PENGARUH KONSENTRASI SUSPENSI PATI TERHADAP HIDROLISIS PATI YANG TERKANDUNG DALAM TEPUNG PATI RAJAWALI Agung Kurnia Yahya, Bernard Timothy, Elfira Rizka Alfarani, Vitra Wahyu Pradana Jurusan Teknik Kimia, Fakultas Teknik,Universitas Diponegoro, Semarang Jl. Prof. Soedarto 50239 Semarang, Telp./Fax. 024-7460058 ABSTRAK Hidrolisa pati merupakan proses modifikasi pati menjadi bahan-bahan yang lebih aplikatif sebagai bahan baku di industri pangan. Pati merupakan polisakarida dari hasil ekstraksi umbi-umbian dan serealia. Tujuan percobaan kami adalah mempelajari pengaruh konsentrasi suspensi pati terhadap reaksi hidrolisa pati dan menghitung konstanta kecepatan reaksi dan menganalisa pengaruh konsentrasi suspensi pati terhadap konstanta kecepatan reaksi hidrolisa pati. Variabel berubah pada percobaan kami adalah konsentrasi susnpensi pati 10% dan 20%. Variabel tetap konsentrasi katalisator HCl 0,1N pengadukan 50 rpm, waktu hidrolisa 1 jam, suhu operasi 60ºC. Dari hasil percobaan didapatkan bahwa semakin besar kadar suspensi pati yang digunakan untuk hidrolisa pati, maka konstanta kecepatan reaksi semakin kecil. Semakin besar kadar suspensi pati, maka semakin lambat molekulmolekul reaktan bertumbukkan, maka konversi yang didapatkan juga semakin kecil. Kata Kunci: Hidrolisa, pati, kadar sunspensi, konstanta kecepatan reaksi, konversi. ABSTRACT Hydrolysis of starch is a starch modification process to be used as a raw material in the food industry. Starch is a carbohydrate extracted from tubers and cereals. The purpose of our experiments is to study the effect of temperature on starch hydrolysis reaction and the reaction rate constants to calculate and analyze the influence of temperature on the reaction rate constant of hydrolysis of starch. Variable changes in our experiments is the operating temperature 60 C. Fixed variable are concentration of catalyst HCl 0,1N, stirring 50 rpm, hydrolysis time is 1 hour, concentration of starch 20% weight. From the experimental results is obtained that increasingly the temperature of starch cause reaction rate constants go up. Increasingly the reaction temperature cause reactant molecules collide go faster and conversion obtained was also bigger. Keywords: Starch hydrolysis, HCl catalyst, the reaction rate constants, the conversion of glucose 1
PENDAHULUAN Latar Belakang Pati merupakan karbohidrat yang diperoleh dari hasil ekstraksi suatu tanaman tertentu. Pati dapat diperoleh dari umbiumbian, serealia atau batang dari suatu tanaman. Tanaman penghasil pati antara lain padi, gandum, ubi kayu, sagu, jagung atau kentang. Sebagian besar pati digunakan dalam bidang pangan dan sedikit dibidang non pangan. Indonesia merupakan penghasil pati potensial karena memilki sumber daya pertanian yang melimpah. (Waktya, Parmadi, 2006). Di industri pangan banyak digunakan pati sebagai bahan bakunya. Agar memiliki nilai lebih, maka pati harus dimodifikasi. Proses modifikasi ini, salah satunya adalah metode hidrolisis pati. Hidrolisis sempurna dari pati menghasilkan banyak produk yang dapat digunakan sebagai bahan pangan, seperti sirup glukosa, sirup fruktosa, dan lain-lain. Pada reaksi hidrolisa biasanya dilakukan dengan menggunakan katalisator asam (HCl). Pati yang telah termodifikasi akan memiliki karakteristik atau sifat fisik yang sesuai dengan kebutuhan penggunanya. Tujuan Percobaan Tujuan dari percobaan yang dilakukan adalah agar mahasiswa mampu mempelajari pengaruh konsentrasi suhu terhadap reaksi hidrolisa pati serta menghitung konstanta kecepatan reaksi dan menganalisa pengaruh suhu terhadap konstanta kecepatan reaksi hidrolisa pati. LANDASAN TEORI Hidrolisa merupakan reaksi pengikatan gugus hidroksil (-OH) oleh suatu senyawa. Gugus OH dapat diperoleh dari senyawa air. Hidrolisis dapat digolongkan menjadi hidrolisis murni, hidrolisis katalis asam, hidrolisis katalis basa, hidrolisis gabungan alkali dengan air dan hidrolisis dengan katalis enzim. Sedangkan berdasarkan fase reaksi yang terjadi diklasifikasikan menjadi hidrolisis fase cair dan hidrolisis fase uap. Hidrolisis pati terjadi antara suatu reaktan pati dengan reaktan air. Reaksi ini adalah orde satu, karena reaktan air yang dibuat berlebih, sehingga perubahan reaktan dapat diabaikan. Reaksi hidrolisis pati dapat dilakukan menggunakan katalisator H + yang dapat diambil dari asam. Reaksi yang terjadi pada hidrolisis pati adalah sebagai berikut : (C 6 H 10 O 5 ) X + H 2 O ( x + 1 ) C 6 H 12 O 6 Berdasarkan teori kecepatan reaksi : -r A = k. C pati. C air...(1) karena volume air cukup besar, maka dapat dianggap konsentrasi air selama perubahan reaksi sama dengan k, dengan besarnya k : k = k. C air...(2) sehingga persamaan 1 dapat ditulis sebagai berikut -r A = k. C pati dari persamaan kecepatan reaksi ini, reaksi hidroisis merupakan reaksi orde satu. Jika harga r A = -dc A /dt maka persamaan 2 menjadi :...(3) Apabila C A = C A0 (1-X A ) dan diselesaikan dengan integral dan batas kondisi t 1, C A0 dan t 2, C A akan diperoleh persamaan :...(4) Dimana X A = konversi reaksi setelah satu detik. Persamaan 4 dapat diselesaikan dengan menggunakan pendekatan regresi y = mx + c, dengan dan x = t. Variabel- variabel yang berpengaruh terhadap reaksi hidrolsa : 1. Katalisator Hampir sama semua reaksi hidrolisa membutuhkan katalisator untuk mempercepat jalannya reaksi. Katalisator yang dipakai dapat berupa enzim atau asam karena kinerjanya lebih cepat. Asam yang dipakai beraneka jenisnya mulai dari HCl (Agra dkk, 1973; Stout & Rydberg Jr, 1939), H 2 SO 4 sampai HNO 3. Yang mempengaruhi kecapatan reaksi adalah konsentrasi ion H +, bukan jenis 2
asamnya. Meskipun demikian, didalam industri umumnya dipakai asam klorida (HCl). Pemilihan ini didasarkan atas sifat garam yang terbentuk pada penetralan tidak menimbulkan gangguan apa-apa selain rasa asin jika konsentrasinya tinggi. Oleh karena itu, konsentrasi asam dalam air penghidrolisa ditekan sekecil mungkin. Umumnya dipergunakan larutan asam yang mempunya konsentrasi asam yang lebih tinggi daripada pembuatan sirup. Hidrolisa pada tekanan 1 atm memerlukan asam yang jauh lebih pekat. 2. Suhu dan Tekanan Pengaruh suhu terhadap kecepatan reaksi mengikuti persamaan Archenius, dimana semakin tinggi suhu maka semakin cepat laju reaksinya. Untuk mencapai konversi tertentu, diperlukan waktu sekitar 3 jam untuk menghidrolisa pati ketela rambat pada suhu 100 0 C. Tetapi jika suhunya dinaikkan hingga 135 0 C, konversi yang sama dapat dicapai dalam waktu 40 menit (Agra dkk, 1973). Hidrolisis pati gandum dan jagung dengan katalisator H 2 SO 4 memerlukan suhu 160 0 C. Karena panas reaksi mendekati nol dan reaksi berjalan dalam fase cair maka suhu dan tekanan tidak banyak mempengaruhi keseimbangan. 3. Pencampuran (pengadukan) Supaya zat pereaksi dapat saling bertumbukan dengan sebaik-baiknya perlu adanya pencampuran. Untuk proses batch, hal ini dapat dicapai dengan bantuan pengaduk atau alat pengocok (Agra dkk, 1973). Apabila prosesnya berupa proses alir (kontinyu), maka pecampuran dilakukan dengan cara mengatur aliran didalam reaktor supaya terbentuk olakan. 4. Perbandingan zat pereaksi Jika salah satu zat pereaksi dibuat berlebihan jumlahnya maka keseimbangan dapat bergeser kearah kanan dengan baik. Oleh karena itu, suspensi pati yang kadarnya rendah memberi hasil yang lebih baik dibandingkan dengan yang kadarnya tinggi. Bila kadar suspensi pati diturunkan dari 40% menjadi 20% atau 1% maka konversi akan bertambah dari 80% menjadi 87 atau 99 % (Groggis, 1958). Pada permukaan, kadar suspensi pati yang tinggi sehingga molekulmolekul zat pereaksi akan sulit bergerak. Untuk menghasilkan glukosa biasanya dipergunakan suspensi pati sekitar 20%. METODOLOGI PERCOBAAN Bahan dan Alat yang Digunakan Bahan yang Digunakan yaitu glukosa anhidris, tepung maizena, NaOH, HCl, indikator MB, Fehling A, Fehling B, aquadest. Alat Percobaan yang dipakai gelas ukur, thermometer, Erlenmeyer, statif, klem, buret, labu leher dan labu takar. Variabel Operasi Variabel tetap mencakup konsentrasi HCl 0,1 N, pengadukan 50 rpm, waktu hidrolisa 1 jam dan suhu 60ºC. Sementara variabel berubah adalah konsentrasi suspensi pati 10% dan 20% Respon Uji Hasil Densitas pati dan HCl, Volume titran glukosa saat standarisasi larutan fehling dan hidrolisa pati awal serta hidrolisa pati tiap selang waktu tertentu, Konversi glukosa yang dihitung setiap selang waktu tertentu dan Konstanta laju reaksi. Prosedur Percobaan Menghitung densitas pati dengan melarutkan sejumlah massa pati ke dalam aquadest dengan volume tertentu untuk diukur pertambahan volumenya Menghitung densitas HCl dengan menggunakan picnometer 3
Dimana : Membuat glukosa standar dengan melarutkan glukosa dan aquadest dengan konsentrasi tertentu Standarisasi larutan fehling Mencampurkan fehling A dan B (excess) serta glukosa standar dan didihkan, titrasi dengan glukosa standar dengan indikator Metilen Blue untuk mencapai endapan merah bata. Menentukan kadar pati awal dengan melarutkan sejumlah gram pati dalam sejumlah HCl dengan normalitas tertentu kemudian dihidrolisa dalam labu leher tiga sambil dipanaskan pada suhu 60ºC selama 1 jam lalu dinginkan dan encerkan dengan aquadest sampai volume ttertentu dan dinetralkan dengan NaOH (ph=7). Kemudian diencerkan lagi dan ditambahkan fehling A dan B hingga excess dan sejumlah glukosa standard dan dipanaskan hingga mendidih dan dititrasi dengan glukosa standard dengan indikator MB hingga warna merah bata (F) sementara titrasi dilakukan di atas kompor.. Hidrolisa pati HCl, aquadest, pati dengan konsentrasi 10%; 20% berat dimasukkan dalam labu leher tiga. Dipanaskan. Pada saat suhu operasi tercapai, (suhu 60 0 C) anggap sebagai t 0 diambil sampel untuk dianalisa kadar glukosanya. Pengambilan sampel dilakukan setiap selang waktu tertentu dan dianalisa kadar glukosanya (M). Rumus penentuan kadar pati awal = Dimana : N glukosa = 0,002 gr/ml Prosedur titrasi 5 ml fehling A + 5 ml fehling B + 15 ml glukosa standar (jika ada hasil hidrolisa, prosedur diatas ditambah 5 ml sampel hasil hidrolisa) Dipanaskan sampai mendidih 100 detik dari mendidih ditambah 3 tetes indikator MB 2 menit kemudian dititrasi dengan glukosa standar, catat volume titran (titrasi dijalankan maks 1 menit) Catatan : titrasi dilakukan diatas kompor (dalam keadaan mendidih) HASIL DAN PEMBAHASAN Pengaruh suspensi pati terhadap Nilai Konstanta Kecepatan Reaksi pada Hidrolisis Tepung Pati RAJAWALI Pada percobaan hidrolisa pati kali ini, sampel yang kami gunakan adalah tepung pati Rajawali. Adapun variabel yang kami gunakan adalah variabel konsentrasi pati 10% berat dan 20% berat dan suhu 60 o C. W = 10 gram Menghitung kebutuhan pati 4
-In(1-X A ) Konversi ( X A ) 0,2 0,18 0,16 0,14 0,12 Var. 1 0,1 0,08 0,06 0,04 0,02 0 Var. 2 0 4 8 12 16 20 t ( menit ) Gambar IV.1 Grafik t vs x A Pada hasil percobaan variabel 1 (10% suspense pati) mengahasilkan konversi yang lebih besar dari pada variabel 2 (20% suspense pati). Hal ini sesuai dengn literatur yang kami gunakan, dimana semakin besar % suspense pati maka akan menghasilkan konversi yang lebih kecil. Pada variabel 1 (10% suspensepati) konversi lebih besar daripada variabel 2 (20% suspense pati), karena pada variabel 1 (20% suspense pati) penambahan air berlebih mengakibatkan keseimbangan bergeser ke arah kanan sehingga konversi meningkat. Selain itu pada variabel 2 lebih lengket daripada variabel 1 sehingga faktor tumbukan yang dihasilkan lebih sedikit yang mengakibatkan konversi pada variabel 2 lebih kecil daripada variabel 1, sesuai dengan persamaan : k =...(1) Harga k jika dihubungkan dengan konversi akan menghasilkan persamaan : -In (1 x A ) = kt + c X A =... (2) Jadi semakin kecil kadar suspense pati kan menghasilkan faktor tumbukan yang lebih besar, sehingga harga k pun besar. Hal ini menyebabkan X A ( konversi ) juga semakin besar. ( Mastuti, Endang dan Ardiana, Dwi. 2010. Jurnal Pengaruh Variasi Temperatur dan Konsentrasi Katalis Pada Kinetika Reaksi Hidrolisa Tepung Kulit Ketela Pohon, Universita Sebelas Maret ) Pengaruh suspensi pati terhadap konstanta kecepatan reaksi 0,25 0,2 0,15 0,1 0,05 0 0 4 8 12 16 20 t ( menit ) Gambar IV.2 Grafik Suhu vs k Pada percobaan Hidrolisa Pati, variabel yang digunakan adalah kadar suspense pati dalam pati Rajawali. Pada hasil percobaan, variabel 1 (10% suspense pati) menghasilkan harga k = 0,009, lebih besar daripada variabel 2 (20% suspense pati) yang menghasilkan harga k = 0,004. Semakin besar konsentrasi zat pelarut akan menghasilkan harga konstanta kecepatan reaksi yang lebih tinggi.. Hal ini karena pada variabel 2 (20% suspense pati) lebih kental sehingga menyebabkan pergerakan molekul lambat dan tumbukan yang dihasilkan lebih sedikit daripada variabel 1 (10% suspensi pati). Semakin banyak tumbukan maka harga k yang dihasilkan juga semakin besar, hal ini sesuai dengan persamaan: k = Var. 1 Var. 2 5
Oleh karena itu jika factor tumbukan semakin besar maka besar konstanta kecepatan reaksi juga semakin besar. Hal ini sesuai dengan hasil percobaan. KESIMPULAN Dari hasil percobaan diperoleh bahwa konsentrasi suspensi sangat mempengaruhi nilai konstanta kecepatan reaksi pada hidrolisa pati, konsentrasi suspensi pati yang lebih optimum yaitu pada 10% pati. Konsentrasi suspensi sangat mempengaruhi konversi pada hidrolisa pati, konsentrasi pati optimum untuk mendapatkan konversi terbesar pada percobaan ini adalah 10% berat. Ucapan Terima Kasih Terima kasih disampaikan kepada Dr.nat.Techn.Siswo Sumardiono, S.T., M.T. selaku dosen pembimbing dan asisten Laboratorium Proses Kimia, Jurusan Teknik Kimia, Fakultas Teknik, Universitas Diponegoro, Semarang 2012. Referensi Abu Khalaf, A.M., Chemical Engineering Education, 28 (1), 48. 1994 Charles, E. R, Harold, SM and Thomas K.S., Applied Mathematics in Chemical Engineering 2 nd end.,mc. Graw Hill Book Ltd. 1987, New York Hill, G.C., An Introduction to Chemical Engineering Kinetika and Reactor Design. 1nd ed, John Willey, New York, N.Y, 1977 Levenspiel. O., Chemical Reaction Engineering 2nd ed, Mc. Graw Hill Book Kogakusha Ltd, Tokyo, 1970 Mastuti, Endang dan Ardiana, Dwi. 2010. Jurnal Pengaruh Variasi Temperatus, dan Konsentrasi Katalis. Pada Kinetika Reaksi Hidrolisa Tepung Kulit Ketela Pohon, Universita Sebelas Maret. http://wenimandasari.blogspot.com/2012/07/ tetapan-laju-reaksi-dan-energi-aktivasi.html 6