Sintesis Pati Termodifikasi Dari Pati Sukun (Artocarpuscommunis) Melalui Metode Ikat Silang Menggunakan Epiklorohidrin

BAB II
TINJAUAN PUSTAKA
2.1 Sukun (Artocarpus Communis)
Sukun (Artocarpuscommunis) merupakan tanaman yang banyak tumbuh di daerah
tropis.Tanamanini sudah lama dibudidayakan oleh masyarakat Indonesia bahkan
di beberapanegaraseperti, Tahiti, Kepulauan Samoa ,dan Hawai. Buah Sukun
telah dimanfaatkan sebagai makanan pokok tradisional. Akan tetapi, bagi
masyarakat Indonesia konsumsi buahSukun umumnya masihterbatas sebagai
makanan ringan dan sayur (Pitojo,1992).
Taksonomi tumbuhan Sukun diklasifikasikan sebagai berikut :
Kingdom
Divisi

: Plantae
: Spermatophyta

Sub divisi

: Magnoliophyta

Kelas

: Magnoliopsida

Bangsa

: Urticales

Suku

: Moraceae

Marga

: Artocarpus

Jenis

: Artocarpus communis

Sumber : Widowati (2004).

Buahsukun berbentuk hampir bulat atau bulat panjang.Padabuah yang
telah matang, diameternya dapat mencapai 19,24 sampai 25,4 cm dan beratnya
kurang lebih 4,54 kg. Kulitbuah yang masihmuda berwarna hijaudan daging buah
berwarnaputih.Setelah tua, warna kulit hijau kekuningan atau kecoklatan,
sedangkan daging buah berwarna putih kekuningan.Bagian yang bisa dimakan
(daging buah) daribuah yang masih hijau sebesar 70 persen, sedangkan dari buah
matang adalah sebesar 78 persen.Buahsukun yang telah dimasak cukup bagus
sebagai sumber vitamin A dan B komplek tetapi miskin akan vitamin C.
Kandungan mineral Cadan P buah sukun lebih tinggi dari pada kentang dan kira-

Universitas Sumatera Utara

7

kira sama dengan yang ada dalam ubi jalar. Buah sukun dapat dilihat pada
Gambar 2.1

Gambar 2.1 Foto Buah Sukun (Sebelum dan sesudah dibelah)
Buah sukun banyak dimanfaatkan sebagai bahan pangan , lazimnya yaitu
dengan cara menggoreng daging buahnya dan dapat dijadikan tepung buah sukun

memiliki potensi yang cukup besar yang belum dimanfaatkan sebagai makanan
bergizi, dan memiliki keuntungan lebih karena mempunyai kandungan mineral
dan vitamin dua atau tiga kali lebih banyak dari sereal dan umbi-umbian
(Widowati, 2004).
Sukunmempunyaikomposisigizi

yang

relatiftinggi.Dalam

100

gram

beratbasahsukunmengandungkarbohidrat 35,5%, protein 0,1%, lemak 0,2%, abu
1,21%, fosfor 35,5%, protein 0,1%, lemak 0,2%, fosfor 0,048%, kalsium 0,21%,
besi 0,0026%, kadar air 61,8% danseratatau fiber 2%.Komposisikimiabuahsukun
yang mudadantuaataumasakdapatdilihatpadaTabel2.1.

Universitas Sumatera Utara

8

Tabel 2.1 Komposisi kimia Buah Sukun
Unsur-unsur
Sukunmuda
Air (g)
87,1
Kalori (kal)
46
Protein (g)
2,0
Lemak (g)
0,7
Karbohidrat (g)
9,2
Kalsium (mg)
59
Fosfor (mg)
46

Besi (mg)
Vitamin B1 (mg)
0,12
Vitamin B2 (mg)
0,06
Vitamin C (mg)
21
Abu (g)
1,0
Serat (g)
2,2
Sumber : Dameswary, 2012
2.2

Sukunmasak
69,1
108
1,3
0,3
28,2

21
59
0,4
0,12
0,06
17
0,9
-

Pati

Pati adalah nama umum yang ditunjukan untuk granular atau tepung, tidak
berbau, tidak berasa, merupakan karbohidrat kompleks (C6H10O5)n, terdapat pada
biji-bijian tanaman dan umbi-umbian. Pati merupakan polimer dari glukosa.
Glukosa terbentuk pada tanaman sebagai hasil fotosentesis(Winarno, 2002).
Pati tersusun paling sedikit oleh tiga komponen utama yaitu amilosa,
amilopektin dan material antara seperti, protein dan lemak. Umumnya pati
mengandung 15 – 30% amilosa, 70 – 85% amilopektin dan 5–10% material
antara. Struktur dan jenis material antara tiap sumber pati berbeda tergantung
sifat-sifat botani sumber pati tersebut (Bank dan Greenwood, 1975). Bagian yang

larut dalam air disebut amilosa, bila ditambah iodium akan memberikan warna
biru. Bagian yang lain yaitu yang tak larut dalam air, disebut amilopektin yang
mempunyai berat molekul antara 70.000-106, dengan iodium memberikan warna
ungu hingga merah. Kedua bagian tersebut mempunyai rumus empiris
(C6H10O5)n. Baik amilosa maupun amilopektin, bila dihidrolisis menunjukkan
adanya sifat-sifat karbonil; dan kenyataan pati tersusun atas satuan-satuan maltosa
(Sastrohamidjojo, 2005).

Universitas Sumatera Utara

9

Pati memiliki beberapa ciri-cirinya diantaranya :
1. Rasa tidak manis
2. Terdapat dalam biji, buah dan umbi-umbian dari tanaman
3. Berfungsi sebagai sumber energi didalam tubuh
4. Memiliki bentuk dan ukuran granula yang berbeda-beda
5. Sukar atau tidak larut didalam air dingin
6. Dalam air panas dapat membentuk gel dan pasta
7. Dapat mengalami retrogradasi dan sineresis (Sembiring,2011).

Meskipun sebenarnya amilase dihidrolisa dengan β-amilase pada beberapa
jenis pati tidak diperoleh hasilhidrolisis yang sempurna (Bank,1975), β-amilase
menghidrolisis amilosa menjadi unit-unit residu glukosa dengan memutus ikatan
α-(1,4) dari ujung non pereduksi rantai amilosa menghasilkan maltosa.
Amilopektin seperti amilosa juga mempunyai ikatan α-(1,4) pada rantai
lurusnya, serta ikatan β-(1,6) pada titik percabangannya. Ikatan percabangan
tersebut berjumlah sekitar 4-5%dari seluruh ikatan yang ada pada amilopektin
(Bank dan Grendwood 1975).
Perbedaan antara amilosa dan amilopektin tidak saja dalam berat
molekulnya, tetapi juga dalam kenyataan bahwa dalam amilosa satuan-satuan gula
dihubungkan dengan ikatan 1,4 , sedangkan dalam amilopektin ikatannya pada 1,6
atau dengan perkataan lain atom C1 dari satu gula dihubungkan dengan atom C6
dari satuan gula berikutnya. Bila pati yang terdapat dalam sel dihidrolisis oleh
enzim maka pati akan pecah menjadi bagian yang lebih kecil yang disebut
dekstrin; hingga diperoleh dimer, maltosa. Struktur amilosa dan amilopektin
dapat dilihat pada Gambar 2.2.

Universitas Sumatera Utara

10

HOH2C
O

O
HO

HOH2C

OH

O
O
HO

HOH2C

OH

O

O
HO

3

2

1

OH

HOH2C
O

o

Amilosa

HOH2C

HO
OH

O

O

HO

HOH2C

OH

O
O
HO

HOH2C

HOH2C

OH

O

O

O

O
HO

HO

HOH2C

OH

OH

1

O
O

O
HO

H2C 6

OH 1
O

5

4
HO

3

O

2 OH

HOH2C

1

O

O
HO
OH

Amilopektin

O

Gambar 2.2 Struktur Dari Amilosa dan Amilopektin (Whistler, et.al, 1984).

Pemakaian produk-produk modifikasi dalam industri adalah sebagai berikut
(Tjokroadikoesoemo,1986) :
1. Pati teroksidasi , pemakaian terbesarnya adalah pada pabrik kertas kualitas
tinggi.
2. Pati ikatan silang dimana pati ini memiliki banyak kegunaanya dalam
industri kertas, pati ini dicampur dalam pulp sehingga kertas yang
dihasilkan lebih kuat. Sebagian pati ini digunakan dalam pembuatan
makanan “instant”misalnya puding dan sebagai kontrol terhadap viskositas
lumpur pemboran.

Universitas Sumatera Utara

11

2.3

Pati Termodifikasi

Modifikasi pati umumnya melibatkan metode esterifikasi, eterifikasi atau oksidasi
dimana dengan adanya gugus hidroksi pada unit α-D-glukopiranosil yang dapat
membentuk polimer pati. Modifikasi pati dilakukan dengan penambahan zat yang
reaktif, misalnya penambahan reagen organik dan dikontrol temperatur serta pH
pada saat reaksi (BeMiller dan whistler , 2009 ).
Ada beberapa teknik untuk modifikasi pati yaitu :
2.3.1 Modifikasi Pati Metode Fisika
Modifikasi pati dengan metode fisika dilakukan dengan menggunakan panas atau
blending, modifikasi ini digunakan dalam industri pangan. Biasanya digunakan
untuk mengubah struktur granula dari pati dan mengubah pati alami menjadi pati
yang larut dalam air dingin dan mikro pati. Sebagian besar metode fisik yang
digunakan saat ini adalah : Heat-moisture Treatment, Annealing (penguaatan
terhadap air), Retrogadasi , Pembekuan , Ultra High Pressure Treatment, Glow
Discharge Plasma Treatment, Osmotic- Pressure Treatment , Thermal Inhibiton
(inhibisi termal) , Gelatinization (pergelatinisasi) (Neelam, et.all,2012).
2.3.2 Modifikasi Pati Metode Kimia
Modifikasi kimia melibatkan gugus fungsi pada pati tersebut, yang akan
menghasilkan perubahan nyata pada sifat fisikokimia dari pati. Sifat kimia dan
fungsional yang dicapai ketika memodifikasi pati dengan substitusi kimia, antara
lain: kondisi reaksi ( konsentrasi reaktan, waktu reaksi, pH, adanya katalis ), jenis
substituen ( derajat substitusi, molar substitusi) dan distribusi dari substituen pada
molekul pati. Ada beberapa teknik modifikasi secara kimia, antara lain :
Eterifikasi, Esterifikasi, Ikat Silang, Penambahan Asam, Oksidasi , Modifikasi
Ganda (Neelam,et.all,2012).
Xiao dan Liu (2004) melaporkan bahwa proses modifikasi pati dengan esterifikasi
asam sitrat dapat meningkatkan terjadinya perubahan struktur molekul pati.
Perubahan struktur tersebut menyebabkan pati tidak bisa dikenali oleh enzim
pencernaan sehingga meningkatkan kadar pati resisten.

Universitas Sumatera Utara

12

2.3.3

Modifikasi Pati Metode enzimatis

Modifikasi ini melibatkan tentang suspensi pati menjadi enzim utama termasuk
hidrolisis enzim yang cenderung untuk menghasilkan turunan enzim yang lebih
tinggi. Beberapa enzim yang sudah diteliti dan digunakan untuk memodifikasi
pati,

antara

lain:

Amilomaltase

(α-1,4-α-1,4glukosil

tranferase),

siklomaltodekstrinase, transglukosidase , dan β-amilase (Neelam,et.all,2012).
2.3.4

Modifikasi Pati Metode Genetika

Metode ini meliputi teknologi transgenik bahwa target enzim yang terlibat dalam
biosintesis pati demikian hakikat dari keuntungan dari bahaya kimia lingkungan
paska panen dan modifikasi enzimatis. Beberapa metode yang telah diteliti yaitu
pati bebas amilosa, pati tinggi amilosa dan amilopektin struktur (Neelam,et.all,
2012).
2.4 Pati Ikat silang
Ikat silang merupakan metode lain yang dapat digunakan untuk memodifikasi pati
selain asetilasi. Prinsip dari metode ini yaitu mengganti gugus OH- dengan gugus
fungsi yang lain. Pada metode ikat silang OH- diganti dengan gugus eter, gugus
ester, atau gugus fosfat. Raina dkk, (2006) menjelaskan tentang keuntungan dari
penggunaan metode ikat silang adalah dapat menghasilkan pati dengan swelling
power yang kecil dimana hal ini akan memperkuat granula pati dan menjadikan
pati lebih tahan terhadap medium asam dan panas sehingga tidak mudah pecah
saat pemanasan. Selain itu, metode ikat silang dapat meningkatkan tekstur,
viskositas, paste clarity, gel strength, adhesiveness pati. Di sisi lain ,metode ini
memiliki kekurangan yaitu menjadikan solubility sediment volume, gel elasticity,
dan freeze-thaw stability pati menurun.
Metode ikat silang dilakukan dengan cara menambahkan granula pati dengan
reagen ikat silang. Contoh reagen ikat silang yaitu monosodium posfat (MSP),
sodium tripolifosfat (STPP), sodium trimetafosfat (STMP), epichlorohydrin ,
phosphoryl cloride , dan glutaraldehida (Mao,2006).

Universitas Sumatera Utara

13

Epiklorohidrin merupakan pereaksi fungsional yaitu suatu komponen yang dapat
bereaksi dengan dua atau lebih gugus fungsionaldari molekul yang berbeda,
seperti gugus hidroksil dari 2 atau lebih unit glukosa (Wurzburg,1989).Pada suhu
kamar,epiklorohidrin berbentukcairan tidak berwarna dan berbau seperti
klorofrom. Epiklorohidrin larut dalam air, benzena, etanol, dietil eter, klorofrom
dan karbon tetraklorida (IARC,1991).
Beberapa reaksi pembentuk ikat silang pati dapat dilakukan menggunakan
Sodium Trimetafospat (Gambar 2.3) dan Epiklorohidrin (Gambar 2.4)

Gambar 2.3 Reaksi Ikat Silang Pati dengan Trinatrium Trimetafosfat (Sukhija
,dkk. 2015).
OH
H2C
O

O

OH

O
OH

O
H2C

H2C

O

O
HO

O
OH

+
Cl
n

H
C

CH2

NaOH

HC

O

+

OH
CH2

NaCl

O
O

O

O
OH

HO

Pati

Epiklorohidrin

Pati ikat silang

NatriumKlorida

Gambar 2.4. Reaksi Ikat Silang Pati dengan Epiklorohidrin (Alummottil, et.all,
2006).

Universitas Sumatera Utara

14

2.5 Epiklorohidrin
Epiklorohidrin merupakan pereaksi multi fungsional, yaitu suatu komponen yang
dapat bereaksi dengan dua atau lebih gugus fungsional dari molekul yang berbeda,
seperti gugus hidroksil dari dua atau lebih unit glukosa.
Epiklorohidrin digunakan dalam produksi bahan sintesis seperti epoksi, fenoksi
dan resin poliamida, ikat silang pati pada makanan, zat warna dan
perekat.Epiklorohidrin dapat digunakan sebagai homopolimer atau kopolimer
dalam sinteis karet epiklorohidrin (IARC,1991).
Struktur Epiklorohidrin dapat dilihat pada Gambar 2.4
H2
C

Cl

H
C

CH2

O

Gambar 2.4StrukturEpiklorohidrin

Epiklorohidrindalamindustridapatdiperolehdaritahapanreaksisebagaiberikut
(Sullivan, 2001):

1. Pembentukan alil klorida melalui klorinasi propena

2. Pembentukan1,3-dikloropropan-2-ol

3. Pembentukan epiklorohidrin

Epiklorohidrinjugadapatdigunakanmenjadi

resin

terbentukantarareaksiepiklorohidrindenganbifenilpropana
memilikisifatunggulkarenakekuatanmekaniknya
tahanterhadapbahankimia,

adesif,

epoksi

yang
yang

yang

bagus,
mudahdiproses,

Universitas Sumatera Utara

15

sehinggabanyakditerapkanmulaidariindustriskalakecilhinggaskalabesar

(Singhal

dan Kennedy, 2008).
2.6

Karakterisasi Pati ikat silang

Untuk mengetahui terbentuknya reaksi pembentuk ikat silang terhadap pati dapat
dilakukan dengan melalui analisa sprektroskopi FT-IR, Swelling power dan
analisa SEM
2.6.1 Fourier Transform Infrared (FT-IR)
Pancaran infra-merah pada umumnya mengacu pada bagian spektrum elektomagnet yang
terletak pada diantara daerah tampak dan daerah gelombang mikro (Silverstain, et.all,
1986) Kebanyakan gugus, seperti CH, O-H, C=N, dan C=N, menyebabkan pita

absorpsi infra-merah, yang berbeda hanya sedikit dari satu molekul ke yang lain
tergantung pada substituen yang lain (Day dan Underwood, 2002).
Serapan radiasi inframerah oleh suatu molekul terjadi karena interaksi
vibrasi ikatan kimia yang menyebabkan perubahan polarisabilitas dengan medan
listrik gelombang elektromagnetik ( Wirjosentono, 1995). Terdapat dua macam
getaran molekul, yaitu getaran ulur dan getaran tekuk. Getaran ulur adalah suatu
gerakan berirama di sepanjang sumbu ikatan sehingga jarak antar atom bertambah
atau berkurang. Getaran tekuk dapat terjadi karena perubahan sudut-sudut ikatan
antara ikatan-ikatan pada sebuah atom, atau karena gerakan sebuah gugusan.
Contohnya liukan (twisting), goyangan (rocking), dan getaran punter yang
menyangkut perubahan sudut-sudut ikatan dengan acuan seperangkat koordinat
yang disusun arbiter dalam molekul. Hanya getaran yang menghasilkan perubahan
momen dwikutub secara berirama saja yang teramati di dalam infra merah
(Hartomo, 1986)
Di dalam spektrum eter alifatik, serapan yang paling khas ialah sebuah pita
kuat didaerah 1150-1085 cm-1 (8,70 – 9,23µm) akibat uluran C-O-C tak simetri ;
pita itu biasanya terletak didekat 1125 cm-1 (8,89µm). Pita uluran simetrik
biasanya lemah dan lebih mudah diamati dalam spektrum raman. Pancaran inframerah pada umumnya mengacu pada bagian spektrum elektromagnet yang
terletak di antara daerah tampak dan daerah gelombang mikro. Bagi kimiawan

Universitas Sumatera Utara

16

organik, sebagian besar kegunaannya terbatas di antara 4000 cm-1 dan 666 cm-1
(2,5 – 15,0 µm). Akhir-akhir ini muncul perhatian pada daerah infra-merah dekat,
14.290 – 4000 cm-1 (0,7 – 2,5 µm) dan daerah infra-merah jauh, 700 – 200 cm-1
(14,3 – 50 µm) (Silverstein,et.all, 1986). Spektrofotometri infra-merah juga
digunakan untuk penentuan struktur, khususnya senyawa organik dan juga untuk
analisis kuantitatif, seperti analisa kuantitatif pencemaran udara, misalnya karbon
monoksida dalam udara dengan teknik non-dispersive (Khopkar, 2007).
2.6.2 Swelling power

Daya kembang pati atau swelling power didefinisikan sebagai pertambahan
volume dan berat maksimum yang dialami pati dalam air (Balagopalan, et al.,
1988). Swelling power terjadi karena adanya ikatan non-kovalen antara molekulmolekul pati. Bila pati dimasukkan ke dalam air dingin, granula pati akan
menyerap air dan membengkak. Namun demikian, jumlah air yang terserap dan
pembengkakannya terbatas hanya mencapai 30% (Winarno, 2002).
Swelling power dipengaruhi oleh kemampuan molekul pati untuk
mengikat air melalui pembentukan ikatan hydrogen.Setelah gelatinisasi iktatan
hidrogen antara molekul pati terputus dan digantikan oleh ikatan hidrogen dengan
air.Sehingga

pati

dalam

tergelatinisasi

dan

granula-granula

pati

yang

mengembang secara maksimal. Proses mengembangnya granula pati ini
disebabkan banyaknya air yang terserap kedalam tiap granula pati dan granula pati
yang mengembang tersebut mengakibatkan swelling powermenjadi meningkat
(Herawati, 2010).
Faktor-faktor
molekuldan

panjang

seperti

rasio

rantai,

amilosa-amilopektin,
serta

derajat

distribusi

percabangan

berat
dan

konformasinyamenentukan swelling power dan kelarutan (Moorthy, 2004).
Swellingmerupakan sifat yang dipengaruhi oleh amilopektin .Proporsi yang tinggi
pada rantai cabang amilopektin memiliki kontribusidalam peningkatan nilai
swelling. Selain itu, terdapat korelasi yang negatifantara swelling power dengan
kadar amilosa, swelling power menurunseiring dengan peningkatan kadar amilosa
(Li, et.all, 2014).

Universitas Sumatera Utara

17

2.6.3

Scanning Electron Microscopy (SEM)

SEM adalah alat yang dapat membentuk bayangan permukaan spesimen secara
makroskopik. Berkas elektron dengan diameter 5-10 nm diarahkan pada spesimen
interaksi berkas elektron dengan spesimen menghasilkan beberapafenomena yaitu
hamburan balik berkas elektron, sinar x, elektron sekunder, absorbsi elektron.
Teknik SEM pada hakikatnya merupakan pemeriksaan dan analisa
permukaan. Data atau tampilan yang diperoleh adalah data dari permukaan atau
dari lapisan yang tebalnya sekitar 20 µm dari permukaan yang diperoleh
merupakan gambar tofografi dengan segala tonjolan, lekukan, dan lubang
permukaan (Wirjosentono, 1995).
Syafiatun Ayu(2016) Dalam penelitian ini uji SEM dilakukan untuk pati
sukun dan pati ikat silang hasil DS yang paling tinggi yaitu dengan berat
epiklorohidrin 0,6 g, dengan perbesaran gambar mencakup 250 kali, 500 kali,
1000 kali, 2000 kali, 5000 kali dan 10000 kali. Bentuk pati sukun maupun pati
ikat silang hasil sintesis yaitu berbentuk granula-granula. Bentuk pati sukun dan
pati ikat silang berbeda pada luas permukaan 1000 kali dimana pada pati sukun
permukaan granula lebih halus dan jarak antara granula lebih renggang sedangkan
pada pati ikat silang permukaan granula lebih kasar dan jaraknya lebih rapat. Hal
ini menunjukkan bahwa penambahan epiklorohidrin mempengaruhi bentuk
granula pati. Contoh gambar SEM Pati Sukun (Gambar 2.5)

Pembesaran 250x
Gambar 2.5 Foto SEM Pati Sukun

Universitas Sumatera Utara