebih
murah, dihasilkan lebih sedikit abu dan produk samping, dan kerusakan warna
dapat diminimalkan. Pada hidrolisis pati secara enzimatis untuk menghasilkan
sirup glukosa, enzim yang dapat digunakan adalah α-amilase, β-amilase,
amiloglukosidase, glukosa isomerase, pullulanase, dan isoamilase.
Tahapan pembuatan sirup glukosa dengan cara hidrolisis menggunakan
enzim terdiri dari likuifikasi, sakarifikasi, purifikasi, dan evaporasi. Tingkat mutu
sirup glukosa yang dihasilkan ditentukan oleh kadar air, warna sirup, dan tingkat
konversi pati menjadi komponen-komponen glukosa, maltosa, dan dekstrin, yang
dihitung sebagai ekuivalen dekstrosa (DE). Nilai ekuivalen dekstrosa (DE) sirup
glukosa yang tinggi dapat diperoleh dengan optimalisasi proses likuifikasi dan
sakarifikasi, sedangkan kadar padatan dan warna sirup glukosa yang sesuai
standar (SNI) diperoleh dengan proses evaporasi.
24
Universitas Sumatera Utara
Hidrolisa enzim dilakukan menggunakan bantuan enzim α-amilase dan
enzim glukoamilase (amiloglukosidase). Enzim α-amilase digunakan pada proses
likuifikasi, sedangkan glukoamilase digunakan pada proses sakarifikasi. Hidrolisa
enzim lebih banyak memberikan keuntungan dibandingkan dengan hidrolisa
asam. Hidrolisa enzim menghasilkan konversi yang lebih besar jika dibandingkan
dengan hidrolisa asam. Hidrolisa enzim juga dapat mencegah adanya reaksi efek
samping
karena
sifat
katalis
enzim
sangat
spesifik,
sehingga
dapat
mempertahankan flavor dan aroma bahan dasar [40].
Adapun kelebihan dan kekurangan hidrolisis pati dengan enzim adalah :
Kelebihan :
1. Bahan baku mudah didapat.
2. Proses lebih sederhana dibandingkan dengan menggunakan asam
3. Peralatan tidak rumit sehingga operasi tidak butuh tenaga banyak
4. Akan di dapat hasil sirup glukosa yang lebih jernih dan bersih
Kekurangan :
1. Pemakaian enzim banyak
2. Enzim yang dipakai masih import dan harganya relatif mahal
2.6.2
Hidrolisis Secara Asam
Hidrolisis pati dengan menggunakan katalis asam, molekul pati akan
dipecah secara acak oleh asam dan gula yang dihasilkan sebagian besar
merupakan gula pereduksi. Pada hidrolisis pati menggunakan katalis enzim,
molekul pati akan dipecah atau diputus oleh enzim secara spesifik pada
percabangan tertentu. Hidrolisis pati secara asam hanya akan mendapatkan sirup
glukosa dengan dektrosa equivalen (DE) sebesar 55. Sedangkan hidrolisis pati
secara enzimatis akan mendapatkan sirup glukosa dengan DE lebih dari 95% [34].
Kelemahan dari hidrolisis pati secara asam antara lain yaitu diperlukan
peralatan yang tahan korosi, menghasilkan sakarida dengan spektra-spektra
tertentu saja karena katalis asam menghidrolisa secara acak. Jika nilai ekuivalen
dekstrosa ditingkatkan, selain terjadi degradasi karbohidrat, juga terjadi
rekombinasi produk degradasi yang dapat berpengaruh terhadap warna, rasa pada
sirup glukosa yang dihasilkan. Sedangkan penggunaan enzim dapat mencegah
25
Universitas Sumatera Utara
terjadinya reaksi sampingan karena sifat enzim yang sangat spesifik sehingga
dapat mempertahankan flavor dan aroma bahan dasar.
Adapun kelebihan dan kekurangannya adalah :
Kelebihan :
1. Bahan baku mudah didapat
2. Tidak menggunakan enzim sehingga menghemat biaya.
3. Peralatan tidak rumit sehingga operasi tidak butuh tenaga banyak.
4. Cocok untuk kondisi kritis saat ini karena seluruh bahan tersedia di dalam
negeri.
Kekurangan :
Pemakaian asam menyebabkan korosi peralatan [32].
2.7 POTENSI EKONOMI SIRUP GLUKOSA DARI BIJI DURIAN
Biji durian merupakan salah satu komoditi yang menarik untuk
dikembangkan
penggunaannya.
Selain
menarik,
komoditi
ini
memiliki
kecenderungan peningkatan produksi setiap tahunnya, khususnya di Indonesia.
Peningkatan biji durian ini dapat dilihat dari peningkatan hasil produksi buah
durian. Data produksi durian di Indonesia dapat dilihat pada tabel 2.2 di bawah
ini.
Tabel 2.2 Data Produksi Durian Indonesia [43]
Tahun
Produksi Durian(ton)
2010
492.139
2011
883.969
2012
888.127
2013
903.145
26
Universitas Sumatera Utara
Salah satu produk dari pengolahan biji durian adalah sirup glukosa.
Produksi sirup glukosa nasional juga mengalami peningkatan yang cukup
signifikan. Hal ini dapat dilihat pada tabel 2.3 berikut ini.
Tabel 2.3 Data Produksi dan Impor Sirup Glukosa (kg) [44]
No.
Uraian
2010
2011
2012
2013
1
Total produksi
3.504.883
5.847.827
3.850.698
2.266.179
2
Impor
21.572.474
21.743.106
41.303.296
73.099.849
Dari data tabel 2.2 di atas dapat dilihat bahwa produksi durian semakin
meningkat setiap tahunnya dan hal ini juga seiring dengan peningkatan jumlah biji
durian. Seiring dengan peningkatan ini maka diharapkan dapat menunjang
kebutuhan sirup glukosa yang semakin meningkat juga setiap tahunnya.
Sejalan dengan hal tersebut, perlu adanya pengembangan teknologi yang
berkaitan dengan produksi sirup glukosa, termasuk di dalamnya adalah variasi
bahan baku yang digunakan. Salah satu bahan baku yang dapat diproses menjadi
sirup glukosa adalah biji durian yang mengandung karbohidrat yang cukup tinggi
yang berpotensi dijadikan menjadi sirup glukosa melalui proses hidrolisis.
Ditinjau berdasarkan bahan baku biji durian yang tersedia di indonesia
cukup banyak, dimana indonesia merupakan salah satu negara penghasil durian.
Karena memiliki potensi yang cukup baik, perlu dilakukan kajian ekonomi
terhadap hal ini. Namun, dalam tulisan ini hanya akan dilakukan kajian ekonomi
secara sederhana yaitu dengan menghitung selisih antara harga biaya produksi
dengan harga produk yang dijual.
Berikut ini adalah biaya produksi dan harga produk :
Biaya produksi
= Rp 5.000/ liter
Harga sirup glukosa
= Rp 12.000 / kg
(CV. Rudang Jaya, 2014)
27
Universitas Sumatera Utara
Harga-harga di atas menunjukkan selisih harga yang cukup signifikan. Dari segi
nilai keuntungan kasar, selisih biaya produksi dan harga jual sirup glukosa adalah
Rp 12.000 – 5.000 = Rp 7.000. Melihat dari hasil keuntungan penjualan sirup
glukosa dan ketersediaan bahan baku yang tersedia, dapat disimpulkan bahwa
potensi ekonomi pembuatan sirup glukosa dari biji durian sangat menguntungkan
sehingga layak untuk dipertimbangkan untuk diproduksi secara industri.
28
Universitas Sumatera Utara
TINJAUAN PUSTAKA
2.1
DURIAN
2.1.1 Sejarah Singkat
Durian (Durio zibethinus) merupakan tanaman buah berupa pohon. Sebutan
durian diduga berasal dari istilah Melayu yaitu dari kata duri yang diberi akhiran an sehingga menjadi durian. Kata ini terutama dipergunakan untuk menyebut buah
yang kulitnya berduri tajam. Tanaman durian berasal dari hutan Malaysia,
Sumatra, dan Kalimantan yang berupa tanaman liar. Penyebaran durian ke arah
Barat adalah ke Thailand, Birma, India dan Pakistan. Buah durian sudah dikenal
di Asia Tenggara sejak abad 7 M. Nama lain durian adalah duren (Jawa, Gayo),
duriang (Manado), dulian (Toraja), rulen (Seram Timur) [23].
2.1.2
Jenis Tanaman
Tanaman durian termasuk famili Bombaceae sebangsa pohon kapuk-
kapukan. Yang lazim disebut durian adalah tumbuhan dari marga (genus) Durio,
Nesia, Lahia, Boschia dan Coelostegia. Ada puluhan durian yang diakui
keunggulannya oleh Menteri Pertanian dan disebarluaskan kepada masyarakat
untuk dikembangkan. Macam varietas durian tersebut adalah: durian sukun (Jawa
Tengah), petruk (Jawa Tengah), sitokong (Betawi), simas (Bogor), sunan (Jepara),
otong (Thailand), kani (Thailand), sidodol (Kalimantan Selatan), sijapang
(Betawi) dan sihijau (Kalimantan Selatan) [23].
2.1.3
Manfaat Tanaman
Manfaat durian selain sebagai makanan buah segar dan olahan lainnya,
terdapat manfaat dari bagian lainnya, yaitu:
1) Tanamannya sebagai pencegah erosi di lahan-lahan yang miring.
2) Batangnya untuk bahan bangunan/perkakas rumah tangga. Kayu durian setara
dengan kayu sengon sebab kayunya cenderung lurus.
3) Bijinya yang memiliki kandungan pati cukup tinggi, berpotensi sebagai
alternatif pengganti makanan (dapat dibuat bubur yang dicampur daging
buahnya).
8
Universitas Sumatera Utara
4) Kulit dipakai sebagai bahan abu gosok yang bagus, dengan. cara dijemur
sampai kering dan dibakar sampai hancur [23].
2.1.4
Karakteristik Biji Durian
Tanaman durian adalah tanaman tahunan. Bila ditanam melalui biji,
tanaman ini akan mulai berbunga untuk pertama kali sepuluh tahun setelah tanam.
Namun, tanaman ini akan menghasilkan buah yang lezat dan memiliki banyak
manfaat. Selain buahnya, biji durian dapat dimanfaatkan sebagai bioetanol. Biji
merupakan alat perkembangbiakan yang utama karena di dalam biji terdapat calon
tumbuhan baru. Biji durian terdiri dari beberapa bagian yaitu kulit biji, tali biji,
dan inti biji [23].
Biji durian berbentuk bulat telur, dan berkeping dua. Selain itu, biji durian
berwarna putih kekuningan hingga. Biji durian (pongge) memiliki kandungan pati
yang cukup tinggi sehingga dapat digunakan sebagai pengganti bahan makanan.
[23].
Apabila dipotong atau dikupas kulitnya, biji durian biasanya mengeluarkan
lendir. Lendirnya tidak berbau dan berasa serta larut dalam air dingin ataupun
panas. Lendirnya dapat membentuk suatu larutan kental yang disebut
gum. Berikut adalah tabel komposisi biji durian dalam buku Michael J. Brown
(1997:157) [23].
Tabel 2.1 Komposisi Biji Durian [23]
Zat
Per 100 gram biji segar Per 100 gram biji telah
(mentah)
tanpa dimasak tanpa kulitnya
kulitnya
Kadar air
51,5 gram
51,5 gram
Lemak
0,4 gram
0,2-0,23 gram
Protein
2,6 gram
1,5 gram
Karbohidrat total
47,6 gram
48,2 gram
Serat kasar
-
0,7 gram-0,71 gram
9
Universitas Sumatera Utara
Tabel 2.1 Komposisi Biji Durian (lanjutan)[23]
Zat
Per 100 gram biji segar Per 100 gram biji telah
(mentah) tanpa kulitnya dimasak tanpa kulitnya
Nitrogen
-
0,297 gram
Abu
1,9 gram
1,0 gram
Kalsium
17 miligram
3,9-88,8 miligram
Fosfor
68 miligram
86,65-87 miligram
Besi
1,0 miligram
0,6-0,64 gram
Natrium
3 miligram
-
Kalium
962 miligram
-
Beta karoten
-
Riboflavin
250 �gram
0,05 miligram
0,05-0,052 miligram
Thiamin
-
0,03-0,032 miligram
Niacin
0,9 miligram
0,89-0,9 miligram
Dari tabel dapat dilihat bahwa kandungan karbohidrat pada biji durian
sangat tinggi yaitu 47,6 gram per 100 gram biji segar, sedangkan bila dimasak
menjadi 48,2 gram. Amilum (karbohidrat) berbentuk polisakarida yang dapat
dipecah menjadi glukosa. Kemudian glukosa akan difermentasi menjadi etanol.
2.2
KARBOHIDRAT
Karbohidrat atau sakarida adalah segolongan besar senyawa organik yang
tersusun hanya dari atom karbon, hidrogen dan oksigen. Bentuk molekul
karbohidrat paling sederhana tersusun dari satu molekul gula sederhana. Pada
umumnya karbohidrat yang terdapat di alam merupakan polimer yang tersusun
dari molekul gula yang terangkai menjadi rantai yang panjang serta bercabang.
Karbohidrat (CH2O)n, adalah sumber kalori utama bagi hampir seluruh
penduduk dunia, khususnya bagi penduduk negara yang sedang berkembang .
Walaupun jumlah kalori yang dapat dihasilkan oleh 1 gram karbohidrat hanya 4
Kal (kkal) bila dibanding protein dan lemak, karbohidrat merupakan sumber
kalori yang murah. Dalam tubuh manusia dapat dibentuk dari beberapa asam
amino dan sebagian dari gliserol lemak. Tetapi sebagian besar karbohidrat
10
Universitas Sumatera Utara
diperoleh dari bahan makanan yang dimakan sehari- hari, terutama bahan
makanan yang berasal dari tumbuh – tumbuhan.
\
Gambar 2.1 Rumus Bangun Karbohidrat
Karbohidrat menyediakan kebutuhan dasar yang diperlukan tubuh.
Tubuh menggunakan karbohidrat seperti layaknya mesin mobil menggunakan
bensin. Karbohidrat juga merupakan bahan yang penting dan sumber tenaga
yang terdapat dalam tumbuhan dan daging hewan. Selain itu, karbohidrat
juga menjadi komponen struktur penting pada makhluk hidup dalam bentuk
serat (fiber), seperti selulosa, pektin, serta lignin.
Ada beberapa cara analisis yang digunakan untuk memperkirakan
kandungan karbohidrat dalam bahan makanan . Yang paling mudah adalah dengan
cara perhitungan kasar (aproximate analysis),yaitu suatu analisis dimana
kandungan karbohidrat termasuk serat kasar diketahui bukan melalui analisis
tetapi melalui perhitungan sebagai berikut:
% karbohidrat = 100% - % ( protein + lemak + abu + air )
Banyak cara yang dapat digunakan untuk menentukan banyaknya
karbohidrat dalam suatu bahan yaitu dengan cara kimiawi, cara fisik, cara
enzimatik atau biokimia, dan cara kromatografi. Penentuan karbohidrat yang
termasuk polisakarida maupun oligosakaridamemerlukan perlakuan pendahuluan
yaitu hidrolisis terlebih dahulu, sehingga diperoleh monosakarida. Untuk
keperluan ini, maka bahan dihidrolisis dengan asam atau enzim pada suatu
keadaan yang tertentu [39].
11
Universitas Sumatera Utara
Molekol karbohidrat
terdiri atas atom
– atom karbon,hidrogen dan
oksigen. Jumlah atom hidrogen dan oksigen merupakan perbandingan 2 : 1 seperti
pada molekol air. Sebagai contoh molekol gluko sa mempunyai rumus kimia
C6H12O6.
Glukosa adalah salah satu aldoheksosa yang sering disebut dekstrosa
karena mempunyai sifat dapat memutar cahaya terpolarisasi kearah kanan. Di
alam, glukosa terdapat didalam buah – buahan dan madu lebah. Darah manusia
normal mengandung glukosa dalam jumlah atau konsentrasi yang tetap, yaitu
antara 70-100 mg tiap 100 ml darah. Glukosa darah dapat bertambah setelah kita
makan makanan sumber karbohidrat, namun 2 jam setelah itu, jumlah glukosa
darah akan kembali pada keadaan semula. Pada orang yang menderita diabetes
mellitus atau kencing manis, jumlah glukosa darah lebih besar dari 130 mg per
100 ml darah.
Dalam alam, glukosa dihasilkan dari reaksi antara karbondioksida dan air
dengan bantuan sinar matahari dan klorofil dalam daun. Proses ini disebut
fotosintesis dan glukosa yang terbentuk terus digunakan untuk pembentukan
amilum atau selulosa. Amilum terbentuk dari glukosa dengan jalan penggabungan
molekul – molekul glukosa yang membentuk rantai lurus maupun bercabang
dengan melepaskan air [26].
Karbohidrat menurut ukuran molekulnya dapat dikelompokkan menjadi
tiga kelompok, yaitu monosakarida, disakarida, dan polisakarida [15].
2.2.1
Monosakarida
Monosakarida merupakan karbohidrat yang mempunyai molekul paling
sederhana dibandingkan dengan molekul karbohidrat lain. Molekul karbohidrat ini
tidak dapat dihidrolisis dan merupakan suatu persenyawaan netral dan mudahlarut
dalam air, sukar larut dalam alkohol dan tidak larut dalam eter [39]. Gula
monosakarida yang umumnya terdapat dalam pangan mengandung 6 atom karbon
yang mempunyai rumus atom C6H12O6. Tiga senyawa gula yang paling penting
dalam monosakarida ialah :
1. Glukosa
Glukosa adalah suatu aldosa, aldoheksa / dektrosa karena mempunyai sifat
12
Universitas Sumatera Utara
dapat memutar cahaya terpolarisasi ke arah kanan [15]. Glukosa terdapat dalam
jumlah yang bervariasi dalam sayurandan buah-buahan [39]. Struktur molekul
glukosa dapat dilihat dalamgambar berikut :
Gambar 2.2 Struktur Glukosa
2. Fruktosa
Fruktosa merupakan suatu karbon heksosa yang mempunyai sifat memutar
cahaya terpolarisasi ke kiri Fruktosa ini didapatkan bersamasama dengan glukosa
dalam berbagai bentuk buah-buahan dan madu [39].
3. Galaktosa
Galaktosa jarang terdapat di alam bebas. Pada umumnya berikatan dengan
glukosa dalam bentuk laktosa, yaitu gula yang terdapat dalam susu [15]. Gula ini
secara kimiawi mirip glukosa. Didalam makanan senyawa ini tidak terdapat
seperti apa adanya tetapi dapat menghasilkan laktosa jika sebuah sakarida dipecah
dalam pencernaan [39].
2.2.2
Disakarida
Gula disakarida mempunyai rumus umum C12H22O11. Senyawa-senyawa
ini terbentuk jika dua molekul monosakarida bergabung dengan melepas satu
molekul air.
1. Sukrosa
Senyawa ini adalah senyawa yang dikenal sehari-haridalam rumah tangga
sebagai gula dan dihasilkan dalam tanaman dengan jalan mengkondensasikan
glukosa dan fruktosa. Sukrosa didapatkan dalam tumbuhan, sayuran dan buahbuahan, seperti tebu yang mengandung sukrosa dalam jumlah yang relatif besar.
2. Laktosa
Gula ini dibentuk dengan proses kondensasi glukosa
dan galaktosa.
Senyawa ini didapatkan hanya pada susu.
13
Universitas Sumatera Utara
3. Maltosa
Molekul maltosa dibentuk dari hasil kondensasi dua molekul glukosa.
2.2.3
Polisakarida
Polisakarida adalah polimer hasil kondensasi monosakarida dan tersusun
dari
banyak molekul monosakarida yang berikatan satu sama lain, dengan
melepaskan sebuah molekul air untuk setiap ikatan yang terbentuk. Senyawa ini
mempunyai rumus umum (C6H10O5)n, dimana n adalah bilangan yang besar.
Polisakarida terpenting sebagai sumber karbohidrat yang tersebarluas di alam dan
banyak terdapat pada tanaman adalah pati. Pati penting dalam industri-industri
pangan, tekstil, lem, kertas, permen, dan lain-lain. Pati tersusun oleh dua macam
polimer, yaitu : polimer rantai lurus (amilosa) dan
polimer bercabang
(amilopektin).
Amilosa adalah polisakarida berantai lurus (tidak bercabang) dan larut
dalam air, dengan berat molekul berkisar antara sekitar 250-300 unit glukosa yang
satu sama lainnya dihubungkanoleh ikatan 1 alpha glikosida melalui atom C
Amilopektin adalah ikatan alpha glikosida. Disamping sebagian besar
adalah ikatan 1ikatan 1-6, secara kimia terbukti bahwa amilopektin merupakan
rantai yang bercabang. Rantai utama memiliki rantai samping dan begitu pula
dengan rantai selanjutnya.
Dalam biji atau umbi tumbuh-tumbuhan, pati (C6H10O5)n merupakan
makanan cadangan, terdapat dalam bentuk butir-butir atau granula yang berwarna
putih mengkilat, tidak berbau dan berasa.
Sifat pati tidak larut dalam air, namun bila suspensi pati dipanaskan akan
terjadi gelatinasi setelah mencapai suhu tertentu (suhu gelatinasi). Pemanasan
menyebabkan energi kinetik molekul-molekul air menjadi lebih kuat dari pada
daya tarik menarik antara molekul pati dalam granula, sehingga air dapat masuk
ke dalam granula pati tersebut dan pati akan mengembang. Granula pati dapat
pecah sehingga kembali pada kondisi semula. Perubahan sifat inilah yang disebut
gelatinasi [39].
14
Universitas Sumatera Utara
2.2.4
Analisis kadar karbohidrat (glukosa)
Metode luff Schoorl adalah merupakan suatu metode atau cara penentuan
monosakarida dengan cara kimiawi. Pada penentuan metode ini, yang ditentukan
bukannya kuprooksida yang mengendaptapi dengan menentukan kuprioksida
dalam larutan sebelum direaksikan dengan gula reduksi ( titrasi blanko) dan
sesudah direaksikan dengan sampel gula reduksi ( titrasi sampel). Penentuan
titrasi dengan menggunakan Na-tiosulfat. Selisih titrasi blanko dengan titrasi
sampel ekuivalen dengan kuprooksida yang terbentuk dan juga ekuivalen dengan
jumlah gula reduksi yang ada dalam bahan / larutan.
Reaksi yang terjadi selama penentuan karbohidrat cara ini mula- mula
kuprooksida yang ada dalam reagen akan membebaskan iod dari garam K-iodida.
Banyaknya iod yang dibebaskan ekuivalen dengan banyaknya kuprioksida.
Banyaknya iod dapat diketahui dengan titrasi dengan menggunakan Na-tiosulfat.
Untuk mengetahui bahwa titrasi sudah cukup maka diperlukan indikator amilum.
Apabila larutan berubah warnanya dari biru menjadi putih, adalah menunjukkan
bahwa titrasi sudah selesai.
Reaksi yang terjadi dalam penentuan gula cara Luff dapat dituliskan sebagai
berikut :
R – COH + 2CuO Cu2O + R-COOH
H2SO4 + CuO CuSO4 + H2O
CuSO4 + 2 KI Cu2I2
I2 + Na2S2O3 Na2S4O6 + NaI
[33].
2.3 PATI
Pati merupakan homopolimer glukosa dengan ikatan
-glikosidik.
Berbagai macam pati tidak sama sifatnya bergantung dari panjang rantai
karbonnya serta apakah lurus atau bercabang rantai molekulnya. Pati terdiri dari
dua fraksi yang dapat dipisahkan dengan air panas. Fraksi terlarut disebut amilosa
dan fraksi tidak terlarut disebut amilopektin [38].
Pati terdapat dalam sel tanaman dalam bentuk partikel-partikel yang tidak
larut yang disebut granula. Penampakan mikroskopik dari granula pati seperti
15
Universitas Sumatera Utara
bentuk, ukuran, keseragaman dan letak hilum (ditengah atau ditepi) berbeda-beda
untuk setiap jenis tanaman penghasil pati. Ukuran granula pati yang berasal dari
biji-bijian lebih kecil dari tanaman sumber pati lainnya, yaitu berkisar antara 3-20
m dan yang berasal dari umbi-umbian 10-100 m sedangkan yang berasal dari
batang 50 m. Kondisi tersebut salah satunya menyebabkan pati yang berasal dari
biji-bijian cenderung mempunyai suhu gelatinasi yang rendah dan lebih mudah
untuk dihidrolisis oleh katalisator asam maupun enzim [25].
Dalam air dingin pati tidak dapat larut, akan tetapi dalam air panas akan
membentuk larutan yang lebih kental. Butir-butir pati akan mengembang dan
mengabsorbsi air dalam jumlah besar apabila campuran antara pati dan air
dipanaskan. Air yang berdifusi dalam jumlah cukup besar akan mengakibatkan
gelatinasi membentuk gel sehingga akan lebih mudah dihidrolisis [12].
Amilosa terdiri dari 250-300 unit D-glukosa yang terikat dengan ikatan 1,4 glikosidik, jadi molekulnya merupakan rantai terbuka. Amilopektin juga
terdiri atas molekul D-glukosa yang sebagian besar mempunyai ikatan 1,4
gikosidik dan sebagian lagi ikatan 1,6 glikosidik. Adanya ikatan glikosidik ini
menyebabkan terjadinya percabangan sehingga molekul amilopektin berbentuk
rantai terbuka dan bercabang. Molekul-molekul amilopektin lebih besar daripada
molekul amilosa karena terdiri dari 1000 unit glukosa. Pati dapat dihidrolisis
sempurna menjadi glukosa dengan menggunakan asam dan juga enzim [26].
Hidrolisis sempurna amilosa hanya menghasilkan D-glukosa sedangkan
hidrolisis parsial amilosa menghasilkan maltose sebagai satu-satunya diskarida.
Pada hidrolisis sempurna amilopektin hanya akan menghasilkan suatu campuran
disakarida maltose dan isomaltosa [15].
Gambar 2.3 Strktur Amilosa
16
Universitas Sumatera Utara
Gambar 2.4 Struktur Amilopektin
Proprosi pati relatif dari amilosa dan amilopektin berbeda-beda dari satu
jenis pati dengan pati lainnya. Pati alami biasanya mengandung amilopektin lebih
banyak daripada amilosa. Butiran pati mengandung amilopektin lebih banyak
daripada amilosa berkisar antara 15-30% sedangkan amilopektin berkisar antara
70-80% [12].
2.4
HIDROLISIS
Gula merupakan kebutuhan pokok bagi manusia, selama ini kebutuhan
gula dipenuhi oleh industri gula (penggiling tebu). Industri kecil seperti gula
merah, gula aren. Gula dapat berupa glukosa, sukrosa, fruktosa dan sakrosa.
Glukosa dapat digunakan sebagai pemanis dalam makanan, minuman, dan es
krim.
Glukosa dibuat dengan jalan fermentasi dan hidrolisa. Pada proses
hidrolisa biasanya menggunakan katalisator asam seperti HCl, asam sulfat. Bahan
yang digunakan untuk proses hidrolisis adalah pati. Di Indonesia banyak dijumpai
tanaman yang menghasilkan pati. Tanaman-tanaman itu seperti padi,jagung,
ketela pohon, umbi-umbian, aren dan sebagainya. Hidrolisis merupakan reaksi
pengikatan gugus hidroksil/OH oleh suatu senyawa. Gugus OH dapat diperoleh
dari senyawa air. Hidrolisis dapat digolongkan menjadi hidrolisis murni, hidrolisis
asam, hidrolisis katalis basa, gabungan alkali dengan air dan hidrolisis dengan
katalis enzim. Sedangkan berdasarkan fase reaksi yang terjadi diklasifikasikan
menjadi hidrolisis fase cair dan hidrolisis fase uap.
17
Universitas Sumatera Utara
Hidrolisis pati terjadi antara suatu reaktan pati dengan air. Reaksi ini
adalah orde satu karena reaktan air yang dibuat berlebih, sehingga perubahan
reaktan dapat diabaikan. Reaksi hidrolisis pati dapat menggunakan katalisator ion
H+ yang dapat diambil dari asam. Reaksi yang terjadi pada hidrolisis pati adalah
sebagai berikut:
(C6H10O5)x
+
x H2O
x C6H12O6
Variabel-variabel yang berpengaruh terhadap reaksi hidrolisa:
1. Katalisator
Hampir semua reaksi hidrolisa memerlukan katalisator untuk mempercepat
jalannya reaksi. Katalisator yang dipakai dapat berupa enzim atau asam
sebagai katalisator, karena kerjannya lebih cepat. Asam yang dipakai
beraneka ragam mulai dari asam klorida, asam sulfat sampai asam nitrat.
Yang berpengaruh terhadap kecepatan reaksi adalah konsentrasi ion H
bukan jenis asamnya. Meskipun demikian di dalam industri umumnya
dipakai asam klorida. Pemiliham ini didasarkan atas sifat garam yang
terbentuk pada penetralan jika konsentrasinya tinggi. Karena itu
konsentrasi asam dalam air penghidrolisa ditekan sekecil mungkin.
Umumnya dipergunakan larutan asam yang mempunyai konsentrasi asam
lebih tinggi daripada pembuatan sirup. Hidrolisa pada tekanan 1 atm
memerlukan asam yang lebih pekat.
2. Suhu dan Tekanan
Pengaruh suhu terhadaap kecepatan reaksi mengikuti persamaan Arhenius.
Semakin tinggi suhu, semakin cepat jalannya reaksi. Untuk mencapai
konversi tertentu diperlukan waktu sekitar 3 jam untuk menghidrolisa pati
ketela rambat pada suhu 100oC. Tetapi kalau suhunya dinaikkan sampai
suhu 135oC, konversi yang sebesar itu dapat dicapai dalam waktu 40 menit
[1]. Hidrolisis pati gandum dan jagung dengan katalisator asam sulfat
memerlukan suhu 160oC, karena panas reaksi hampir mendekati nol dan
reaksi berjalan dalam fase cair maka suhu dan tekanan tidak banyak
mempengaruhi keseimbangan.
18
Universitas Sumatera Utara
3. Pencampuran (Pengadukan)
Supaya zat pereaksi dapat saling bertumbukan dengan sebaik-baiknya,
maka perlu adanya pencampuran. Untuk proses batch, hal ini dapat dicapai
dengan bantuan pengadukan atau alat pengadukan. Apabila prosesnya
berupa proses alir (kontiniu), maka pencampuran dilakukan dengan cara
mengatur aliran di dalam reactor supaya berbentuk olakan.
4. Perbandingan zat pereaksi
Kalau salah satu zat pereaksi berlebihan jumlahnya maka keseimbangan
dapat menggeser ke sebelah kanan dengan baik. Oleh karena itu suspensi
pati yang kadarnya rendah memberi hasil yang lebih baik dibandingkan
kadar patinya tinggi. Bila kadar suspensinya diturunkan dari 40% menjadi
20% atau 1%, maka konversi akan bertambah dari 80% menjadi 87% atau
99% . Pada permukaan kadar suspense pati yang tinggi sehingga molekulmolekul zat pereaksi akan sulit bergerak. Untuk menghasilkan pati sekitar
20%.
2.5 KLASIFIKASI HIDROLISIS
Klasifikasi proses hidrolisa dapat dibagi menjadi:
1. Hidrolisis fase gas : sebagai penghidrolisa adalah air dan reaksi
berjalan pada fase uap
2. Hidrolisis fase cair : pada hidrolisa ini, ada 4 tipe hidrolisa, yaitu:
a. Hidrolisis murni : Efek dekomposisinya jarang terjadi, tidak semua
bahan terhidrolisa. Efektif digunakan pada; Reaksi Grigrad dimana
air digunakan sebagai penghidrolisa
b. Hidrolisis bahan-bahan berupa anhidrid asam laktan dan laktanida.
Hidrolisa senyawa alkil yang mempunyai komposisi kompleks,
hidrolisa asam berair. Pada umumnya dengan HCl dan H2SO4 ,
dimana banyak digunakan pada industri bahan pangan, misalnya :
hidrolisa gluten menjadi monosodium, glutamate, hidrolisa pati
menjadi glukosa. Sedangkan H2SO4 banyak digunakan pada
hidrolisa senyawa organic dimana peranan H2SO4 tidak dapat
diganti.
19
Universitas Sumatera Utara
c. Hidrolisis dengan alkali berair: penggunaan konsentrasi alkali yang
rendah dalam proses hidrolisa diharapkan ion H+ bertindak sebagai
katalisator sedangkan pada konsentrasi tinggi diharapkan dapat
bereaksi dengan asam yang terbentuk.
d. Hidrolisis dengan enzim : Senyawa dapat digunakan untuk
mengubah suatu bahan menjadi bahan hidrolisa lain.
Aplikasi hidrolisa pati banyak digunakan dalam industri makanan dan
minuman yang menggunakan sirup glukosa hasil hidrolisis pati sebagai pemanis.
Produk akhir hidrolisa pati adalah glukosa yang dapat dijadikan bahan baku untuk
produksi fruktosa dan sorbitol. Hasil hidrolisis pati juga banyak digunakan dalam
industry obat-obatan. Dan juga glukosa yang dihasilkan dapat digunakan sebagai
bahan baku pembuatan bioetanol. Penggunaan asam sebagai penghidrolisa
menghasilkan biaya produksi yang sedikit, namun produk yang dihasilkan tidak
seragam dan banyak senyawa pati yang rusak oleh asam tersebut, sedangkan
penggunaan enzim sebagai penghidrolisa menghasilkan produk yang seragam,
lebih terkontrol, namun biaya produksi lebih tinggi karena harga dari enzim
sendiri lebih mahal jika dibandingkan dengan asam.
2.5.1
Hidrolisis Enzim
Enzim adalah biomolekul berupa protein yang berfungsi sebagai katalis
(senyawa yang mempercepat proses reaksi tanpa habis bereaksi) dalam suatu
reaksi kimia organik. Molekul awal yang disebut substrat akan dipercepat
perubahannya menjadi molekul lain yang disebut produk. Jenis produk yang akan
dihasilkan bergantung pada suatu kondisi/zat, yang disebut promoter. Semua
proses biologis sel memerlukan enzim agar dapat berlangsung dengan cukup cepat
dalam suatu arah lintasan metabolism yang ditentukan oleh hormone sebagai
promoter.
Enzim bekerja dengan cara bereaksi dengan molekul substrat untuk
menghasilkan senyawa intermediate melalui suatu reaksi kimia organik yang
membutuhkan energi aktivasi lebih rendah, sehingga percepatan reaksi kimia
terjadi karena reaksi kimia dengan energy aktivasi lebih tinggi membutuhkan
waktu lebih lama. Sebagai contoh:
20
Universitas Sumatera Utara
X+C
Y + XC
XC
(1)
XYC
(2)
XYC
CZ
(3)
CZ
C+Z
(4)
[4].
Meskipun senyawa katalis dapat berubah pada reaksi awal, pada reaksi
akhir molekul katalis akan kembali ke bentuk semula. Sebagian besar enzim
bekerja secara khas, yang artinya setiap jenis enzim hanya dapat bekerja pada satu
macam senyawa atau reaksi kimia. Hal ini disebabkan perbedaan struktur kimia
tiap enzim yang bersifat tetap. Sebagai contoh enzim alfa amylase hanya dapat
digunakan pada proses perombakan pati menjadi glukosa.
2.5.2
Hidrolisis Asam
Pati dapat dikonversi dengan cara menghidrolisis suspensi pati secara
terkendali dengan menggunakan asam dan pemanasan. Beberapa bagian dari
ikatan glikosidik pati akan mengalami pemutusan dengan perlakuan asam
sehingga dapat dihasilkan molekul pati menurun, dimana akan dihasilkan pati
dengan perlakuan asam sehingga dapat dihasilkan molekul pati yang lebih pendek.
Hal ini mengakibatkan sifat kemempuan gelatinasi pati menurun, dimana akan
dihasilkan pati dengan viskositas yang lebih rendah pada saat pemasakan. Dengan
demikian konsentrasi pati yang dapat digunakan dalam proses pengolahan dapat
lebih besar. Pati akan lebih larut dengan viskositas yang lebih rendah tetapi dapat
menghasilkan struktur gel yang lebih kuat.
Pati yang dimodifikasi dengan hidrolisis asam terutama digunakan apabila
diinginkan konsentrasi pati yang tinggi dan membentuk gel yang baik tetapi tidak
diinginkan pati mengalami pengentalan yang berlebihan. Pati jenis ini dapat
digunakan dalam proses pembuatan permen sebagai pengganti gum arab.
21
Universitas Sumatera Utara
2.5.3
Hidrolisis Karbohidrat
Hidrolisis karbohidrat dapat dilakukan dengan cara hidrolisis dengan
katalis asam, kombinasi asam dengan enzim serta kombinasi enzim dengan enzim.
Hidrolisis pati dengan asam memerlukan suhu tinggi yaitu 120-160oC . Asam
akan memecah molekul pati secara acak dan gula yang dihasilkan sebagian besar
adalah gula pereduksi. Pada tahap pertama hidrolisis dilakukan dengan katalis
asam sampai mencapi nilai derajat konversi sekitar 40-50%. Hidrolisis dengan
kombinasi asam dan enzim akan mencapai nilai dekstrosa yang dikehendaki
sebesar 62% setelah dinetralkan, dijernihkan dan dihidrolisis dengan enzim
dengan memanfaatkan mikroorganisme [19].
Pada proses hidrolisis untuk pembuatan sirup glukosa terdiri dari 2 tahap
yaitu dengan likuifikasi dan sakarifikasi. Likuifikasi adalah proses pencairan gel
pati dengan menggunakan enzim
-amilase untuk menghidrolisis pati.
Penggunaan asam dalam hidrolisis memiliki kelebihan yaitu lebih mudah dalam
proses karena tidak dipengaruhi oleh beberapa faktor, hidrolisis terjadi secara acak
dan waktu lebih cepat. Kelebihan hidrolisis dengan menggunakan enzim yaitu
reaksi hidrolisis yang terjadi dapat beragam, kondisi proses yang digunakan tidak
ekstrim, seperti suhu sedang dan pH mendekati netral, tingkat konversi lebih
tinggi, polutan lebih rendah dan reaksi yang spesifik [19].
Hasil hidrolisis enzim pemecah pati dipengaruhi oleh beberapa faktor,
diantaranya jenis pati, kandungan amilosa dan amilopektin pati, kondisi
lingkungan enzim meliputi suhu, pH dan konsentrasi substrat maupun enzim dan
perlakuan pendahuluan enzim sebelum hidrolisis [25].
Mekanisme reaksi hidrolisis karbohidrat dapat dilihat pada gambar berikut:
Gambar 2.5 Mekanisme Reaksi Hidrolisis Karbohidrat [24]
22
Universitas Sumatera Utara
2.5.4
Hidrolisis Pati
Hidrolisis pati terjadi antar suatu reaktan pati dengan reaktan air. Reaksi
hidrolisis pati bertujuan untuk memotong suatu ikatan polimer sakarida dalam pati
dengan bantuan suatu senyawa tertentu sebagai katalis, dalam hal ini adalah enzim
α-amylase. Hidrolisis bisa jadi merupakan reaksi yang reversible. Namun jika
kondisi operasinya di atur, reaksi hidrolisis bisa berlangsung secara Irreversibel
(C5H10O5)x + xH2O
pati
(x-1)C6H12O6
air
gula
Suhu dan waktu hidrolisis serta
konsentrasi katalis
adalah beberapa
variabel yang berpengaruh dalam reaksi hidrolisis. Makin tinggi suhu makin cepat
jalannya reaksi makin tinggi harga DEnya. Namun harus diperhatikan jika
katalisator yang dipakai adalah enzim, karena enzim sensitif terhadap suhu tinggi.
Jika suhu terlalu tinggi aktifitas enzim akan menurun bahkan enzim dapat rusak.
Perbedaan waktu hidrolisis akan menyebabkan jumlah pati yang termodifikasi
juga berbeda. Makin lama waktu hidrolisis makin besar persentase pati yang
berubah menjadi gula pereduksi. Hal ini dapat dilihat dari harga DE yang semakin
tinggi.
Konsentrasi katalis juga dapat berpengaruh pada harga DE dari produk
yang dihasilkan. Makin tinggi konsentrasi katalis, dalam hal ini adalah enzim,
makin banyak gula pereduksi yang terbentuk. Hal ini berarti harga DE akan
semakin tinggi. Meskipun demikian, penentuan konsentrasi katalis memiliki batas
optimum. Jika melebihi batas tersebut, hidrolisis akan terhambat [9].
Pada proses hidrolisis pati, terdapat tiga tahapan dalam mengkonversi
pati yaitu tahap gelatinisasi, likuifikasi dan sakarifikasi. Tahap gelatinisasi
merupakan tahap pembentukan suspensi kental dari granula pati, tahap likuifikasi
yaitu hidrolisis pati parsial yang ditandai dengan menurunnya viskositas,
sedangkan sakarifikasi merupakan proses lebih lanjut dari hidrolisis untuk
menghasilkan glukosa [9].
23
Universitas Sumatera Utara
2.6
SIRUP GLUKOSA
Sirup glukosa yang mempunyai nama lain dectrose adalah salah satu
produk bahan pemanis makanan dan minuman yang berbentuk cairan, tidak
berbau dan tidak berwarna tetapi memiliki rasa manis yang tinggi. Sirup glukosa
atau sering juga disebut gula cair dibuat melalui proses hidrolisis pati.
Perbedaannya dengan gula pasir yaitu, gula pasir (sukrosa) merupakan gula
disakarida, sedangkan sirup glukosa adalah monosakarida, terdiri atas satu
monomer yaitu glukosa. Sirup glukosa dapat dibuat dengan cara hidrolisis asam
atau dengan cara enzimatis. Dari kedua cara tersebut, pembuatan sirup glukosa
secara enzimatis dapat dikembangkan di pedesaan karena tidak banyak
menggunakan bahan kimia sehingga aman dan tidak mencemarilingkungan.
Bahan lain yang diperlukan adalah enzim amilase [32].
Proses pembuatan Sirup glukosa dapat dilakukan dengan dua cara yaitu:
1.Hidrolisis secara enzimatis
2.Hidrolisis secara asam
2.6.1
Hidrolisis Secara Enzimatis
Hidrolisis secara enzimatis memutus rantai pati secara spesifik pada
percabangan tertentu. Hidrolisis enzimatis memiliki beberapa keuntungan, yaitu
prosesnya lebih spesifik, kondisi prosesnya dapat dikontrol, biaya pemurnian lebih
murah, dihasilkan lebih sedikit abu dan produk samping, dan kerusakan warna
dapat diminimalkan. Pada hidrolisis pati secara enzimatis untuk menghasilkan
sirup glukosa, enzim yang dapat digunakan adalah α-amilase, β-amilase,
amiloglukosidase, glukosa isomerase, pullulanase, dan isoamilase.
Tahapan pembuatan sirup glukosa dengan cara hidrolisis menggunakan
enzim terdiri dari likuifikasi, sakarifikasi, purifikasi, dan evaporasi. Tingkat mutu
sirup glukosa yang dihasilkan ditentukan oleh kadar air, warna sirup, dan tingkat
konversi pati menjadi komponen-komponen glukosa, maltosa, dan dekstrin, yang
dihitung sebagai ekuivalen dekstrosa (DE). Nilai ekuivalen dekstrosa (DE) sirup
glukosa yang tinggi dapat diperoleh dengan optimalisasi proses likuifikasi dan
sakarifikasi, sedangkan kadar padatan dan warna sirup glukosa yang sesuai
standar (SNI) diperoleh dengan proses evaporasi.
24
Universitas Sumatera Utara
Hidrolisa enzim dilakukan menggunakan bantuan enzim α-amilase dan
enzim glukoamilase (amiloglukosidase). Enzim α-amilase digunakan pada proses
likuifikasi, sedangkan glukoamilase digunakan pada proses sakarifikasi. Hidrolisa
enzim lebih banyak memberikan keuntungan dibandingkan dengan hidrolisa
asam. Hidrolisa enzim menghasilkan konversi yang lebih besar jika dibandingkan
dengan hidrolisa asam. Hidrolisa enzim juga dapat mencegah adanya reaksi efek
samping
karena
sifat
katalis
enzim
sangat
spesifik,
sehingga
dapat
mempertahankan flavor dan aroma bahan dasar [40].
Adapun kelebihan dan kekurangan hidrolisis pati dengan enzim adalah :
Kelebihan :
1. Bahan baku mudah didapat.
2. Proses lebih sederhana dibandingkan dengan menggunakan asam
3. Peralatan tidak rumit sehingga operasi tidak butuh tenaga banyak
4. Akan di dapat hasil sirup glukosa yang lebih jernih dan bersih
Kekurangan :
1. Pemakaian enzim banyak
2. Enzim yang dipakai masih import dan harganya relatif mahal
2.6.2
Hidrolisis Secara Asam
Hidrolisis pati dengan menggunakan katalis asam, molekul pati akan
dipecah secara acak oleh asam dan gula yang dihasilkan sebagian besar
merupakan gula pereduksi. Pada hidrolisis pati menggunakan katalis enzim,
molekul pati akan dipecah atau diputus oleh enzim secara spesifik pada
percabangan tertentu. Hidrolisis pati secara asam hanya akan mendapatkan sirup
glukosa dengan dektrosa equivalen (DE) sebesar 55. Sedangkan hidrolisis pati
secara enzimatis akan mendapatkan sirup glukosa dengan DE lebih dari 95% [34].
Kelemahan dari hidrolisis pati secara asam antara lain yaitu diperlukan
peralatan yang tahan korosi, menghasilkan sakarida dengan spektra-spektra
tertentu saja karena katalis asam menghidrolisa secara acak. Jika nilai ekuivalen
dekstrosa ditingkatkan, selain terjadi degradasi karbohidrat, juga terjadi
rekombinasi produk degradasi yang dapat berpengaruh terhadap warna, rasa pada
sirup glukosa yang dihasilkan. Sedangkan penggunaan enzim dapat mencegah
25
Universitas Sumatera Utara
terjadinya reaksi sampingan karena sifat enzim yang sangat spesifik sehingga
dapat mempertahankan flavor dan aroma bahan dasar.
Adapun kelebihan dan kekurangannya adalah :
Kelebihan :
1. Bahan baku mudah didapat
2. Tidak menggunakan enzim sehingga menghemat biaya.
3. Peralatan tidak rumit sehingga operasi tidak butuh tenaga banyak.
4. Cocok untuk kondisi kritis saat ini karena seluruh bahan tersedia di dalam
negeri.
Kekurangan :
Pemakaian asam menyebabkan korosi peralatan [32].
2.7 POTENSI EKONOMI SIRUP GLUKOSA DARI BIJI DURIAN
Biji durian merupakan salah satu komoditi yang menarik untuk
dikembangkan
penggunaannya.
Selain
menarik,
komoditi
ini
memiliki
kecenderungan peningkatan produksi setiap tahunnya, khususnya di Indonesia.
Peningkatan biji durian ini dapat dilihat dari peningkatan hasil produksi buah
durian. Data produksi durian di Indonesia dapat dilihat pada tabel 2.2 di bawah
ini.
Tabel 2.2 Data Produksi Durian Indonesia [43]
Tahun
Produksi Durian(ton)
2010
492.139
2011
883.969
2012
888.127
2013
903.145
26
Universitas Sumatera Utara
Salah satu produk dari pengolahan biji durian adalah sirup glukosa.
Produksi sirup glukosa nasional juga mengalami peningkatan yang cukup
signifikan. Hal ini dapat dilihat pada tabel 2.3 berikut ini.
Tabel 2.3 Data Produksi dan Impor Sirup Glukosa (kg) [44]
No.
Uraian
2010
2011
2012
2013
1
Total produksi
3.504.883
5.847.827
3.850.698
2.266.179
2
Impor
21.572.474
21.743.106
41.303.296
73.099.849
Dari data tabel 2.2 di atas dapat dilihat bahwa produksi durian semakin
meningkat setiap tahunnya dan hal ini juga seiring dengan peningkatan jumlah biji
durian. Seiring dengan peningkatan ini maka diharapkan dapat menunjang
kebutuhan sirup glukosa yang semakin meningkat juga setiap tahunnya.
Sejalan dengan hal tersebut, perlu adanya pengembangan teknologi yang
berkaitan dengan produksi sirup glukosa, termasuk di dalamnya adalah variasi
bahan baku yang digunakan. Salah satu bahan baku yang dapat diproses menjadi
sirup glukosa adalah biji durian yang mengandung karbohidrat yang cukup tinggi
yang berpotensi dijadikan menjadi sirup glukosa melalui proses hidrolisis.
Ditinjau berdasarkan bahan baku biji durian yang tersedia di indonesia
cukup banyak, dimana indonesia merupakan salah satu negara penghasil durian.
Karena memiliki potensi yang cukup baik, perlu dilakukan kajian ekonomi
terhadap hal ini. Namun, dalam tulisan ini hanya akan dilakukan kajian ekonomi
secara sederhana yaitu dengan menghitung selisih antara harga biaya produksi
dengan harga produk yang dijual.
Berikut ini adalah biaya produksi dan harga produk :
Biaya produksi
= Rp 5.000/ liter
Harga sirup glukosa
= Rp 12.000 / kg
(CV. Rudang Jaya, 2014)
27
Universitas Sumatera Utara
Harga-harga di atas menunjukkan selisih harga yang cukup signifikan. Dari segi
nilai keuntungan kasar, selisih biaya produksi dan harga jual sirup glukosa adalah
Rp 12.000 – 5.000 = Rp 7.000. Melihat dari hasil keuntungan penjualan sirup
glukosa dan ketersediaan bahan baku yang tersedia, dapat disimpulkan bahwa
potensi ekonomi pembuatan sirup glukosa dari biji durian sangat menguntungkan
sehingga layak untuk dipertimbangkan untuk diproduksi secara industri.
28
Universitas Sumatera Utara