pembuatan sirup glukosa dari kulit singkong dengan proses hidrolisis enzymatis

PROPOSAL PENELITIAN “PEMBUATAN SIRUP GLUKOSA DARI KULIT SINGKONG DENGAN PROSES HIDROLISIS ENZIM“

BAB I PENDAHULUAN I.1 Latar Belakang

Singkong merupakan sumber karbohidrat yang melimpah di Indonesia. Selain menghasilkan tepung, pengolahan singkong juga menghasilkan limbah, baik limbah padat maupun limbah cair.Dari limbah singkong baik limbah padat maupun limbah cair dapat berdampak buruk. Limbah padat dari pembuatan tapioka mengandung sianida yang dapat mengakibatkan keracunan seperti , sakit kepala, sesak nafas, tubuh lemah, buang air kecil tidak lancar. Penderitanya menyangka kena sakit biasa. Mereka tidak menyadari telah teracuni bahan kimia berbahaya dari sianida yang terkandung didalam singkong. Limbah yang berupa kulit singkong ini, nantinya akan diolah menjadi sirup glukosa . Sirup . Sirup Glukosa mudah dibuat dari hidrolisis pati.Presentase jumlah limbah kulit singkong singkong sendiri untuk untuk bagian luar sebesar 0,5-2% dari berat total singkong segar dan limbah kulit bagian dalam sebesar 8-15%. Proses pengolahan pati menjadi gula dapat dilakukan dengan menggunakan katalis enzim. Pengolahan pati degan bantuan katalis enzim terdiri dari dua tahap, yaitu likuifaksi dan sakarifikasi. Pada tahap likuifaksi, enzim yang yang digunakan digunakan adalah enzim α-amilase.. α-amilase.. Kemudian proses sakarifikasi menggunakan enzim β-amilase β-amilase sementara pengolahan dilanjutkan dengan menganalisa kadar glukosa sampel. Dalam hal ini , kulit singkong yang sering kali dianggap limbah yang tidak berguna oleh sebagian industri berbahan baku singkong masih belum banyak dimanfaatkan dan dibuang begitu saja dan umumnya hanya digunakan sebagai pakan ternak. Kulit singkong dapat dapat menjadi produk yang bernilai ekonomis tinggi, tinggi, diolah menjadi sirup glukosa. Sirup glukosa dapat digunakan sebagaipemanis alternatif yang berpotensi.. Kulit bagian dalam inilah yang digunakan untuk dijadikan gula cair. Limbah kulit singkong ini dapat menjadi alternatif lain sehingga produksi singkong tidak hanya difokuskan pada isinya saja sedangkan kulitnya hanya terbuang percuma. Sirup glukosa ( glucose ( glucose syrup) syrup) banyak digunakan

dalam

industri

makanan,

seperti

Program Studi Teknik Kimia Fakultas Teknik Universitas Pembangunan Nasional “Veteran” Jawa Timur

penyedap

rasa,

Page1


pembuatan monosodium glutamat, High Boiled Sweet, Caramels, Toffee, Fondants Creams, Gums, Jelies, Jelies , Pastilles, Marsh mallow, Nougat, Frozen Dessert Dried , Dried Glucose Syrup, Maltodextrins (Dried Starch Hydrolisates), Soup sauce mixes, Coffee whitener, topping, dessert powders, plefillings, sugar confectionery, confectionery, Dextrose Monohydrate (D Glucose) dan lain-lain, selain itu sirup glukosa dapat dijadikan bahan baku pembuatan bioethanol yang dapat menjadi bahan bakar alternatif yang mendukung mendukung program pemerintah Waste to Energy . 1.2 Penelitian Pendahulu

1. Menurut I Wayan Arnata (2012) (2012) Produksi Produksi Glukosa Cair dari Pati Ubi Jalar Melalui Proses Likuifikasi dan Sakarifikasi Secara Enzimatis. Penelitian dengan bahan baku ubi jalar yang di ambil pati nya untuk diolah menjadi Glukosa cair dengan proses likuifikasi dan sakarifikasi dengan menggunkan enzim α-amilase. α-amilase. Pada Pada tahap likuifikasi diperlakukan konsentrasi enzim ααamylase dan suhu hidrolisis. Konsentrasi enzim α-amilase α -amilase terdiri dari tiga level yaitu 0,8 ml/kg pati (K1), 1 ml/kg pati (K2) dan 1,2 ml/kg pati (K3) (K3) sedangkan suhu suhu hidrolisis terdiri dari 3 level yaitu 90 oC (S1), 95 oC (S2) dan 100

o

C (S3). Pada tahap sakarifikasi diperlakukan konsentrasi enzim

amiloglukosidase dan suhu proses. Konsentrasi enzim amiloglukosidase terdiri dari tiga level yaitu 0,8 ml/kg pati (K1), 1 ml/kg pati (K2) (K2) dan 1,2 ml/kg pati (K3), sedangkan suhu proses 50 oC (S1), 55 oC (S2) dan 60 oC (S3). Dari hasil penelitian diperoleh total gula dari pati ubi jalar yang dipergunakan adalah 240,39 g/L. Pada proses likuifikasi, dengan konsentrasi enzim α -amylase 1,2 ml/kg dan suhu proses proses 100 100 oC menghasilkan konsentrasi gula reduksi tertinggi yaitu 57,56 ± 4,81 g/L dengan nilai DE 23,95%. Pada proses sakarifikasi menunjukkan bahwa pada konsentrasi konsentrasi enzim amiloglukosidase

1,2 ml/kg

dengan suhu proses 60°C menghasilkan konsentrasi glukosa 225,76 ± 2.46 g/l dengan nilai DE 93,92 %. α -Amilase 2. Menurut Jonathan Giovanni etc. (2013) Variasi Waktu Dan Enzim α-Amilase pada Hidrolisis Pati Sukun ( Artocarpus Altilis Park.). Bahan dasar pada Program Studi Teknik Kimia Fakultas Teknik Universitas Pembangunan Nasional “Veteran” Jawa Timur

Page2


penelitian ini adalah tepung sukun yang diperoleh dari fakultas pertanian Universitas Gadjah Mada Yogyakarta. Bahan yang digunakan untuk menghidrolisis pati setiap sampel 40gram/100ml adalah enzim α-amilase merek Liquozyme Supra produksi dari Liquid Sunshine Destilery. Percobaan ini menggunakan Rancangan Acak Lengkap (RAL) Faktorial dengan kombinasi perlakuan faktorial 3 x 3 yang terdiri dari 3 kali ulangan pada satu perlakuan. a. Enzim α – amylase : 0,01; 0,02; dan 0,03 % berat kering bahan b. Waktu hidrolisis : 90 menit, 120 menit, dan 150 menit. Dengan hasil terbaik 22,36% kadar glukosa yang diperoleh dengan waktu hidrolisa 120 menit dan dengan penambahan enzim 0,03%.

3. Menurut Agus Triyono (2008) Karakteristik gula glukosa dari hasil hidrolisa pati ubi jalar (ipomoea batatas, l.) Dalam upaya pemanfaatan pati umbi – umbian. Percobaan ini terdiri dari tiga taraf perlakuan dan masing-masing diulangi sebanyak enam kali. perlakuan yang dicobakan adalah cara proses hidrolisa : a1 = 0,1 % HCl dan enzim AMG 0,05 %, a2 = 0,2 % HCl dan enzim AMG 0,05 %, a3 = enzim α -amilase 0,03 % dan enzim AMG 0,05 %, Dengan rancangan linier yang digunakan adalah Yij = µ + Ki + Aj + εij, Yij = variabel respon pada kelompok ke-k, perlakuan cara hidrolisa ke-i, µ = rata-rata, Ki = Pengaruh kelompok taraf ke-i Aj = pengaruh perlakuan cara hidrolisa ke- j, εik = Pengaruh faktor acak terhadap sirup glukosa yang mendapat perlakuan kelompok ke-i, cara hidrolisa ke-j. Hasil yang didapat, Perlakuan cara hidrolisis dari a3 kombinasi tahap likuifikasi dan tahap sakarifikasi dengan cara

enximatik dan

enzimatik berpengaruh nyata

terhadap warna, kejernihan, dan rendemen sirup glukosa hasil hidrolisis enzimatis pati ubi jalar. Perlakuan terbaik adalah perlakuan cara hidrolisa dari kombinasi secara enzimatis dan enzimatis, yaitu dengan karakteristik warna sedikit kekuningan (a = -5,29 dan b = -0,07), rendemen sebesar 40,74 %, kadar padatan terlarut 81° Brix, kadar air 16,10 %, dan

kadar gula

pereduksi 38,15 %.


Page3


I.3 Perumusan Masalah

Dari uraian diatas tampaknya proses pembuatan etanol gel masih memiliki beberapa masalah, yaitu : 1. Bagaimanakan pembuatan sirup glukosa dengan menggunakan bahan kulit singkong ? 2. Berapakan kadar glukosa yang diperoleh dari pengolahan kulit singkong menggunakan hidrolisis enzimatis ? 1.4 Tujuan Penelitian

Tujuan dari penelitian ini kami melakukan hidrolisa pati dari kulit singkong secara enzimatis menggunakan enzim β-amilase dan α-amilase. 1.5 Manfaat Penelitian

Adapun manfaat penelitian ini dimaksudkan untuk mengurangi jumlah limbah yang berupa kulit singkong dengan mengolahnya menjadi sirup glukosa dengan proses hidrolisis enzimatis sehingga meningkatkan nilai jual limbah . .


Page4


BAB II TINJAUAN PUSTAKA II.1 Singkong

Singkong atau cassava ( Manihot esculenta) pertama kali dikenal di Amerika Selatan yang dikembangkan di Brasil dan Paraguay pada masa prasejarah. Potensi singkong menjadikannya sebagai bahan makanan pokok penduduk asli Amerika Selatan bagian utara, selatan Mesoamerika, dan Karibia sebelum Columbus datang ke Benua Amerika. Ketika bangsa Spanyol menaklukan daerah-daerah itu, budidaya tanaman singkong pun dilanjutkan oleh kolonial Portugis dan Spanyol. SPESIFIKASI : Nama umum Indonesia

: Singkong, Ketela pohon, ubi kayu,[pohung, kasbi, sepe, boled,

budin (Jawa)], sampeu (Sunda), kaspe (Papua) Inggris

: Cassava, tapioca plant

Pilipina

: Kamoteng kahoy

Kingdom

: Plantae (Tumbuhan)

Subkingdom : Tracheobionta (Tumbuhan berpembuluh) Super Divisi

: Spermatophyta (Menghasilkan biji)

Divisi

: Magnoliophyta (Tumbuhan berbunga)

Kelas

: Magnoliopsida (berkeping dua / dikotil)

Sub Kelas

: Rosidae

Ordo

: Euphorbiales

Famili

: Euphorbiaceae

Genus

: Manihot

Spesies

: Manihot esculenta Crantz

Singkong adalah bahan makanan yang biasa dikonsumsi oleh masyarakat Indonesia. Singkong mengandung energi sebesar 154 kilokalori, protein 1 gram, karbohidrat 36,8 gram, lemak 0,3 gram, kalsium 77 miligram, fosfor 24 miligram, Program Studi Teknik Kimia Fakultas Teknik Universitas Pembangunan Nasional “Veteran” Jawa Timur

Page5


dan zat besi 1,1 miligram. Selain itu di dalam Singkong juga terkandung vitamin A sebanyak 0 IU, vitamin B1 0,06 miligram dan vitamin C 31 miligram. Hasil tersebut didapat dari melakukan penelitian terhadap 100 gram Singkong, dengan jumlah yang dapat dimakan sebanyak 85 % (Salim,2011). Selain itu, juga ada informasi yang secara rinci juga mengungkapkan mengenai Komposisi Kandungan Nutrisi/Gizi pada Singkong yaitu sebagai berikut : Nama Bahan Makanan : Singkong Nama Lain / Alternatif : Ketela Pohon / Ubi Kayu Banyaknya Singkong yang diteliti (Food Weight) = 100 gr Bagian Singkong yang dapat dikonsumsi (Bdd / Food Edible) = 75 % Tabel 2.1 Kandungan gizi pada Singkong Kandungan Gizi pada Singkong Energi

146 kkal

Protein

1,2 gr

Lemak

0,3 gr

Karbohidrat

34,7 gr

Kalsium

33 mg

Fosfor

40 mg

Zat Besi

1 mg

Vitamin A

0 IU

Vitamin B1

0,06 mg

Vitamin C

30 mg

(Sumber Informasi Gizi : Berbagai publikasi Kementerian Kesehatan Republik Indonesia serta sumber lainnya.) Di dunia, ketela pohon merupakan komoditi perdagangan yang potensial. Negara-negara sentra ketela pohon adalah Thailand dan Suriname. Sedangkan sentra utama ketela pohon di Indonesia di Jawa Tengah dan Jawa Timur.Di Indonesia singkong, atau ubi kayu, bodin, sampai mempunyai arti ekonomi Program Studi Teknik Kimia Fakultas Teknik Universitas Pembangunan Nasional “Veteran” Jawa Timur

Page6


penting dibandingkan dengan umbi-umbi lainnya. Jenis ini kaya akan karbohidrat dan merupakan makanan pokok di daerah tandus di Indonesia (Salim,2011).

Gambar 2.1 Singkong II.2 Kulit Singkong

Kulit singkong sering kali dianggap limbah yang tidak berguna oleh sebagian industri berbahan baku singkong. Oleh karena itu, bahan ini masih belum banyak dimanfaatkan dan dibuang begitu saja dan umumnya hanya digunakan sebagai pakan ternak. Kulit singkong dapat menjadi produk yang bernilai ekonomis tinggi, antara lain diolah menjadi tepung mocaf. Persentase kulit singkong kurang lebih 20% dari umbinya sehingga per kg umbi singkong menghasilkan 0,2 kg kulit singkong. Kulit singkong lebih banyak mengandung racun asam biru dibanding daging umbi yakni 3-5 kali lebih besar, tergantung rasanya yang manis atau pahit. Jika rasanya manis, kandungan asam birunya rendah sedangkan jika rasanya pahit, kandungan asam birunya lebih banyak. (Salim,2011).

Gambar 2.2 Kulit Singkong


Page7


Kandungan pati didalam kulit singkong berkisar 44-59 %. Komposisi kimia kulit singkong ditunjukkan pada tabel berikut. Tabel 2.2 Komposisi Kimia Kulit Singkong Komposisi Kimia Kulit Singkong Air

7,9 – 10,32 %

Pati(starch)

44 – 59 %

Protein

1,5 – 3,7 %

Lemak

0,8 – 2,1 %

Abu

0,2 – 2,3 %

Serat

17,5 – 27,4 %

Ca

0,42 – 0,77 %

Mg

0,12 – 0,24 %

P

0,02 – 0,10 %

HCN (ppm)

18,0 – 309,4 ppm

(Sumber Informasi Gizi : Berbagai publikasi Kementerian Kesehatan Re ublik Indonesia serta sumber lainn a. II.3 Pati

Starch atau pati merupakan polisakarida hasil sintesis dari tanaman hijau melalui proses fotosintesis. Pati memiliki bentuk kristal bergranula yang tidak larut dalam air pada temperatur ruangan yang memiliki ukuran dan bentuk tergantung pada jenis tanamannya. Pati digunakan sebagai pengental dan penstabil dalam makanan. Pati alami (native) menyebabkan beberapa permasalahan yang berhubungan dengan retrogradasi, kestabilan rendah, dan ketahanan pasta yang rendah. Hal tersebut menjadi alasan dilakukan modifikasi pati (Fortuna, Juszczak, and Palansinski, 2001). Pati merupakan bagian dari karbohidrat. Pati merupakan sumber utama penghasil energi dari pangan yang dikonsumsi oleh manusia. Sumber-sumber pati di dunia berasal dari tanaman sereal, legume, umbi-umbian, serta beberapa dari tanaman palm seperti sagu. 60-70% dari berat biji-bijian sereal mengandung pati dan menyediakan 70-80% kebutuhan kalori bagi penduduk dunia. Pati murni Program Studi Teknik Kimia Fakultas Teknik Universitas Pembangunan Nasional “Veteran” Jawa Timur

Page8


atau pati yang dimodifikasi banyak digunakan dalam industri pangan atau non pangan. Sebagai bahan industri non pangan pati banyak digunakan dalam industri kertas dan tekstil. Sifat karakteristik kimia dan fisik dari pati inilah

yang

membedakan pati dengan sumber karbohidrat lainnya. Pati ters usun dari monomer monosakarida enam karbon D-glukosa. Struktur monosakarida D-glukosa dapat digambarkan dalam struktur rantai terbuka atau dalam bentuk cincin. Konfigurasi dalam bentuk cincin yang biasa juga disebut dengan pyranose lebih stabil secara termodinamika dalam larutan. Atom C1 pada struktur aldehid pada glukosa merupakan atom karbon yang sangat reaktif yang menyebabkan D-glukosa menjadi gula reduksi (Bastian, 2011). Pati sangat mudah dihidrolisis oleh enzim amilase untuk membentuk molekul-molekul monosakarida atau oligosakarida yang lebih kecil lagi. Polimerisasi dari glukosa pada pati membentuk dua jenis polimer yaitu amilosa dan amilopektin. Amilosa merupakan polimer penting dalam pati yang membentuk rantai lurus oleh ikatan glikosida α 1,4. Kebanyakan sumber pati mengandung amilopektin yang lebih besar dibandingkan dengan kandungan amilosanya. Perbedaan struktur polimer dari amilosa dan amilopektin ini mempengaruhi secara signifikan sifat dan fungsional dari pati (Bastian, 2011). II.4 Glukosa

Glukosa adalah monosakarida dengan rumus C 6H1206 atau H-(C=O)(CHOH)5-H dengan lima gugus hidroksil tersusun spesifik pada enam atom karbon. Glukosa merupakan salah satu karbohidrat terpenting yang digunakan sebagai sumber tenaga bagi hewan dan tumbuhan. Glukosa merupakan salah satu hasil utama fotosintesis dan awal bagi respirasi. Bentuk alami (D-glukosa) disebut juga dekstrosa, terutama pada industri pangan. Glukosa juga dapat di hasilkan melalui hidrolisis polasakarida atau disakarida baik menggunakan asam atau enzim. Glukosa merupakan bahan baku yang menarik untuk industri kimia, farmasi, dan agroindustri lain. Hidrogenasi glukosa menghasilkan sorbitol yang Program Studi Teknik Kimia Fakultas Teknik Universitas Pembangunan Nasional “Veteran” Jawa Timur

Page9


banyak digunakan dalam industri pangan, minuman, dan formulasi bahan kosmetika. Glukosa juga bisa dijual atau dikomersialkan dalam bentuk cair, yaitu sebagai sirup glukosa. Sirup glukosa banyak digunakan sebagai pemanis pada industri pangan. Sedangkan dekstrosa monohidrat (glukosa kristal) lebih banyak digunakan dalam industri farmasi yaitu sebagai bahan pembantu penabletan (Winarno, 1995)

Gambar 2.4 Struktur tiga dimensi dan dua dimensi Glukosa II.5 Sirup Glukosa

Sirup glukosa adalah cairan kental dan jernih dengan komponen utama glukosa yang diperoleh dari hidrolisis pati dengan cara kimia atau enzimatik (SNI 01-2978-1992). Proses hidrolisis pada dasarnya adalah pemutusan rantai polimer pati (C6H12O6)n menjadi unit-unit monosakarida (C6H12O6) Sirup glukosa sering disebut juga dengan gula cair dan merupakan monosakarida, yang terdiri atas satu monomer yaitu glukosa, sedangkan gula pasir atau sukrosa merupakan disakarida, yang terdiri atas ikatan glukosa dan fruktosa. Sirup glukosa dapat dibuat dengan cara hidrolisis asam atau dengan cara enzimatis. Pembuatan sirup glukosa ini menggunakan bahan baku yang berasal dari pati umbi-umbian seperti pati dari ubi jalar, ubi ganyong, garut, kimpul, ataupun suweg, yang kurang dimanfaatkan dan dikembangkan di Indonesia. Pembuatan sirup lukosa (gula cair) ini diharapkan menjadi alternatif pengganti Program Studi Teknik Kimia Fakultas Teknik Universitas Pembangunan Nasional “Veteran” Jawa Timur

Page10


gula pasir (sukrosa) untuk memenuhi kebutuhan pokok pangan penduduk Indonesia. Tabel 2.5 Syarat Mutu Sirup Glukosa

(Sumber : Standar Nasional Indonesia, 1992) Proses

pembuatan

sirup

glukosa,

pemilihan

sumber

pati

harus

mempertimbangkan kandungan amilosa dan amilopektinnya. Sumber pati yang mempunyai amilopektin tinggi lebih baik karena memiliki pati ISP (Insoluble Starch Particles) yang dapat dihidrolisis secara asam maupun enzimatik. Rendemen sirup glukosa dipengaruhi oleh bahan baku. Richana et al. (1999) melaporkan bahwa rendemen sirup glukosa dari tapioka lebih tinggi dibanding pati garut atau sagu aren (Richana et al.1999). Di samping itu, pati juga harus berprotein dan lemak rendah karena menyebabkan adanya reaksi maillard yang dapat menyebabkan warna kecoklatan pada sirup. Pengecekan bahan baku pati dilakukan secara ketat karena sangat mempengaruhi mutu produk yang dihasilkan. Bahan pembantu yang digunakan dalam pembuatan sirup glukosa adalah enzim alfa amilase, glukoamilase, karbon aktif, resin, bahan kimia NaOH dan HCl untuk pengatur pH dan NaHCO 3 untuk menstabilkan pH. Proses Program Studi Teknik Kimia Fakultas Teknik Universitas Pembangunan Nasional “Veteran” Jawa Timur

Page11


produksi sirup glukosa meliputi likuifikasi, sakarifikasi, penjernihan, penetralan, dan evaporasi. Sirup glukosa ( glucose syrup) banyak digunakan dalam industri makanan, seperti penyedap rasa, pembuatan monosodium glutamat, High Boiled Sweet, Caramels, Toffee, Fondants Creams, Gums, Jelies, Pastilles, Marsh mallow, Nougat, Frozen Dessert , Dried Glucose Syrup, Maltodextrins (Dried Starch Hydrolisates), Soup sauce mixes, Coffee whitener, topping, dessert powders, plefillings, sugar confectionery, Dextrose Monohydrate (D Glucose) dan lain-lain, selain itu sirup glukosa dapat dijadikan bahan baku pembuatan bioethanol yang dapat menjadi bahan bakar alternatif yang mendukung program pemerintah Waste to Energy.

Gambar 2.5 Sirup Glukosa II.6 Hidrolisis

Pada proses hidrolisa biasanya menggunakan katalisator asam seperti HCl, asam sulfat. Bahan yang digunakan untuk proses hidrolisis adalah pati. Di Indonesia banyak dijumpai tanaman yang menghasilkan pati. Tanaman-tanaman itu seperti padi, jagung, ketela pohon, umbi-umbian, aren, dan sebagainya. Hidrolisis adalah suatu proses antara reaktan dengan air agar suatu senyawa pecah terurai. Program Studi Teknik Kimia Fakultas Teknik Universitas Pembangunan Nasional “Veteran” Jawa Timur

Page12


Berikut adalah Reaksi Hidrolisis: (C6H10O5)n + n H2O Polisakarida

Air

n C6H12O6 Glukosa

Reaksi antara air dan pati berlangsung sangat lambat sehingga diperlukan bantuan katalisator untuk memperbesar kereaktifan air. Katalisator bisa berupa asam maupun enzim. Katalisator asam yang biasa digunakan adalah asam klorida, asam nitrat dan asam sulfat. Dalam industri umumnya digunakan enzim sebagai katalisator (Groggins,1992). Hidrolisis pati dengan menggunakan katalis asam, molekul pati akan dipecah secara acak oleh asam dan gula yang dihasilkan sebagian besar merupakan gula pereduksi. Pada hidrolisis pati menggunakan katalis enzim, molekul pati akan dipecah atau diputus oleh enzim secara spesifik pada percabangan tertentu. Menurut Judoamidjojo (1992), hidrolisis pati secara asam hanya akan mendapatkan sirup glukosa dengan dektrosa equivalen (DE) sebesar 55. Sedangkan hidrolisis pati secara enzimatis akan mendapatkan sirup glukosa dengan DE lebih dari 95%. Kelemahan dari hidrolisis pati secara asam antara lain yaitu diperlukan peralatan yang tahan korosi, menghasilkan sakarida dengan spektra-spektra tertentu saja karena katalis asam menghidrolisa secara acak. Jika nilai ekuivalen dekstrosa ditingkatkan, selain terjadi degradasi karbohidrat, juga terjadi rekombinasi produk degradasi yang dapat berpengaruh terhadap warna, rasa pada sirup glukosa yang dihasilkan. Sedangkan penggunaan enzim dapat mencegah terjadinya reaksi sampingan karena sifat enzim yang sangat spesifik sehingga dapat mempertahankan flavor dan aroma bahan dasar. Berdasarkan penelitian pendahulu , produk hasil hidrolisis pati sangat banyak digunakan dan diterapkan dalam penggunaan pati pada produk-produk pengolahan hasil pangan. Proses hidrolisa pati menggunakan asam maupun enzim adalah proses yang umum digunakan untuk mengubah pati menjadi molekul yang Program Studi Teknik Kimia Fakultas Teknik Universitas Pembangunan Nasional “Veteran” Jawa Timur

Page13


lebih kecil lagi bahkan hingga mengubah pati menjadi gula sederhana. Masingmasing proses hidrolisa baik menggunakan asam maupun enzim memiliki kelebihan dan kekurangan masingmasing. Berikut perbandingan antara hidrolisis asam dan enzim Tabel 2.6.1 Perbandingan Hidrolisis Asam dan Enzim No

Variabel Pembanding

Hidrolisa

Hidrolisa

Asam

Enzim

1

Kondisi Hidrolisi yang lunak (mild)

Tidak

Ya

2

Hasil hidrolisis yang tinggi

Tidak

Ya

3

Penghambatan produk selama hidrolisis

Tidak

Ya

4

Pembentukan produk samping yang menghambat

Ya

Tidak

6

Katalis yang murah

Ya

Tidak

Dari data tabel diatas untuk mendapatkan hasil kadar glukosa yang optimal yaitu dengan menggunakan katalis enzim tetapi karena harganya yang mahal sehingga sering digunakan katalis asam yang relatif lebih murah. Tabel 2.6.2 Pengaruh Cara Hidrolisa Terhadap Kejernihan Sirup Glukosa Perlakuan A

Rata-rata

Likuifikasi

Sakarifikasi

Absorbansi

a1

HCl 0,01%

AMG 0,05%

0,309 b

a2

HCl 0,02%

AMG 0,05%

0,423 b

a3

Α-amilase 0,03%

AMG 0,05%

0,264 a

Likuifikasi dan tahap sakarifikasi dengan cara enzimatik dan enzimatik berpengaruh nyata terhadap warna, kejernihan, dan rendemen sirup glukosa hasil hidrolisis enzimatis pati ubi

jalar. Perlakuan terbaik adalah perlakuan cara

hidrolisa dari kombinasi secara enzimatis dan

enzimatis, yaitu dengan

karakteristik warna sedikit kekuningan (a = -5,29 dan b = -0,07).


Page14


Tabel 2.6.3 Data Hasil Analisis Perlakuan Terbaik Pengamatan

Nilai (%)

SNI (1992)

Kadar Air

16,10

maks. 20

Kadar Abu

1,60

maks. 1

K.Gula Pereduksi

38,15

min. 30

Pati

Tidak nyata

Tidak nyata

Warna

kuning coklat

Tidak berwarna

Perlakuan terbaik (kombinasi enzim dan enzim) mempunyai kadar air sebesar 16,11%, kadar abu 1,61%, dan kadar pati tidak nyata, warna sirup glukosa

kuning keemasan. Berdasarkan SNI 01-2978-1992 mengenai syarat

mutu sirup glukosa, yaitu untuk kadar air sebesar 20% (maksimal), kadar abu 1%

(maksimal),

dan

kadar

gula

pereduksi

sebesar

30%

(minimal)

(Triyono,2008). II.7 Hidrolisis Enzimatis

Enzim adalah biomolekul berupa protein yang berfungsi sebagai katalis (senyawa yang mempercepat proses reaksi tanpa habis bereaksi) dalam suatu reaksi kimia organik. Molekul awal yang disebut substrat akan dipercepat perubahannya menjadi molekul lain yang disebut produk. Jenis produk yang akan dihasilkan bergantung pada suatu kondisi/zat, yang disebut promoter. Semua proses biologis sel memerlukan enzim agar dapat berlangsung dengan cukup cepat dalam suatu arah lintasan metabolisme yang ditentukan oleh hormon sebagai promoter. Enzim bekerja dengan cara bereaksi dengan molekul substrat untuk menghasilkan senyawa intermediat melalui suatu reaksi kimia organik yang membutuhkan energi aktivasi lebih rendah, sehingga percepatan reaksi kimia terjadi karena reaksi kimia dengan energi aktivasi lebih tinggi membutuhkan waktu lebih lama.


Page15


Meskipun senyawa katalis dapat berubah pada reaksi awal, pada reaksi akhir molekul katalis akan kembali ke bentuk semula.Sebagian besar enzim bekerja secara khas, yang artinya setiap jenis enzim hanya dapat bekerja pada satu macam senyawa atau reaksi kimia. Hal ini disebabkan perbedaan struktur kimia tiap enzim yang bersifat tetap. Sebagai contoh, enzim α-amilase hanya dapat digunakan pada proses perombakan pati menjadi glukosa. Kerja enzim dipengaruhi oleh beberapa faktor, terutama adalah substrat, suhu, keasaman, kofaktor dan inhibitor. Tiap enzim memerlukan suhu dan pH (tingkat keasaman) optimum yang berbeda-beda karena enzim adalah protein, yang dapat mengalami perubahan bentuk jika suhu dan keasaman ber ubah. Di luar suhu atau pH yang sesuai, enzim tidak dapat bekerja secara optimal atau strukturnya akan mengalami kerusakan. Hal ini akan menyebabkan enzim kehilangan fungsinya sama sekali. Kerja enzim juga dipengaruhi oleh molekul lain. Inhibitor adalah molekul yang menurunkan aktivitas enzim, sedangkan aktivator adalah yang meningkatkan aktivitas enzim. Modifikasi pada pati juga dapat dilakukan dengan hidrolisis enzim. Modifikasi pati dengan metode enzimatis. Pada modifikasi pati dengan metode enzimatis ini dapat dilakukan dengan berbagai tahapan yaitu likuifaksi, sakarifikasi dan isomerisasi. Tahap likuifikasi adalah proses hidrolisa pati menjadi dekstrin oleh αamilase pada suhu di atas suhu gelatinisasi dan pH optimum aktivitas α-amilase, selama waktu yang telah ditentukan untuk setiap jenis enzim. Proses liquifikasi berlangsung pada suhu 95 oC (aktivitas enzim termofilik), karena itu suhu gelatinisasi pati yang akan dihidrolisis sebaiknya kurang dari 95ºC. Di bawah suhu gelatinisasinya, pati tidak akan terurai atau terhidrolisis secara enzimatis maupun asam. Sesudah itu tangki diusahakan pada suhu 105ºC dan pH 4,0-7,0 untuk pemasakan sirup sampai semua amilosa dapat terdegradasi menjadi dekstrin. Setiap dua jam, sirup pada tangki dianalisis kadar amilosanya dengan uji iod untuk mengetahui nilai DE (Dextrose Equivalen). Bila iod sudah


Page16


menunjukkan warna coklat berarti amilosa sudah terdegradasi (nilai DE sekitar 8,0-14,0) maka proses likuifikasi sudah selesai (Richana et. al., 1999). Pada proses sakarifikasi, dekstrin didinginkan sampai 60ºC, pH diatur pada angka 4,0-4,6. Proses ini biasanya berlangsung selama 72 jam dengan pengadukan secara terus-menerus. Proses sakarifikasi dianggap selesai bila sirup telah mencapai nilai DE minimal 94,5%, nilai warna 60%, transmiten dan Brix 30-36. Selanjutnya dilakukan proses pemucatan, penyaringan dan penguapan. Pemucatan

bertujuan

untuk

menghilangkan

bau,

warna,

kotoran,

dan

menghentikan aktivitas enzim (et. al., 1999). Hidrolisis dengan enzim dapat menghasilkan beberapa produk hidrolisat pati dengan sifat-sifat tertentu yang didasarkan pada nilai DE (ekuivalen dekstrosa). Nilai DE 100 adalah murni dekstrosa sedangkan nilai DE 0 adalah pati alami. Hidrolisat dengan nilai DE 50 adalah maltosa, nilai DE di bawah 20 adalah maltodekstrin, sedangkan hidrolisat dengan DE berkisar antara 20-100 adalah sirup glukosa. Beberapa jenis enzim yang sering digunakan dalam menghidrolisis pati yaitu: α-amilase, β-amilase, pullunase, dan amiloglukosidase (AMG) yang memiliki karakteristik yang berbeda-beda satu-sama lainnya (Nugraha,2014). II.8 Enzim α-amilase

Enzim α-amilase merupakan salah satu jenis enzim yang banyak digunakan di industri, terutama kemampuannya dalam menghidrolisis pati pada tahap likuifaksi. Tahap likuifaksi merupakan tahap paling penting dalam proses produksi produk turunan pati berupa gula. Produk antara dari tahap likuifaksi biasanya dihidrolisis lagi pada tahap selanjutnya, yaitu sakarifikasi, untuk menghasilkan produk akhir berupa gula. Enzim α-amilase membantu proses hidrolisis pati (polisakarida) menjadi oligosakarida, berupa limit dekstrin dan senyawa oligosakarida lainnya. Kemudian proses pengolahan dilanjutkan dengan penambahan enzim lainnya selama proses sakarifikasi.


Page17


Enzim α-amilase memiliki nama kimiawi, yaitu endo-1,4-α-D-glucan glucohydrolase, EC 3.2.1.1. Enzim α-amilase merupakan enzim ekstraseluler yang mampu memotong ikatan 1,4-α-D-glikosidik antara monomer glukosa pada rantai linier amilosa. Enzim α-amilase disusun oleh protein (Wahyuni, 2015). Hasil

penguraian

oleh

α-amilase

adalah

dekstrin,

limit

dextrin,

oligosakarida, dan turunan siklodextrin. Dextrin adalah campuran oligosakarida kompleks yang memiliki rumus molekul C 6H10O3. Dextrin merupakan produk antara pati dan dekstrosa/glukosa. Limit dextrin adalah campuran oligosakarida dengan rantai lebih pendek. Enzim α-amilase yang menghasilkan dextrin secara endoamilase berasal dari saliva dan pankreas manusia, pankreas babi, gandum, jamur (Aspergillus oryzae dan Rhizopus niveus), bakteri termostabil (Bacillus subtilis, Bacillus licheniformis, Bacillus acidocaldarius, Clostridium, Dyctio glomus thermophilum, dan Bacilus stearothermophillus), serta bakteri lainnya seperti Streptococcus bovis. Enzim α-amilase yang berasal dari bakteri termostabil cenderung lebih stabil pada temperatur 10oC lebih tinggi dari temperatur kerja enzim α-amilase yang dihasilkan bakteri biasa seperti Bacillus amyloliquefaciens (Wahyuni, 2015).

Tabel 2.8 Karakteristik dan Sumber Enzim α-Amilase Termostabil Bakteri sumber enzim

T optimum (°C)

pH optimum

pH stabil

B. stearothermophilus

65 – 73

5 – 6

6 – 11

90

7 – 9

7 – 10

95 – 98

6 – 8

5 – 11

Thermophile V-2

70

6 – 7

9,2

B. acidocaldarius

70

3,5

4 – 5,5

Clostridium sp.

80

4,0

2 – 7

85 – 90

5,0

-

B. licheniformis B. subtilis

D. thermophilum

(Sumber : Wahyuni Howard, 2015) Program Studi Teknik Kimia Fakultas Teknik Universitas Pembangunan Nasional “Veteran” Jawa Timur

Page18


II.9 Enzim β-amilase

Mekanisme kerja enzim: Beta-amilase akan memotong ikatan glikosidik pada gugus amilosa, amilopektin, dan glikogen. Hasil pemotongan oleh enzim ini akan didominasi oleh molekul maltosa dan beta-limit dekstrin (Poliana, 2007). Enzim beta-amilase sama halnya dengan alfa amilase yang memotong ikatan α 1,4-glikosidik, namun proses pemotongannya sangat lambat, dan hanya memotong 2 unit glukosa setiap potongannya, dan memotong satu-persatu dari ujung terluar amilosa atau amilopektin. Jika beta amilase memotong pati rantai lurus maka produk akhir dari pemotongan enzim beta amilase yaitu maltose dan maltotriosa dengan rasio 99:1% (Bastian, 2011) Kestabilan enzim: pH

: 3,7 (Okamoto, 1978) ; 6 (maks = 8) (Matsui, 1977).

Suhu

: 55°C (Matsui, 1977) ; 70°C (Okamoto, 1978).

Kondisi optimum enzim pH

: 5,5 (Matsui, 1977)

Suhu

: 55°C (Matsui, 1977)

Substrat enzim: Pati + H20 (Matsui, 1977) Amilopektin + H2O (Matsui, 1977). Beberapa manfaat enzim beta- amilase , pada saat pemanggangan kue enzim beta-amilase berfungsi untuk menghidrolisis dan mengubah dekstrin menjadi maltosa yang dapat difermentasi oleh sel ragi, kemudian pada industri pembuatan bir, enzim alfa-amilase bersama beta-amilase menghasilkan gula terfermentasi untuk ragi, sedangkan pada pembuatan sirup maltosa secara tradisional, enzim beta-amilase digunakan untuk mengeluarkan maltosa dari rantai terluar pati hingga titik cabang ikatan α-1,6 tercapai(Eskin,1990).


Page19


II.10 Hipotesis

Kadar Glukosa yang diperoleh pada proses hidolisis oleh enzim β-amilase dan α-amilase dengan bahan baku kulit singkong akan meningkat ketika volume penambahan konsentrasi enzim diperbesar serta lamanya waktu proses hidrolisis.


Page20


BAB III METODE PENELITIAN III.1 Bahan yang digunakan

1. Kulit Singkong Kulit singkong merupakan bahan baku utama pada penelitian ini. Pada penelitian ini membutuhkan serbuk kulit ari singkong sebanyak 900 gr. Kulit singkong didapat dari limbah industri tepung tapioka yang ada di Lumajang. 2. Enzim α-amilase Enzim α-amilase digunakan pada proses likuifikasi. Pada proses likuifikasi ditambahkan enzim α-amilase sebanyak 0,05% volume berat kering, 0,035% volume berat kering, dan 0,01% volume berat kering. Enzim α-amilase diperoleh di toko kimia yang ada di Surabaya. 3. Enzim β-amilase Enzim β-amilase digunakan pada proses sakarifikasi. Pada proses sakarifikasi ditambahkan enzim β-amilase sebanyak 0,05% volume berat kering, 0,035% volume berat kering, dan 0,01% volume berat kering. Enzim β-amilase diperoleh di toko kimia yang ada di Surabaya. III.2

Variabel-Variabel yang Dikerjakan

1. Variabel tetap : 

Berat sampel serbuk kulit air singkong sebanyak 100 gr.



Volume pelarut air yang digunakan sebanyak 200 ml.



Suhu likuifikasi 80°C dan suhu sakarifikasi 60°C.

2. Variabel berubah : 

Pengaruh variasi banyaknya penambahan enzim α-amilase dan βamilase adalah 0,05% volume berat kering, 0,035% volume berat kering, dan 0,01% volume berat kering.


Page21




Pengaruh variasi lama waktu hidrolisa adalah 6 jam, 7 jam, dan 8 jam.

3. Variabel terikat : 

Kadar glukosa

III.3 Rangkaian Alat 6 3

4

2

5

1

1

Gambar 1.5 Rangkaian Alat hidrolisis Keterangan : 1. Hot plate/kompor listrik 2. Beaker glass 3. Motor Pengaduk 4. Thermometer 5. Statif 6. Klem


Page22


III.4

Cara Kerja

1. Kulit singkong dibersihkan dengan air, lalu keringkan dibawa sinar matahari. 2. Kulit singkong yang telah kering dihancurkan sampai menjadi serbuk, lalu ayak serbuk tersebut dengan ayakan 100 mesh. 3. Ambil 100 gr serbuk kulit singkong yang telah diayak, campur dengan air sampai volume larutan 200 ml. pH diatur sampai 5. 4. Kemudian masuk ke tahap likufikasi, yaitu dengan memanaskan bubur kulit ari singkong dalam beaker glass menggunakan hot plate sampai tergelatinasi, lalu tambahkan enzim α-amilase sesuai variable yang telah ditentukan dan diatur pada suhu 80°C. 5. Cairan hasil likuifikasi yang berupa dekstrin kemudian disakarifikasi dengan menambahkan enzim β-amilase sesuai variable yang telah ditentukan dan diatur pada suhu 60 oC. 6. Keseluruhan proses hidrolisis berlangsung selama 6 jam, 7 jam, dan 8 jam. 7. Analisa kadar glukosa pada setiap variasi waktu dan suhu hidrolisis dengan menggunakan alat Refractometer brix.


Page23


III.5 Diagram Alir

Serbuk kulit ari singkong 100gr Air sampai 200 ml + α-amilase : 0,5%; 1%; 1,5% Vol. dari berat bahan

Liquifikasi

pH 5 Suhu : 80ºC

(Pencairan Gel)

Pendinginan + β-amilase : 0,5%; 1%; 1,5% Vol. dari berat bahan Sakarifikasi (Penggulaan)

pH 5 Suhu : 60ºC t : 6 jam; 7 jam; 8 jam

Pendinginan

Analisa Kadar Glukosa


Page24


DAFTAR PUSTAKA

Agra, I.B., dkk. 1973. Hidrolisis Ketela Rambat Pada Suhu Lebih dari 100 oC, Forum Teknik Jilid 3. Universitas Gadjah Mada, Yogyakarta. Okamoto, K. dan Akazawa, T. 1978. Purification of Alpha- and Beta- Amylase from Endosperm Tissues of Germinating Rice Seeds. Agric. Biol. Chem. 42, 1379-1384. Eskin, N. A Michael. 1990. Biochemistry of Foods. Academic Press Inc. New York. Groggins, P.H., 1992, “Unit Process In Organic Synthesis”, Mc Graw Hill Book Company, New York. Winarno, F.G., 1995. Enzim Pangan. Gramedia Pustaka Utama, Jakarta. Matsui, H. Chiba, S, dan Shimomura, T. 1997. Purification and Some Properties of Active Beta-amylase in Rice. Agric. Biol. Chem. 41, 841-847. Fortuna T., Juszczak L., and Palasiński M. 2001. Properties of Corn and Wheat Starch Phosphates Obtained from Granules Segregated According to Their Size, , EJPAU, Vol. 4. Richana et. al. 1999. Karakterisasi sifat fisikokimiatepung umbi dan tepung Pati dari umbi ganyong, suweg, ubikelapa dan gembili. 29-37. Poliana J, MacCabe AP. 2007. Industrial Enzymes; Structure, Function, and Applications. Dordrecht: Springer. Halaman: 24. ISBN 978-1-4020-5376-4. Elida, P. 2009. Hidrolisis Pati Ubi Kayu (Manihot Esculenta) dan Pati Ubi Jalar (Ipomea Batatas) Menjadi Glucosa Secara Cold Process Dengan enzim Acid Fungal Amilase dan Glukoamilase, Proceeding of the 6 th Basic Science National Seminar. Bastian, F. 2011. Buku Ajar Teknologi Pati dan Gula. Universitas Hasanuddin, Makasar. 152 Hlm. Salim, Emil. 2011. Mengolah Singkong Menjadi Tepung Mocaf Bisnis Produk Alternatif pengganti Terigu. Yogyakarta: Lily Publisher.


Page25


Nugraha, Bani .2014. “Hidolisis Enzimatis”. http://baninugrahablogger.blogspot. co.id/2014_07_01_archive.html?m=1. Diakses 10 Maret 2017. Triyono, agus.2008. Karakteristik gula glukosa dari hasil hidrolisa pati ubi jalar (ipomoea

batatas,

l.)

Dalam

upaya

pemanfaatan

pati

umbi –

umbian.Yogyakarta.diakses 3 Maret 2017 Wahyuni,

Howard.

2015.

“Enzim

α-Amilase”.

https://www.researchgate.net/publication/283243475_PENGUJIAN_AKTI VITAS_ENZIM_a-AMILASE. Diakses 3 Maret 2017.


Page26

pembuatan sirup glukosa dari kulit singkong dengan proses hidrolisis enzymatis

Recommend Documents