LAJU INVERSI GULA Sukrosa Sukrosa adalah gula yang kita kenal sehari-hari, baik yang berasal dari tebu maupun dari bit. Selain pada tebu dan bit, sukrosa terdapat pula pada tumbuhan lain, misalnya dalam buah nanas dan dalam wortel. Dengan hidrolisis sukrosa akan terpecah dan menghasilkan glukosa dan fruktosa. Sukrosa mempunyai sifat memutar cahaya terpolarisasi ke kanan. Hasil yang diperleh dari hidrolisis ialah glukosa dan fruktosa dalam jumlah yang ekuimolekuler. Glukosa memutar cahaya kekanan, sedangkan fruktosa ke kiri. Dengan demikian pada proses hidrolisis ini terjadi perubahan sudut putar, mula-mula ke kanan menjadi kekiri, dan oleh karenanya proses ini disebut inversi. Hasil hidrolisis sukrosa yaitu campuran glukosa dan fruktosa disebut gula invert (Poedjiadi, 2009). Sukrosa, dikenal sebagai gula meja (table sugar), merupakan disakarida yang terbentuk dari satu molekul α-d-glukosa dan satu molekul β-d-fruktosa yang dihubungkan oleh ikatan α-1,2-glikosidik (Rahman et al dalam Reni, 2006). Gula invert merupakan hasil hidrolisis dari sukrosa yaitu α-d-glukosa dan β-d-fruktosa. Hidrolisis terjadi pada larutan dengan suasana asam atau dengan enzim invertase (Junk dan Pancoast, 1980). Apabila sukrosa terhidrolisis sempurna, maka akan dihasilkan 52,63% glukosa dan 52,63% fruktosa. Jadi dari hasil reaksi ini ada tambahan padatan terlarut sekitar 5%. Hal ini tergantung pada derajat inversinya. Mekanisme hidrolisis sukrosa menjadi glukosa dan fruktosa dapat adilihat pada gambar 1 Gambar 1. Mekanisme hidrolisis sukrosa menjadi glukosa dan fruktosa Menurut Winarno (1997), ada tidaknya sifat pereduksi dari suatu molekul gula ditentukan dari ada tidaknya gugus hidroksil (OH) bebas yang reaktif. Gugus hidroksil yang reaktif pada glukosa (aldosa) biasanya terletak pada karbon nomor satu (anomerik), sedangkan pada fruktosa (ketosa) hidroksil reaktifnya terdapat pada karbon nomor dua. Laju Reaksi dan Polarisasi Cahaya Sukrosa ialah gula kristal yang manis rasanya, dibuat dari tebu atau beet, mempunyai rumus kimia C 12 H 22 O 11, dan mempunyai sifat aktif optik (memutar bidang polarisasi). Dengan adanya sifat ini maka kadar gula (sukrosa, atau zat
aktif optik lainnya) dalam suatu larutan gula dapat ditentukan kadarnya dengan cara polarisasi (Sriwindarwati, 2006). Polarisasi dapat dibagi menjadi dua, yaitu : 1. Polarisasi konsentrasi yang disebabkan oleh perubahan konsentrasi di sekitar elektrode 2. Polarisasi overvoltage atau tegangan lebih yang disebabkan oleh jenis elektrode dan proses yang terjadi di permukaan Kecepatan reaksi adalah perubahan konsentrasi per satuan waktu, atau ditulis. Dalam reaksi kimia, zat-zat kimia dapat dibagi menjadi dua macam yaitu: a. Reaktan = zat bereaksi b. Produk = zat hasil Kecepatan reksi dapat ditinjau dari segi reaktan ataupun produk artinya simbol C pada dapat dipilih untuk reaktan ataupun produk. Hanya harus diingat bahwa selama reaksi berjalan konsentrasi reaktan selalu berkurang dan konsentrasi produk selalu bertambah, sehngga kecepatan reaksinya adalah: Untuk reaktan = Untuk produk = Secara umum kecepatan reaksi searah dapat ditulis: - = kcn...... (1) dalam hal ini: C = konsentrasi reaktan (mol/l) t = waktu n = orde reaksi k = konstanta kecepatan reaksi pada reaksi orde satu, persamaan kecepatan reaksi menjadi: -dc/dt = k C atau dc/c = dt...(2) Bila di integrasikan akan menghasilkan persamaan sebagai berikut: -ln C = Kt + konstanta...(3) Untuk t = 0, maka C = C 0 (konsentrasi mula-mula) maka: lnc0/c = Kt...(4) Reaksi hidrolisa sukrosa pada dasarnya termasuk rekasi orde dua: C 12 H 22 O 11 + H 2 O C 6 H 12 O 6 + C 6 H 12 O 6 Sukrosa glukosa fruktosa Tetapi, karena konsentrasi air tetap, maka: -dcs/dt = K Cs CH2O = K Cs...(5) Oleh karena itu, reaksi hidrolisa sukrosa dapat digolongkan reaksi orde satu. ln Csc/C = Kt....(6) Ks = (1/b) l (Csc/Cs) Untuk mencari K1 dari persamaan tersebut perlu diketahui konsentrasi sukrosa mula-mula pada waktu t. Pada umumnya konsentrasi reaktan dapat diketahui 2
dengan jalan titrasi. Tetapi sangat sukar menitrasi campuran sukrosa, glukosa dan fruktosa. Karena itu untuk mengetahui konsentrasi sukrosa dipakai cara polarimeter. Hal ini berdasarkan pemutaran bidang polarisasi dimana sukrosa dan glukosa memutar bidang polarisasi ke kanan dan fruktosa ke kiri. Larutan sukrosa murni memutar bidang polarisasi ke kanan. Ketika hidrolisa berjalan, glukosa dan fruktosa terbentuk sehingga pemutaran bidang polarisasi ke kanan akan diperkecil. Pada akhir reaksi dimana sukrosa habis, larutan memutar bidang polarisasi ke kiri K = (1/t) ln (C/C0) = (1/t) ln (α-α0)/(αt-αa) dimana: α0 = sudut pemutaran mula-mula αt = sudut pemutaran waktu t αa = sudut pemutaran akhir Cahaya merupakan gelombang elektromagnetik yang terdiri dari getaran medan listrik dan getaran medan magnet yang saling tegak lurus. Bidang getar kedua medan ini tegak lurus terhadap arah rambatnya. Sinar biasa secara umum dapat dikatakan gelombang elektromagnetik yang vektor-vektor medan listrik dan medan magnetnya bergetar ke semua arah pada bidang tegak lurus arah rambatnya dan disebut sinar tak terpolarisasi. Apabila sinar ini melalui suatu polarisator maka sinar yang diteruskan mempunyai getaran listrik yang terletak pada satu bidang saja dan dikatakan sinar terpolarisasi bidang (linear). Apabila suatu berkas cahaya yang terpolarisasi linier (bidang) melalui suatu larutan gula atau larutan lain yang mempunyai sifat optis aktif, maka bidang polarisasi dari sinar itu akan terputar melalui sudut tertentu (α). Cahaya sendiri dapat mengalami polarisasi dengan berbagai cara, antara lain karena peristiwa absorbsi (penyerapan), hamburan, pemantulan, pembiasan ganda. Polarisasi merupakan penyerapan arah bidang getar dari gelombang. Polarisasi hanya terjadi pada gelombang transversal saja. Fakta bahwa cahaya dapat mengalami polarisasi menunjukkan bahwa cahaya merupakan gelombang transversal. Jika seberkas cahaya diteruskan melalui polarisator dan cairan tertentu yang mempunyai sifat optis aktif, maka arah getar cahaya terpolarisasi yang keluar tidak akan sama dengan awalnya. Fenomena inilah yang disebut pemutaran bidang getar (polarisasi). Pemutaran bidang getar tersebut menghasilkan suatu sudut rotasi yang bergantung pada konsentrasinya. Suatu polarimeter ialah alat yang didesain untuk mempolarisasikan cahaya dan kemudian mengukur sudut rotasi bidang polarisasi cahaya oleh suatu senyawa aktif optis. Besarnya perputaran itu bergantung pada, struktur molekul, suhu, panjang gelombang, banyaknya molekul pada jalan cahaya, dan pelarut. Jika kristal glukosa murni dilarutkan dalam air, maka larutannya akan memutar cahaya terpolarisasi kearah kanan, namun bila larutan itu dibiarkan beberapa waktu dan diamati putarannya, terlihat bahwa sudut putaran berubah Berbagai struktur transparan tidak simetris memutar bidang polarisasi radiasi. Materi tersebut dikenal sebagai zat optik aktif, misalkan kuarsa, gula, dan sebagainya. Pemutaran dapat berupa dextro-rotary (+) bila arahnya sesuai dengan arah jarum jam atau levo-rotary (-) bila arahnya berlawanan dengan jarum jam. Derajat rotasi bergantung pada berbagai parameter seperti jumlah molekul pada lintasan radiasi, konsentrasi, panjangnya pipa polarimeter, panjangnya gelombang radiasi dan juga temperatur. Rotasi spesifik didefinisikan sebagai [α]t =, di mana α adalah sudut bidang cahaya terpolarisasi dirotasi oleh suatu larutan dengan 3
konsentrasi c gram zat terlarut per ml larutan, pada suatu bejana dengan panjang d desimeter. Jika cahaya terpolarisasi-bidang dilewatkan suatu larutan yang mengandung suatu enantiomer tunggal maka bidang polarisasi itu diputar kekanan atau kekiri. Perputaran cahaya terpolarisasi-bidang ini disebut rotasi optis. Suatu senyawa yang memutar bidang polarisasi suatu senyawa terpolarisasi-bidang dikatakan bersifat aktif optis. Karena inilah maka enantimer-enantiomer kadang-kadang disebut isomer optis. Prinsip kerja alat polarimeter adalah sebagai berikut, sinar yang datang dari sumber cahaya (misalnya lampu natrium) akan dilewatkan melalui prisma terpolarisasi (polarizer), kemudian diteruskan ke sel yang berisi larutan. Dan akhirnya menuju prisma terpolarisasi kedua (analizer). Polarizer tidak dapat diputar-putar sedangkan analizer dapat diatur atau di putar sesuai keinginan. Bila polarizer dan analizer saling tegak lurus (bidang polarisasinya juga tega lurus), maka sinar tidak ada yang ditransmisikan melalui medium diantara prisma polarisasi (Ferlinda, 2011) Pristiwa ini disebut tidak optis aktif. Jika zat yang bersifat optis aktif ditempatkan pada sel dan ditempatkan diantara prisma terpolarisasi maka sinar akan ditransmisikan. Putaran optik adalah sudut yang dilalui analizer ketika diputar dari posisi silang ke posisi baru yang intensitasnya semakin berkurang hingga nol. Untuk menentukan posisi yang tepat sulit dilakukan, karena itu digunakan apa yang disebut setengah bayangan (bayangan redup). Untuk mancapai kondisi ini, polarizer diatur sedemikian rupa, sehingga setengah bidang polarisasi membentuk sudut sekecil mungkin dengan setengah bidang polarisasi lainnya (Anomin, 2012). Akibatnya memberikan pemadaman pada kedua sisi lain, sedangkan ditengah terang. Bila analyzer diputar terus setengah dari medan menjadi lebih terang dan yang lainnya redup. Posisi putaran diantara terjadinya pemadaman dan terang tersebut, adalah posisi yang tepat dimana pada saat itu intensitas kedua medan sama. Jika zat yang bersifat optis aktif ditempatkan diantara polarizer dan analizer maka bidang polarisasi akan berputar sehingga posisi menjadi berubah. Untuk mengembalikan ke posisi semula, analizer dapat diputar sebesar sudut putaran dari sampel. Sudut putar jenis ialah besarnya perputaran oleh 1,00 gram zat dalam 1,00 ml larutan yang berada dalam tabung dengan panjang jalan cahaya 1,00 dm, pada temperatur dan panjang gelombang tertentu. Panjang gelombang yang lazim digunakan ialah 589,3 nm, dimana 1 nm = 10-9 m. Sudut putar jenis untuk suatu senyawa (misalnya pada 25 o C) Macam macam polarisasi antara lain, polarisasi dengan absorpsi selektif, polarisasi akibat pemantulan, dan polarisasi akibat pembiasan ganda. Sukrosa Glukosa + Fruktosa +66,53 +52,7-92,4 4
Cara Kerja Polarimeter Sumber Pustaka Anonim. 2012. Polarisasi. http://www.scribd.com/doc/39382326/polarisasi2 (24 Maret 2013. Anonim. 2012. Polarimeter. http//:www.wikipedia.org. Diakses pada tanggal 24 Maret 2013. Atkins, PW. 1999. Kimia Fisika. Jilid 2. Jakarta : PT Erlangga.. Ferlinda, Florentina Fery. 2011. Analisis Sudut Putar Jenis Pada Sampel Larutan Sukrosa Menggunakan Portable Brix Meter. Semarang: Universitas Dipoenegoro. Poedjiadi, Ana. 2009. Dasar-dasar Biokimia. Jakarta: UI Press. Sriwindarwati. 2006. Skripsi Kajian Pengaruh Hidrolisis Asam terhadap Karakteristik Gula Palma Cair. Bogor: Institut Pertanian Bogor. Winarno, F.G. 1997. Kimia Pangan dan Gizi. Penerbit PT Gramedia Pustaka Utama, Jakarta. 5