HIDROLISA PATI (STARCH) MENJADI GLUKOSA A. TUJUAN
Melakukan hidrolisa dengan menggunakan pati (starch) dengan katalisator asam klorida
Menentukan kadar glukosa hasil hidrolisa yang dihasilkan
B. DASAR TEORI Karbohidrat
Karbohidrat merupakan sumber kalori utama bagi hampir seluruh penduduk dunia, khususnya bagi penduduk negara sedang berkembang. Walaupun jumlah kalori yang dihasilkan oleh satu gram karbohidrat hanya 4kkal bila dibandingkan protein dan lemak, karbohidrat merupakan sumber kalori yang murah. Selain itu, beberapa golongan karbohidrat menghasilkan serat-serat fiber yang berguna bagi pencernaan. Di samping merupakan sumber energi bagi makhluk hidup, senyawa-senyawa karbohidrat mempunyai kegunaan yang luas dalam bidang industri, misalnya pada pembuatan serat pakaian, kertas film, industri fermentasi, industri industri gula, dan sebagainya. Karbohidrat juga mempunyai peranan penting dalam menentukan karakteristik bahan makanan, misalnya rasa, warna, tekstur, dan lain-lain. Sedangkan di dalam tubuh, karbohidrat berfungsi untuk mencegah timbulnya ketosis, pemecahan protein tubuh yang berlebihan, kehilangan mineral, dan berguna untuk membantu metabolisme lemak dan protein. Pada tanaman, karbohidrat dibentuk dari reaksi CO2 dengan H2O dengan bantuan sinar matahari melalui proses fotosintesis di dalam sel tanaman yang berklorofil. Karbohidrat bisa di sintesis secara kimia, misalnya pada pembuatan sirup formosa dengan penambahan larutan alkali encer pada aldehida. Cara yang lebih mudah dan murah untuk mendapatkan karbohidrat adalah dengan mengekstraknya dari bahan-bahan nabati sumber karbohidrat, yaitu serelia, sagu, beras, dan umbi-umbian, misalnya ketela pohon.
Pada umumnya karbohidrat dikelompokkan menjadi monosakarida, oligosakarida, dan polisakarida. Monosakarida merupakan suatu molekul yang dapat terdiri dari 5 atau 6 atom C, sedangkan oligosakarida merupakan polimer terdiri dari 2-10 monosakarida, dan pada umumnya polisakarida mempunyai lebih dari 10 monomer monosakarida. Senyawa-senyawa monosakarida dan oligosakarida berbentuk kristal, larut dalam air, serta memiliki rasa manis. Sedangkan senyawa-senyawa polisakarida berbentuk serbuk atau amorf, tidak larut dalam air, dan tidak berasa (tawar). Polisakarida merupakan polimer molekul-molekul monosakarida yang dapat berupa rantai lurus atau bercabang dan dapat dihidrolisis dengan enzim-enzim yang spesifik kerjanya. Hasil hidrolisisnya sebagian akan menghasilkan oligosakarida dan dapat dipakai untuk menentukan struktur polisakarida. Berat molekul polisakarida bervariasi sekitar 5000 sampai 500.000, tergantung pada jumlah monomer monosakarida yang dikandungnya. Jenis jenis polisakarida yang penting antara lain : pati (amilum),glikogen, dan selulosa. Pati, disebut juga amilum atau tepung dapat ditemukan dalam semua tumbuhtumbuhan. Ia tersimpan dalam semua buji dan umbi. Oleh karena pati mudah terhidrolisis menghasilkan glukosa-glukosa, maka pati banyak digunakan sebagai bahan makanan pokok. Hidrolisis pati atau polisakarida dalam bidang keilmuan merupakan langkah awal untuk mengetahui struktur molekul dari polisakarida yang diinginkan. Hidrolisis pati dengan sejumlah larutan asam (suasana asam) akan menghasilkan unit -unit monosakarida. Reaksi hidrolisis pati dalam suasana asam berlangsung menurut reaksi sebagai b erikut : (C6H10O5)n
+
nH2O
HCl
nC6H12O6
Untuk mempercepat jalannya hidrolisis pati, dibutuhkan suatu katalis HCl. Jalannya proses hidrolisis pati tapioka secara kimiawi dengan menggunakan katalis HCl sangaht berkaitan erat dengan mekanisme kerja dari katalis itu sendiri. Secara mikro, mkanisme kerja katalis dapat dijelaskan sebagai terjadinya tumbukan antar elektron yang mengakibatkan adanya perubahan konfigurasi elektron sehingga didapat unsur baru yang pada akhirnya menghasilkan senyawa baru.
Reaksi dan mekanisme kerja katalis HCl dalam menghidrolisis pati menjadi glukosa dapat dituliskan sebagai berikut : CH2OH
CH2OH O
H
H
H
OH
H
H
H RO
O
H
+
OH
RO
OR’
H
O
+
R’
H H
H
OH
OH
Pati
CH2OH
CH2OH O
H
+
H
H + RO
OH
O
H R’OH
H -H
H
H2O
H
RO
OH
H
O
+
+
H H
H
OH
CH2OH
H
OH
O H
H H RO
OH
H
H
OH
OH
Glukosa
Hidrolisis dengan menggunakan asam menyebabkan gelatinasi sempurna dari semua pati, dan menghasilkan hidrolisat yang mudah disaring. Akan tetapi didapat juga produk reverse yaitu garam-garam dan timbulnya warna akibat kerja katalitik yang tidak spesifik. Pati yang derajat kemurnianya kurang, mengandung kontamin protein yang akan ikut terhidrolisis bila digunakan asam, hal ini merupakan penyebab timbulnya warna coklat pada produk. Faktor-faktor yang berpengaruh terhadap reaksi hi drolisa : 1) Katalisator
Hampir semua reaksi hidrolisa memerlukan katalisator untuk mempercepat jalannya reaksi. Katalisator yang dipakai dapat berupa enzim atau asam sebagai katalisator, karena kerjanya lebih cepat. Asam yang dipakai beranekaragam mulai dari asam klorida (Agra dkk, 1973; Stout & Rydberg Jr., 1939), Asam sulfat sampai asam nitrat. 2) Suhu dan tekanan Pengaruh suhu terhadap kecepatan reaksi mengikuti persamaan Arhenius. Semakin tinggi suhu, maka semakin cepat jalannya reaksi. 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 pengaduk atau alat pengocok (Agra dkk,1973). 4) Perbandingan zat pereaksi Kalau salah satu zat pereaksi berlebihan jumlahnya, maka keseimbangan dapat menggeser ke sebelah kanan dengan baik. Oleh karena itu, suspensipati yang kadarnya rendah member hasil yang lebih baikdibandingkan kadar patinya tinggi.
Perkembangan Hidrolisis Pati
Proses hidrolisis pati dalam suasana asam pertama kali ditemukan oleh Kirchoff pada tahun 1912, namun produksi secara komersial mulai terjadi sejak tahun 1950. Pada proses ini sejumlah pati diasamkan hingga pH 2 kemudian dipanaskan dengan uap pada tanki o
bertekanan pada suhu 120 – 140 C. Derajat konversi yang diperoleh bergantung pada konsentrasi asam, waktu konversi, suhu, dan tekanan selama reaksi. Beberapa ilmuwan mencoba mengembangkan parameter-parameter reaksi guna mendapatkan hasil reaksi yang lebih baik dan lebih efisien, misalnya, merekomendasikan o
untuk menghidrolisis pati dengan HCl atau asam sulfat pad a suhu 100 C paling lama selama 75 menit. Percobaan ini dikembangkan lagi olewh Somogy dengan cara menentukan
parameter konsentrasinya. pada penemuannya diketahui bahwa campuran antara 0,5 % larutan pati dengan larutan H2SO4 4N pada suhu 100
o
C selama 75 menit dapat
menghasilkan 96% D-glukosa. Sementara itu, Bourne menemukan bahwa hidrolisis pati 3
o
dengan asam oksalat 1gr/cm pada suhu 100 C selama 4 jam akan menghasilkan glukosa sebagai produk utama. Hidrolisis tapioka (hasil ekstraksi di pabrik pengolahan tepung tapioka) dapat digunakan saebagai bahan baku pembuatan glukosa (sirup glukosa). Hidrolisis tapioka secara sam sebenarnya merupakan proses likuifaksi tapioka, yakni berupa pemutusan ikatan rantai-rantai molekul pati yang lemah sehingga perolehan glukosanya belum maksimal. Hidrolisis dengan menggunakan asam sudah sejak lama berusaha digantikan dengan menggunakan enzim. Enzim bekerja secara spesifik sehingga diharapkan bahwa kandungan bahan penyususn glukosa yang dihasilkan dapat diatur perbandingannya saesuai dengan sp[esifikasi yang telah ditetapkan terlebih dahulu. Contoh enzimnya : P-amilase, glokoamilase, dan lain-lain. Sirup glukosa adalah sejenis larutan yang amat kental dihasilkan dari hidrolisis pati dengan menggunakan katalisator asam, enzim, atau gabungan keduanya. Kandungan bahan gula pereduksi diukur sebagai ekivalen dari glukosa (DE) berkisar antara 18 – 73%, tergantung pada dosis enzim yang diberikan, lamanya proses, dan keinginan konsumer. Kandungan sakarida dalam sirup (umumnya disebut sprektrum gula) sangat bervariasi, terdiri dari glukosa, maltosa, iso amilosa, dekstrin, dan oligosakarida lainnya. Hidrolisis pati secara enzimatis merupakan proses sakarifikasi, yaitu proses pemutusan seluruh rantai molekul pati sehingga didapatkan perolehan glukosa yang maksimal. Karena itu, pada proses pembuatan glukosa secara asam biasanya diikuti oleh proses enzim dengan tujuan agar produk yang dihasilkan benar-benar murni glukosa. Proses hidrolisis lain yang mulai digunakan adalah hidrolisis secara mikrobiologi. Proses ini terutama bertujuan untuk mengkonversikan pati menjadi glukosa dengan menggunakan mikroorganisme tertentu dari golongan jamur, yaitu jenis Rhizopus delemar atau Rhizopus boulard. Proses secara mikrobiologi dibagi dalam 4 tahap, yaitu tahap di laboratorium, pilot plant pertama, pilot plant kedua, dan tahap pemurnian.
Selain ketiga cara di atas, proses hidrolisis dapat juga dilakukan secara basa, tetapi produk yang dihasilkan bukan glukosa, melainkan saccharinate (sakarin), salah satu zat pemanis sintesis. Pada proses secara asam, larutan berfungsi sebagai katalis, tetapi pada proses basa, larutan basa ikut sebagai pereaksi bersama pati. Jika basa yang digunakan adalah NaOH maka terbentuk natrium sakarin, jika yang digunakan Ca(OH)2, maka produknya adalah kalsium sakarin. Reaksi pembentukan sakarin akan menjadi lambat jika dalam pereaksi terdapat oksigen terlarut, karena adanya oksigen ini akan terbentuk asam-asam volatile seperti asam asetat dan asam format.
C. ALAT DAN BAHAN NO.
ALAT
BAHAN
1.
Penangas air
Pati ketela pohon 36 gram
2.
Peralatan refluks
HCl 25% 20 mL
3.
Gelas kimia 500 mL
Benedict
4.
Tabung reaksi 12 buah
Iodium
5.
Pipet ukur 5 mL
Aquades
6.
Pipet tetes
7.
Bola isap
8.
Batang pengaduk
9.
Botol semprot
10.
Neraca analitik
D. PROSEDUR KERJA
Pati 18 gram
Aquades 100 mL
Reaktor (Peralatan Refluks)
Memanaskannya pada suhu reaktor ±75°C
Proses Pengadukan
Larutan HCl 10%
terbentuk kanji
sebanyak 10 mL
Mengambil 2 ml pati setiap 10 menit
1 ml untuk uji amilum didalam tabung reaksi
1 ml untuk uji glukosa didalam tabung reaksi
Menambahkan Larutan KI Pada setiap larutan sampel
Menambahkan 2.5 mL Larutan Benedict Pada setiap larutan sampel
Mengamati Hasil Pengujian
Mengamati Hasil Pengujian
Proses pemanasan selama 5 menit
D. DATA PENGAMATAN
1. Persiapan Bahan
Massa
Volume
Konsentrasi
Massa
Rumus
Indeks
Berat
(gram)
(mL)
(%)
Molekul
Kimia
Bias
Jenis 3
(g/cm )
Pati
18
-
18%
-
(C6H10O5)n
-
1,5
Asam Klorida
-
10
10 %
36,5
HCl
1,5410
3,21
Glukosa
-
-
-
180
C6H12O6
-
0,8
2. Proses Hidrolisis Volume larutan induk
: 100 ml
Jumlah katalis HCl 100%
: 10 ml
Waktu operasi
: 60 menit
Konsentrasi Pati
: 18/100 X 100 % b/v
3. Uji Kualitatif dan Fisik a) Uji Amilum (Menambahkan Iodium Pada Setiap Larutan Sampel)
b) Uji Glukosa (Menambahkan Larutan Benedict Pada Setiap Larutan Sampel)
E. PENGOLAHAN DATA
o
T0 reaktor = 75 C o
T0 penangas = 122 C
Analisa
10 menit
20 menit
30 menit
40 menit
50 menit
60 menit
Waktu Amylum
++++
+++
++
-
-
-
Glukosa
++
+++
++++
++++
++++
++++
Keterangan :
Uji Amylum dengan menggunakan larutan KI
++++
: Warna Ungu tua pekat
+++
: Warna Ungu tua
++
: Warna Ungu
-
: Warna Kuning Bening (sudah terhidrolisis sempurna)
Uji Glukosa dengan menggunakan larutan Benedict
++++
: merah keruh pekat
+++
: merah keruh
++
: merah keruh
