BAB 2 TINJAUAN PUSTAKA

Transkripsi

1 BAB 2 TINJAUAN PUSTAKA 2.1. Jerami Padi Jerami padi mengandung kurang lebih 39% selulosa dan 27,5% hemiselulosa. Kedua bahan polisakarida ini, sama halnya dengan tetes tebu dapat dihidrolisis menjadi gula sederhana yang selanjutnya dapat difermentasi menjadi bioetanol. (Komarayati dan Gusmailina, 2010). Padi merupakan bahan makanan yang menghasilkan beras. Bahan makanan ini merupakan makanan pokok bagi sebagian besar penduduk Indonesia. Meskipun sebagai bahan makanan pokok padi dapat digantikan / disubstitusi oleh bahan makanan lainnya, namun padi memiliki nilai tersendiri bagi orang yang biasa makan nasi dan tidak dapat dengan mudah digantikan oleh bahan makanan yang lain. Padi adalah salah satu bahan makanan yang mengandung gizi dan karbohidrat yang cukup bagi tubuh manusia, sebab didalamnya terkandung bahan-bahan yang mudah diubah menjadi energi. Berdasarkan hasil penelitian, dapat diketahui susunan atau komposisi zat makanan yang terkandung pada beras, yakni seperti yang dicantumkan oleh Platt, Kikk dan Williams, Rosedale. Para pakar ini mengelompokkannya berdasarkan dua perlakuan, yaitu komposisi zat makanan pada buah padi pecah kulit dan perlakuan kedua adalah padi hasil gilingan. Untuk lebih jelasnya dapat dilihat tabel berikut. (Aak, 1990)

2 TABEL 2.1.KOMPOSISI ZAT MAKANAN PADA BUAH PADI Pecah kulit Digiling Kandungan Platt Kikk dan Williams Rosedale Platt Kikk dan Williams Rosedale Lemak 2,45 2 2,23 0,37 0,3 0,4 Serat kasar 0,88 1 0,6 0,16 0,2 0,4 Abu 1,22 1,9 1,19 0,36 0,4 0,9 Protein 8,67 8,9 9,54 8,15 7,6 6,7 Karbohidrat 86, ,34 90, ,4 Sumber Aak, Lignin Lignin adalah zat yang bersama-sama dengan selulosa adalah salah satu sel yang terdapat dalam kayu. Lignin berguna dalam kayu seperti lem atau semen yang mengikat sel-sel lain dalam satu kesatuan sehingga bisa menambah support dan kekuatan kayu (mechanical strength) agar bisa kelihatan kokoh dan berdiri tegak. Lignin struktur kimiawinya bercabang-cabang dan berbentuk polimer tiga dimensi. Molekul dasar lignin adalah Fenil Propan. Molekul lignin memiliki derajat polimerisasi tinggi. Karena ukuran dan strukturnya yang tiga dimensi bisa memungkinkan lignin berfungsi sebagai semen atau lem bagi kayu yang dapat mengikat serat dan memberikan kekerasan struktur serat. Bagian tengah lamella pada sel kayu, sebagian besar terdiri dari lignin, berikatan dengan sel-sel lain dan menambah kekuatan struktur kayu. Dinding sel juga mengandung lignin. Pada dinding sel, lignin bersama-sama dengan hemiselulosa membentuk matriks (semen) yang mengikat serat-serat halus selulosa. Lignin didalam kayu memiliki persentase yang berbeda tergantung dari jenis kayunya: 1. Softwood mengandung 27 33% 2. Hardwood mengandung % 3. Non-wood fibers seperti jerami, baggase, rumput, bamboo mengandung 11-20%

3 Semua pulp akan mengalami perubahanwarna seiring dengan lama waktu penyimpanan. Pulp biasanya akan berubah menjadi kuning. Laju penurunan warna dengan waktu bervariasi dalam range yang cukup luas. Sebagian pulp akan stabil dan biasanya bertahun-tahun kemudian baru akan berubah menjadi kuning. Sebagian lagi hanya dalam hitungan bulan akan berubah menjadi kuning dan bahkan yang dalam hitungan hari sudah berubah. Lignin bukan penyebab utama pada perubahan warna ini jika pulpnya hanya mengandung sedikit lignin. Tapi walau bagaimanapun lignin yang terkandung dalam jumlah besar sudah pasti menjadi penyebab utama dalam perubahan warna pulp. Oleh karena itu efektivitas penghilangan lignin pada tahap klorinasi juga merupakan faktor yang sangat menentukan dalam proses perubahan warna. Memang pada awalnya ada dugaan perubahan warna pada pulp selama penyimpanan disebabkan oleh lignin. Ternyata setelah dilakukan penelitian, penyebab utamanya adalah kandungan selulosa pulp itu sendiri yang menyebabkan perubahan warna. Adanya gugus karbonil dan karboksil pada selulosa merupakan penyebab utama terjadinya perubahan warna. Penghilangan gugus karbonil dan karboksil ini dengan proses oksidasi dan reduksi akan meningkatkan kestabilan warna. Perubahan warna juga disebabkan oleh temperatur, humidity, hemiselulosa, resin, logam-logam. ( Lignin merupakan suatu senyawa polimer yang aromatis turunan dari fenil alanin. Ini mempunyai seperti matriks yang dikelilingi polisakarida yang dikandung dari beberapa dinding sel tumbuhan, yang memberikan penambahan kekakuan dan kekuatan tekanan seperti dinding yang hidrofobik dan kedap air. Tanaman terrestial vascular mungkin muncul setelah evolusi dari biosintesis lignin, karena berfungsi sebagai susunan struktural dan mengangkut air ke pusat tanah biologi yang tertinggi. Pohon mempunyai kebutuhan yang ekstrim untuk dukungan struktural dan mengangkut air. Karenanya mereka disintesa lignin kayu dari tingkat yang tinggi yaitu 15 36% dari liginin kayu kering (Sarkanen dan Herget, 1971).

4 2.3. 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 dalam golongan karbohidrat ini. Dari contoh-contoh tadi kita mengetahui bahwa amilum atau pati, selulosa, glikogen, gula atau sukrosa dan glukosa merupakan beberapa senyawa karbohidrat yang sangat penting 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 C 12 H 22 O 11. Pada glukosa tampak bahwa jumlah atom hidrogen 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.2007) 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 katakan 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 gula alkohol adalah dalam pembuatan makanan untuk orang diabetes. Gula alkohol diserap diusus halus yang menghasilkan perubahan kecil padaa tingkat gula darah. Selain itu, gula alkohol diserap lalu dieksresikan keurin dari pada untuk metabolisme. (Walker,S.2008)

5 Selulosa Selulosa terdapat dalam tumbuh-tumbuhan atau tanaman sebagai bahan pembentuk dinding sel. Serat kapas boleh dikatakan seluruhnya adalah selulosa. Dalam tubuh kita selulosa tidak dapat dicernakan karena kita tidak mempunyai enzim yang dapat menguraikan selulosa. Dengan asam encer tidak dapat terhidrolisis, tetapi oleh asam dengan konsentrasi tinggi dapat terhidrolisis menjadi selulosa dan D- glukosa. Selobiosa adalah suatu disakarida yang terdiri atas dua molekul glukosa yang berikatan glikosidik antara atom karbon 1 dengan atom karbon 4. Meskipun selulosa tidak dapat digunakan sebagai bahan makanan oleh tubuh, namun selulosa yang terdapat sebagai serat-serat tumbuhan, sayuran atau buahbuahan, berguna untuk memperlancar pencernaan makanan. Adanya serat-serat dalam saluran pencernaan, gerak peristaltik ditingkatkan dan dengan demikian memperlancar proses pencernaan dan dapat mencegah konstipasi. Tentu asaja jumlah serat yang terdapat dalam bahan makanan tidak boleh terlalu banyak. (Poedjiadi,A.2007) Selulosa adalah polisakarida yang terdiri dari rantai-rantai panjang unit-unit glukosa. Selulosa berperan sebagai bahan struktural (kerangka) pada tanaman, didapatkan pada kulit dan bagian berserat dari sayuran dan buah-buahan, serta dalam bekatul serealia. Gambar Selulosa Selulosa terdapat dalam tumbuhan sebagai bahan pembentuk dinding sel. Selulosa di dalam kayu tidak hanya disertai dengan poliosa dan lignin, tetapi juga terikat erat dengannya, dan pemisahannya memerlukan perlakuan kimia yang intensif dapat juga degradasi dilakukan secara enzimatik (Gaman, P.M. 1992).

6 Glukosa Glukosa adalah suatu aldoheksosa dan sering disebut dekstrosa karena mempunyai sifat dapat memutar cahaya terpolarisasi kearah kanan. Dialam, glukosa terdapat dalam buah-buahan dan madu lebah. Darah manusia normal mengandung glukosa dalam jumlah atau konsentrasi yang tetap, yaitu antara 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 melitus atau kencing manis, jumlah glukosa darah 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. 6 CO H 2 O Sinar matahari C 6 H 12 O O 2 Klorofil 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 atom yang sama, yaitu 6 atom karbon, 12 atom hidrogen, dan 6 atom oksigen. Perbedaannya hanya terletak pada cara penyusunan atom-atom hidrogen dan oksigen disekitar atom-atom 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 di sebelah kanan. Struktur kimianya dapat berupa struktur terbuka atau struktur cincin (Poedjiadi, A. 2007).

7 CHO CH 2 OH CH 2 OH H-C-OH H H H H H OH HO-C-H H-C-OH HO OH H OH HO OH H H H-C-OH H OH H OH CH 2 OH D-glukosa α-d-glukosa β-d-glukosa Gambar Struktur Glukosa Hidrolisis Disakarida mengalami proses hidrolisis menghasilkan monosakarida. Hidrolisis adalah pemecahan kimiawi suatu molekul karena pengikatan air, menghasilkan molekul-molekul yang lebih kecil. Proses ini dapat dinyatakan dengan persamaan reaksi sebagai berikut : AB + H 2 O AOH + BH molekul air molekul molekul besar kecil kecil Sebagai contoh : C 12 H 22 O 12 + H 2 O 2C 2 H 12 O 6 1 molekul air 2 molekul monosakarida disakarida Nampak bahwa proses-proses diatas adalah kebalikan dari reaksi-reaksi kondensasi untuk pembentukan disakarida. (Gaman.P.M, 1992) 2.4. Analisa Kualitatif Gula Pereduksi a. Pereaksi Fehling Pereaksi ini dapat direduksi selain oleh karbohidrat yang mempunyai sifat mereduksi, juga dapat direduksi oleh reduktor lain. Pereaksi Fehling terdiri atas dua

8 larutan yaitu larutan Fehling A dan larutan Fehling B. Larutan Fehling A adalah larutan CuSO 4 dalam air, sedangkan larutan Fehling adalah larutan garam K-Tartrat dan NaOH dalam air. Kedua macam larutan ini disimpan terpisah dan baru dicampur menjelang digunakan untuk memeriksa suatu karbohidrat. Dalam pereaksi ini ion CU ++ direduksi menjadi ion Cu + yang dalam suasana basa akan diendapkan sebagai Cu 2 O. 2 Cu OH - Cu 2 O + H 2 O endapan merah bata Dengan larutan glukosa 1%, pereaksi Fehling menghasilkan endapan merah bata, sedangkan apabila digunakan larutan yang lebih encer misalnya larutan glukosa 0,1%, endapan yang terjadi berwarna hijau kekuningan. b. Pereaksi Benedict Pereaksi ini 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 Cu 2 O. Adanya natriumkarbonat dan natrium sitrat membuat pereaksi Benedict bersifat basa lemah. Endapan yang terbentuk dapat berwarna hijau, kuning atau merah bata. Warna endapan ini terbentuk pada konsentrasi karbohidrat yang diperiksa. Pereaksi Benedict lebih banyak digunakan untuk pemeriksaan glukosa dalam urine dari pada pereaksi Fehling karena beberapa alasan. Apabila dalam urine terdapat asam urat atau kreatinin, kedua senyawa ini dapat mereduksi pereaksi Fehling, tetapi tidak dapat mereduksi pereaksi Benedict. Disamping itu pereaksi Benedict lebih peka dari pada pereaksi Fehling. Penggunaan pereaksi Benedict juga lebih mudah karena hanya terdiri atas satu macam larutan, sedangkan pereaksi Fehling terdiri atas dua macam larutan. c. Pereaksi Barfoed Pereaksi ini terdiri atas larutan kupri asetat dan asam asetat dalam air, dan digunakan untuk membedakan antara monosakarida dengan disakarida. Monosakarida dapat mereduksi lebih cepat dari pada disakarida. Jadi Cu 2 O terbentuk lebih cepat oleh monosakarida dari pada oleh disakarida, dengan anggapan bahwa konsentrasi

9 monosakarida dan disakarida dalam larutan tidak berbeda banyak. Tauber dan Kleiner membuat modifikasi atas pereaksi ini, yaitu dengan jalan mengganti asam asetat dengan asam laktat dan ion Cu + yang dihasilkan direaksikan dengan pereaksi warna fosfomolibdat hingga menghasilkan warna biru yang menunjukkan adanya monosakarida. Disakarida dengan konsentrasi rendah tidak memberikan hasil positif. Perbedaan antara pereaksi Barfoed dengan pereaksi Fehling atau Benedict ialah bahwa pereaksi Barfoed digunakan suasana asam. Apabila karbohidrat nmereduksi suatu ion logam, karbohidrat ini akan teroksidasi. Gugus aldehida pada karbohidrat akan teroksidasi menjadi gugus karboksilat dan terbentuklah asam monokarboksilat. Sebagai contoh, galaktosa akan teroksidasi menjadi asam galaktonat, sedangkan glukosa akan menjadi asam glukonat. (Poedjiadi.A, 2007) 2.5. Fermentasi Kata fermentasi ( Fermentation dalam bahasa Inggris) berasal dari kata latin ferfere yang artinya mendidihkan. Ini dapat dianggap sebagai suatu peninggalan pada waktu ilmu kimia masih sangat muda sehingga terbentuknya gas dari suatu cairan kimia hanya dapat dibandingkan dengan keadaan seperti air mendidih atau mulai mendidih. Pada dasarnya teknologi fermentasi adalah upaya manusia untuk mencapai kondisi optimal agar proses fermentasi dapat memperoleh hasil yang maksimal serta sesuai dengan target yang direncanakan secara kualitatif dan kuantitatif. Meskipun 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 mikrobial karena selain diperlukan galur-galur yang unggul alami dapat pula dilakukan mutasimutasi induksi sampai kepada rekayasa genetik. Istilah yang banyak dipakai adalah Bioteknologi Mikrobial yang pada dasarnya dapat dibagi atas dua fase yaitu :

10 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 mikrobial dengan rekayasa organisme, antara lain dengan menggunakan gen-gen asing yang disisipkan pada gen miroba. Disini umumnya disebut Rekayasa Genetik. Upaya tersebut bertujuan selain 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, carbon, nitrogen, elemen-elemen mineral, vitamin dan O 2 (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-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) 2.6. Ragi Roti Penemu Yeast ( ragi roti ) pertama kali adalah Louis Pasteaur pada tahun 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 bituran sering disebut dehydrated yeast.

11 c. Instan Yeast, merupakan ragi yang dibentuk dalam bentuk tepung/powder Cara pemakaian dari ragi 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 lainnya harus dilarutkan dulu dengan air dan difermentasikan. Instan yeast bias dicampurkan langsung dengan bahan bahan lain sehingga menjadi suatu adonan. ( Subagjo, 2007 ) 2.7. Bioetanol 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 turunan alkohol, campuran untuk minuman keras (seperti sake atau gin), serta bahan baku farmasi dan kosmetika. Berdasarkan kadar alkoholnya, etanol terbagi menjadi tiga bagian sebagai berikut : Bagian industri dengan kadar alkohol 90-94%. Netral dengan kadar alkohol 96-99,5%, umumnya digunakan untuk minuman keras atau bahan baku farmasi. Bagian bahan bakar dengan kadar alkohol diatas 99,5%. Ketika harga BBM merangkak semakin tinggi, bioetanol diharapkan dapat dimanfaatkan sebagai 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.

12 Bioetanol diperoleh dari hasil fermentasi bahan yang mengandung gula. Tahap inti produksi bioetanol adalah fermentasi gula, baik yang berupa glukosa, sukrosa, maupun fruktosa oleh ragi (yeast) terutama Saccharomyces sp atau bakteri Zymomonas mobilis. Pada proses ini, gula akan dikonversi menjadi etanol dan gas karbondioksida. C 6 H 12 O 6 2C 2 H 5 OH + 2CO 2 Gula 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 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, dan jagung). (Hambali,E.2007) 2.8.Spektrofotometer UV-Vis Spektrofotometer yang sesuai untuk pengukuran didaerah spektrum ultraviolet dan sinar tamapak terdiri atas suatu sistem optik dengan kemampuan menghasilkan sinar monokromatis dalam jangkauan panjang gelombang nm. Komponenkomponennya meliputi sumber-sumber sinar, monokromator, dan sistem optik. a. Sumber-sumber lampu; lampu deuterium digunakan untuk daerah UV pada panjang gelombang dari nm, sementara lampu halogen kuarsa atau lampu tungsten digunakan untuk daerah visibel (pada panjang gelombang antara nm). b. Monokromator; digunakan untuk mendispersikan sinar kedalam komponenkomponen panjang gelombangnya yang selanjutnya akan dipilih oleh celah (slit). Monokromator berputar sedemikian rupanya sehingga kisaran panjang

13 gelombang dilewatkan pada sampel sebagai scan instrumen melewati spektrum. c. Optik-optik; dapat didesain untuk memecah sumber sinar sehingga sumber sinar melewati 2 kompartemen, dan sebagaimana dalam spektrofotometer berkas ganda (double beam), suatu larutan blanko dapat digunakan dalam satu kompartemen untuk mengkolerasi pembacaan atau spektrum sampel. Yang paling sering digunakan dalam sebagai blanko dalam spektrofotometri adalah semua pelarut yang digunakan untuk melarutkan sampel atau pereaksi.(rohman,a.2007)