BAB II TINJAUAN PUSTAKA 2.1 Sagu Pati adalah satu jenis polisakarida yang amat luas tersebar di alam. Pati ini disimpan sebagai cadangan makanan bagi tumbuhan di dalam biji buah (padi, jagung), didalam umbi (ubi kayu, ubi jalar, garut) dan pada batang (sagu, aren). Tanaman sagu termasuk dalam keluarga Palmae dari genus Metroxylon. Potensi tanaman sagu di Indonesia sangat besar, khususnya di wilayah Indonesia bagian timur. Tanaman sagu terutama terdapat di Irian Jaya (980.000 ha), Maluku (30.000 ha), Sulawei Selatan (30.000 ha), dan Riau (32.000 ha). Penggunaan sagu sejauh ini untuk bahan tradisional atau campuran tepung terigu dalam pembuatan kue yang umumnya diproduksi dalam skala industri kecil. Kandungan pati yang cukup tinggi dari tepung sagu memungkinkan sagu dipergunakan sebagai: a. Bahan baku untuk produksi glukosa b. Bahan baku high fructose syrup, sorbitol dan lain-lain c. Bahan baku industri alkohol d. Bahan baku industri tekstil e. Bahan baku industri lem untuk plywood Sagu kering yang ada dipasaran, pada umumnya dengan kandungan sagu yaitu pati diatas 80% ( syarat mutu tepung sagu menurut SII. 0231-79 adalah kadar pati minimum 80%, serat kasar maksimum 0,5%, abu maksimum 1,5%, air maksimum 14% dan tidak mengandung logam berbahaya). Pemakaian glukosa dalam negeri, peningkatannya tiap tahun rata-rata sebesar 7,7% (Jurnal Teknik Kimia Indonesia Vol.3, Agustus 2004). Komposisi bahan baku dimana kandubgan patinya sebanyak 84,7% memungkinkan digunakan sebagai bahan baku pembuatan glukosa monohidrat.
Tabel 2.1 Komponen Makronutrien Pati Sagu Komponen Jumlah ( % ) Pati 84,7 % Air 14 % Protein 0,7 % Lemak 0,2 % Impuritis 0,4 % Sumber : Direktorat Gizi, Departemen Kesehatan R.I (1981) 2.2 Gula Gula Karbohidrat Karbohidrat merupakan senyawa karbon, hydrogen dan oksigen yang banyak terdapat di alam yang mempunyai rumus empiris CH 2 O. Kabohidrat merupakan sumber energi yang paling utama dalam tubuh makhluk hidup. Disamping sebagai sumber energi bagi makhluk hidup, karbohidrat memiliki kegunaan yang luas dalam bidang industi, misalnya industri kertas, industi fermentasi, industri makanan dan minuman dan sebagainya. Pada umumnya gula karbohidrat terbagi dalam tiga kelompok : a. Monosakarida b. Disakarida c. Polisakarida 2.3 Glukosa Glukosa dipergunakan dalam industri makanan dan minuman, terutama dalam industri permen, selai dan pembuatan buah kaleng. Tabel 2.2 Syarat mutu Glukosa KOMPONEN SPESIFIKASI Gula reduksi dihitung sebagai d-glukosa Maksimum 30% Pati Tidak nyaa Sulfur Untuk kembang gula maksimum 400 ppm, yang lainnya 40 ppm Pemanis buatan Negatif Sumber : SII 0418-81, 2001
Kemajuan dalam konversi enzim dapat menghasilkan glukosa dengan kadar dekstrosa 95%, kadar deksrosa lebih tinggi dapat diperoleh dengan menggunakan konsentrasi substrat yang lebih rendah, tetapi ada batas ekonomisnya. Kadar dekstrosa juga bisa berkurang oleh adanya trans-glukosa karena enzim yang digunakan tidak murni. Dosis enzim yang tinggi dan waktu konversi yang terlalu panjang mengakibatkan polimerisasi membentuk karena konversi non ideal. Pada suhu 60 0 C kelarutan dekstrosa sama dengan sukrosa. Pada suhu dibawah 60 0 C kelarutan sukrosa lebih tinggi dibanding dekstrosa lebih tinggi. Suhu transisi dektrosa adalah pada suhu 50 0 C, pada suhu dibawah ini monohidrat glukosa membentuk fasa padat. Dekstrosa tidak mudah mengkristal seperti sukrosa. Inti kristal tidak terbentuk sampai larutan dekstrosa mencapai kejenuhan 79%. Tetapi pada suhu tinggi sirup glukosa dapat mengkristal. 2.4 Sifat-sifat Bahan 1. Pati Sagu a. Merupakan sumber karbohidrat (pati) yang dominan pada tanaman sagu b. Merupakan butiran atau granula c. Berwarna putih mengkilap d. Tidak berbau dan tidak mempunyai rasa a. Pati sagu merupakan polimer glukosa dengan ikatan 1,4 glukosa b. Pati sagu mengandung sekitar 27% amilosa dan 73% amilopektin c. Pati tidak larut dalam air dingin d. Mengalami gelatinitas pada suhu 105 0 C e. Dapat dihidrolisa menjadi glukosa monohidrat 2. NaOH (Natrium Hidroksida) a. Berat Molekul : 40 gr/mol
b. Boiling Point : 139 0 C pada tekanan 1 atm c. Melting Point : 318,8 0 C pada tekanan 1 atm d. Kelarutan dalam air panas : 347 0 C e. Kelarutan dalam air dingin : 40 0 C f. Spesifikasi grafity : 2,130 g. Denitas : 0,9824 gr/ml a. Menstabilkan kondisi ph b. Merupakan basa kuat c. Mudah larut dalam air d. Berwarna putih dalam keadaan padat (Sumber : Perrys, 1997) 3. HCL (Asam Klorida) a. Berat Molekul : 36,5 gr/mol b. Boiling Point : 114 0 C pada tekanan 1 atm c. Densitas : 1,181 gr/ml d. Temperatur Kritis : 51,45 0 C e. Merupakan gas yang tidak berwarna f. Berbau agak tajam atau khas dan beracun a. Merupakan asam kuat b. Memerahkan kertas lakmus c. Mudah larut dalam air d. Sebagai gas yang dapat langung bereaksi dengan amoniak e. Dalam air akan terionisasi (Sumber : Perrys, 1997) 4. H 2 O (Air) a. Berat Molekul : 18,016 gr/mol
b. Indeks bias : 1,33 c. Titik didih : 100 0 C pada tekanan 1 atm d. Titik beku : 0 0 C pada tekanan 1 atm e. Densitas : 1 gr/ml f. Viskositas : 0,0102 poise g. Panas laten : -2,418 x10 5 J/mol h. Panas penguapan : -2,288 x10 5 J/mol i. Tidak berbau dan berasa a. Bentuk molekul heksagonal b. Bersifat polar c. Pelarut yang baik bagi senyawa organik d. Merupakan elektrolit lemah e. Memiliki ikatan hidrogen (Sumber : Perrys, 1997) 5. Glukosa a. Berat Molekul : 180,16 gr/mol b. Spesifik grafity : 1,544 c. Kelarutan dalam air : 82 d. Berasa manis e. Berfungsi sebagai sumber energi f. Termasuk mobosakarida g. Larut dalam air a. Dihidrasi oleh asaam menghasilkan suatu molekul d-glukosa b. Bereaksi negatif dengan reagen Tollen (Sumber : Perrys, 1997)
2.6 Proses yang tersedia Proses pembuatan glukosa dari pati sagu berdasarkan pada proses hidrolisa terdiri dari : a. Proses hidrolisa dengan katalis asam b. Proses hidrolisa dengan katalis enzim 2.6.1 Proses hidrolisa dengan katalis asam Slurry mengandung 35% - 40% pati acidief dengan asam (HCl). Tekanan di konverter mencapai 30 psia dengan ph 4 5. Kemudian larutan dinetralisasi dengan Ca(OH) 2 (50-70) ppm, dimana suhu mencapai 140 0 C. hasil hidrolisa menjadi glukosa diukur sebagai dekstosa-equivalen (gula pereduksi) yang memberikan hasil 95 96 De dan 92 94 % dekstosa/dry basis. Sirup glukosa kotor disaring untuk dipisahkan dari inert yang tidak larut, kemudian diikuti dengan penambahan karbon aktif. sirup glukosa murni diuapkan untuk mendapatkan sirup glukosa yang lebih pekat. kemudian dilakukan pengkristalan guna membentuk sirup glukosa menjadi kristal glukosa. Kristal glukosa ini kemudian dipisahkan antara kristal glukosa dengan mother liquor dan akhirnya dilakukan penyaringan serta pengepakan. 2.6.2 Proses hidrolisa dengan katalis enzim Setelah mencairkan pati, slurry yang mengandung 35% - 40% pati kemudian dihidrolisa dengan penambahan katalis enzim guna memecah moleku-molekul pati yang lebih besar menjadi molekul yang lebih kecil atau pemecahan ikatan rantainya. Ini dilakukan dengan menambahkan enzim α amilase dan gluko amilase. Dengan demikian hirolisa pati dengan katalis enzim dilakukan dengan dua tahap, yaitu : a. Penambahan enzim α amilase b. Penambahan enzim gluko amilase Tangki yang mengandung pati 35% 40% dicampur dengan air. Didalam tangki ini diberikan enzim α amilase untuk memecahkan ikatan rantai amilase menjadi α glukosidic pati, dan juga dinetralkan dengan penambahan Ca(OH) 2. kemudian dilanjutkan ke tahap liquifikasi yang berlangsung dua tahap yaitu tahap pertama pada suhu 105 0 C dan tahap kedua pada suhu 95 0 C. Slurry pati yangsudah disiapkan dalam tangki, dipompa kedalam tangki liquifikasi 1 yang dipanasi dengan
uap panas sampai suhu 105 0 C. suhu tersebut dipertahankan selama 5 menit, sampai terjadi proses gelitinasi. Kemudian suhu diturunkan menjadi 95 0 C dan bahan dialirkan pada alat liquifikasi II. Liquifikasi II berlangsung selama 2 jam dan suhu dipertahankan pada suhu 95 0 C sampai terbentuk dekstrin. Dekstrin yang diperoleh dipompa kedalam tangki sakharifikasi dan suhu diturunkan menjadi 60 0 C, ph juga diturunkan menjadi 4,5 dengan menambah HCl 0,1 N, kemudian ditambahkan enzim gluko amilase yang memotong ikatan rantai α 1 6 glukosidic pati selama 72 jam dan tekanan operasi atm. Hasil hidrolisa menjadi gluksa diukur sebagai dekstrose equivalen (gula pereduksi) yang memberikan hasil 98 99 De dan 97 98,5% dekstrose. Sirup glukosa kemudian dijernihkan untuk memisahkan inert yang tidak larutdenga penambahan karbon aktif yang diteruskan pada alat penukar ion untuk menghilangkan ion-ion. Sirup glukosa bersuh diuapkan pada evaporator guna memekatkan larutan glukosa. Hasil dari evaporator yaitu 70 78% sirup glukosa yang siap di kristalkan menjadi butir-butir kristal glukosa. Kemudian larutan glukosa ini dipisahkan dengan mother-liquor yang dikembalikan ke evaporator. dan akhirnya dilakukan pengeringan serta pengepakan untuk siap dipasarkan. 2.6 Seleksi Proses Pada pra rancangan pabrik pembuatan glukosa dari pati sagu ini menggunakan proses hidrolisa dengan katalis asam pada tekanan 3 atm dan temperatur 135 0 C. Dasar pemilihan proses tersebut adalah : Tabel 2.3 Perbandingan proses hidrolisa denga katalis asam dan proses hidrolisa dengan katalis enzim No Proses hidrolisa dengan katalis asam Proses hidrolisa dengan katalis enzim 1 Waktu yang dibutuhkan dalam Waktu yang dibutuhkan dalam mendapatkan produk relatif lebih mendapatkan produk relatif lama singkat 2 Kemurnian produk yang dihasilkan Kemurnian produk yang dihasilkan 3 lebih besar dari evaporasi Proses ini tidak mengeluarkan biaya lebih kecil dari evaporator Proses ini mengeluarkan biaya yang
4 yang relatif besar dalam penyaluran bahan baku Tidak perlu menambah staff tenaga ahli biologis dalam menaggulangi proses produksi relatif besar dalam penyaluran Perlu menambah staff tenaga ahli biologis dalam menaggulangi proses produksi 2.7 Deskripsi Proses Pabrik pembuatan glukosa monohidrat ini direncanakan akan dibangun di Kepulauan Riau, dikarenakan potensi sagu yang cukup besar dibandingkan dengan Sumatera Utara. Bahan baku pati sagu yang diperoleh dari tanaman sagu yang di ambil dari kebun sagu yang terdapat di Kepulauan Riau diproses terlebih dahulu sehingga diperoleh patinya, dengan kandungan sagu yaitu pati diatas 80% ( syarat mutu tepung sagu menurut SII. 0231-79 adalah kadar pati minimum 80%, serat kasar maksimum 0,5%, abu maksimum 1,5%, air maksimum 14% dan tidak mengandung logam berbahaya. Tanaman sagu Bahan baku berupa pati sagu dari gudang bahan baku (GBB) dimasukkan kedalam Mixer, dimana pati sagu dicampur air dengan perbandingan volume 9 : 1 (US. Patent No. 6.126.754, 3 Okt 2000 ) untuk membentuk slurry dengan temperatur 30 0 C dan tekanan 1 atm. Kemudian slurry tersebut dimasukan kedalan Reaktor Hydrolizer untuk menghasilkan sirup glukosa dengan menambahkan katalis asam yaitu HCl dengan perbandingan volume 1 : 10 (Richana et al.1999). Proses ini berlangsung pada suhu 135 0 C dan pada tekanan 3,1216 atm. Untuk menjaga kondisi ini tetap stabil maka digunakan sirkulasi pendingin yang dialirkan melalui shell-shell reaktor dan bersilangan dengan tubetube dengan temperatur 25 0 C dan tekanan 1 atm. Adapun reaksi yang terjadi dalam Reaktor Hidroylizer adalah sebagai berikut : C 12 H 22 O 11 (Pati) + H 2 O HCl 2C 6 H 12 O 6 (Glukosa) Reaksi yang tejadi adalah reaksi endotermis. Pati yang dapat terkonversi menjadi glukosa adalah sekitar 90% (US. Patent No. 6.126.754, 3 Okt 2000 ). Artinya pati yang tidak bereaksi sebesar 10% dari jumlah pati yang diumpankan.
Sirup glukosa kemudian didinginkan dengan Cooler sampai temperatur 50 0 C dan tekanan 1 atm, kemudian sirup glukosa dimasukan kedalam Filter Press-01 dengan asumsi banyaknya larutan C 6 H 12 O 6 yang ikut terbuang pada buangan filter Press-01 diperkirakan sebanyak 0,1% dari larutan C 6 H 12 O 6 yang ada dalam umpan Filter Press-01(BERITA-TEKNOLOGI/berita-iptek.blogspot.com, 2009). Kemudian sirup glukosa dinetralisasi dengan larutan basa yaitu NaOH 1% dari jumlah reaktan yang digunakan didalam Reaktor Neutralizer. NaOH ini bereaksi dengan HCl yang membentuk NaCl. Hasil netralisasi kemudian dipisahkan lagi dari NaCl yang terbentuk. Pemisahan ini menggunakan Dekanter, banyaknya keluaran C 6 H 12 O 6 yang ikut terbuang pada buangan Dekanter diperkirakan 0,1% dari larutan C 6 H 12 O 6 yang ada dalam umpan Dekanter (BERITA-TEKNOLOGI/beritaiptek.blogspot.com, 2009). Sirup glukosa yang diperoleh kemudian dijernihkan dalam Tangki Decolorizing yang berisi karbon aktif sebanyak 2,2% dari bahan baku (Jose dkk, 1992) untuk menyerap zat warna yang timbul saat hidrolisasi. Selanjutnya karbon aktif yang digunakan dipisahkan dengan sirup glukosa dengan menggunakan Filter Press-02 sehingga diperoleh banyaknya larutan C 6 H 12 O 6 yang ikut terbuang diperkirakan sebanyak 0,1% lari larutan C 6 H 12 O 6 yang ada dalam umpan Filter Press-02 (BERITA-TEKNOLOGI/berita-iptek.blogspot.com, 2009). Kemudian sirup glukosa diuapkan dalam Evaporator untuk mendapatkan sirup glukosa yang lebih pekat sampai 78%. Kemudian dilakukan pengkristalan guna membentuk sirup glukosa menjadi butiran kristal glukosa dengan jalan mendinginkan sirup glukosa dalam Tangki Crystallizer pada suhu 30 0 C dan tekanan 1 atm. Butiran kristal glukosa yang terbentuk kemudian dimasukkan kedalam Screw Conveyor untuk mendapatkan ukuran kristal yang seragam. Setelah itu butiran kristal glukosa dikeringkan dalam Rotary Dryer dengan temperatur 110 0 C dan tekanan 1 atm sampai kandungan air dalam kristal glukosa berkurang sampai 86% dari kristal glukosa keluaran Crystallizer (Kuswurj, 2009). Kristal glukosa yang telah dikeringkan kemudian didinginkan dengan Rotary Cooler dengan temperatur 30 0 C dan tekaanan 1 atm dan disimpan dalam gudang.