BAB II TINJAUAN PUSTAKA A. Karbohidrat 1. Definisi karbohidrat Karbohidrat merupakan sumber kalori utama bagi hampir seluruh penduduk dunia, khususnya bagi penduduk negara yang sedang berkembang karena karbohidrat merupakan sumber kalori yang murah. Jumlah kalori yang dapat dihasilkan oleh 1 gram karbohidrat adalah 4 Kal (kkal). Selain itu, beberapa golongan karbohidrat menghasilkan serat-serat yang berguna bagi pencernaan. Karbohidrat juga mempunyai peranan penting dalam menentukan karakteristik bahan makanan, misalnya rasa, warna, tekstur, dan lain-lain. Sedangkan dalam tubuh, karbohidrat berguna untuk mencegah timbulnya ketosis, pemecahan protein tubuh yang berlebihan, kehilangan mineral, dan berguna untuk membantu metabolisme lemak dan protein. Dalam tubuh manusia karbohidrat dapat dibentuk dari beberapa asam amino dan sebagian dari gliserol lemak. Tetapi sebagian besar karbohidrat diperoleh dari bahan makanan yang dimakan sehari-hari, terutama bahan makanan yang berasal dari tumbuhtumbuhan (Winarno, FG, 2004). 2. Jenis Karbohidrat Pada umumnya karbohidrat dapat dikelompokkan menjadi monosakarida, disakarida, serta polisakarida.
a. Monosakarida Monosakarida adalah suatu molekul yang dapat terdiri dari lima atau enam atom C. Monosakarida yang mengandung 6 karbon disebut heksosa, misalnya glukosa (dekstrosa atau gula anggur), fruktosa (levulosa atau gula buah), dan galaktosa. Sedangkan monosakarida yang mengandung 5 karbon disebut pentosa, misalnya xilosa, arabinosa dan ribosa. Monosakarida tidak terhidrolisis menjadi gula yang lebih sederhana lagi, tetapi monosakarida merupakan hasil hidrolisis dari jenis karbihidrat yang lain. Kebanyakan gula sederhana (monosakarida) adalah merupakan polisakarida aldehida yang disebut aldosa dan polisakarida keton yang disebut ketosa. Dengan penggabungan pengertian-pengertian ini kita mendapatkan nama-nama seperti aldo pentosa (CH 2 OH(CHOH) 3 CHO). Monosakarida adalah senyawa tak berwarna dan kebanyakan mempunyai rasa manis dan berbentuk kristal. b. Disakarida Disakarida adalah senyawa yang berisi dua gula sederhana yang dihubungkan oleh pembentukan asetal antara gugus aldehida atau gugus keton dengan gugus hidroksil. Disakarida mempunyai sifat larut dalam air, sedikit larut dalam alkohol dan praktis tak larut dalam eter dan pelarut organik non-polar. Disakarida terhidrolisis menghasilkan dua molekul monosakarida (mungkin dapat sama atau berbeda), misal sukrosa (sakarosa atau gula tebu) terdiri dari molekul glukosa dan fruktosa, laktosa terdiri dari molekul glukosa dan galaktosa. c. Polisakarida
Polisakarida adalah ikatan dari beberapa gula sederhana yang dihubungkan dalam ikatan glikosida. Oligosakarida merupakan polisakarida yang sederhana dimana mengandung beberapa satuan gula, namun demikian antara oligosakarida dan polisakarida tak ada batas yang tegas. Polisakarida meliputi pati, selulosa dan dekstrin, merupakan substan yang amorph sebagian besar tak larut dalam air dan tak berasa mempunyai perumusan (C 6 H 10 O 5 )n.h 2 O atau (C 5 H 8 O 4 )n.h 2 O, dimana n sangat besar. Bila polisakarida dihirolisis diperoleh gula-gula C 6 - atau C 5 -. Gula tebu (sukrosa) bila dihirolisis menghasilkan dua gugus C 6, glukosa dan fruktosa. O // (C 12 H 22 O 11 ) + H 2 O + Asam CHO(CHOH) 4 CH 2 OH + CH 2 OH-C-(CHOH) 3 -CH 2 OH sukrosa glukosa fruktosa (Sastrohamidjojo, H, 2005) B. Pati Pati adalah polisakarida yang terdapat dalam semua tanaman terutama dalam jagung, kentang, biji-bijian, ubi akar, dan padi atau gandum. Pati bila dipanaskan dengan air, akan terbentuk larutan koloidal. Dalam pati terdapat dua bagian. Bagian yang larut dalam air disebut amilosa (10-20%), yang mempunyai berat molekul antara 50.000 200.000, bila ditambah iodium akan memberikan warna biru. Bagian yang lain yaitu yang tak larut dalam air, disebut amilopektin (80-90%) yang mempunyai berat molekul antara 70.000 10 6, dengan iodium memberikan warna ungu hingga merah. Kedua bagian tersebut mempunyai rumus empiris (C 6 H 10 O 5 ). Baik amilosa maupun amilopektin, bila dihidrolisis menunjukkan adanya sifat-sifat karbonil, dan tersusun atas satuan-satuan maltosa (Sastrohamidjoyo, H, 2005).
Perbedaan antara amilopektin dan amilosa tidak saja dalam berat molekulnya, tetapi juga dalam kenyataan bahwa dalam amilosa satuan-satuan gula dihubungkan dengan ikatan 1,4 glukosida, sedangkan dalam amilopektin ikatannya pada 1,6 glukosida atau dengan perkataan lain atom C 1 dari satu gula dihubungkan dengan atom C 6 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 dimmer maltosa. Salah satu polisakarida yang terdapat dalam tanaman disebut inulin, yang mempunyai rumus molekul sama dengan pati, tetapi mempunyai berat molekul kirakira 5.000 dengan iodium akan memberikan warna kuning pucat. Inulin bila dihidrolisis akan memberikan warna kuning berat dan akan menghasilkan fruktosa dan sejumlah kecil dari glukosa. Karbohidrat yang disimpan dalam binatang adalah dalam bentuk glikogen, mempunyai berat molekul kira-kira 2.000 dan memberikan warna merah dengan iodium dan bila dihidrolisis glikogen menghasilkan glukosa (Sastroamidjoyo,H, 2005). C. Onggok Onggok merupakan limbah atau hasil samping proses pembuatan tapioka ubi kayu. Ketersediaan terus meningkat dengan meningkatnya produksi tapioka. Hal ini diindikasikan dengan semakin luas areal penanaman dan produksi ubi kayu. Karena
kandungan proteinnya rendah (kurang dari 5%) limbah tersebut belum dimanfaatkan orang. Namun dengan teknik fermentasi kandungan proteinnya dapat ditingkatkan. Onggok dalam keadaan kering mengandung 0,01% asam sianida, sedangkan kandungan zat gizinya adalah 3,6% protein kasar, 2,19% serat kasar, 0,033% lemak kasar, 0,01% kalsium dan 0,033% phospor, dan sisanya karbohidrat (Ikawati, 2006). Dari hasil analisis kimia, ternyata onggok yang difermentasi memiliki kandungan nilai gizi yang lebih baik. Demikian pula kandungan abu, kalsium, dan phospor pada produk onggok terfenmentasi lebih tinggi dari onggoknya, sedang kandungan serat kasar dan lemak pada onggok yang difermentasi dan yang tanpa difermentasi tidak berbeda nyata. Bila dilihat dari nilai energinya ternyata perlakuan onggok terfermentasi dan tanpa terfermentasi tidaklah berbeda jauh, yakni berturutturut 3926 dan 3945 kkal/kg (Dewi, 2007). D. Proses Hidrolisis Onggok 1. Definisi Hidrolisis Hidrolisis adalah proses pemisahan zat dari senyawa kompleks menjadi senyawa sederhana dengan bantuan air. Proses hidrolisis pati dengan asam ditemukan pertama kali oleh Kirchoff pada tahun 1812, namun produksi secara komersial baru terlaksana pada tahun 1850. Pada proses ini, sejumlah pati diasamkan sekitar ph 2 dipanasi memakai uap di dalam suatu tangki bertekanan yang disebut konverter sampai suhu 120-140 0 C. Derajat konversi yang diperoleh bergantung pada konsentrasi asam, waktu konversi, suhu dan tekanan selama reaksi. Karena hidrolisis asam sepenuhnya terlaksana secara acak, dan sebagian gula yang dihasilkannya berupa gula pereduksi, maka pengukuran kandungan
gula pereduksi tersebut dapat dijadikan alat pengontrol kualitas hasil. Pada hidrolisis yang sempurna, dimana pati seluruhnya dikonversikan menjadi dekstrosa, derajat konversi dinyatakan dengan Desktrosa Ekuivalen (DE) dari larutan tersebut diberi indeks 100, pati yang sama sekali belum terhidrolisis memiliki DE = 0 (Winarno, FG, 2004). 2. Jenis Asam Jenis asam yang digunakan pada hidrolisis onggok antara lain: a. Asam sulfat Mempunyai rumus H 2 SO 4 dengan berat molekul 98,07, merupakan asam mineral yang kuat. Zat ini larut dalam air pada semua kepekatan. Asam sulfat mempunyai banyak kegunaan, misalnya dalam reaksi kimia dan pada produksi baja, memproses bijih mineral, sintesis kimia, pemrosesan air limbah dan penampisan minyak. Asam sulfat merupakan agen pengering yang baik, dan digunakan dalam pengolahan kebanyakan buah-buahan kering.
b. Asam oksalat Adalah senyawa kimia yang mempunyai rumus H 2 C 2 O 4 2H 2 O dengan nama sistematis asam etanadionat. Asam dikarboksilat ini digambarkan dengan rumus HOOC COOH. Merupakan asam organik yang relatif kuat yaitu 10.000 kali lebih kuat dari asam asetat. Dianionnya oksalat dikenal juga sebagai agen pereduktor. Banyak ion logam yang membentuk endapan, tidak larut dengan asam oksalat, contohnya kalsium oksalat (CaC 2 O 4 ). c. Asam klorida Asam klorida p.a mengandung tidak kurang dari 35,5% dan tidak lebih lebih dari 38,8% HCl. Asam klorida mempunyai rumus molekul HCl dengan berat molekul 36,46 dan merupakan asam mineral yang kuat. Dalam bentuk cair (larutan), merupakan larutan tidak berwarna, berasap, bau merangsang. Jika larutan diencerkan dengan 2 bagian air, asap dam bau hilang. 3. Proses Hidrolisis Hidrolisis dengan menggunakan asam klorida akan menghasilkan pati yang strukturnya lebih renggang, sehingga air lebih mudah menguap pada waktu pengeringan. Struktur pati yang agak rapat akan lebih tinggi daya ikat airnya, selain itu terjadi pemutusan ikatan hidrogen pada rantai linier dan berkurangnya daerah amorf yang mudah dimasuki air. Cara ini dilakukan suspense pati dalam air dipanaskan dalam suhu gelatinasi air. Suhu awal gelatinasi adalah saat terjadinya pembekuan granula pati. Sewaktu suhu dinaikkan suspensi pati dihidrolisis dengan penambahan asam encer. Selama pemanasan granula pati akan mengembang. Pada proses
pengembangan granula akan terjadi penekanan antar granula, sehingga viskositas pati akan naik. Hidrolisis dihentikan setelah dicapai kekentalan yang diinginkan. Pati yang termodifikasi asam dibuat dengan mengontrol hidrolisis pati dengan asam dalam suatu suspense. Konversi berlangsung pada suhu 50 0 C di bawah suhu gelatinasi pati. Prinsipnya adalah memotong ikatan (alfa) -1,4- glukosida dan (alfa)-1,6-glukosida dari amilopektin sehingga ukuran pati menjadi lebih kecil (Winarno, FG, 2004). E. Fermentasi 1. Definisi fermentasi Fermentasi adalah proses perubahan senyawa-senyawa kompleks dari bahan menjadi senyawa sederhana dengan disertai bau yang spesifik atau khusus, oleh aktivitas mikroba halofilik. Sedangkan pengertian lain dari fermentasi adalah proses penguraian gula menjadi alkohol dan karbondioksida yang disebabkan oleh aktivitas sel-sel khamir yang tumbuh dan berkembang baik dengan cairan (Gumbira said, E, 1987). Fermentasi dapat terjadi karena adanya aktivitas mikroba penyebab fermentasi pada substrat yang sesuai. Terjadinya fermentasi ini dapat menyebabkan perubahan bahan pangan, sehingga akibat dari pemecahan kandungan bahan pangan tersebut, misalnya aroma alkohol dan asam pada peuyeum (tape). Cara pengawetan pangan dengan proses fermentasi adalah memperbanyak jumlah mikroba dan membiakkan metabolisme dalam makanan (Winarno, FG, 2004).
2. Perubahan yang terjadi selama fermentasi Pada mulanya yang disebut fermentasi adalah pemecahan gula menjadi alkohol dan CO 2. Namun, banyak proses yang disebut fermentasi tidak selalu menggunakan substrat gula tapi menghasilkan alkohol serta CO 2 (Winarno, FG, 2004). Klasifikasi karbohidrat terdiri dari monosakarida, disakarida, dan polisakarida. Bahan-bahan yang mengandung monosakarida langsung dapat difermentasi, akan tetapi disakarida, pati ataupun karbohidrat komplek harus dihidrolisis terlebih dahulu menjadi komponen sederhana, yaitu monosakarida baru setelah itu bisa difermentasi. Sukrosa pada bahan mula-mula dihidrolisis menjadi glukosa dan fruktosa oleh enzim invertase, kemudian oleh aktivitas beberapa enzim, glukosa dan fruktosa ini akan diubah menjadi alkohol. Reaksi pemecahan gula menjadi alkohol adalah sebagai berikut : Enzim CHO (CHOH) 4 CH 2 OH Hidrolisis Glukosa C 12 H 32 O 11 O Enzim CH 2 OH C - // (CHOH) 3 CH 2 OH Fruktosa 2C 2 H 5 OH + 2 H 2 O 2C 2 H 5 OH + 2 H 2 O Dalam proses fermentasi akan diperoleh hasil ikutan seperti gliserol, asam laktat, asam asetat asetaldehida, dan 2,3 butilen glikol. Protein pada substrat akan diubah oleh enzim lipase menjadi asam lemak, dan asam lemak ini akan bereaksi dengan alkohol menjadi ester, dimana ester inilah yang menjadi aroma dan flavor (Gumbira Said, E, 1987) 3. Keuntungan fermentasi
Beberapa keuntungan hasil fermentasi terutama asam dan alkohol dapat mencegah pertumbuhan mikroba beracun dalam makanan, misalnya Clostridium botulinum yang pada ph 4,6 dapat tumbuh membentuk toksin. Makanan-makanan yang telah mengalami fermentasi biasanya mempunyai nilai gizi yang tinggi dari pada bahan dasarnya. Hal ini hanya disebabkan oleh mikroorganisme yang bersifat katabolik dalam memecah komponen kompleks menjadi zat yang sederhana sehingga mudah dicerna oleh tubuh. Mikroba fermentatif juga dapat mensintesa beberapa vitamin kompleks dan faktor-faktor pertumbuhan bahan lainnya, misalnya produk dari beberapa vitamin seperti riboflavin, vitamin B 12 dan provitamin A (Winarno, FG, 2004). 4. Faktor yang mempengaruhi fermentasi Hasil fermentasi terutama dipengaruhi oleh jenis pangan (substrat), macam mikroba dan kondisi disekelilingnya (suhu, ph, oksigen, garam) yang dapat mempengaruhi pertumbuhan serta metabolisme mikroba tersebut (Winarno, FG, 2004). F. Alkohol Alkohol merupakan bahan alami yang dihasilkan dari proses fermentasi yang banyak ditemui dalam produk bir, anggur, spirtus dan sebagainya. Sebutan alkohol biasanya diartikan sebagai etil alkohol (CH 3 CH 2 OH), mempunyai densitas 0,78508 g/ml pada suhu 25 0 C, titik didih 78,4 0 C, berat molekul 46, tidak berwarna dan mempunyai bau serta rasa yang spesifik.
Beberapa hal yang harus diperhatikan dalam fermentasi diantaranya adalah jenis bahan dasar, cara dan lama fermentasi, ada tidaknya perlakuan destilasi. Ada tidaknya aging (pemeraman) dan adanya bahan tambahan tertentu dalam produk. Alkohol dapat dibuat dari berbagai macam bahan dasar diantaranya bahan berpati, bahan berselulosa/berserat dan bahan bergula (Kartika, B. 1992). G. Penetapan Kadar Alkohol 1. Definisi Kadar alkohol adalah persen volume atau persen bobot zat yang ditetapkan dengan cara destilasi 2. Dasar penetapan Hasil sulingan sampel kemudian ditetapkan bobot jenisnya, dari bobot jenis ditetapkan kadar alkoholnya dengan menggunakan daftar bobot jenis dan kadar alkohol pada suhu 20 0 C. 3. Cara uji a. Penetapan berat jenis dengan piknometer Pemisahan alkohol dari zat-zat tambahan dengan destilasi. Piknometer yang sudah diketahui beratnya diisi sampel dan ditetapkan beratnya dengan ditimbang pada suhu 20 0 C. dari berat jenisnya, diketahui kadar alkohol sampel pada daftar jenis dan kadar alkohol pada suhu 20 0 C. untuk kadar alkohol lebih dari 30% v/v dilakukan dengan air lebih kurang dua kali volumenya b. Perhitungan
Hitung kadar alkohol menggunakan daftar bobot jenis kadar alkohol pada suhu 20 0 C. Daftar bobot jenis dan kadar alkohol menunjukkan hubungan antara bobot jenis dan kadar alkohol pada suhu 20 0 C dimana bobot jenis dihitung terhadap air pada suhu 20 0 C. H. Kerangka Teori Asam klorida Glukosa Fermentasi Alkohol Onggok Hidrolisis Asam sulfat Glukosa Fermentasi Alkohol Asam oksalat Glukosa Fermentasi Alkohol I. Kerangka Konsep Jenis dan konsentrasi asam pada proses hidrolisis onggok Kadar alkohol Variabel bebas Variabel terikat
J. Hipotesa Ho : Tidak ada perbedaan antara kadar alkohol pada fermentasi onggok yang dihidrolisis dengan asam klorida, asam sulfat dan asam oksalat Ha : Ada perbedaan antara kadar alkohol pada fermentasi onggok yang dihidrolisis dengan asam klorida, asam sulfat dan asam oksalat.