Studi Perbandingan Penambahan Variasi Ragi Tape dan Ragi Roti Dalam Pembuatan Bioetanol Dari Fermentasi Glukosa Hasil Hidrolisis Selulosa Tongkol Jagung Manis (Zea Mays L. Saccharata)
18
BAB 2
TINJAUAN PUSTAKA
2.1Jagung
Jagung merupakan tanaman semusim (annual).Satu siklus hidupnya diselesaikan
dalam 80-150 hari.Paruh pertama dari siklus merupakan tahap pertumbuhan
vegetatif dan paruh kedua untuk tahap pertumbuhan generatif.Jagung memiliki
bunga jantan dan bunga betina yang terpisah (diklin) dalam satu tanaman
(monoecious).Tiap kuntum bunga memiliki struktur khas bunga dari suku
Poaceae, yang disebut floret. Pada jagung, dua floret dibatasi oleh sepasang
glumae (tunggal: gluma). Bunga jantan tumbuh di bagian puncak tanaman, berupa
karangan bunga (inflorescence).Serbuk sari berwarna kuning dan beraroma
khas.Bunga betina tersusun dalam tongkol.Tongkol tumbuh dari buku, di antara
batang dan pelepah daun.Pada umumnya, satu tanaman hanya dapat menghasilkan
satu tongkol produktif meskipun memiliki sejumlah bunga betina.Beberapa
varietas unggul dapat menghasilkan lebih dari satu tongkol produktif, dan disebut
sebagai varietas prolifik.Bunga jantan jagung cenderung siap untuk penyerbukan
2-5 hari lebih dini daripada bunga betinanya (protandri) (Anonim, 2011).
Gambar 2.1 Jagung Manis
18
Universitas Sumatera Utara
19
Tanaman jagung mempunyai satu atau dua tongkol, tergantung
varietas.Tongkol jagung diselimuti oleh daun kelobot.Tongkol jagung yang
terletak pada bagian atas umumnya lebih dahulu terbentuk dan lebih besar
disbanding yang terletak pada bagian bawah.Setiap tongkol terdiri atas 10-16
baris biji yang jumlahnya selalu genap (Hardman and Gunsolus, 1998).
Dalam sistematika (taksonomi) tumbuhan, kedudukan tanaman jagung
diklasifikasikan sebagai berikut:
Kingdom
: Plantae
Divisio
: Spermatophyta
Subdivisio
: Angiospermae
Kelas
: Monocotyledoneae
Ordo
: Poales
Famili
: Poaceae
Genus
: Zea
Spesies
: Zea mays L.
2.1.1 Kandungan Kimia Jagung
Di Indonesia dikenal 2 (dua) varietas jagung yang telah ditanam secara umum,
yaitu jagung berwarna kuning dan putih. Kandungan zat-zat dalam jagung kuning
dan putih masing-masing disajikan pada Tabel 1 dan Tabel 2.
Tabel 2.1. Kandungan Komponen dalam 100 g Jagung Kuning Panen Baru
Komponen
Kadar
Komponen
Kadar
Air (g)
24
P (mg)
148
Kalori (kal)
307
Fe (mg)
2,1
Protein (g)
7,9
Vitamin A (SI)
440
Lemak (g)
3,4
Vitamin B1 (mg)
0,33
Karbohidrat (g)
63,6
Vitamin C (mg)
0
Ca (mg)
9
19
Universitas Sumatera Utara
20
Tabel 2.2.Kandungan Komponen dalam 100 g Jagung Putih Panen Baru
Komponen
Kadar
Komponen
Kadar
Air (g)
24
P (mg)
148
Kalori (kal)
307
Fe (mg)
2,1
Protein (g)
7,9
Vitamin A (SI)
0
Lemak (g)
3,4
Vitamin B1 (mg)
0,33
Karbohidrat (g)
63,6
Vitamin C (mg)
0
Ca (mg)
9
Bagian yang kaya akan karbohidrat adalah bagian biji. Sebagian besar
karbohidrat berada pada endospermium. Kandungan karbohidrat dapat mencapai
80% dari seluruh bahan kering biji. Karbohidrat dalam bentuk patiumumnya
berupa campuran amilosa dan amilopektin. Pada jagung ketan, sebagian besar
atau seluruh patinya merupakan amilopektin.
2.1.2 Manfaat Jagung
Tanaman jagung sangat bermanfaat bagi kehidupan manusia dan hewan. Di
Indonesia, jagung merupakan komoditi tanaman pangan kedua terpenting setelah
padi. Di daerah Madura, jagung banyak dimanfaatkan sebagai makanan
pokok.Akhir-akhir ini tanaman jagung semakin meningkat penggunaannya.
Tanaman jagung banyak sekali gunanya, sebab hampir seluruh bagian tanaman
dapat dimanfaatkan untuk berbagai macam keperluan antara lain:
•
Batang dan daun muda: pakan ternak
•
Batang dan daun tua (setelah panen): pupuk hijau atau kompos
•
Batang dan daun kering: kayu bakar
•
Batang jagung: lanjaran (turus)
•
Batang jagung: pulp (bahan kertas)
•
Buah jagung muda (putren, Jw): sayuran, bergedel, bakwan, sambel
goreng
20
Universitas Sumatera Utara
21
•
Biji jagung tua: pengganti nasi, marning, brondong, roti jagung, tepung,
bihun, bahan campuran kopi bubuk, biskuit, kue kering, pakan ternak,
bahan baku industri bir, industri farmasi, dekstrin, perekat, industri tekstil.
Jadi selain sebagai sumber karbohidrat, jagung juga ditanam sebagai pakan
ternak (hijauan maupun tongkolnya), diambil minyaknya (dari biji), dibuat tepung
(dari biji, dikenal dengan istilah tepung jagung atau maizena), dan bahan baku
industri (dari tepung biji dan tepung tongkolnya).
Disamping itu beberapa penelitian menunjukkan bahwa kandungan
senyawa kimia yang terdapat dalam jagung sangat bermanfaat bagi kesehatan,
antara lain :
a. Zat Gizi Pemberi Energi atau Zat Gizi Energitika
Zat pemberi gizi terdiri dari karbohidrat, lemak dan protein. Ketiga zat ini
dalam proses oksidasi di dalam tubuh menghasilkan energi dalam bentuk
panas. Tubuh akan mengubah panas menjadi energi gerak atau mekanis. Energi
yang dihasilkan dinyatakan dalam satuan kalori. Energi ini diubah oleh tubuh
menjadi tenaga untuk aktivitas otot.
b. Zat Gizi Pembentuk Sel Jaringan Tubuh atau Plastika
Zat gizi pembentuk sel jaringan tubuh terdiri dari protein, berbagai mineral,
dan air. Meskipun protein termasuk juga kelompok energitika, fungsi pokoknya
adalah untuk membentuk sel jaringan tubuh.
c. Zat Gizi Pengatur Fungsi dan Reaksi Biokimia di dalam Tubuh atau Zat Gizi
Stimulansia
Zat gizi ini berupa berbagai macam vitamin. Fungsi vitamin mirip dengan
fungsi hormon. Perbedaannya, hormon dibuat di dalam tubuh, sedangkan
vitamin harus diambil dari makanan.
Dalam jagung kaya akan energi, vitamin, bahkan mineral. Kandungan zatzat tersebut dapat dimanfaatkan untuk membangun sel-sel otot dan tulang,
membangun sel-sel otak dan sistem saraf, mencegah sembelit menurunkan resiko
terkena kanker dan mencegah gigi berlubang. Serat jagungnya membantu
melancarkanpencernaan(Yulius, 2008).
21
Universitas Sumatera Utara
22
2.1.3 Jagung manis
Jagung manis ( sweet corn) merupakan komoditas palawija dan termasuk dalam
keluarga (family) rumput-rumputan (Gramineae) genus Zea dan spesies Zea mays
saccharata. Jagung manis memiliki ciri-ciri endosperm berwarna bening, kulit biji
tipis, kandungan pati sedikit, pada waktu masak biji berkerut. Produk utama
jagung manis adalah buah/ tongkolnya, biji jagung manis mempunyai bentuk,
warna dan kandungan endosperm yang bervariasi tergantung pada jenisnya,
bijijagung manis terdiri atas tiga bagian utama yaitu kulit biji (seed coat),
endosperm dan embrio (Koswara, 2009).
Jagung manis dikenal dengan nama sweetcorn banyak dikembangkan di
Indonesia. Jagung manis banyak dikonsumsi karena memiliki rasa yang lebih
manis, aroma lebih harum, dan mengandung gula sukrosa serta rendah lemak
sehingga baik dikonsumsi bagi penderita diabetes. Jagung manis memberikan
keuntungan relatife tinggi bila dibudidayakan dengan baik. Selain bagian biji,
bagian lain dari tanaman jagung manis memiliki nilai ekonomis diantaranya
batang dan daun muda untuk pakan ternak, batang dan daun tua (setelah panen)
untuk pupuk hijau/kompos, batang dan daun kering sebagai bahan bakar sebagai
pengganti kayu bakar, buah jagung muda untuk sayuran,perkedel, bakwan dan
berbagai macam olahan makanan lainnya. Umur produksi jagung manis lebih
singkat (genjah) sehingga dapat menguntungkan dari sisi waktu (Ayunda, 2014)
2.1.4 Tongkol Jagung
Tongkol jagung merupakan limbah tanaman yang setelah diambil bijinya tongkol
jagung tersebut umumnya dibuang begitu saja, sehingga hanya akan
meningkatkan jumlah sampah (Hidajati,2006). Tongkol jagung muda dan biji
jagung merupakan sumber karbohidrat potensial untuk dijadikan bahan pangan,
sayuran, dan bahan baku sebagai industri makanan. Kandungan kimia jagung
terdiri atas air 13,5%, protein 10%, lemak 4%, karbohidrat 61%, gula 1,4%,
pentosan 6%, serat kasar 2,3%, abu 1,45%, dan zat-zat lain 0,4%
(Rukmana,1997).
22
Universitas Sumatera Utara
23
Tongkol jagung adalah tempat pembentukan lembaga dan gudang
penyimpanan makanan untuk pertumbuhan biji.Jagung mengandung kurang lebih
30% tongkol jagung sedangkan sisanya adalah kulit dan biji. Tongkol jagung
mengandung xylan 31,1%, selulosa 34,3%, lignin 17,7%, dan abu 16,9%
(Horiuchi, 2013). Komposisi kimia tersebut membuat tongkol jagung dapat
digunakan sebagai sumber energy, bahan pakan ternak, dan sebagai sumber
karbon bagi pertumbuhan mikroorganisme (Shofiyanto, 2008).
Karakteristik kimia dan fisika dari tongkol jagung sangat cocok untuk
pembuatan tenaga alternatif (bioetanol), kadar senyawa kompleks lignin dalam
tongkol jagung adalah 6,7-13,9%, untuk hemiselulosa 39,8% , dan selulosa 32,345,6%. Selulosa hampir tidak pernah ditemui dalam keadaan murni , melainkan
selalu berikatan dengan bahan lain yaitu lignin dan hemiselulose. Garrote et
al.,2002 dalam Shofiyanto, 2008), menyatakan bahwa limbah buah jagung yaitu
tongkol jagung, dapat dimanfaatkan sebagai bahan baku industri dengan proses
biomass refening berdasarkan sparasi fraksifraksi kimianya. Menurut Koswara
(1991), tongkol jagung adalah tempat pembentukan lembaga dan gudang
penyimpanan makanan untuk pertumbuhan biji. Jagung mengandung kurang lebih
30 % tongkol jagung sedangkan sisanya adalah kulit dan biji. Menurut Irawadi,
1990 (pada Shofiyanto, 2008) limbah pertanian (termasuk tongkol jagung),
mengandung selulosa (40-60%), hemiselulosa (20-30%) dan lignin (15-30%).
Komposisi kimia tersebut membuat tongkol jagung dapat digunakan sebagai
sumber energi, bahan pakan ternak dan sebagai sumber karbon bagi pertumbuhan
mikroorganisme. Sumber : Huda, 2007 dalam Shofiyanto, 2008
2.2 Karbohidrat
Karbohidrat merupakan bahan yang banyak terdapat dalam makanan, dan didalam
tubuh mengalami perubahan atau metabolisme. Hasil metabolisme karbohidrat
antara lain glukosa yang terdapat dalam darah, sedangkan glikogen adalah
karbohidrat yang disintesis dalam hati dan digunakan oleh sel-sel pada jaringan
otot sebagai sumber energi. Jadi ada bermacam-macam senyawa yang termasuk
23
Universitas Sumatera Utara
24
dalam golongan karbohidrat ini.Dari contoh-contoh tadi kita mengetahui bahwa
amilum atau pati, selulosa, glikogen, gula, atau sukrosa dan glukosa merupakan
beberapa senyawa karborhidrat yang terpenting dalam kehidupan.
Molekul karbohidrat terdiri atas atom-atom karbon, hidrogen dan
oksigen.Jumlah atom hidrogen dan oksigen merupakan perbandingan 2:1 seperti
molekul air.Sebagai contoh molekul glukosa mempunyai rumus kimia C12H22O11.
Pada glukosa tampak bahwa jumlah atom hydrogen berbanding jumlah atom
oksigen ialah 12:6 atau 2:1, sedangkan pada sukrosa 22:11 atau 2:1. Dengan
demikian dahulu orang berkesimpulan adanya air dalam karbohidrat, yang berasal
dari “karbon” yang berarti mengandung unsur karbon dan “hidrat” yang berarti
air. (Poedjiadi, A. 1994)
Beberapa turunan molekul karbohidrat yang ada dan dapat dibentuk dari
pengurangan.Sebagai contoh, jika ada molekul yang mempunyai oksigen yang
jumlahnya lebih sedikit lalu kita katakana ini sebagai deoksi karbohidrat, dan
yang paling banyak dikenal adalah deoksiribosa yang komponen utamanya yaitu
deoksiribonukleat (DNA).Gula berbeda dari D-ribosa yang didalamnya terdapat
golongan hidroksil yang diganti oleh atom hidrogen (penghilangan satu oksigen).
Gula alkohol dibentuk ketika golongan karbonil direduksi menjadi
golongan hidroksil.Gula alkohol biasanya digunakan sebagai pengganti makanan.
Untuk alasan ini banyak produk seperti permen karet yang manis mengandung
gula alkohol. Yang paling penting kegunaan dari alkohol adalah dalam pembuatan
makanan untuk orang diabetes.Gula alkohol diserap diusus halus yang
menghasilkan perubahan kecil pada tingkat gula darah.Selain itu, gula alkohol
diserap lalu diekskresikan ke urin dari pada untuk metabolisme (Walker, S. 2008).
2.2.1 Selulosa
Selulosa adalah polimer glukosa yang berbentuk rantai linier dan dihubungkan
oleh ikatan β-1,4 glikosidik. Struktur yang linier menyebabkan selulosa bersifat
24
Universitas Sumatera Utara
25
kristalin dan tidak mudah larut. Selulosa tidak mudah didegradasi secara kimia
maupun mekanis. Di alam, biasanya selulosa berasosiasi dengan polisakarida lain
seperti hemiselulosa atau lignin membentuk kerangka utama dinding sel
tumbuhan (Holtzapple et.al 2003).
Berdasarkan struktur kimia, selulosa termasuk polimer-polimer alam
paling sederhana dalam artian bahwa selulosa terdiri dari unit ulang tunggal Dglukosa yang terikat melalui karbon 1 dan 4 oleh ikatan-ikatan β. Selulosa banyak
ditemukan dialam yang merupakan konstituen utama dari dinding sel tumbuhtumbuhan dan rata-rata menduduki sekitar 50% dalam kayu (Stevens, 2007).
Selulosa (C6H10O5)n adalah polisakarida yang merupakan pembentuk sel-sel kayu
hampir 50%. Kertas saring dan kapas hamper merupakan selulosa yang murni.
Berat molekul selulosa kira-kira 300.000 (Sastrohamidjojo, 2005).
Unit penyusun (building block) selulosa adalah selobiosa karena unit
keterulangan dalam molekul selulosa adalah 2 unit gula (D-glukosa). Selulosa
adalah senyawa yang tidak larut di dalam air dan ditemukan pada dinding sel
tumbuhan terutama pada tangkai, batang, dahan, dan semua bagian berkayu dari
jaringan tumbuhan. Selulosa merupakan polisakarida struktural yang berfungsi
untuk memberikan perlindungan, bentuk, dan penyangga terhadap sel, dan
jaringan (Lehninger, 1993).
Selulosa
memiliki
struktur
yang
unik
karena
kecenderungannya
membentuk ikatan hidrogen yang kuat. Ikatan hidrogen intramolekular terbentuk
antara: (1) gugus hidroksil C3 pada unit glukosa dan atom O cincin piranosa yang
terdapat pada unit glukosa terdekat, (2) gugus hidroksil pada C2 dan atom O pada
C6 unit glukosa tetangganya. Ikatan hidrogen antarmolekul terbentuk antara
gugus hidroksil C6 dan atom O pada C3 di sepanjang sumbu b (Gambar 2.2.1).
Dengan adanya ikatan hidrogen serta gaya van der Waals yang terbentuk, maka
struktur selulosa dapat tersusun secara teratur dan membentuk daerah kristalin. Di
samping itu, juga terbentuk rangkaian struktur yang tidak tersusun secara teratur
yang akan membentuk daerah nonkristalin atau amorf. Semakin tinggi packing
25
Universitas Sumatera Utara
26
density-nya maka selulosa akan berbentuk kristal, sedangkan semakin rendah
packing density maka selulosa akan berbentuk amorf. Derajat kristalinitas selulosa
dipengaruhi oleh sumber dan perlakuan yang diberikan. Rantai-rantai selulosa
akan bergabung menjadi satu kesatuan membentuk mikrofibril, bagian kristalin
akan bergabung dengan bagian nonkristalin. Mikrofibril-mikrofibril akan
bergabung membentuk fibril, selanjutnya gabungan fibril akan membentuk serat
(Klemm, 1998).
Gambar 2.2 Struktur Selulosa
Berdasarkan derajat polimerisasi dan kelarutan dalam senyawa natrium
hidroksida (NaOH) 17,5%, selulosa dapat dibedakan atas tiga jenis yaitu :
1. Selulosa α (Alpha Cellulose) adalah selulosa berantai panjang, tidak larut
dalam larutan NaOH 17,5% atau larutan basa kuat dengan derajat polimerisasi
600 - 1500. Selulosa α dipakai sebagai penduga dan atau penentu tingkat
kemurnian selulosa. Selulosa α merupakan kualitas selulosa yang paling tinggi
(murni). Selulosa α > 92% memenuhi syarat untuk digunakan sebagai bahan
baku utama pembuatan propelan dan atau bahan peledak, sedangkan selulosa
kualitas dibawahnya digunakan sebagai bahan baku pada industri kertas dan
industri sandang/kain. Semakin tinggi kadar alfa selulosa, maka semakin baik
mutu bahannya (Nuringtyas, 2010)
2. Selulosa β (Betha Cellulose) adalah selulosa berantai pendek, larut dalam
larutan NaOH 17,5% atau basa kuat dengan derajat polimerisasi 15 - 90, dapat
mengendap bila dinetralkan
3. Selulosa γ (Gamma cellulose) adalah sama dengan selulosa β, tetapi derajat
polimerisasinya kurang dari 15. Bervariasinya struktur kimia selulosa (α, β, γ)
mempunyai pengaruh yang besar pada reaktivitasnya. Gugus-gugus hidroksil
26
Universitas Sumatera Utara
27
yang terdapat dalam daerahdaerah amorf sangat mudah dicapai dan mudah
bereaksi, sedangkan gugus-gugus 9 hidroksil yang terdapat dalam daerahdaerah kristalin dengan berkas yang rapat dan ikatan antar rantai yang kuat
mungkin tidak dapat dicapai sama sekali. Pembengkakan awal selulosa
diperlukan baik dalam eterifikasi (alkali) maupun dalam esterfikasi (asam)
(Sjostrom 1995).
Campuran senyawa lain yang terdapat bersama dengan selulosa yaitu
hemiselulosa. Hemiselulosa adalah polisakarida kompleks nonselulosa dan
nonpati yang terdapat dalam banyak jaringan tumbuhan.Hemiselulosa mengacu
kepada polisakarida nonpati yang tidak larut dalam air.Hemiselulosa tidak
berperan dalam biosintesis selulosa tetapi dibuat tersendiri dalam tumbuhan
sebagai komponen struktur dinding sel. Hemiselulosa dikelompokkan berdasarkan
kandungan gulanya (Deman, 1997).
2.2.2 Glukosa
Glukosa adalah suatu aldoheksosa dan sering disebut dekstrosa karena
mempunyai sifat dapat memutar cahaya terpolarisasi kearah kanan.Didalam,
glukosa terdapat dalam buah-buahan dan madu lebah.Dalam manusia normal
mengandung glukosa dalam jumlah atau konsentrasi yang tetap, yaitu antara 70100 mg tiap 100 mL darah. Glukosa darah ini bertambah setelah kita makan
makanan sumber karbohidrat, namun kira-kira 2 jam setelah itu, jumlah glukosa
darah akan kembali pada keadaan semula. Pada orang yang menderita diabetes
mellitus atau kencing manis, jumlah glukosa lebih 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
6CO2 + 6H2O Sinar matahari
C6H12O6 + 6O2
Klorofil
27
Universitas Sumatera Utara
28
Sebagian besar monosakarida dikenal sebagai heksosa, karena terdiri atas
6-rantai atau cincin karbon.Atom-atom hidrogen dan oksigen terikat pada rantai
atau cincin ini secara terpisah atau sebagai gugus hidroksil (OH).Ada tiga jenis
heksosa yang penting dalam ilmu gizi, yaitu glukosa, fruktosa, dan galaktosa.
Ketiga macam monosakarida ini mengandung jenis dan jumlah yang sama, yaitu 6
atom karbon, 12 atom hydrogen, dan 6 atom oksigen. Perbedaannya hanya
terletak pada cara penyusunan atom-atom hydrogen dan oksigen disekitar atomatom karbon. Perbedaan dalam susunan atom inilah yang menyebabkan perbedaan
dalam tingkat kemanisan, daya larut, dan sifat lain ketiga monosakarida tersebut.
monosakarida yang terdapat di alam pada umumnya terdapat dalam bentuk isomer
dekstro (D). Gugus hidroksil ada karbon nomor 2 terletak disebelah
kanan.Struktur kimianya dapat berupa struktur terbuka atau struktur cincin
(Poedjiadi, A.1994).
Gambar 2.3 Struktur Glukosa
2.3 Hidrolisis
Hidrolisis adalah suatu proses antara reaktan dengan H2O agar suatu senyawa
pecah dan terurai. Beberapa cara hidrolisis selulosa yaitu hidrolisis enzimatis,
hidrolisis asam encer dan hidrolisis asam pekat. Hidrolisis enzimatis adalah
hidrolisis yang menggunakan enzim.Hidrolisis asam encer menggunakan
konsentrasi asam yang rendah dan suhu yang tinggi.Sedangkan hidrolisis asam
pekat menggunakan konsentrasi asam yang tinggi (Artati, E.K, 2010).
28
Universitas Sumatera Utara
29
Hidrolisis adalah salah satu tahapan pembuatan bioetanol berbahan baku
lignoselulosa. Hidrolisis bertujuan untuk memecah selulosa dan hemiselulosa
menjadi monosakarida (glukosa dan xylosa) yang selanjutnya akan difermentasi
menjadi etanol. Secara umum teknik hidrolisis dibagi menjadi dua, yaitu :
hidrolisis berbasis asam dan hidrolisis dengan enzim.
Didalam metode hidrolisis asam, biomassa lignoselulosa dipaparkan
dengan asam pada suhu dan tekanan tertentu selama waktu tertentu, dan
menghasilkan monomer gula dari polimer selulosa dan hemiselulosa. Beberapa
asam yang umum digunakan untuk hidrolisis asam antara lain adalah asam sulfat
(H2SO4), asam perklorat, dan HCl. Asam sulfat merupakan asam yang paling
banyak diteliti dan dimanfaatkan untuk hidrolisis asam pekat dan hidrolisis asam
encer (Taherzadeh & Karimi. 2007).
Hidrolisis selulosa lengkap dengan HCl 30%, hanya menghasilkan Dglukosa.Disakarida yang terisolasi dari selulosa yang terhidrolisis sebagian adalah
selobiosa, yang dapat dihidrolisis lebih lanjut menjadi D-glukosa dengan suatu
katalis asam atau dengan emulsion enzim.Selulosa sendiri tidak mempunyai
karbon hemiasetal-selulosa sehingga tidak dapat mengalami mutarotasi atau
dioksidasi oleh reagensia seperti Tollens (Fessenden, 1986).
Selulosa
Selobiosa
Glukosa
Hidrolisis dalam suasana asam, yang menghasilkan pemecahan ikatan
glikosidik berlangsung dalam tiga tahap.Tahap pertama, proton yang bertindak
sebagai katalisator asam berinteraksi cepat dengan oksigen glikosida yang
menghubungkan dua unit gula (I), membentuk asam konjugat (II).Langkah ini
diikuti dengan pemecahan yang lambat dari ikatan C-O, yang menghasilkan zat
antara kation karbonium siklik (III).Protonisasi dapat juga terjadi pada oksigen
cincin (II), menghasilkan pembukaan cincin dan kation karbonium nonsiklik
(III).Tidak ada kepastian ion karbonium mana yang paling mungkin terbesar pada
29
Universitas Sumatera Utara
30
kation siklik. Akhirnya kation karbonium mulai mengadisi molekul air dengan
cepat, membentuk hasil akhir yang stabil dan melepaskan proton (Torget, 2003)
Gambar 2.4 Proses Pemisahan Selulosa Menjadi Glukosa
2.4
Analisa Kualitatif dan Kuantitatif Gula Pereduksi
2.4.1
Analisa Kualitatif Gula pereduksi
Beberapa cara untuk mengetahui adanya gula pereduksi dalam suatu bahan antara
lain:
a. Uji Molisch
Karbohidrat oleh asam sulfat pekat akan dihidrolisis menjadi monosakarida dan
selanjutnya monosakarida mengalami dehidrasi oleh asam sulfat menjadi furfural
30
Universitas Sumatera Utara
31
atau hidroksi metal furfural. Senyawa-senyawa ini dengan alfa naftol akan
berkondensasi membentuk senyawa kompleks yang berwarna ungu.
b. Uji Iodin
Karbohidrat golongan polisakarida akan memberikan reaksi dengan larutan iodin
dan memberikan warna spesifik bergantung pada jenis karbohidratnya. Amilosa
dengan iodin akan berwarna biru, amilopektin dengan iodin akan berwarna merah
violet, glikogen maupun dextrin dengan iodin akan berwarna merah coklat.
c. Uji Pembentukan Osason
Aldosa ataupun ketosa dengan fenilhidrasin dan dipanaskan akan membentuk
hidrason atau osason. Reaksi antara senyawaan tersebut merupakan reaksi oksidoreduksi, atom C yang mengalami reaksi adalah atom C nomor satu dan dua dari
aldosa atau ketosa. Fruktosa dan glukosa menunjukkan osason yang sama.
d. Uji Fehling
Larutan fehling yang terdiri dari campuran kupri sulfat, Na-K-tartrat dan natrium
hidroksida dengan gula reduksi dan dipanaskan akan terbentuk endapan berwarna
hijau, kuning orange atau merah tergantung dari macam gula reduksinya
(Sudarmadji, 1987).
e. Uji Benedict
Pereaksi benedict berupa larutan yang mengandung kupri sulfat, natrium
karbonat, dan natrium sitrat.Glukosa dapat mereduksi ion Cu++ dari kupri sulfat
menjadi ion Cu + yang kemudian mengendap sebagai Cu2O adanya natrium
karbonat dan natrium sitrat membuat pereaksi benedict bersifat basa
lemah.Endapan yang terbentuk dapat berwarna hijau, kuning, atau merah bata.
Warna endapan ini tergantung pada konsentrasi karbohidrat yang diperiksa
(Poedjiadi,1994).
2.4.2 Analisa Kuantitatif Gula pereduksi
Penentuan karbohidrat yang termasuk polisakarida maupun oligosakarida
memerlukan perlakuan pendahuluan yaitu hidrolisis terlebih dahulu sehingga
diperoleh monosakarida.Untuk keperluan ini bahan dihidrolisis dengan asam atau
31
Universitas Sumatera Utara
32
enzim pada suatu keadaan tertentu. Beberapa cara analisis kuantitatif
monosakarida antara lain :
a. Metode Luff Schoorl
Pada penentuan gula secara Luff Schoorl, yang ditentukan adalah kuprioksida
dalam larutan sebelum direaksikan dengan gula reduksi (titrasi Blanko) dan
sesudah direaksikan dengan sampel gula reduksi (titrasi sampel).Penentuannya
dengan titrasi menggunakan Na-tiosulfat.Selisih titrasi blanko dengan titrasi
sampel equivalent dengan kuprooksida yang terbentuk dan juga equivalent dengan
jumlah gula reduksi yang ada dalam bahan atau larutan.
b. Metode Munson-Walker
Penentuan gula cara ini adalah dengan menentukan banyaknya kuprooksida yang
terbentuk dengan cara penimbangan atau dengan melarutkan kembali dengan
asam nitrat kemudian menitrasi dengan tiosulfat. Jumlah kuprooksida yang
terbentuk equivalent dengan banyaknya gula reduksi yang ada dalam larutan dan
telah disediakan dalam bentuk tabel hammon, yakni hubungan antara banyaknya
kuprooksida dengan gula reduksi.
c. Metode Lane-Eynon
Penentuan gula cara ini dengan menitrasi reagen soxhlet (larutan CuSO4, K-Ntartrat) dengan larutan gula yang diselidiki. Banyaknya larutan sampel yang
dibutuhkan untuk menitrasi reagen soxhlet dapat diketahui banyaknya gula yang
ada dengan melihat pada tabel Lane-Eynon (Sudarmadji, 1987)
d. Metode Nelson-Somogyi
Metode ini dapat digunakan untuk mengukur kadar gula reduksi dengan
menggunakan reaksi tembaga arsenomolibdat. Kupri mula-mula direduksi
menjadi bentuk kupro dengan pemanasan larutan gula.Kupro yang terbentuk
berupa
endapan
selanjutnya
molybdenum berwarna biru
dilarutkan
dengan
arsenomolibdat
yang menunjukan konsentrasi
menjadi
gula.Dengan
membandingkan terhadap larutan standart, konsentrasi gula dalam sampel dapat
32
Universitas Sumatera Utara
33
ditentukan.Reaksi warna yang terbentuk dapat menentukan konsentrasi gula
dalam sampel dengan mengukur absorbansinya (Sudarmadji, 1987).
2.5 Fermentasi
Fermentasi berasal dari bahasa latin ferfere yang artinya mendidihkan, yaitu
berdasarkan ilmu kimia terbentuknya gas-gas dari suatu cairan kimia yang
pengertiannya berbeda dengan air mendidih. Gas yang terbentuk tersebut di
antaranya karbondioksida (CO2) (Afrianti, H. L.,2004). Fermentasi adalah proses
produksi energi dalam sel dalam kondisi anaerob (tanpa oksigen). Secara umum,
fermentasi adalah salah satu bentuk respirasi anaerobik, akan tetapi definisi yang
lebih jelas mengatakan bahwa fermentasi diartikan sebagai respirasi dalam
lingkungan anaerobik dengan tanpa akseptor electron eksternal (Darmanto, 2006).
Fermentasi juga dapat diartikan sebagai perubahan gradual oleh enzim,
bakteri, khamir dan jamur. Contoh fermentasi yang adadi kehidupan sehari – hari
antara lain pengasaman susu, perubahan gula menjadi alkohol serta oksidasi
senyawa nitrogen organic (Hidayat, et al., 2006).
Fermentasi merupakan suatu cara untuk mengubah substrat menjadi produk
tertentu yang dikehendaki dengan mengutamakan bantuan mikroba. Produkproduk
tersebut
biasanya
dimanfaatkan
sebagai
minuman
atau
makanan.Fermentasi merupakan suatu cara yang telah dikenal dan digunakan
sejak zaman kuno. Sebagai suatu proses fermentasi memerlukan :
1.
Mikroba inokulum
2.
Tempat (wadah) yang menjamin proses fermentasi berlangsung dengan
optimal.
3.
Substrat sebagai tempat tumbuh (medium) dan sumber nutrisi bagi mikroba
(Waites, 2001).
33
Universitas Sumatera Utara
34
Pada dasarnya fermentasi dapat langsung menggunakan enzim tetapi
sampai saat ini, industri fermentasi yang besar-besar masih memanfaatkan
mikroorganisme, antara lain karena cara ini jauh lebih murah dan mudah. Mikroba
yang banyak digunakan dalam proses fermentasi diantaranya adalah khamir,
kapang dan bakteri. Kegiatan demikian akan erat hubungannya dengan teknologi
microbial karena selain diperlukan galur-galur yang unggul alami dapat pula
dilakukan mutasi-mutasi induk sampai kepada rekayasa genetik. Istilah yang
banyak dipakai adalah “Bioteknologi Mikrobial” yang pada dasarnya dapat dibagi
atas dua fase, yaitu :
1.
Teknologi mikrobial tradisional yaitu teknologi yang menggunakan metodemetode yang telah berkembang lama yaitu seleksi alami serta modifikasi
proses untuk memperoleh hasil maksimal.
2.
Teknologi microbial dengan rekayasa organisme, antara lain dengan
menggunakan gen-gen asing yang disisipkan pada gen mikroba. Disini
umumnya disebut rekayasa genetik. Upaya tersebut selain bertujuan untuk
mendapatkan strain atau mutan atau galur yang unggul tetapi dapat pula
dikultivasi secara besar-besaran (Muljono, J.1992).
Semua mikroorganisme membutuhkan air, sumber energi, karbon,
nitrogen, elemen-elemen mineral, vitamin dan O2 (jika aerobic). Medium untuk
skala besar harus menggunakan sumber-sumber nutrien untuk menciptakan
sebuah medium yang memenuhi kriteria sebagai berikut :
1.
Menghasilkan yield maksimum dari produk atau biomass pergram substrat
yang digunakan.
2.
Menghasilkan konsentrasi maksimum dari produk atau biomassa.
3.
Mengijinkan laju maksimum dari pembentukan produk
4.
Yield minimum dari produk yang tidak diinginkan
5.
Murah, kualitas yang konsisten dan tersedia sepanjang tahun
6.
Menimbulkan masalah-masalah yang minimal terutama pada aerasi, agitasi,
ekstraksi, purifikasi, dan pengolahan limbah (Riadi, L.2007)
34
Universitas Sumatera Utara
35
2.6
Ragi Roti dan Ragi Tape
2.6.1
Ragi Roti
Penemu Yeast (ragi roti) pertama kali adalah Louis Pasteaur pada tahun 1872.
Bibit yeast yang terbagus dalam buah anggur dan apel serta pada akar pohon
tersebut.
Jenis-jenis ragi roti :
a.
Fresh Yeast, merupakan jenis ragi yang pertama kali ditemukan, berbentuk
cair sehingga dalam penyimpanan memerlukan pembekuan sering disebut
compressed yeast.
b.
Dry Yeast, merupakan jenis ragi yang kering berbentuk butiran-butiran sering
disebut dehydrated yeast.
c.
Instant Yeast, merupakan ragi yang dibentuk dalam bentuk tepung/powder.
Cara pemakaian dari ragi tersebut berbeda-beda yaitu :
a.
Fresh Yeast sebelum dicampurkan dengan bahan-bahan lain harus dicairkan
terlebih dahulu
b.
Dry Yeast sebelum dicampurkan dengan bahan-bahan lain harus dilarutkan
dulu dengan air dan difermentasikan. Instant yeast bisa dicampurkan
c.
langsung dengan bahan-bahan lain sehingga menjadi suatu adonan.
(Subagio,2007)
2.6.2
Ragi Tape
Starter yang digunakan untuk produksi tapai disebut ragi, yang umumnya
berbentuk bulat pipih dengan diameter 4-6 cm dan ketebalan 0,5 cm. tidak
diperlukan peralatan khusus untuk produksi ragi, tetapi formulasi bahan yang
digunakan pada umumnya tetap menjadi rahasia setiap pengusaha ragi.
Tepung beras yang bersih dicampur dengan air untuk membetuk pasta dan
dibentuk pipih dengan tangan, kemudian diletakkan diatas nyiru yang dilambari
merang dan ditutup dengan kain saring. Organismeakan tumbuh secara alami pada
35
Universitas Sumatera Utara
36
pasta ini pada suhu ruang dalam waktu 2-5 hari. Beberapa pengusaha
menambahkan rempah-rempah atau bumbu untuk mendukung pertumbuhan
mikroorganisme yang diharapkan. Penambahan sari tebu juga dilakukan untuk
menambah kadar gula.
Ragi dipanen setelah 2-5 hari, tergantung dari suhu dan kelembaban.
Produk akhir akan berbentuk pipih kering dan dapat disimpan dalam waktu yang
lama. Tidak ada faktor lingkungan yang dikendalikan.Mikroorganisme yang
diharapkan maupun kontaminan dapat tumbuh bersama-sama.Pada lingkungan
pabrik lagi, mikroflora yang ada telah didominasi mikrobia ragi. Namun demikian
pada ragi yang dibuat pada musim hujan akan dapat dijumpai Mucor sp dan
Rhizopus sp dalam jumlah lebih banyak dan membutuhkan waktu pengeringan
ynag lebih lama.
Jika pasta tetap basah, mikroorganisme tumbuh dan menggandakan diri.
Jumlah kapang pada ragi berkisar dari 8x107 sampai 3x108/g, khamir 3x106
sampai 3x107/g dan bakteri kurang dari 105/g. organism yang menghasilkan tapai
dengan aroma baik adalah gabungan dari Amylomyces rouxii, Endomycopsis
fibuliger dan Hansenula anoma (Hidayat, N. 2006).
2.7 Faktor-faktor yang Mempengaruhi Kehidupan Ragi
Ada berbagai faktor yang mempengaruhi ragi, yaitu sebagai berikut:
1.
Nutrisi (zat gizi)
Dalam kegiatan khamir memerlukan penambahan nitrisi untuk pertumbuhan
dan perkembangbiakan, yaitu:
a. Unsur C, ada faktor karbohidrat.
b. Unsur N, dengan penambahan pupuk yang mengandung nitrogen,
misalnya ZA, urea, ammonia dan sebagainya.
c. Unsur P, dengan penambahan pupuk fosfat, missal NPK, TSP, DSP dan
sebagainya.
d. Mineral-mineral.
e. Vitamin.
36
Universitas Sumatera Utara
37
2.
Keasaman (pH)
Untuk fermentasi alkohol, khamir memerlukan media dengan suasana asam,
yaitu antar pH 4,8-5,0. Pengaturan pH dapat dilakukan dengan penambahan
asam sulfat jika substratnya alkalis atau dengan natrium bikarbonat jika
substratnya asam.
3.
Suhu
Suhu optimum untuk pertumbuhan dan perkembangbiakan adalah 2830oC.Pada waktu fermentasi terjadi kenaikan panas, karena reaksinya
eksoterm.Untuk mencegah agar suhu fermentasi tidak naik, perlu pendinginan
agar dipertahankan tetap 26-30oC.
4.
Udara
5.
Fermetasi alkohol berlangsung secara anaerobik (tanpa udara). Namun
demikian udara diperlukan pada proses pembibitan sebelum fermentasi untuk
perkembangan khamir tersebut (Hidayat, N., 2006).
2.8 Bioetanol
Bioetanol merupakan etanol (C2H5OH) yang dapat dibuat dari substrat yang
mengandung karbohidrat (turunan gula, pati dan selulosa). Salah satu bahan
bakuyang sering digunakan untuk pembuatan bioetanol adalah bahan baku yang
mengandung pati sedangkan jenis tanaman yang digunakan untuk bahan baku
umumnya berasal dari kelompok tanaman pangan utama seperti singkong, jagung,
gandum, kentang dan ubi jalar (Setiasih.A., 2011).
Bioetanol adalah etanol yang dibuat dari biomassa yang mengandung
komponen pati atau selulosa, seperti singkong dan tetes tebu. Dalam dunia
industri, etanol umumnya digunakan sebagai bahan baku industri, etanolumumnya
digunakan sebagai bahan baku industri turunan alcohol, campuran untuk minuman
keras (seperti sake atau gin), serta baku farmasi dan kosmetika. Berdasarkan kadar
alkoholnya, etanol menjadi tiga bagian sebagai berikut :
•
Bagian industri dengan kadar alkohol 90-94%
37
Universitas Sumatera Utara
38
•
Netral dengan 96-99,5%, umumnya digunakan untuk minuman keras atau
bahan baku farmasi.
•
Bagian bahan bakar dengan kadar alkohol diatas 99,5% (Hambali,E.2007).
Untuk membentuk bioetanol maka akan terjadi suatu reaksi yang disebut
glikolisis, dimana glikolisis itu sendiri adalah reaksi anaerob yang terdiri atas
serangkaian reaksi yang mengubah glukosa menjadi asam laktat (Poedjadi, A.,
2006).
Ketika harga BBM merangkak semakin tinggi, bioetanol diharapkan dapat
dimanfaatkan sebaagai bahan bakar pensubstitusi BBM untuk motor bensin.
Sebagai bahan pensubstitusi bensin, bioetanol dapat diaplikasikan dalam bentuk
bauran dengan minyak bensin (EXX), misalnya 10% etanol dicampur dengan
90% bensin (gasohol E10) atau digunakan 100% (E100) sebagai bahan bakar.
Penggunaan E100 membutuhkan modifikasi mesin mobil, seperti halnya di
brasil.Brasil merupakan salah satu Negara yang telah sukses mengembangkan
bioetanol sebagai bahan bakar alternatif pensubstitusi bensin.
Bioetanol diperoleh dari hasil yang mengandung gula.Tahap inti produksi
bioetanol adalah fermentasi gula, baik yang berupa glukosa, sukrosa, maupun
fruktosa oleh ragi terutama Saccharomyces sp atau bakteri Zymomonas
mobilis.Pada proses ini, gula akan dikonversi menjadi etanol dan gas
karbondioksida
C6H12O6
Gula
2C2H5OH + 2CO2
Etanol
Karbondioksida (gas)
Bahan baku etanol bisa diperoleh dari berbagai tanaman yang
menghasilkan gula (seperti tebu dan molase) dan tepung (seperti jagung,
singkong, dan sagu). Pada tahap persiapan, bahan baku berupa padatan harus
dikonversi terlebih dahulu menjadi larutan gula sebelum akhirnya difermentasi
untuk menghasilkan etanol, sedangkan bahan-bahan yang sudah dalam bentuk
38
Universitas Sumatera Utara
39
larutan gula (seperti molase) dapat langsung difermentasi. Bahan padatan dikenai
perlakuan pengecilan ukuran dan tahap pemasakan. Proses pengecilan ukuran
dapat
dilakukan
dengan
menggiling
bahan
(singkong,
sagu,
jagung)
(Hambali,E.2007).
Rikana dan Adam (2000) dalam penelitiannya mengenai pembuatan
bioetanol dari singkong secara fermetasi menggunakan ragi tape mendapatkan
hasil bahwa semakin banyak ragi yang ditambahkan maka etanol yang dihasilkan
juga akan semakin banyak karena dengan semakin banyak ragi yang ditambahkan,
maka bakteri yang menguraikan glukosa menjadi etanol akan semakin banyak.
Namun, apabila ragi yang ditambahkan terlalu banyak maka hasil
bioetanol yang dihasilkan akan cenderung turun. Hal ini disebabkan adanya ragi
yang mati saat proses fermentasi berlangsung. Ini ditandai dengan ditemukannya
serbuk putih kekuningan pada hasil akhir fermentasi sehingga mikroba yang
berperan dalam fermentasi ini pun menjadi kurang maksimal dalam menghsilkan
bioetanol (Rikana, 2000).
Berikut adalah reaksi kimia dan enzimatis yang terjadi selama proses fermentasi.
1. Gula (C6H12O6) ------------------------------------> asam piruvat (glikolisis)
2. Dekarboksilasi asam piruvat
Asam piruvat -----------------------------------------> asetaldehid + CO2
piruvat dehidrogenase (CH3CHO)
3. Asetaldehid diubah menjadi alkohol (ethanol)
2CH3CHO + 2NADH2 ------------------------------> 2C2H5OH (ethanol) + 2NAD
Persamaan reaksi tersebut dapat disingkat menjadi:
C6H12O6 -----> 2C2H5OH + 2CO2 + 2NADH2 + Energi
Sebagaimana halnya fermentasi asam laktat, reaksi ini merupakan suatu
pemborosan. Sebagian besar dari energi yang terkandung di dalam glukosa masih
terdapat di dalam etanol, karena itu etanol sering dipakai sebagai bahan bakar
mesin.
39
Universitas Sumatera Utara
40
Gambar 2.5 Struktur Glikolisis
40
Universitas Sumatera Utara
BAB 2
TINJAUAN PUSTAKA
2.1Jagung
Jagung merupakan tanaman semusim (annual).Satu siklus hidupnya diselesaikan
dalam 80-150 hari.Paruh pertama dari siklus merupakan tahap pertumbuhan
vegetatif dan paruh kedua untuk tahap pertumbuhan generatif.Jagung memiliki
bunga jantan dan bunga betina yang terpisah (diklin) dalam satu tanaman
(monoecious).Tiap kuntum bunga memiliki struktur khas bunga dari suku
Poaceae, yang disebut floret. Pada jagung, dua floret dibatasi oleh sepasang
glumae (tunggal: gluma). Bunga jantan tumbuh di bagian puncak tanaman, berupa
karangan bunga (inflorescence).Serbuk sari berwarna kuning dan beraroma
khas.Bunga betina tersusun dalam tongkol.Tongkol tumbuh dari buku, di antara
batang dan pelepah daun.Pada umumnya, satu tanaman hanya dapat menghasilkan
satu tongkol produktif meskipun memiliki sejumlah bunga betina.Beberapa
varietas unggul dapat menghasilkan lebih dari satu tongkol produktif, dan disebut
sebagai varietas prolifik.Bunga jantan jagung cenderung siap untuk penyerbukan
2-5 hari lebih dini daripada bunga betinanya (protandri) (Anonim, 2011).
Gambar 2.1 Jagung Manis
18
Universitas Sumatera Utara
19
Tanaman jagung mempunyai satu atau dua tongkol, tergantung
varietas.Tongkol jagung diselimuti oleh daun kelobot.Tongkol jagung yang
terletak pada bagian atas umumnya lebih dahulu terbentuk dan lebih besar
disbanding yang terletak pada bagian bawah.Setiap tongkol terdiri atas 10-16
baris biji yang jumlahnya selalu genap (Hardman and Gunsolus, 1998).
Dalam sistematika (taksonomi) tumbuhan, kedudukan tanaman jagung
diklasifikasikan sebagai berikut:
Kingdom
: Plantae
Divisio
: Spermatophyta
Subdivisio
: Angiospermae
Kelas
: Monocotyledoneae
Ordo
: Poales
Famili
: Poaceae
Genus
: Zea
Spesies
: Zea mays L.
2.1.1 Kandungan Kimia Jagung
Di Indonesia dikenal 2 (dua) varietas jagung yang telah ditanam secara umum,
yaitu jagung berwarna kuning dan putih. Kandungan zat-zat dalam jagung kuning
dan putih masing-masing disajikan pada Tabel 1 dan Tabel 2.
Tabel 2.1. Kandungan Komponen dalam 100 g Jagung Kuning Panen Baru
Komponen
Kadar
Komponen
Kadar
Air (g)
24
P (mg)
148
Kalori (kal)
307
Fe (mg)
2,1
Protein (g)
7,9
Vitamin A (SI)
440
Lemak (g)
3,4
Vitamin B1 (mg)
0,33
Karbohidrat (g)
63,6
Vitamin C (mg)
0
Ca (mg)
9
19
Universitas Sumatera Utara
20
Tabel 2.2.Kandungan Komponen dalam 100 g Jagung Putih Panen Baru
Komponen
Kadar
Komponen
Kadar
Air (g)
24
P (mg)
148
Kalori (kal)
307
Fe (mg)
2,1
Protein (g)
7,9
Vitamin A (SI)
0
Lemak (g)
3,4
Vitamin B1 (mg)
0,33
Karbohidrat (g)
63,6
Vitamin C (mg)
0
Ca (mg)
9
Bagian yang kaya akan karbohidrat adalah bagian biji. Sebagian besar
karbohidrat berada pada endospermium. Kandungan karbohidrat dapat mencapai
80% dari seluruh bahan kering biji. Karbohidrat dalam bentuk patiumumnya
berupa campuran amilosa dan amilopektin. Pada jagung ketan, sebagian besar
atau seluruh patinya merupakan amilopektin.
2.1.2 Manfaat Jagung
Tanaman jagung sangat bermanfaat bagi kehidupan manusia dan hewan. Di
Indonesia, jagung merupakan komoditi tanaman pangan kedua terpenting setelah
padi. Di daerah Madura, jagung banyak dimanfaatkan sebagai makanan
pokok.Akhir-akhir ini tanaman jagung semakin meningkat penggunaannya.
Tanaman jagung banyak sekali gunanya, sebab hampir seluruh bagian tanaman
dapat dimanfaatkan untuk berbagai macam keperluan antara lain:
•
Batang dan daun muda: pakan ternak
•
Batang dan daun tua (setelah panen): pupuk hijau atau kompos
•
Batang dan daun kering: kayu bakar
•
Batang jagung: lanjaran (turus)
•
Batang jagung: pulp (bahan kertas)
•
Buah jagung muda (putren, Jw): sayuran, bergedel, bakwan, sambel
goreng
20
Universitas Sumatera Utara
21
•
Biji jagung tua: pengganti nasi, marning, brondong, roti jagung, tepung,
bihun, bahan campuran kopi bubuk, biskuit, kue kering, pakan ternak,
bahan baku industri bir, industri farmasi, dekstrin, perekat, industri tekstil.
Jadi selain sebagai sumber karbohidrat, jagung juga ditanam sebagai pakan
ternak (hijauan maupun tongkolnya), diambil minyaknya (dari biji), dibuat tepung
(dari biji, dikenal dengan istilah tepung jagung atau maizena), dan bahan baku
industri (dari tepung biji dan tepung tongkolnya).
Disamping itu beberapa penelitian menunjukkan bahwa kandungan
senyawa kimia yang terdapat dalam jagung sangat bermanfaat bagi kesehatan,
antara lain :
a. Zat Gizi Pemberi Energi atau Zat Gizi Energitika
Zat pemberi gizi terdiri dari karbohidrat, lemak dan protein. Ketiga zat ini
dalam proses oksidasi di dalam tubuh menghasilkan energi dalam bentuk
panas. Tubuh akan mengubah panas menjadi energi gerak atau mekanis. Energi
yang dihasilkan dinyatakan dalam satuan kalori. Energi ini diubah oleh tubuh
menjadi tenaga untuk aktivitas otot.
b. Zat Gizi Pembentuk Sel Jaringan Tubuh atau Plastika
Zat gizi pembentuk sel jaringan tubuh terdiri dari protein, berbagai mineral,
dan air. Meskipun protein termasuk juga kelompok energitika, fungsi pokoknya
adalah untuk membentuk sel jaringan tubuh.
c. Zat Gizi Pengatur Fungsi dan Reaksi Biokimia di dalam Tubuh atau Zat Gizi
Stimulansia
Zat gizi ini berupa berbagai macam vitamin. Fungsi vitamin mirip dengan
fungsi hormon. Perbedaannya, hormon dibuat di dalam tubuh, sedangkan
vitamin harus diambil dari makanan.
Dalam jagung kaya akan energi, vitamin, bahkan mineral. Kandungan zatzat tersebut dapat dimanfaatkan untuk membangun sel-sel otot dan tulang,
membangun sel-sel otak dan sistem saraf, mencegah sembelit menurunkan resiko
terkena kanker dan mencegah gigi berlubang. Serat jagungnya membantu
melancarkanpencernaan(Yulius, 2008).
21
Universitas Sumatera Utara
22
2.1.3 Jagung manis
Jagung manis ( sweet corn) merupakan komoditas palawija dan termasuk dalam
keluarga (family) rumput-rumputan (Gramineae) genus Zea dan spesies Zea mays
saccharata. Jagung manis memiliki ciri-ciri endosperm berwarna bening, kulit biji
tipis, kandungan pati sedikit, pada waktu masak biji berkerut. Produk utama
jagung manis adalah buah/ tongkolnya, biji jagung manis mempunyai bentuk,
warna dan kandungan endosperm yang bervariasi tergantung pada jenisnya,
bijijagung manis terdiri atas tiga bagian utama yaitu kulit biji (seed coat),
endosperm dan embrio (Koswara, 2009).
Jagung manis dikenal dengan nama sweetcorn banyak dikembangkan di
Indonesia. Jagung manis banyak dikonsumsi karena memiliki rasa yang lebih
manis, aroma lebih harum, dan mengandung gula sukrosa serta rendah lemak
sehingga baik dikonsumsi bagi penderita diabetes. Jagung manis memberikan
keuntungan relatife tinggi bila dibudidayakan dengan baik. Selain bagian biji,
bagian lain dari tanaman jagung manis memiliki nilai ekonomis diantaranya
batang dan daun muda untuk pakan ternak, batang dan daun tua (setelah panen)
untuk pupuk hijau/kompos, batang dan daun kering sebagai bahan bakar sebagai
pengganti kayu bakar, buah jagung muda untuk sayuran,perkedel, bakwan dan
berbagai macam olahan makanan lainnya. Umur produksi jagung manis lebih
singkat (genjah) sehingga dapat menguntungkan dari sisi waktu (Ayunda, 2014)
2.1.4 Tongkol Jagung
Tongkol jagung merupakan limbah tanaman yang setelah diambil bijinya tongkol
jagung tersebut umumnya dibuang begitu saja, sehingga hanya akan
meningkatkan jumlah sampah (Hidajati,2006). Tongkol jagung muda dan biji
jagung merupakan sumber karbohidrat potensial untuk dijadikan bahan pangan,
sayuran, dan bahan baku sebagai industri makanan. Kandungan kimia jagung
terdiri atas air 13,5%, protein 10%, lemak 4%, karbohidrat 61%, gula 1,4%,
pentosan 6%, serat kasar 2,3%, abu 1,45%, dan zat-zat lain 0,4%
(Rukmana,1997).
22
Universitas Sumatera Utara
23
Tongkol jagung adalah tempat pembentukan lembaga dan gudang
penyimpanan makanan untuk pertumbuhan biji.Jagung mengandung kurang lebih
30% tongkol jagung sedangkan sisanya adalah kulit dan biji. Tongkol jagung
mengandung xylan 31,1%, selulosa 34,3%, lignin 17,7%, dan abu 16,9%
(Horiuchi, 2013). Komposisi kimia tersebut membuat tongkol jagung dapat
digunakan sebagai sumber energy, bahan pakan ternak, dan sebagai sumber
karbon bagi pertumbuhan mikroorganisme (Shofiyanto, 2008).
Karakteristik kimia dan fisika dari tongkol jagung sangat cocok untuk
pembuatan tenaga alternatif (bioetanol), kadar senyawa kompleks lignin dalam
tongkol jagung adalah 6,7-13,9%, untuk hemiselulosa 39,8% , dan selulosa 32,345,6%. Selulosa hampir tidak pernah ditemui dalam keadaan murni , melainkan
selalu berikatan dengan bahan lain yaitu lignin dan hemiselulose. Garrote et
al.,2002 dalam Shofiyanto, 2008), menyatakan bahwa limbah buah jagung yaitu
tongkol jagung, dapat dimanfaatkan sebagai bahan baku industri dengan proses
biomass refening berdasarkan sparasi fraksifraksi kimianya. Menurut Koswara
(1991), tongkol jagung adalah tempat pembentukan lembaga dan gudang
penyimpanan makanan untuk pertumbuhan biji. Jagung mengandung kurang lebih
30 % tongkol jagung sedangkan sisanya adalah kulit dan biji. Menurut Irawadi,
1990 (pada Shofiyanto, 2008) limbah pertanian (termasuk tongkol jagung),
mengandung selulosa (40-60%), hemiselulosa (20-30%) dan lignin (15-30%).
Komposisi kimia tersebut membuat tongkol jagung dapat digunakan sebagai
sumber energi, bahan pakan ternak dan sebagai sumber karbon bagi pertumbuhan
mikroorganisme. Sumber : Huda, 2007 dalam Shofiyanto, 2008
2.2 Karbohidrat
Karbohidrat merupakan bahan yang banyak terdapat dalam makanan, dan didalam
tubuh mengalami perubahan atau metabolisme. Hasil metabolisme karbohidrat
antara lain glukosa yang terdapat dalam darah, sedangkan glikogen adalah
karbohidrat yang disintesis dalam hati dan digunakan oleh sel-sel pada jaringan
otot sebagai sumber energi. Jadi ada bermacam-macam senyawa yang termasuk
23
Universitas Sumatera Utara
24
dalam golongan karbohidrat ini.Dari contoh-contoh tadi kita mengetahui bahwa
amilum atau pati, selulosa, glikogen, gula, atau sukrosa dan glukosa merupakan
beberapa senyawa karborhidrat yang terpenting dalam kehidupan.
Molekul karbohidrat terdiri atas atom-atom karbon, hidrogen dan
oksigen.Jumlah atom hidrogen dan oksigen merupakan perbandingan 2:1 seperti
molekul air.Sebagai contoh molekul glukosa mempunyai rumus kimia C12H22O11.
Pada glukosa tampak bahwa jumlah atom hydrogen berbanding jumlah atom
oksigen ialah 12:6 atau 2:1, sedangkan pada sukrosa 22:11 atau 2:1. Dengan
demikian dahulu orang berkesimpulan adanya air dalam karbohidrat, yang berasal
dari “karbon” yang berarti mengandung unsur karbon dan “hidrat” yang berarti
air. (Poedjiadi, A. 1994)
Beberapa turunan molekul karbohidrat yang ada dan dapat dibentuk dari
pengurangan.Sebagai contoh, jika ada molekul yang mempunyai oksigen yang
jumlahnya lebih sedikit lalu kita katakana ini sebagai deoksi karbohidrat, dan
yang paling banyak dikenal adalah deoksiribosa yang komponen utamanya yaitu
deoksiribonukleat (DNA).Gula berbeda dari D-ribosa yang didalamnya terdapat
golongan hidroksil yang diganti oleh atom hidrogen (penghilangan satu oksigen).
Gula alkohol dibentuk ketika golongan karbonil direduksi menjadi
golongan hidroksil.Gula alkohol biasanya digunakan sebagai pengganti makanan.
Untuk alasan ini banyak produk seperti permen karet yang manis mengandung
gula alkohol. Yang paling penting kegunaan dari alkohol adalah dalam pembuatan
makanan untuk orang diabetes.Gula alkohol diserap diusus halus yang
menghasilkan perubahan kecil pada tingkat gula darah.Selain itu, gula alkohol
diserap lalu diekskresikan ke urin dari pada untuk metabolisme (Walker, S. 2008).
2.2.1 Selulosa
Selulosa adalah polimer glukosa yang berbentuk rantai linier dan dihubungkan
oleh ikatan β-1,4 glikosidik. Struktur yang linier menyebabkan selulosa bersifat
24
Universitas Sumatera Utara
25
kristalin dan tidak mudah larut. Selulosa tidak mudah didegradasi secara kimia
maupun mekanis. Di alam, biasanya selulosa berasosiasi dengan polisakarida lain
seperti hemiselulosa atau lignin membentuk kerangka utama dinding sel
tumbuhan (Holtzapple et.al 2003).
Berdasarkan struktur kimia, selulosa termasuk polimer-polimer alam
paling sederhana dalam artian bahwa selulosa terdiri dari unit ulang tunggal Dglukosa yang terikat melalui karbon 1 dan 4 oleh ikatan-ikatan β. Selulosa banyak
ditemukan dialam yang merupakan konstituen utama dari dinding sel tumbuhtumbuhan dan rata-rata menduduki sekitar 50% dalam kayu (Stevens, 2007).
Selulosa (C6H10O5)n adalah polisakarida yang merupakan pembentuk sel-sel kayu
hampir 50%. Kertas saring dan kapas hamper merupakan selulosa yang murni.
Berat molekul selulosa kira-kira 300.000 (Sastrohamidjojo, 2005).
Unit penyusun (building block) selulosa adalah selobiosa karena unit
keterulangan dalam molekul selulosa adalah 2 unit gula (D-glukosa). Selulosa
adalah senyawa yang tidak larut di dalam air dan ditemukan pada dinding sel
tumbuhan terutama pada tangkai, batang, dahan, dan semua bagian berkayu dari
jaringan tumbuhan. Selulosa merupakan polisakarida struktural yang berfungsi
untuk memberikan perlindungan, bentuk, dan penyangga terhadap sel, dan
jaringan (Lehninger, 1993).
Selulosa
memiliki
struktur
yang
unik
karena
kecenderungannya
membentuk ikatan hidrogen yang kuat. Ikatan hidrogen intramolekular terbentuk
antara: (1) gugus hidroksil C3 pada unit glukosa dan atom O cincin piranosa yang
terdapat pada unit glukosa terdekat, (2) gugus hidroksil pada C2 dan atom O pada
C6 unit glukosa tetangganya. Ikatan hidrogen antarmolekul terbentuk antara
gugus hidroksil C6 dan atom O pada C3 di sepanjang sumbu b (Gambar 2.2.1).
Dengan adanya ikatan hidrogen serta gaya van der Waals yang terbentuk, maka
struktur selulosa dapat tersusun secara teratur dan membentuk daerah kristalin. Di
samping itu, juga terbentuk rangkaian struktur yang tidak tersusun secara teratur
yang akan membentuk daerah nonkristalin atau amorf. Semakin tinggi packing
25
Universitas Sumatera Utara
26
density-nya maka selulosa akan berbentuk kristal, sedangkan semakin rendah
packing density maka selulosa akan berbentuk amorf. Derajat kristalinitas selulosa
dipengaruhi oleh sumber dan perlakuan yang diberikan. Rantai-rantai selulosa
akan bergabung menjadi satu kesatuan membentuk mikrofibril, bagian kristalin
akan bergabung dengan bagian nonkristalin. Mikrofibril-mikrofibril akan
bergabung membentuk fibril, selanjutnya gabungan fibril akan membentuk serat
(Klemm, 1998).
Gambar 2.2 Struktur Selulosa
Berdasarkan derajat polimerisasi dan kelarutan dalam senyawa natrium
hidroksida (NaOH) 17,5%, selulosa dapat dibedakan atas tiga jenis yaitu :
1. Selulosa α (Alpha Cellulose) adalah selulosa berantai panjang, tidak larut
dalam larutan NaOH 17,5% atau larutan basa kuat dengan derajat polimerisasi
600 - 1500. Selulosa α dipakai sebagai penduga dan atau penentu tingkat
kemurnian selulosa. Selulosa α merupakan kualitas selulosa yang paling tinggi
(murni). Selulosa α > 92% memenuhi syarat untuk digunakan sebagai bahan
baku utama pembuatan propelan dan atau bahan peledak, sedangkan selulosa
kualitas dibawahnya digunakan sebagai bahan baku pada industri kertas dan
industri sandang/kain. Semakin tinggi kadar alfa selulosa, maka semakin baik
mutu bahannya (Nuringtyas, 2010)
2. Selulosa β (Betha Cellulose) adalah selulosa berantai pendek, larut dalam
larutan NaOH 17,5% atau basa kuat dengan derajat polimerisasi 15 - 90, dapat
mengendap bila dinetralkan
3. Selulosa γ (Gamma cellulose) adalah sama dengan selulosa β, tetapi derajat
polimerisasinya kurang dari 15. Bervariasinya struktur kimia selulosa (α, β, γ)
mempunyai pengaruh yang besar pada reaktivitasnya. Gugus-gugus hidroksil
26
Universitas Sumatera Utara
27
yang terdapat dalam daerahdaerah amorf sangat mudah dicapai dan mudah
bereaksi, sedangkan gugus-gugus 9 hidroksil yang terdapat dalam daerahdaerah kristalin dengan berkas yang rapat dan ikatan antar rantai yang kuat
mungkin tidak dapat dicapai sama sekali. Pembengkakan awal selulosa
diperlukan baik dalam eterifikasi (alkali) maupun dalam esterfikasi (asam)
(Sjostrom 1995).
Campuran senyawa lain yang terdapat bersama dengan selulosa yaitu
hemiselulosa. Hemiselulosa adalah polisakarida kompleks nonselulosa dan
nonpati yang terdapat dalam banyak jaringan tumbuhan.Hemiselulosa mengacu
kepada polisakarida nonpati yang tidak larut dalam air.Hemiselulosa tidak
berperan dalam biosintesis selulosa tetapi dibuat tersendiri dalam tumbuhan
sebagai komponen struktur dinding sel. Hemiselulosa dikelompokkan berdasarkan
kandungan gulanya (Deman, 1997).
2.2.2 Glukosa
Glukosa adalah suatu aldoheksosa dan sering disebut dekstrosa karena
mempunyai sifat dapat memutar cahaya terpolarisasi kearah kanan.Didalam,
glukosa terdapat dalam buah-buahan dan madu lebah.Dalam manusia normal
mengandung glukosa dalam jumlah atau konsentrasi yang tetap, yaitu antara 70100 mg tiap 100 mL darah. Glukosa darah ini bertambah setelah kita makan
makanan sumber karbohidrat, namun kira-kira 2 jam setelah itu, jumlah glukosa
darah akan kembali pada keadaan semula. Pada orang yang menderita diabetes
mellitus atau kencing manis, jumlah glukosa lebih 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
6CO2 + 6H2O Sinar matahari
C6H12O6 + 6O2
Klorofil
27
Universitas Sumatera Utara
28
Sebagian besar monosakarida dikenal sebagai heksosa, karena terdiri atas
6-rantai atau cincin karbon.Atom-atom hidrogen dan oksigen terikat pada rantai
atau cincin ini secara terpisah atau sebagai gugus hidroksil (OH).Ada tiga jenis
heksosa yang penting dalam ilmu gizi, yaitu glukosa, fruktosa, dan galaktosa.
Ketiga macam monosakarida ini mengandung jenis dan jumlah yang sama, yaitu 6
atom karbon, 12 atom hydrogen, dan 6 atom oksigen. Perbedaannya hanya
terletak pada cara penyusunan atom-atom hydrogen dan oksigen disekitar atomatom karbon. Perbedaan dalam susunan atom inilah yang menyebabkan perbedaan
dalam tingkat kemanisan, daya larut, dan sifat lain ketiga monosakarida tersebut.
monosakarida yang terdapat di alam pada umumnya terdapat dalam bentuk isomer
dekstro (D). Gugus hidroksil ada karbon nomor 2 terletak disebelah
kanan.Struktur kimianya dapat berupa struktur terbuka atau struktur cincin
(Poedjiadi, A.1994).
Gambar 2.3 Struktur Glukosa
2.3 Hidrolisis
Hidrolisis adalah suatu proses antara reaktan dengan H2O agar suatu senyawa
pecah dan terurai. Beberapa cara hidrolisis selulosa yaitu hidrolisis enzimatis,
hidrolisis asam encer dan hidrolisis asam pekat. Hidrolisis enzimatis adalah
hidrolisis yang menggunakan enzim.Hidrolisis asam encer menggunakan
konsentrasi asam yang rendah dan suhu yang tinggi.Sedangkan hidrolisis asam
pekat menggunakan konsentrasi asam yang tinggi (Artati, E.K, 2010).
28
Universitas Sumatera Utara
29
Hidrolisis adalah salah satu tahapan pembuatan bioetanol berbahan baku
lignoselulosa. Hidrolisis bertujuan untuk memecah selulosa dan hemiselulosa
menjadi monosakarida (glukosa dan xylosa) yang selanjutnya akan difermentasi
menjadi etanol. Secara umum teknik hidrolisis dibagi menjadi dua, yaitu :
hidrolisis berbasis asam dan hidrolisis dengan enzim.
Didalam metode hidrolisis asam, biomassa lignoselulosa dipaparkan
dengan asam pada suhu dan tekanan tertentu selama waktu tertentu, dan
menghasilkan monomer gula dari polimer selulosa dan hemiselulosa. Beberapa
asam yang umum digunakan untuk hidrolisis asam antara lain adalah asam sulfat
(H2SO4), asam perklorat, dan HCl. Asam sulfat merupakan asam yang paling
banyak diteliti dan dimanfaatkan untuk hidrolisis asam pekat dan hidrolisis asam
encer (Taherzadeh & Karimi. 2007).
Hidrolisis selulosa lengkap dengan HCl 30%, hanya menghasilkan Dglukosa.Disakarida yang terisolasi dari selulosa yang terhidrolisis sebagian adalah
selobiosa, yang dapat dihidrolisis lebih lanjut menjadi D-glukosa dengan suatu
katalis asam atau dengan emulsion enzim.Selulosa sendiri tidak mempunyai
karbon hemiasetal-selulosa sehingga tidak dapat mengalami mutarotasi atau
dioksidasi oleh reagensia seperti Tollens (Fessenden, 1986).
Selulosa
Selobiosa
Glukosa
Hidrolisis dalam suasana asam, yang menghasilkan pemecahan ikatan
glikosidik berlangsung dalam tiga tahap.Tahap pertama, proton yang bertindak
sebagai katalisator asam berinteraksi cepat dengan oksigen glikosida yang
menghubungkan dua unit gula (I), membentuk asam konjugat (II).Langkah ini
diikuti dengan pemecahan yang lambat dari ikatan C-O, yang menghasilkan zat
antara kation karbonium siklik (III).Protonisasi dapat juga terjadi pada oksigen
cincin (II), menghasilkan pembukaan cincin dan kation karbonium nonsiklik
(III).Tidak ada kepastian ion karbonium mana yang paling mungkin terbesar pada
29
Universitas Sumatera Utara
30
kation siklik. Akhirnya kation karbonium mulai mengadisi molekul air dengan
cepat, membentuk hasil akhir yang stabil dan melepaskan proton (Torget, 2003)
Gambar 2.4 Proses Pemisahan Selulosa Menjadi Glukosa
2.4
Analisa Kualitatif dan Kuantitatif Gula Pereduksi
2.4.1
Analisa Kualitatif Gula pereduksi
Beberapa cara untuk mengetahui adanya gula pereduksi dalam suatu bahan antara
lain:
a. Uji Molisch
Karbohidrat oleh asam sulfat pekat akan dihidrolisis menjadi monosakarida dan
selanjutnya monosakarida mengalami dehidrasi oleh asam sulfat menjadi furfural
30
Universitas Sumatera Utara
31
atau hidroksi metal furfural. Senyawa-senyawa ini dengan alfa naftol akan
berkondensasi membentuk senyawa kompleks yang berwarna ungu.
b. Uji Iodin
Karbohidrat golongan polisakarida akan memberikan reaksi dengan larutan iodin
dan memberikan warna spesifik bergantung pada jenis karbohidratnya. Amilosa
dengan iodin akan berwarna biru, amilopektin dengan iodin akan berwarna merah
violet, glikogen maupun dextrin dengan iodin akan berwarna merah coklat.
c. Uji Pembentukan Osason
Aldosa ataupun ketosa dengan fenilhidrasin dan dipanaskan akan membentuk
hidrason atau osason. Reaksi antara senyawaan tersebut merupakan reaksi oksidoreduksi, atom C yang mengalami reaksi adalah atom C nomor satu dan dua dari
aldosa atau ketosa. Fruktosa dan glukosa menunjukkan osason yang sama.
d. Uji Fehling
Larutan fehling yang terdiri dari campuran kupri sulfat, Na-K-tartrat dan natrium
hidroksida dengan gula reduksi dan dipanaskan akan terbentuk endapan berwarna
hijau, kuning orange atau merah tergantung dari macam gula reduksinya
(Sudarmadji, 1987).
e. Uji Benedict
Pereaksi benedict berupa larutan yang mengandung kupri sulfat, natrium
karbonat, dan natrium sitrat.Glukosa dapat mereduksi ion Cu++ dari kupri sulfat
menjadi ion Cu + yang kemudian mengendap sebagai Cu2O adanya natrium
karbonat dan natrium sitrat membuat pereaksi benedict bersifat basa
lemah.Endapan yang terbentuk dapat berwarna hijau, kuning, atau merah bata.
Warna endapan ini tergantung pada konsentrasi karbohidrat yang diperiksa
(Poedjiadi,1994).
2.4.2 Analisa Kuantitatif Gula pereduksi
Penentuan karbohidrat yang termasuk polisakarida maupun oligosakarida
memerlukan perlakuan pendahuluan yaitu hidrolisis terlebih dahulu sehingga
diperoleh monosakarida.Untuk keperluan ini bahan dihidrolisis dengan asam atau
31
Universitas Sumatera Utara
32
enzim pada suatu keadaan tertentu. Beberapa cara analisis kuantitatif
monosakarida antara lain :
a. Metode Luff Schoorl
Pada penentuan gula secara Luff Schoorl, yang ditentukan adalah kuprioksida
dalam larutan sebelum direaksikan dengan gula reduksi (titrasi Blanko) dan
sesudah direaksikan dengan sampel gula reduksi (titrasi sampel).Penentuannya
dengan titrasi menggunakan Na-tiosulfat.Selisih titrasi blanko dengan titrasi
sampel equivalent dengan kuprooksida yang terbentuk dan juga equivalent dengan
jumlah gula reduksi yang ada dalam bahan atau larutan.
b. Metode Munson-Walker
Penentuan gula cara ini adalah dengan menentukan banyaknya kuprooksida yang
terbentuk dengan cara penimbangan atau dengan melarutkan kembali dengan
asam nitrat kemudian menitrasi dengan tiosulfat. Jumlah kuprooksida yang
terbentuk equivalent dengan banyaknya gula reduksi yang ada dalam larutan dan
telah disediakan dalam bentuk tabel hammon, yakni hubungan antara banyaknya
kuprooksida dengan gula reduksi.
c. Metode Lane-Eynon
Penentuan gula cara ini dengan menitrasi reagen soxhlet (larutan CuSO4, K-Ntartrat) dengan larutan gula yang diselidiki. Banyaknya larutan sampel yang
dibutuhkan untuk menitrasi reagen soxhlet dapat diketahui banyaknya gula yang
ada dengan melihat pada tabel Lane-Eynon (Sudarmadji, 1987)
d. Metode Nelson-Somogyi
Metode ini dapat digunakan untuk mengukur kadar gula reduksi dengan
menggunakan reaksi tembaga arsenomolibdat. Kupri mula-mula direduksi
menjadi bentuk kupro dengan pemanasan larutan gula.Kupro yang terbentuk
berupa
endapan
selanjutnya
molybdenum berwarna biru
dilarutkan
dengan
arsenomolibdat
yang menunjukan konsentrasi
menjadi
gula.Dengan
membandingkan terhadap larutan standart, konsentrasi gula dalam sampel dapat
32
Universitas Sumatera Utara
33
ditentukan.Reaksi warna yang terbentuk dapat menentukan konsentrasi gula
dalam sampel dengan mengukur absorbansinya (Sudarmadji, 1987).
2.5 Fermentasi
Fermentasi berasal dari bahasa latin ferfere yang artinya mendidihkan, yaitu
berdasarkan ilmu kimia terbentuknya gas-gas dari suatu cairan kimia yang
pengertiannya berbeda dengan air mendidih. Gas yang terbentuk tersebut di
antaranya karbondioksida (CO2) (Afrianti, H. L.,2004). Fermentasi adalah proses
produksi energi dalam sel dalam kondisi anaerob (tanpa oksigen). Secara umum,
fermentasi adalah salah satu bentuk respirasi anaerobik, akan tetapi definisi yang
lebih jelas mengatakan bahwa fermentasi diartikan sebagai respirasi dalam
lingkungan anaerobik dengan tanpa akseptor electron eksternal (Darmanto, 2006).
Fermentasi juga dapat diartikan sebagai perubahan gradual oleh enzim,
bakteri, khamir dan jamur. Contoh fermentasi yang adadi kehidupan sehari – hari
antara lain pengasaman susu, perubahan gula menjadi alkohol serta oksidasi
senyawa nitrogen organic (Hidayat, et al., 2006).
Fermentasi merupakan suatu cara untuk mengubah substrat menjadi produk
tertentu yang dikehendaki dengan mengutamakan bantuan mikroba. Produkproduk
tersebut
biasanya
dimanfaatkan
sebagai
minuman
atau
makanan.Fermentasi merupakan suatu cara yang telah dikenal dan digunakan
sejak zaman kuno. Sebagai suatu proses fermentasi memerlukan :
1.
Mikroba inokulum
2.
Tempat (wadah) yang menjamin proses fermentasi berlangsung dengan
optimal.
3.
Substrat sebagai tempat tumbuh (medium) dan sumber nutrisi bagi mikroba
(Waites, 2001).
33
Universitas Sumatera Utara
34
Pada dasarnya fermentasi dapat langsung menggunakan enzim tetapi
sampai saat ini, industri fermentasi yang besar-besar masih memanfaatkan
mikroorganisme, antara lain karena cara ini jauh lebih murah dan mudah. Mikroba
yang banyak digunakan dalam proses fermentasi diantaranya adalah khamir,
kapang dan bakteri. Kegiatan demikian akan erat hubungannya dengan teknologi
microbial karena selain diperlukan galur-galur yang unggul alami dapat pula
dilakukan mutasi-mutasi induk sampai kepada rekayasa genetik. Istilah yang
banyak dipakai adalah “Bioteknologi Mikrobial” yang pada dasarnya dapat dibagi
atas dua fase, yaitu :
1.
Teknologi mikrobial tradisional yaitu teknologi yang menggunakan metodemetode yang telah berkembang lama yaitu seleksi alami serta modifikasi
proses untuk memperoleh hasil maksimal.
2.
Teknologi microbial dengan rekayasa organisme, antara lain dengan
menggunakan gen-gen asing yang disisipkan pada gen mikroba. Disini
umumnya disebut rekayasa genetik. Upaya tersebut selain bertujuan untuk
mendapatkan strain atau mutan atau galur yang unggul tetapi dapat pula
dikultivasi secara besar-besaran (Muljono, J.1992).
Semua mikroorganisme membutuhkan air, sumber energi, karbon,
nitrogen, elemen-elemen mineral, vitamin dan O2 (jika aerobic). Medium untuk
skala besar harus menggunakan sumber-sumber nutrien untuk menciptakan
sebuah medium yang memenuhi kriteria sebagai berikut :
1.
Menghasilkan yield maksimum dari produk atau biomass pergram substrat
yang digunakan.
2.
Menghasilkan konsentrasi maksimum dari produk atau biomassa.
3.
Mengijinkan laju maksimum dari pembentukan produk
4.
Yield minimum dari produk yang tidak diinginkan
5.
Murah, kualitas yang konsisten dan tersedia sepanjang tahun
6.
Menimbulkan masalah-masalah yang minimal terutama pada aerasi, agitasi,
ekstraksi, purifikasi, dan pengolahan limbah (Riadi, L.2007)
34
Universitas Sumatera Utara
35
2.6
Ragi Roti dan Ragi Tape
2.6.1
Ragi Roti
Penemu Yeast (ragi roti) pertama kali adalah Louis Pasteaur pada tahun 1872.
Bibit yeast yang terbagus dalam buah anggur dan apel serta pada akar pohon
tersebut.
Jenis-jenis ragi roti :
a.
Fresh Yeast, merupakan jenis ragi yang pertama kali ditemukan, berbentuk
cair sehingga dalam penyimpanan memerlukan pembekuan sering disebut
compressed yeast.
b.
Dry Yeast, merupakan jenis ragi yang kering berbentuk butiran-butiran sering
disebut dehydrated yeast.
c.
Instant Yeast, merupakan ragi yang dibentuk dalam bentuk tepung/powder.
Cara pemakaian dari ragi tersebut berbeda-beda yaitu :
a.
Fresh Yeast sebelum dicampurkan dengan bahan-bahan lain harus dicairkan
terlebih dahulu
b.
Dry Yeast sebelum dicampurkan dengan bahan-bahan lain harus dilarutkan
dulu dengan air dan difermentasikan. Instant yeast bisa dicampurkan
c.
langsung dengan bahan-bahan lain sehingga menjadi suatu adonan.
(Subagio,2007)
2.6.2
Ragi Tape
Starter yang digunakan untuk produksi tapai disebut ragi, yang umumnya
berbentuk bulat pipih dengan diameter 4-6 cm dan ketebalan 0,5 cm. tidak
diperlukan peralatan khusus untuk produksi ragi, tetapi formulasi bahan yang
digunakan pada umumnya tetap menjadi rahasia setiap pengusaha ragi.
Tepung beras yang bersih dicampur dengan air untuk membetuk pasta dan
dibentuk pipih dengan tangan, kemudian diletakkan diatas nyiru yang dilambari
merang dan ditutup dengan kain saring. Organismeakan tumbuh secara alami pada
35
Universitas Sumatera Utara
36
pasta ini pada suhu ruang dalam waktu 2-5 hari. Beberapa pengusaha
menambahkan rempah-rempah atau bumbu untuk mendukung pertumbuhan
mikroorganisme yang diharapkan. Penambahan sari tebu juga dilakukan untuk
menambah kadar gula.
Ragi dipanen setelah 2-5 hari, tergantung dari suhu dan kelembaban.
Produk akhir akan berbentuk pipih kering dan dapat disimpan dalam waktu yang
lama. Tidak ada faktor lingkungan yang dikendalikan.Mikroorganisme yang
diharapkan maupun kontaminan dapat tumbuh bersama-sama.Pada lingkungan
pabrik lagi, mikroflora yang ada telah didominasi mikrobia ragi. Namun demikian
pada ragi yang dibuat pada musim hujan akan dapat dijumpai Mucor sp dan
Rhizopus sp dalam jumlah lebih banyak dan membutuhkan waktu pengeringan
ynag lebih lama.
Jika pasta tetap basah, mikroorganisme tumbuh dan menggandakan diri.
Jumlah kapang pada ragi berkisar dari 8x107 sampai 3x108/g, khamir 3x106
sampai 3x107/g dan bakteri kurang dari 105/g. organism yang menghasilkan tapai
dengan aroma baik adalah gabungan dari Amylomyces rouxii, Endomycopsis
fibuliger dan Hansenula anoma (Hidayat, N. 2006).
2.7 Faktor-faktor yang Mempengaruhi Kehidupan Ragi
Ada berbagai faktor yang mempengaruhi ragi, yaitu sebagai berikut:
1.
Nutrisi (zat gizi)
Dalam kegiatan khamir memerlukan penambahan nitrisi untuk pertumbuhan
dan perkembangbiakan, yaitu:
a. Unsur C, ada faktor karbohidrat.
b. Unsur N, dengan penambahan pupuk yang mengandung nitrogen,
misalnya ZA, urea, ammonia dan sebagainya.
c. Unsur P, dengan penambahan pupuk fosfat, missal NPK, TSP, DSP dan
sebagainya.
d. Mineral-mineral.
e. Vitamin.
36
Universitas Sumatera Utara
37
2.
Keasaman (pH)
Untuk fermentasi alkohol, khamir memerlukan media dengan suasana asam,
yaitu antar pH 4,8-5,0. Pengaturan pH dapat dilakukan dengan penambahan
asam sulfat jika substratnya alkalis atau dengan natrium bikarbonat jika
substratnya asam.
3.
Suhu
Suhu optimum untuk pertumbuhan dan perkembangbiakan adalah 2830oC.Pada waktu fermentasi terjadi kenaikan panas, karena reaksinya
eksoterm.Untuk mencegah agar suhu fermentasi tidak naik, perlu pendinginan
agar dipertahankan tetap 26-30oC.
4.
Udara
5.
Fermetasi alkohol berlangsung secara anaerobik (tanpa udara). Namun
demikian udara diperlukan pada proses pembibitan sebelum fermentasi untuk
perkembangan khamir tersebut (Hidayat, N., 2006).
2.8 Bioetanol
Bioetanol merupakan etanol (C2H5OH) yang dapat dibuat dari substrat yang
mengandung karbohidrat (turunan gula, pati dan selulosa). Salah satu bahan
bakuyang sering digunakan untuk pembuatan bioetanol adalah bahan baku yang
mengandung pati sedangkan jenis tanaman yang digunakan untuk bahan baku
umumnya berasal dari kelompok tanaman pangan utama seperti singkong, jagung,
gandum, kentang dan ubi jalar (Setiasih.A., 2011).
Bioetanol adalah etanol yang dibuat dari biomassa yang mengandung
komponen pati atau selulosa, seperti singkong dan tetes tebu. Dalam dunia
industri, etanol umumnya digunakan sebagai bahan baku industri, etanolumumnya
digunakan sebagai bahan baku industri turunan alcohol, campuran untuk minuman
keras (seperti sake atau gin), serta baku farmasi dan kosmetika. Berdasarkan kadar
alkoholnya, etanol menjadi tiga bagian sebagai berikut :
•
Bagian industri dengan kadar alkohol 90-94%
37
Universitas Sumatera Utara
38
•
Netral dengan 96-99,5%, umumnya digunakan untuk minuman keras atau
bahan baku farmasi.
•
Bagian bahan bakar dengan kadar alkohol diatas 99,5% (Hambali,E.2007).
Untuk membentuk bioetanol maka akan terjadi suatu reaksi yang disebut
glikolisis, dimana glikolisis itu sendiri adalah reaksi anaerob yang terdiri atas
serangkaian reaksi yang mengubah glukosa menjadi asam laktat (Poedjadi, A.,
2006).
Ketika harga BBM merangkak semakin tinggi, bioetanol diharapkan dapat
dimanfaatkan sebaagai bahan bakar pensubstitusi BBM untuk motor bensin.
Sebagai bahan pensubstitusi bensin, bioetanol dapat diaplikasikan dalam bentuk
bauran dengan minyak bensin (EXX), misalnya 10% etanol dicampur dengan
90% bensin (gasohol E10) atau digunakan 100% (E100) sebagai bahan bakar.
Penggunaan E100 membutuhkan modifikasi mesin mobil, seperti halnya di
brasil.Brasil merupakan salah satu Negara yang telah sukses mengembangkan
bioetanol sebagai bahan bakar alternatif pensubstitusi bensin.
Bioetanol diperoleh dari hasil yang mengandung gula.Tahap inti produksi
bioetanol adalah fermentasi gula, baik yang berupa glukosa, sukrosa, maupun
fruktosa oleh ragi terutama Saccharomyces sp atau bakteri Zymomonas
mobilis.Pada proses ini, gula akan dikonversi menjadi etanol dan gas
karbondioksida
C6H12O6
Gula
2C2H5OH + 2CO2
Etanol
Karbondioksida (gas)
Bahan baku etanol bisa diperoleh dari berbagai tanaman yang
menghasilkan gula (seperti tebu dan molase) dan tepung (seperti jagung,
singkong, dan sagu). Pada tahap persiapan, bahan baku berupa padatan harus
dikonversi terlebih dahulu menjadi larutan gula sebelum akhirnya difermentasi
untuk menghasilkan etanol, sedangkan bahan-bahan yang sudah dalam bentuk
38
Universitas Sumatera Utara
39
larutan gula (seperti molase) dapat langsung difermentasi. Bahan padatan dikenai
perlakuan pengecilan ukuran dan tahap pemasakan. Proses pengecilan ukuran
dapat
dilakukan
dengan
menggiling
bahan
(singkong,
sagu,
jagung)
(Hambali,E.2007).
Rikana dan Adam (2000) dalam penelitiannya mengenai pembuatan
bioetanol dari singkong secara fermetasi menggunakan ragi tape mendapatkan
hasil bahwa semakin banyak ragi yang ditambahkan maka etanol yang dihasilkan
juga akan semakin banyak karena dengan semakin banyak ragi yang ditambahkan,
maka bakteri yang menguraikan glukosa menjadi etanol akan semakin banyak.
Namun, apabila ragi yang ditambahkan terlalu banyak maka hasil
bioetanol yang dihasilkan akan cenderung turun. Hal ini disebabkan adanya ragi
yang mati saat proses fermentasi berlangsung. Ini ditandai dengan ditemukannya
serbuk putih kekuningan pada hasil akhir fermentasi sehingga mikroba yang
berperan dalam fermentasi ini pun menjadi kurang maksimal dalam menghsilkan
bioetanol (Rikana, 2000).
Berikut adalah reaksi kimia dan enzimatis yang terjadi selama proses fermentasi.
1. Gula (C6H12O6) ------------------------------------> asam piruvat (glikolisis)
2. Dekarboksilasi asam piruvat
Asam piruvat -----------------------------------------> asetaldehid + CO2
piruvat dehidrogenase (CH3CHO)
3. Asetaldehid diubah menjadi alkohol (ethanol)
2CH3CHO + 2NADH2 ------------------------------> 2C2H5OH (ethanol) + 2NAD
Persamaan reaksi tersebut dapat disingkat menjadi:
C6H12O6 -----> 2C2H5OH + 2CO2 + 2NADH2 + Energi
Sebagaimana halnya fermentasi asam laktat, reaksi ini merupakan suatu
pemborosan. Sebagian besar dari energi yang terkandung di dalam glukosa masih
terdapat di dalam etanol, karena itu etanol sering dipakai sebagai bahan bakar
mesin.
39
Universitas Sumatera Utara
40
Gambar 2.5 Struktur Glikolisis
40
Universitas Sumatera Utara