MAKALAH PROSES INDUSTRI KIMIA II (Hidrolisis Glukosa Dari Tepung Maizena)
DISUSUN OLEH :
1. Dika Fatmawati
(1500020138)
2. Enggar Dwi Ardani
(1600020070)
3. Dhenok Widiastuti
(1600020077)
4. Lenggo Geni Katlin J
(1600020085)
5. Nirwan Triyadi
(1600020057)
6. Ahmad Saidi Noor
(1600020105)
7. Sarah Fazlia
(1600020113)
8. Alma Fauziah
(1611020101)
9. Yohanes Baptista S
(1600020093)
TEKNIK KIMIA FAKULTAS TEKNOLOGI INDUSTRI UNIVERSITAS AHMAD DAHLAN YOGYAKARTA 2018
i
KATA PENGANTAR
Puji syukur kami panjatkan kehadirat Tuhan Yang Maha Esa karena dengan rahmat dan hidayah- Nya kami dapat menyelesaikan makalah mengenai “Hidrolisis Glukosa Dari Tepung Maizena” dengan lancar, untuk memenuhi tugas yang diberikan oleh Dosen pengampu matakuliah Proses Industri Kimia II. Namun, kami menyadari bahwa makalah ini masih ada hal-hal yang belum sempurna dan luput dari perhatian penulis. Baik itu dari bahasa yang digunakan maupun dari teknik penyajiannya. Pada kesempatan ini, kami juga ingin menyampaikan ucapan terima kasih kepada Ibu Gita Indah Budiarti, S.T., M.T., selaku dosen pengampu mata kuliah Proses Industri Kimia II serta berbagai pihak yang telah membantu penyelesaian makalah ini baik secara langsung maupun tidak langsung, sehingga dapat memperlancar proses pembuatan makalah ini. Kami sangat berharap makalah ini dapat menambah wawasan serta pengetahuan kita mengenai Hidrolisis Glukosa Dari Tepung Maizena. Sekiranya juga makalah yang telah disusun dapat berguna bagi kami maupun orang yang membacanya. Kami mengharapkan kritik dan saran yang membangun demi perbaikan makalah ini di waktu yang akan datang.
Yogyakarta, September 2016
Penyusun
ii
DAFTAR ISI
Cover .................................................. ....................................................................... i Kata Pengantar .......................................................................................................... ii Daftar Isi .................................................................................................................... ii BAB I PENDAHULUAN ......................................................................................... 1 1.1 Latar Belakang ........................................................................................ 1 1.2 Rumusan Masalah ................................................ ................................... 2 1.3 Tujuan ................................................. .................................................... 2 BAB II PEMBAHASAN .............................................. ............................................ 3 2.1 Glukosa ................................................................................................... 3 2.2 Reaksi Hidrolisis .................................................. ................................... 4 2.3 Pati jagung ................................................... ............................................ 7 2.4 Hidrolisis Pati .............................................. ............................................ 8 2.5 Peoses Hidrolisis Glukosan dengan Tepung M aizena ............................ 8 BAB III PENUTUP .................................................................................................. 12 3.1 Kesimpulan ................................................. ............................................ 12 3.2 Saran ........................................................................................................ 13 DAFTAR PUSTAKA ................................................... ............................................ 14
iii
BAB I PENDAHULUAN
1.1 Latar Belakang
Jagung termasuk tanaman yang familiar bagi sebagian masyarakat di Indonesia dan sudah bukan barang atau komoditas baru dalam pertaian, jagung adalah salah satu komoditas tanaman yang memiliki manfaat penting bagi masyarakat Indonesia untuk kelangsungan hidup manusia itu sendiri. Jagung biasa di konsumsi masyarakat tanpa perlu pengolahan yang rumit, namun sekarang ini sudah banyak masyarakat sadar akan mafaat yang dihasilkan dari jagung sehingga jagung dapat diolah menjadi berbagai macam produk seperti pemanis rendah gula bahkan diolah enjadi tepung atau biasa disebut dengan tepung maizena. Tepung maizena atau tepung pati jagung adalah tepung yang biasa dikonsumsi masyarakat. Pati adalah karbohidrat yang merupakan polimer glukosa dan terdiri atas amilosa dan amilopektin. Karbohidrat adalah senyawa makromolekul yang mengandung C, H dan O dengan rumus (CH2O)n, yaitu senyawa yang n atom karbonnya terhidrasi oleh n air. Senyawa karbohidrat memiliki sifat pereduksi karena mengandunggugus karbonil aldehid atau keton dan gugus hidroksil yang sangat banyak. Komponen utama jagung adalah pati, yaitu sekitar 70% dari bobot biji. Komponen karbohidrat lain adalah gula sederhana, yaitu glukosa, sukrosa dan fruktosa, 1-3% dari bobot biji. Pati terdiri atas dua jenis polimer glukosa, yaitu amilosa dan amilopektin. Mengingat kandungan utama jagung adalah pati, maka potensi pati dalam bahan ini yang perlu dioptimalkan. Agar pati dalam jagung
dapat dimanfaatkan untuk menghasilkan berbagai macam
produk dengan nilai tambah yang lebih tinggi, maka proses hidrolisis pati menjadi glukosa merupakan tahapan utama yang perlu mendapat perhatian. 1
Hidrolisis pati dapat dilakukan menggunakan cara hidrotermal, menggunakan larutan asam, enzim ataupun kombinasi ketiganya. Setiap metode yang digunakan mempunyai kelebihan dan kekurangan. Proses hidrotermal atau asam biasanya berlangsung dalam waktu singkat, namun berpotensi menghasilkan senyawa inhibitor seperti hidroksi metil furfural (HMF) yang dapat menghambat pada proses fermentasi. Proses enzimatis lebih ramah lingkungan, tidak berpotensi menghasilkan senyawa inhibitor, namun prosesnya berlangsung lebih lama dan seringkali lebih mahal.
1.2 Rumusan Masalah
Berdasarkan latar belakang diatas, maka dapat dirumuskan suatu masalah yaitu : 1. Apa yang dimaksud dengan hidrolisis glukosa ? 2. Mengapa menggunakan tepung maizena atau pati jagung untuk di hidrolisis? 3. Bagaimana cara untuk menghidrolisisnya? 4. Apa kegunaan dari hasil yang diperoleh ?
1.3 Tujuan
Tujuan dari makalah ini adalah : 1. Mengetahui apa yang dimaksud dengan hidrolisis glukosa 2. Mengetahui alasan menggunakan tepung maizena untuk dihidrolisis 3. Mengetahui cara untuk menghidrolisis tepung maizena 4. Mengetahui kegunaan dari hasil yang diperoleh
2
BAB II PEMBAHASAN
2.1. Glukosa
Glukosa merupakan suatu aldoheksosa, disebut juga dekstrosa karena memutar bidang polarisasi ke kanan. Glukosa merupakan komponen utama gula darah, menyusun 0,065- 0,11% darah kita. Glukosa dapat terbentuk dari hidrolisis pati, glikogen, dan maltosa. Glukosa sangat penting bagi kita karena sel tubuh kita menggunakannya langsung untuk menghasilkan energi. Glukosa dapat dioksidasi oleh zat pengoksidasi lembut seperti pereaksi Tollens sehingga sering disebut sebagai gula pereduksi. Glukosa banyak digunakan sebagai bahan baku industri makanan dan minuman, serta industri farmasi. Hal ini didasari oleh beberapa kelebihan sirup glukosa dibandingkan sukrosa diantaranya sirup glukosa tidak mengkristal seperti halnya sukrosa jika dilakukan pemasakan pada suhu tinggi, inti kristal tidak terbentuk sampai larutan sirup glukosa mencapai kejenuhan 75%. Glukosa dipergunakan dalam industri makanan dan minuman, terutama dalam industri permen, selai dan pembuatan buah kaleng. Kemajuan dalam konversi enzim dapat menghasilkan glukosa dengan kadar dekstrosa 95%, kadar dekstrosa lebih tinggi dapat diperoleh dengan menggunakan substrat yang lebih rendah, tetapi ada batas ekonomisnya. Kegunaan Glukosa bagi industri: 1. Bahan baku produksi fruktosa dan sorbitol 2. Banyak digunakan dalam industriobat-obatan 3. Bahan baku pembuatan bioethanol 4. Industri makanan dan minuman sebagai sirup glukosa
3
2.2. Reaksi Hidrolisis
Glukosa dipergunakan dalam industri makanan dan minuman, terutama dalam industri permen, selai dan pembuatan buah kaleng. Kemajuan dalam konversi enzim dapat menghasilkan glukosa dengan kadar dekstrosa 95%, kadar dekstrosa lebih tinggi dapat diperoleh dengan menggunakan substrat yang lebih rendah, tetapi ada batas ekonomisnya. Hidrolisis meliputi proses pemecahan menjadi monomer gula penyusunnya. Hidrolisis sempurna menghasilkan monomer gula sedangkan hidrolisis parsia menghasilkan disakarida ataupun polisakarida yang lebih sedrhana. Teknologi biokimia dapat dikelompokkan menjadi tiga sub kelompok berdasarkan metode hidrolisis yang digunakan, yaitu: 1) hidrolisis asam encer (dilute acid hydrolysis), 2) hidrolisis asam pekat (concentrated acid hydrolysis), 3) hidrolisis enzymatic (enzymatic h ydrolysis). a.
Secara umum hidrolisis asam encer terdiri dari dua tahap. Tahap pertama dilakukan dalam kondisi yang rendah dari tahap yang kedua. Tahap ini sebagian besar himeselulosa akan terhidrolisis. Tahap kedua dioptimalkan untuk menghidrolisis selulosa.
b.
Perbedaan hidrolisis asam pekat dengan hidrolisis asam encer. Hidrolisis asam pekat meliputi proses dekristalisasi selulosa dengan asam pekat dan dilanjutkan dengan hidrolisis selulosa dengan asam encer. Tantangan utama dari teknologi adalah pemisahan gula dengan asam, recorvery asam, dan rekonsentrasi.
c.
Proses hidrolisis enzimatik mirip dengan proses-proses diatas yaitu dengan mengganti asam dengan enzim. Teknik ini dikenal dengan teknik hidrolisis dan fermentasi terpisah (separated hudrolysis and fermentation). Hidrolisis dengan enzim tidak membuat atau menghasilkan kondisi lingkungan yang kurang mendukung proses biologi/fermentasi seperti
4
pada hidrolisis dengan asam, kondisi ini memungkinkan untuk dilakukan tanpa hidrolisis dan frementasi secara bersamaan yang dikenal dengan Simulaneuos Saccharification and Fermentation. Faktor yang berpengaruh pada proses hidrolisis antara lain: a. Suhu Reaksi Suhu
mempengaruhi
jalanya
reaksi
hidrolisis,
terutama
pada
kecepatan reaksinya. Hidrolisis dari pati mengikuti persamaan reaksi orde satu dengan kecepatan reaksi yang berbeda-beda untuk setiap jenis pati. Untuk kisaran suhu 90-100oC, kecepatan reaksi meningkat dua kali lebih cepat setiap kenaikan suhu 5oC. Sedangkan secara keseluruhan, pada umumnya kecepatan reaksi hidrolisis akan meningkat dua kali lebih cepat setiap kenaikan suhu 10oC. Dengan penggunaan suhu yang lebih tinggi, maka waktu reaksi dapat di minimalkan. (Groggins, 1958). Penggunaan suhu tinggi juga dapat meminimalkan penggunaan katalisator sehingga biaya operasional lebih ekonomis. Tapi jika suhu yang dipakai terlalu tinggi,konversi akan menurun. Hal ini disebabkan adanya glukosa yang pecah menjadi arang. b. Waktu Reaksi Waktu reaksi mempengaruhi konversi yang dihasilkan. Semakin lama waktu reaksi, maka semakin tinggi pula konversi yang di hasilkan. Hal ini disebabkan oleh kesempatan zat reaktan untuk saling bertumbukan dan bereaksi semakin besar, sehingga konversi yang di hasilkan semakin tinggi. c. Konsentrasi Katalis Penggunaan katalisator pada reaksi hidrolisis dilakukan pertama kali oleh Braconnot pada 1819. Beliau menghidrolisis linen (selulosa) menjadi gula fermentasi dengan menggunakan asam sulfat pekat. Setelah itu ditemukan bahwa asam dapat digunakan sebagai 5
katalisator untuk mempercepat reaksi hidrolisis (Groggins, 1958). Katalisator yang biasa di gunakan berupa asam, yaitu asam klorida, asam sulfat, asam sulfit, asam nitrat, atau yang lainnya. Makin banyak asam yang di pakai sebagai katalisator, makin cepat jalannya reaksi hidrolisa. Penggunaan katalisator dengan konsentrasi kecil (larutan encer) lebih disukai karena akan memudahkan pencampuran sehingga reaksi dapat berjalan merata dan efektif. Penggunaan konsentrasi katalisator yang kecil dapat mengurangi kecepatan reaksi. Namun hal ini dapat diatasi dengan menaikkan suhu reaksi. d. Kadar Suspensi Selulosa Perbandingan antara air dan selulosa dapat membuat reaksi hidrolisis berjalan dengan cepat. Bila air berlebihan, maka tumbukan antara selulosa dan air akan berkurang dan akan memperlambat jalannya reaksi. e. Netralisasi Proses hidrolisis yang dilakukan dalam penelitian ini merupakan proses hidrolisis partial, sehingga diperlukan penghentian reaksi agar tak terjadi pemecahan senyawa lebih lanjut. Proses hidrolisis diakhiri dengan menghentikan pemanasan yang dilakukan dalam autoclave, dan menetralisasi suasana asam. Kondisi asam oleh asam klorida dinetralisasi dengan larutan natrium karbonat. 2
HCl + Na2CO3 2 NaCl + H2O + CO2
Penambahan larutan natrium karbonat sebanyak 15 ml dengan konsentrasi
tertentu
sesuai
dengan
perhitungan
berdasarkan
konsentrasi dari HCl yang berbeda-beda, sampai kondisi larutan menjadi netral (pH ± 7).
6
2.3. Pati Jagung
Pati jagung terbuat dari endosperma jagung yang mengandung pati amilopektin amylose dan molekul. Dalam bahasa sehari-hari (bahkan kadangkadang di khazanah ilmiah), istilah "pati" kerap dicampuradukkan dengan "tepung" serta "kanji". "Pati" (bahasa Inggris starch) adalah penyusun (utama) tepung. Pati merupakan komponen utama pangan yang dihasilkan oleh tanaman. Pati merupakan campuran dua jenis polisakarida yang berbeda yaitu: a. Amilosa Amilosa adalah polimer linear yang terhubung 1,4 pendek rantai glukosa. Pada umumnya molekul amilosa terdiri atas 50 sampai 500 unit glukosa yang bergabung dalam rantai lurus. Pada pati (tepung) jagung amilosa fraksi adalah sekitar 25-30% dan memiliki berat molekul sekitar 250.000. b. Amilopektin Amilopektin terdiri dari sekitar 70-75% dari pati jagung ditemukan di kernel dan memiliki berat molekul sekitar 50-500 juta. Amilopektin adalah polimer bercabang mengulang dasar 1,4 unit glukosa dihubungkan dengan cabang-cabang yang terhubung 1,6 glukosa. Terjadi percabangan tidak teratur dalam pati, kira-kira satu per lima unit glukosa. Hidrolisis pati terjadi disebabkan oleh pengaruh asam atau suatu enzim. Jika pati dipanaskan dengan penambahan asam akan terpecah sempurna menjadi molekul- molekul yang lebih kecil, menghasilkan produk akhir glukosa. Dengan persamaan reaksi sebagai berikut : (C6H10O5)n + nH2O → nC6H12O6 Pati
Air
7
Glukosa
2.4. Hidrolisis Pati
Reaksi hidrolisa pati merupakan reaksi pemecahan pati menjadi struktur gula yang lebih sederhana. Reaksi hidrolisa berlangsung lambat sehingga untuk mempercepat reaksi perlu menggunakan katalisator. Pada hidrolisa pati, katalisator yang biasa dipakai adalah katalis asam dan katalis enzim. Kelemahan hidrolisa pati dalam suasana asam yaitu dapat menghasilkan produk dengan rasa dan warna yang buruk karena asam memiliki sifat yangsangat reaktif dan proses pemurnian produk yang sulit, sedangkan pada hidrolisa pati denganmenggunakan enzim memberi keuntungan antara lain yaitu produk lebih murni, biaya yangmurah dan tanpa produk samping yang berbahaya. Kerja enzim amilase dalam menghidrolisispati adalah dengan memotong ikatan 1,4-α-glukosa, tetapi tidak memotong ikatan 1,6-α-glukosa. Jenis ikatan polimer pada amilosa lebih mudah dipotong oleh enzim α-amilasedaripada jenis ikatan polimer pada amilopektin. Dekstrin merupakan salah satu produk hasil hidrolisis pati berwarna putih hingga kuning. Pati akan mengalami proses pemutusan rantai oleh enzim atau asam selamapemanasan menjadi molekul-molekul
yang
lebih
kecil.
Ada
beberapa
tingkatan
dalam
reaksihidrolisis yaitu molekul pati mula-mula pecah menjadi unit rantai glukosa yang lebih pendek(6-10 molekul) yang disebut dekstrin. Dekstrin kemudian pecah menjadi maltosa yangselanjutnya pecah lagi menjadi unit terkecil glukosa.
2.5. Proses Hidrolisis Glukosa dengan Tepung Maizena (Pati Jagung)
Proses pembuatan glukosa dibagi menjadi 2 cara, yaitu: 1. Hidrolisa dengan asam kuat Bahan yang mengandung pati dari jagung atau lainnya dimasukkan dalam mixer dengan menambahkan air pada suhu 30°C, kemudian dihidrolisis
8
dengan asam kuat sebagai katalisator dan dipanaskan pada suhu 80°C 105°C. 2. Fermentasi dengan enzim Bahan dicampur dengan menambahkan air dan pemanasan pada suhu 60°C 90°C, kemudian difermentasikan dengan enzim pada pH 4,5 – 6, kemudian dimasukkan dalam reaktor pada suhu operasi 60°C. Dari kedua proses diatas dipilih proses pembuatan glukosa dengan bahan baku tepung maizena dengan hidrolisis HCL dengan pertimbangan sebagai berikut: 1.
Jagung penghasil pati banyak terdapat di Indonesia, mudah diperoleh, murah harganya dan tanaman penghasilnya mudah dibudidayakan. Pemanfaatan pati jagung yang memiliki nilai rendah dimaksudkan untuk memenuhi bahan pemanis pada bahan makanan, minuman, dan obat-obatan yang selama ini masih diimpor dan untuk mengurangi ekspor.
2.
Operasi sederhana.
3.
Peralatan tidak rumit sehingga tidak banyak membutuhkan banyak tenaga ahli
Reaksi yang terjadi adalah : HCl
(C6H10O5)n + nH2O
n(C6H12O6)
Reaksi antara pati jagung dengan air merupakan reaksi padat cair yang menggunakan HCl sebagai katalisator. Dengan waktu tinggal di reaktor 1,5 jam konversi yang dicapai adalah 80%.
2.5.1. Diagram Alir Kualitatif Merupakan susunan blok yang menggambarkan proses pembuatan glukosa dari tepung maizena dan air. Dimana tiap arus dilengkapi data bahan-bahan yang mengalir dan tiap blok mewakili alat tertentu yang dilengkapi data kondisi operasi (P dan T), seperti dapat dilihat gambar 1.
9
Gambar .1. Diagram Alir Kualitatif Keterangan : 1. Tangki (T-01) : Tangki penyimpan HCL
11. Hopper (H-01) : Menampung
2. Tangki (T-02) : Tangki penyimpan NaOH
sementara sebelum
3. Tangki (T-03) : Tangki penyimpan C6H12O6
(C6H10O5) (S-02)
pati
jagung
diumpankan
ke
Mixer. 12. Hopper
4. Silo (S-01) : Tangki penyimpan pati
5. Silo
10. Mixer (M – 01)
(H-02)
Menampung
:
sementara
Natrium Karbonat sebelum :
Tangki
penyimpan
Natrium Karbonat (Na2CO3)
di umpankan ke Mixer. 13. Reaktor (R-01)
6. Belt conveyor (BC-01)
14. Netralizer (N)
7. Belt Conveyor (BC-02)
15. Thickener (TH) : Sebagai
8. Bucket elevator (BE-01) : Mengangkut jagung ke Silo.
pemisah padatan dan cairan hasil keluaran neutralizer
9. Bucket Elevator (BE-02) : Mengangkut Natrium Karbonat ke Silo.
10
2.5.2. Diagram Alir Kuantitatif Merupakan susunan blok yang menggambarkan proses pembuatan glukosa dari tepung maizena dan air dimana tiap arus dilengkapi data bahan-bahan yang mengalir beserta laju alirnya(dalam kg/jam), seperti dapat dilihat pada gambar 2.
Gambar .2. Diagram Alir Kuantitatif
11
BAB III PENUTUP
3.1 KESIMPULAN
1. Pati adalah karbohidrat yang merupakan polimer glukosa dan terdiri atas amilosa dan amilopektin. Senyawa karbohidrat memiliki sifat pereduksi karena mengandunggugus karbonil aldehid atau keton dan gugus hidroksil yang sangat banyak. Reaksi hidrolisa pati merupakan reaksi pemecahan pati menjadi struktur gula yang lebih sederhana. Pada hidrolisa pati, katalisator yang biasa dipakai adalah katalis asam dan katalis enzim. 2. Hidrolisis meliputi proses pemecahan menjadi monomer gula penyusunnya. Hidrolisis sempurna menghasilkan monomer gula sedangkan hidrolisis parsia menghasilkan disakarida ataupun polisakarida yang lebih sedrhana. 3. Faktor yang berpengaruh pada proses hidrolisis antara lain: a. Suhu Reaksi b. Waktu Reaksi c. Konsentrasi Katalis d. Kadar Suspensi Selulosa e. Netralisasi 3. Proses Hidrolisis Glukosa dengan Tepung Maizena (Pati Jagung) dibagi menjadi 2 cara yaitu: a. Hidrolisa dengan asam kuat b. Fermentasi dengan enzim
12
3.2 SARAN
Menyadari bahwa penulis masih jauh dari kata sempurna, kedepannya penulis akan lebih fokus dan detail dalam menjelaskan tentang makalah di atas dengan sumber – sumber yang lebih banyak yang tentunda dan dapat di pertanggung jawabkan. Dan semoga makalah ini dapat memenuhi tugas perkuliahan “Proses Industri Kimia II”, dan semoga makalah ini dapat bermanfaat bagi kami maupun orang yang membacanya.
13
DAFTAR PUSTAKA
Chairil Anwar, 1994. Pengantar Praktikum Kimia Organik. Depdikbud Dirjen Pendidikan Tinggi: Yogyakarta Kusnawidjaya, Kurnia.1083. Biokimia. Penerbit Alumni: Bandung Martoharsono, Seoharsono. 1975. Biokimia. Gadja Mada University Press: Yogyakarta Poedjadi, Anna. 1994. Dasar - Dasar Biokimia. Universitas Indonesia: Jakarta Riski, Puji. 2015. Pengertian, Manfaat, Macam-macam Hidrolisis. http://www.softilmu.com/2015/12/pengertian-manfaat-macamhidrolisis.html?m=1. Diakses tanggal 04 Mei 2018.
14
