BAB II TINJAUAN PUSTAKA A. Karbohidrat 1. Pengertian Karbohidrat Karbohidrat adalah senyawa yang mengandung unsur-unsur; C, H dan O, terutama terdapat didalam tumbuh-tumbuhan yaitu kira-kira 75% disamping itu bagian yang padat dari tanaman-tanaman tersusun dari zat ini. Dinamakan karbohidrat karena senyawa-senyawa ini sebagai hidrat dari kabon; dalam senyawa tersebut perbandingan antara H dan O adalah 2 berbanding 1 seperti air. Karbohidrat merupakan zat yang mempunyai sifat aktif optik, sedangkan gliseridaldehid (HOCH 2 -CHOH-CHO) adalah merupakan induk karbohidrat. 2. Klasifikasi Karbohidrat Klasifikasi karbohidrat dibagi menjadi beberapa klas atau golongan sesuai dengan sifat-sifatnya terhadap zat-zat penghidrolisis. Karbohidrat dibagi menjadi tiga kelas pokok: a. Gula yang sederhana, atau monosakarida, kebanyakan adalah senyawa yang mengandung lima dan enam atom karbon. Karbohidrat yang mengandung 6 karbon disebut heksosa. Gula yang mengandung 5 karbon disebut pentosa. Glukosa adalah gula yang dihasilkan dari hasil hidrolisis yang sempurna dari selulosa, seperti pati dan maltosa. Secara perdagangan glukosa dibuat dari hidrolisis pati (Harjdjono Sastrohamidjojo, 2005). b. Disakarida, umumnya mempunyai rumus molekul C 6 H 12 O 11, sehingga satu
sama lain adalah isomer struktur. Yang berbeda hanya satuan monosakaridanya dan tipe ikatan glikosidanya. Tiga disakarida yang biasa dijumpai dialam ialah maltosa, sukrosa dan laktosa, yang bila dihidrolisis masing-masing menghasilkan dua monosakarida (Ponis Tarigan, 1983) c. Polisakarida, dimana didalamnya terikat lebih dari satu gula sederhana yang dihubungkan dalam ikatan glikosida. Disakarida merupakan polisakarida yang sederhana dimana mengandung beberapa satuan gula, namun demikian antara disakarida 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.h2o, dimana n sangat besar. Bila polisakarida dihidrolisis diperoleh gula-gula: C 6 - atau C 5 (Hardjono Sastrohamidjojo, 2005). B. Pati/Amilum 1. Pengertian Pati Polisakarida ini banyak terdapat di alam yaitu pada sebagian besar tumbuhan. Umbi yang terdapat pada ubi jalar atau akar pada ketela pohon atau singkong mengandung pati yang cukup banyak, sebab ketelapohon tersebut selain dapat digunakan sebagai makanan sumber karbohidrat, juga digunakan sebagai bahan baku dalam pabrik tapioka. Amilum terdiri atas dua macam polisakarida yang kedua-duanya adalah polimer dari glukosa, yaitu amilosa (kira-kira 20-28%) dan sisanya anmilopektin. Amilosa terdiri atas 250-300 unit D-glukosa yang terikat dengan ikatan α 1,4-
glikosidik, jadi molekulnya merupakan rantai yang terbuka. Amilopektin juga terdiri atas molekul D-glukosa yang sebagian besar mempunyai ikatan 1,4- glikosidik dan sebagian lagi ikatan 1,6-glikosidik. Adanya ikatan 1,6-glikosidik ini menyebabkan terjadinya cabang, sehingga molekul amilopektin berbentuk rantai terbuka dan bercabang. Molekul amilopektin lebih besar dari pada molekul amilosa karena terdiri atas lebih dari 1000 unit glukosa. Butr-butir pati tidak larut dalam air dingin tetapi apabila suspensi air dianaskan, akan teijadi suatu larutan koloid yang kental. Larutan koloid ini apabila diberi larutan iodium akan berwarna biru. Warna biru tersebut disebabkan oleh molekul amilosa yang membentuk senyawa. Amilopektin dengan iodin akan memberikan warna ungu atau merah lembayung (Anna Pujiadi, 1994). 2. Reaksi Pati dengan Iodin Pati yang berikatan dengan iodin (I 2 ) akan menghasilkanwarna biru. Sifat ini dapat digunakanuntuk menghidrolisis adanya pati. Hal ini disebabkan oleh struktur molekul pati yang berbentuk spiral, sehingga akan meningkat molekul iodin dan terbentuklah warna biru. Dari percobaan-percobaan didapat bahwa pati akan merefleksikan warna biru bila berupa polimer glukosa yang lebih besar dari dua puluh, misalnya molekul-molekul amilosa. Bila poimernya kurang dari duapuluh seperti amilopektin, maka akan dapat dihasilkan warna merah. Sedang dekstrin dengan polimer 6,7 dan 8 membentuk warna coklat. Polimer yang lebih kecil dari lima tidak memberikan warna dengan iodin (F.G Winarno, 2004).
C. Onggok (ampas tapioka) Onggok merupakan hasil samping dari pembuatan tapioka ubi kayu pada proses pengolahan tepung tapioka, limbah yang dihasilkan berupa limbah padat dan limbah cair. Limbah ini mempunyai beberapa kegunaan bila diolah kembali (Anonim, 2000). Onggok adalah serat yang merupakan hasil samping pembuatan pati dari ubi kayu (cassava). Pemanfaatan onggok masih sangat sederhana dan dikatagorikan sebagai hasil samping yang bernilai ekonomi sangat rendah. Serat terdiri dari hemiselulosa, pektin dan selulosa. Hasil sementara yang diperoleh menunjukkan bahwa penambahan asam 20 ml merupakan kondisi optimal untuk proses hidrolisa pati dari onggok dan kurang lebih 80% onggok mampu terhidrolisa menjadi glukosa pada 24 jam fermentasi (Trisanti Anindyawati, 2007). Salah satu jenis industri yang cukup banyak menghasilkan limbah adalah pabrik pengolahan tepung tapioka. Dari proses pengolahan singkong menjadi tepung tapioka, dihasilkan limbah sekitar 2/3 bagian atau sekitar 75% dari bahan mentahnya. Dalam keadaan kering, onggok sudah mengeluarkan bau tak sedap apalagi dalam keadaan basah saat musim hujan. Bau tak sedap ini muncul akibat terjadinya proses pembusukan onggok yang amat cepat. Seperti diketahui, kandungan karbohidrat singkong ini cukup tinggi yakni mencapai 72,49% - 85,99%, sementara kadar airnya 14,09%. Tingginya kandungan karbohidrat dan kadar air inilah yang mempermudah aktifitas mikroba pengurai. Proses penguraian bisa bersifat aerob (membutuhkan oksigen) dan bisa pula bersifat
anaerob (tidak membutuhkan oksigen). Onggok menghasilkan bau berupa H 2 S dan NH 3 serta berbagai gas berbau menyengat lainnya. Meskipun disimpan dalam tempat khusus misalnya, bau tak sedap ini tetap sulit dibendung (F:\ONGGOK\onggokl \Biokonversi penangkal bau.mht). D. Fermentasi 1. Pengertian Fermentasi Fermentasi adalah proses perubahan senyawa-senyawa kompleks dari bahan menjadi senyawa sederhana dengan disertai bau yang spesifik atau khusus oleh aktifitas mikrobia halofilik. Sedangkan pengertian lain dari fermentasi adalah proses penguraian glukosa menjadi alkohol dan karbondioksida yang disebabkan oleh aktifitas sel-sel khamir yang tumbuh dan berkembang biak dengan cairan (E. Gumbira Said, 1987). Fermentasi bahan pangan adalah sebagai hasil kegiatan beberapa jenis mikroorganisme diantara beribu-ribu jenis bakteri. Khamir dan kapang yang telah dikenal. Mikroorganisme yang memfermentasikan bahan pangan untuk menghasilkan perubahan yang diinginkan dapat dibedakan dari mikroorganismemikroorganisme yang menyebabkan kerusakan dan penyakit yang ditularkan melalui makanan. Dari organisme-organisme yang memfermentasi bahan pangan yang paling penting adalah bakteri pmbentuk asam laktat, bakteri pembentuk asam asetat dan beberapa khamir penghasil alkohol. Jenis-jenis kapang tertentu juga berperan utama dalam fermentasi beberapa bahan pangan. 2. Jenis Mikroorganiseme fermentasi
a. Khamir sejak dulu berperan dalam fermentasi yang bersifat alkohol dimana produk utama dari metabolismenya adalah etanol. Saccharomyces cerevisiae adalah jenis yang utama yang berperan dalam produksi minuman beralkohol sepertibir dan anggur dan juga digunakan untuk fermentasi adonan dalam perusahaan roti. b. Kapang jenis-jenis tertentu digunakan dalam persiapan pembuatan beberapa macam keju dan beberapa fermentasi bahan pangan Asia seperti kecap dan tempe. Jenis-jenis yang termasuk golongan aspergilus, rhizopus dan Penicillium sangat penting dalam kegiatan tersebut (K.A. Buckle dkk, 1985). 3. Proses Fermentasi Sel khamir dalam suasana anaerobik akan memfermentasi glukosa menjadi etanol. Hasil akhir proses fermentasi alkohol melalui lintasan ini adalah 92 gram etanol, 88 gram CO 2 dan enersi (ATP) untuk setiap 180 gram glukosa. Sehingga secara teoritis, setiap satu gram glukosa akan menghasilkan 0,51 gram etanol dan 0,49 gram CO 2. Tetapi dalam prakteknya, jumlah etanol yang dapat diperoleh tidak lebih dari 90-95 persen dari perhitungan teoritis. Hasil ini disaebabkan karena nutrien yang tersedia dalam medium juga digunakan untuk pembentukan biomassa dan pembentukan sel. Disamping itu pada fermentasi ini juga terjadi reaksi-reaksi samping yang biasanya menghasilkan gliserol dan asam suksinat. Reaksi samping ini diperkirakan mengkonsumsi substrat sebanyak 4-5 persen. Selama fermentasi alkohol berlangsung, diperlukan sedikit oksigen yaitu sekitar 0,05-0,10 mmhg tekanan O 2, yang diperlukan oleh sel khamir untuk biosintesa lemak-lemak tidak jenuh dan lipid. Jumlah oksigen yang lebih tinggi
dapat merangsang pertumbuhan sel khamir, sehingga produktifitas produksi etanol menjadi lebih rendah (Pasteur Effect).
Tergantung pada speciesnya sel khamir mampu menggunakan berbagai jenis substrat. Pada umumnya sel khamir dapat tumbuh dan memproduksi etanol secara efisien pada ph 3,5-6,0 dan pada suhu 28-35 C. Peningkatan suhu sampai 40 C dapat mempertinggi kecepatan awal produksi etanol, tetapi produktifitas fermentasi secara keseluruhan menurun karena meningkatnya pengaruh penghambatan oleh etanol terhadap pertumbuhan sel khamir (Djundjung Daulai,Ansori Rahmar, 1992). Waktu fermentasi berkisar antara (36-48) jam, bergantung kepada konsentrasi dan komposisi sakarida, unsur-unsur nutrisi, inhibitor, ph, dan suhu selama proses berlangsung. Suhu optimum untuk proses fermentasi alkohol adalah sekitar (31-33) C,(P. Soebiyanto Tjokroadikoesoemo, 1993). E. Kamir / Ragi 1. Morfologi Khamir adalah mikroorganismebersel tunggal dengan ukuran antara 5 dan 20 mikron. Biasanya berukuran 5 sampai 10 kali lebih besar dari bakteri. Sel-sel kamir sering dijumpai secara tunggal tetapi apabila anak-anak sel tidak dilepaskan dari induknya setelah pembelahan maka akan terrjadi bentuk yang disebut pseudomiselium. Kamir tidak bergerak karena itu tidak memiliki struktur tambahan dibagian luarnya seperti flagella. 2. Pertumbuhan Khamir dapat tumbuh dalam media cair dan padat dengan cara yang sama seperti bakteri. Pembelahan sel terjadi secara aseksual dengan pembentukan tunas. Bagi kebanyakan khamir seperti sacharomyces cerevisae, tunas dapat berkembang dari tiap
bagian permukaan sel induk tetapi bagi beberapa spesies hanya pada bagian tertentu saja. 3. Penggunaan Khamir mempunyai peranan penting dalam industri makanan. Banyak kegiatannya dalam makanan memang dikehendaki dan banyak dimanfaatkan dalam pembuatan bir, anggur, minuman keras, roti dan produk makanan terfermentasi, dan juga merupakan sumber potensial dari protein sel tunggal untuk fortifikasi makanan ternak. Galur (strain) Sacharomyces cerevisiae hingga saat ini yang paling banyak digunakan untuk keperluan diatas. Bahan yang dipakai dalam industri khamir adalah baik molases (tetes) dari gula bit (yang ditambah vitamin, biotin) atau tetes dari gula tebu, diencerkan sampai mengandung kira-kira 10% gula. Garam-garam amonium dan fosfor ditambahkan, juga magnesium sulfat untuk mensuplai zat-zat gizi lainnya yang dibutuhkan untuk pertumbuhan khamir ph harus diatur sekitar 4,5 dan media inokulasi dengan benih khamir yang diperoleh dari kultur murni. Volume inokulum biasanya sekitar 5% dari jumlah akhir volume keseluruhan (K.A Buckle dkk., 1985). Secara teoritis untuk setiap 100 bagian dari gula yang terdapat dalam cider dihasilkan 51 bagian alkohol dan 49 bagian karbondioksida. Dalam praktek diperoleh antara 45 sampai 47 bagian alkohol karena sebagian dari gula digunakan untuk khamir atau hilang untuk menghasilkan substansi-substansi lain. Untuk cider yang mengandung kadar gula awal 10 persen dihasilkan kira-kira 4,6 persen alkohol bila fermentasi oleh khamir sempurna (Norman W. Desrosier, 1988). F. Alkohol
Etil (CH 3 CH 2 OH) juga dikenal dengan nama alkohol, adalah suatu cairan tak berwarna dengan bau yang khas. Berat spesifik cairan ini pada 15 C sebesar 0,7937. Alkohol mulai mendidih pada suhu 78,32 C (760 mm air raksa). Bahan ini mudah larut dalam air dan eter. Kandungan kalorinya sebesar 7.100 kalori/gram, dengan panas pembakaran sebesar 328 kkal (cair). (P. Soebiyanto Tjokroadikoesoemo, 1993). Dalam kimia alkohol / alkanol adalah istilah istilah umum untuk senyawa organik apapun yang memiliki gugus hidroksil (OH - ) yang terikat pada atom karbon, yang etanol sendiri terikat pada atom hydrogen atau atom karbon lain.gugus fungsional alkohol adalah gugus hidroksil yang terikat pada karbon hibridasi sp 3. Ada 3 jenis utama alkohol ( primer sekunder dan tersier). Nama-nama ini merujuk pada jumlah karbon yang terikat pada karbon C-OH. Etanol dan metanol adalah alkohol primer. Rumus kimia alkohol ialah C n H 2n+1 OH. Ada dua nama untuk alkohol yaitu nama umum dan nama IUPAC (Wilkipedia Indonesia, 2007). Etanol yang digunakan dalam minuman diperoleh dari peragian karbohidrat yang berkataliskan enzim (fermentasi gula dan pati) satu tipe enzim mengubah karbohidrat ke glukosa, kemudian keetanol, tipe yang lain menghasilkan cuka (asam asetat), dengan etanol sebagai zat antara (Tranggono dkk., 1987). G. Penetapan Kadar Alkohol 1. Definisi Kadar alkohol atau etanol adalah persen volume atau persen bobot zat yang ditetapkan dengan cara destilasi.
2. Dasar Penetapan Sampel / contoh dilakukan penyulingan. Hasil penyulingan dilakukan penetapan Bj (berat jenis) nya, kemudian ditetapkan alkoholnya dengan menggunakan daftar bobot jenis dan kadar alkohol pada suhu 20 0 C. Sampel yang dilakukan penetapan ialah sampel yang telah dilakukan hidrolisa asam dengan HCl 3% dan difermentasi dengan penambahan ragi 1%, 2%, 3%, 4% dan 5%. 3. Cara Uji Alkohol dipisahkan dari semua bahan tambahan dengan cara destilasi. Piknometer yang telah diketahui beratnya diisi dengan sampel pada suhu 20 0 C, ditimbang dengan neraca analitik dan dicatat beratnya. Kemudian dilakukan hal yang sama untuk aquadest. Setelah diketahui berat masing-masing, berat berat jenis sampel dibandingkan dengan berat jenis aquadest sehingga didapat berat jenis destilat. Kemudian dilihat kadar etanol pada daftar % v/v pada suhu 20 0 C. H. Kerangka Teori Onggok Hidrolisa asam (HCl 3%) Glukosa 3% 4%
Fermentasi Variasi Ragi 5% Kadar Alkohol 6% 7% I. Kerangka Konsep Variabel bebas Variasi Jumlah Ragi Variabel terikat Kadar Alkohol