DAFTAR SINGKATAN
G. Pengolahan Limbah
Limbah dari pabrik tapioka UJA 1 dapat dikelompokkan menjadi limbah cair dan limbah padat. Limbah cair terdiri dari air untuk pengolahan, air dari bahan baku(singkong), komponen terlarut seperti pati, protein, dan lemak. Limbah cair di PT. UJA 1 dapat mencapai 3000 m3/hari. Limbah cair ini diolah pada bak-bak pengolahan limbah sebelum kemudian dialirkan ke sungai. Proses pengolahan limbah cair di PT. UJA 1 melewati tiga tahapan, yaitu tahap sedimentasi, tahap dekstruksi anaerobik, dan tahap dekstruksi aerobik. Proses pengolahan limbah cair ini dilakukan pada 15 kolam pengolahan limbah yang ada di PT. UJA 1. Bagan tahapan pengolahan limbah cair di PT. UJA 1 dapat dilihat pada Lampiran 2.
8 Limbah padat pada PT. UJA 1 terdiri dari tanah, kulit, dan serat (onggok). Tanah dan kulit dikumpulkan pada silo untuk kemudian dibawa ke areal perkebunan dan dibuang disana. Sedangkan onggok digunakan sebagai bahan pakan penggemukan sapi di PT. Great Giant Livestock (PT.GGL), yaitu perusahaan penggemukan sapi yang masih satu grup dengan PT. UJA dan PT GGP, atau dijual kepada masyarakat umum.
9 III. TINJAUAN PUSTAKA
A. Singkong
Singkong (Manihot utilisima Pohl = Manihot esculanta Crantz) adalah tanaman pangan pokok di banyak daerah di negara-negara tropis, dan dapat menghasilkan hasil yang tinggi walaupun pada kondisi tanah yang kurang subur dan curah hujan rendah. Umbi singkong, sebagaimana kebanyakan tanaman pangan yang berasal dari umbi, terdiri dari mayoritas pati murni, tetapi daun singkong memiliki protein berkisar 17% dan merupakan sumber protein yang baik di dalam diet harian (Macdonald dan Low, 1984).
Singkong adalah tumbuhan semak keluarga Euphorbiaceae, ditanam terutama untuk memperoleh umbinya yang mengandung pati. Singkong merupakan salah satu makanan pokok yang paling penting di daerah tropis, yang mana singkong ini merupakan urutan keempat sumber energi yang paling penting. Sedangkan di dunia, singkong menempati urutan ke enam sumber kalori paling penting di dalam diet manusia (Alves, 2002).
(a) (b)
Gambar 2. (a) Singkong(Anonim, 2008a), (b) Taksonomi Singkong (Anonim, 2009a)
Singkong tumbuh baik pada daerah hangat, dengan suhu harian berkisar 25-29oC, dan cocok untuk tumbuh pada daerah ketinggian 1.500 meter dpl. Singkong tumbuh dengan baik ketika ada distribusi hujan yang baik sekitar 1.000 – 1.500 mm per tahun. Singkong juga dapat tumbuh pada daerah yang sangat kering, walaupun hasilnya sangat rendah. Singkong membutuhkan tanah yang longgar dan berpasir, dan dapat tumbuh dengan
Klasifikasi Ilmiah Kerajaan Plantae Divisi Magnoliophyta Kelas Magnoliopsida Ordo Malpighiales Famili Euphorbiceae Bangsa Manihoteae Genus Manihot
Spesies Manihot esculenta
Nama binomial Manihot esculenta
10 baik pada tanah dengan kesuburan rendah. Tanah berat tidak cocok
karena tidak memungkinkan umbi untuk membesar/mengembang (Macdonald dan Low, 1984).
Singkong secara normal dapat dipanen setelah 9-18 bulan, tetapi dapat
dibiarkan di tanah lebih lama lagi. Apabila terlalu lama dibiarkan (tidak dipanen), umbi singkong akan menjadi berserat dan menjadi seperti
kayu. Singkong akan rusak secara cepat setelah panen dan tidak dapat disimpan lebih lama dari 2-3 hari. Hasil panen dapat mencapai 10-25 ton/ha pada tanaman yang bebas penyakit (Macdonald dan Low, 1984)
Umbi singkong memiliki masa simpan setelah panen yang paling singkat dibandingkan tanaman umbi utama yang lain. Umbi singkong sangat mudah rusak dan biasanya menjadi tidak layak makan setelah 24-72 jam setelah panen akibat proses kerusakan fisiologis yang cepat, dimana terjadi sistesis komponen fenolik sederhana terjadi membentuk pigmen biru, coklat dan hitam. Diduga komponen polifenol pada umbi teroksidasi membentuk substansi kuinon yang membentuk kompleks dengan molekul kecil seperti asam amino untuk kemudian membentuk pigmen warna yang disimpan dalam jaringan vaskular. Polifenoloksidase (PPO) adalah enzim yang mengoksidasi fenol menjadi quinon. Beberapa proses yang dapat menghambat PPO seperti perlakuan panas, penyimpanan dingin, atmosfer anaerob, dan mencelupkan umbi pada larutan inhibitor (seperti asam askorbat, glutathione dan KCN). Kerusakan mikrobial dapat terjadi mengikuti kerusakan fisiologi atau kerusakan primer, yaitu 5-7 hari setelah panen. Hal ini dikarenakan infeksi microbial akibat terjadinya kerusakan mekanik pada jaringan. Kerusakan ini meyebabkan perubahan warna jaringan (Alves, 2002).
Singkong merupakan tanaman dunia baru, hal ini dikarenakan singkong baru dikenal setelah ditemukannya benua amerika. Bukti arkeologi menunjukkan dua daerah asal (center of origin) singkong yaitu dari benua amerika, yaitu satu di meksiko dan amerika tengah, dan yang lainnya di timur laut Brasil (Grace, 1977). Jenis singkong Manihot esculenta pertama kali dikenal di Amerika Selatan kemudian dikembangkan pada masa pra-sejarah di Brasil dan Paraguay. Bentuk-bentuk modern dari spesies yang telah
11 dibudidayakan dapat ditemukan bertumbuh liar di Brasil selatan. Meskipun spesies Manihot yang liar ada banyak, semua varitas M. esculenta dapat dibudidayakan (Anonim, 2008a).
Negara-negara timur jauh tidak mengenal singkong sebagai tanaman pangan hingga tahun 1835 M. Sekitar tahun 1850 M singkong di bawa dari Brasil ke Jawa, Singapura, dan Malaysia. Ketika penanaman singkong yang lebih menguntungkan dimulai di Semenanjung Malaya, pertanian singkong mulai bergerak ke daerah lain di Indonesia. Sekitar tahun 1919-1941 sekitar 98% dari total tepung singkong diproduksi di Jawa, tetapi selama perang dunia kedua, Brasil mengembangkan dan meningkatkan produksi singkongnya (Grace, 1977).
Singkong dikenal juga dengan banyak nama : Ubi Ketela atau kaspe (Indonesia), manioc, rumu, atau yucca (Amerika latin), mandioca atau aipim (Brasil), manioc (Madagaskar dan Afrika), tapioka (India dan Malaysia), cassava, dan terkadang cassada (Afrika, Thailand, dan Sri Lanka) (Grace, 1977).
B. Pati
Pati merupakan homopolimer glukosa dengan ikatan α-glikosidik. Berbagai macam pati tidak sama sifatnya, tergantung dari panjang rantai C-nya, serta apakah lurus atau bercabang rantai molekulnya. Pati terdiri dari dua fraksi yang dapat dipisahkan dengan air panas. Fraksi terlarut disebut amilosa dan fraksi tidak terlarut disebut amilopektin. Amilosa mempunyai struktur lurus dengan ikatan α-(1,4)-D-glukosa, sedangkan amilopektin mempunyai cabang dengan ikatan α-(1,4)-D-glukosa sebanyak 4-5% dari berat total (Winarno, 1992).
Pati pada jaringan tanaman mempunyai bentuk granula (butir) yang berbeda-beda. Dengan mikroskop, jenis pati dapat dibedakan karena mempunyai bentuk, ukuran, letak hilum yang unik, dan juga dengan sifat birefringent-nya. Sifat birefringent adalah sifat granula pati yang dapat merefleksikan cahaya terpolarisasi sehingga dibawah mikroskop terlihat Kristal hitam-putih (Winarno, 1992).
12 Pati memiliki sifat menyerap air. Bila pati mentah dimasukkan ke dalam air dingin, granula pati akan menyerap air dan membengkak. Namun jumlah air yang terserap dan pembengkakannya terbatas. Granula pati dapat dibuat membengkak luar biasa, tetapi tidak dapat kembali lagi pada kondisi semula. Perubahan tersebut disebut gelatinisasi. Proses gelatinisasi ini dapat dilakukan dengan cara memanaskan suspensi pati (Winarno, 1992).
Bila suspensi pati dipanaskan, beberapa perubahan selama terjadinya gelatinisasi dapat diamati. Mula-mula suspensi pati yang keruh seperti susu tiba-tiba mulai menjadi jernih pada suhu tertentu, tergantung jenis pati yang digunakan. Terjadinya translusensi larutan pati tersebut biasanya diikuti pembengkakan granula. Bila energi kinetik molekul air menjadi lebih kuat dari pada daya tarik-menarik antarmolekul pati di dalam granula, air dapat masuk ke dalam butir-butir pati. Hal inilah yang yang menyebabkan bengkaknya granula pati tersebut. Indeks refraksi butir-butir pati yang membengkak ini mendekati indeks refraksi air, dan hal inilah yang menyebabkan sifat translusen (Winarno, 1992).
Proses pembengkakan granula pati ini diikuti dengan peningkatan viskositas pati. Karena jumlah gugus hidroksil dalam molekul pati sangat besar, maka kemampuan menyerap air sangat besar. Terjadinya peningkatan viskositas disebabkan air yang dulunya berada di luar granula dan bebas bergerak sebelum suspensi dipanaskan, kini sudah berada di dalam granula pati dan tidak dapat bergerak dengan bebas lagi (Winarno, 1992).
Suhu gelatinisasi adalah suhu pada saat granula pati mulai pecah (Winarno, 1992) atau suhu ketika viskositas mencapai maksimum (ISI, 1999). Suhu gelatinisasi berbeda-beda bagi tiap jenis pati dan merupaka suatu kisaran. Dengan menggunakan viskometer suhu gelainisasi dapat ditentukan, misalnya pada jagung 62-70 oC, beras 68-70 oC, gandum 54,5-64 oC, kentang 58-66 oC, dan tapioka 52-64 oC. Suhu gelatinisasi tergantung juga pada konsentrasi pati. Semakin kental larutan, suhu tersebut semakin lambat tercapai, sampai suhu tertentu kekentalan tidak bertambah, bahkan kadang- kadang turun (Winarno, 1992).
13 Pasta pati yang telah mengalami gelatinisasi terdiri dari granula-granula yang membengkak tersuspensi dalam air panas dan molekul-molekul amilosa yang terdispersi di dalam air. Molekul-molekul amilosa tersebut akan terus terdispersi, asalkan pasta pati tersebut tetap dalam keadaan panas. Karena itu dalam kondisi panas, pasta masih memiliki kemampuan untuk mengalir yang fleksibel dan tidak kaku. Bila pasta tersebut kemudian mendingin, energi
kinetik tidak lagi cukup tinggi untuk melawan kecenderungan molekul-molekul amilosa untuk bersatu kembali. Molekul-molekul amilosa
berikatan kembali satu sama lain serta berikatan dengan cabang amilopektin pada pinggir-pinggir luar granula, menjadi semacam jaring-jaring membentuk mikrokristal dan mengendap. Proses kristalisasi kembali pati yang telah mengalami gelatinisasi ini disebut retrogradasi. Proses retrogradasi ini biasanya diikuti dengan peristiwa merembasnya air dari dalam gel pati yang disebut sineresis (syneresis) (Winarno, 1992).
Brabender Amylograph adalah alat yang sangat umum digunakan untuk menganalisis sifat gelatinisasi pati. Menurut Zobel (1990), Amylograph digunakan secara luas didalam mengkarakterisasi pasta pati. Enam poin penting yang terdapat pada kurva viskositas amylograph umumnya dikenal sebagai :
1. Pasting Temperature – menunjukkan awal pembentukan pasta; bervariasi berdasarkan jenis pati dan modifikasinya serta adanya aditif pada suspensinya (Slurry)
2. Peak Viscosity – menunjukkan viskositas maksimum
3. Viskositas pada 95 oC – menunjukkan tingkat kemudahan pemasakan pasta pati
4. Viskositas setelah holding pada 95 oC selama 1 jam (ISI : 20 menit) – menunjukkan kestabilan pasta selama pemasakan pada pangadukan yang relatif pelan.
5. Viskositas pada 50 oC – mengukur setback (peningkatan kembali viskositas) yang terjadi selama pendinginan pasta panas.
6. Viskositas setelah holding pada 50 oC selama 1 jam (ISI : 20 menit) – menunjukkan stabilitas pasta di bawah kondisi penggunaan.
14 Contoh analisis sifat gelatinisasi pati menggunakan Brabender Amylograph dapat dilihat pada Gambar 3.
Gambar 3. Hasil pengamatan viskositas dengan Brabender Amylograph (Moore et al, 1984)
Keterangan pada kentang, A : Pasting temperature, B : Peak viscosity, C : Viskositas pada suhu 95 oC, D : Viskositas setelah holding pada suhu 95 oC, E : Viskositas pada 50 oC
C. Tapioka
Tapioka atau pati singkong adalah pati yang diperoleh dari akar yang menggelembung (umbi) dari tanaman singkong. Terdapat dua jenis singkong yang umum dibudidayakan yaitu: varietas yang pahit, Jatropha manihot atau Maniot utilisima dan varietas yang manis, Jatropha dulcis atau Manihot palmata. Umbi singkong biasanya mengandung sedikit asam sianida (HCN) yang akan hilang selama proses ekstraksi pati. Varietas yang pahit biasanya menghasilkan pati yang lebih tinggi dan inilah yang umumnya ditanam untuk diambil patinya, hanya saja memiliki kandungan HCN yang lebih tinggi dari varietas manis (Jackson, 1976).
Asam sianida yang ada pada singkong diproduksi akibat adanya aktifitas enzim terhadap glikosida, phaseolunatin. Jumlah HCN pada singkong terdapat pada kisaran yang lebar, yaitu 0.01-0.035% didalam umbi singkong pahit. Dan
Viscosities of unmodified starches A
B C
D
15 pada bagian korteks varietas manis dengan persentase yang sama. Pada umbi hanya mengandung 0.004-0.015% HCN. Selama pengeringan di bawah sinar matahari kandungan HCN dapat turun mencapai 0.0006%-0.0017%. Didalam proses pembuatan tapioka asam sianida ini sedapat mungkin harus dikendalikan, karena ketika dibebaskan, HCN akan membentuk ferrosianida yang berwarna biru (Jackson, 1976).
Secara umum, umbi singkong mengandung 60-75% air dan 20-30% pati, tetapi variasinya mulai dari yang terendah 12% hingga yang tertinggi 33%. Singkong pahit kemungkinan memiliki lebih banyak pati dari singkong manis. Secara komersial, perusahaan membeli singkong dari petani berdasarkan kandungan pati yang dapat ditentukan dengan metode Specific Gravity Methode. Metode ini telah digunakan di eropa sebagai dasar pembelian kentang selama lebih dari 100 tahun. Setelah specific gravity dari sampel sebanyak 3-4 kg diperoleh, dibandingkan dengan monogram yang menunjukkan persentase dari pati (Jackson, 1976).
Spesific Gravity (SG) adalah unit dimensionless yang didefinisikan sebagai rasio dari densitas material terhadap densitas dari air pada suhu yang spesifik. Spesific Gravity dirumuskan sebagai :
SG = ρ/ ρH2O
dimana : SG = specific gravity, ρ = densitas fluida atau substansi (kg/m3),
ρH2O = densitas air (kg/m3). Densitas air yang umumnya digunakan sebagai referensi adalah pada 4oC (39oF), pada titik ini densitas air berada pana nilai tertinggi (1000 kg/m3 atau 62.4 lb/ft3) (Anonim, 2009b)
Sejumlah metode percobaan untuk menentukan spesific gravity dari padatan, larutan, dan gas telah dibuat. Padatan ditimbang terlebih dahulu di udara, kemudian ditimbang kembali dengan merendam padatan tersebut didalam air. Perbedaan bobot diantara penimbangan di udara dengan penimbangan di dalam air, berdasarkan prinsip archimedes, adalah bobot air yang digamtikan oleh volume padatan. Apabila padatan memiliki densitas lebih rendah dari air, beberapa metode harus ditambahkan untuk membuat singkong benar-benar terendam, seperti dengan menambahkan sistem kerekan (pulley) atau sinker yang diketahui massa dan volumenya. Spesific gravity dari
16 padatan adalah rasio dari bobot di udara dengan selisih antara bobot di udara dengan bobot di dalam air (Anonim, 2009c). Contoh alat dapat dilihat pada Gambar 4.
Gambar 4. Timbangan kadar pati dengan metode Specific Grafity Methode (Sungzicaw, 2007)
Spesific gravity metode ini dapat digunakan untuk mengukur kadar pati singkong dengan melihat hubungan spesific gravity dengan kadar pati. Hubungan spesific gravity pada singkong dengan kadar pati dapat dilihat pada Tabel 1 (Sungzikaw,2007).
Tabel 1. Hubungan Spesific Grafity dengan kadar pati singkong (Sungzikaw, 2007) Wu (gram) Wa (gram) Wu-Wa (gram) Spesific Gravity Kadar Pati (%) 5000 440 4560 1.0965 18.2 5000 460 4540 1.1013 19.2 5000 480 4520 1.1062 20.3 5000 500 4500 1.1111 21.3 5000 520 4480 1.1161 22.3 5000 540 4460 1.1211 23.3 5000 560 4440 1.1261 24.4 5000 580 4420 1.1312 25.4 5000 600 4400 1.1364 26.4 5000 620 4380 1.1416 27.4 5000 640 4360 1.1468 28.5 5000 660 4340 1.1621 29.5
Keterangan : Wu=bobot di udara, Wa=bobot di dalam air
Keranjang untuk menimbang singkong di udara Keranjang untuk menimbang singkong di dalam air Penampung air Skala timbangan
17 Pabrik pengolahan tapioka biasanya berlokasi dekat dengan area penanaman singkong untuk meminimalkan biaya transportasi, dan yang lebih penting lagi, untuk memungkinkan pemprosesan singkong dengan waktu yang paling singkat (Corbishley dan Miller, 1984).
Singkong dihantarkan ke pabrik dan disimpan di tempat penyimpanan (bunker) dari kayu atau beton. Proses bongkar-isi bunker harus selalu diawasi untuk memastikan singkong yang dipanen lebih awal diproses lebih awal. Singkong biasanya dipindahkan ke mesin pencuci dengan menggunakan konveyor. Setelah pencucian, kulit terluar dihilangkan. Bagian lebih dalam dari kupasan, atau korteks, tidak dibuang karena memiliki pati yang dapat di-recovery melalui proses yang modern. Mesin pencuci biasanya berupa mesin berbentuk-U dengan pedal yang menggerakkan singkong yang telah dicuci ke mesin pengupas. Mesin pengupas dapat terintegrasi pada mesin pencuci ataupun terpisah. Singkong dikupas dengan abrasi antar singkong atau antara singkong dengan dinding dan pedal dari mesin pencuci dan pengupas (Corbishley dan Miller, 1984).
Proses selanjutnya adalah ekstraksi pati. Untuk mendapatkan pati, semua dinding sel singkong harus dihancurkan. Untuk memperoleh pati dengan kualitas yang tinggi, singkong yang telah dikupas di potong-potong (chopped) dulu menjadi berukuran 30-50 mm dan di lanjutkan ke mesin pemarutan (rasping device). Variasi kecepatan konveyor digunakan untuk mengkontrol kecepatan pemasukan bahan. Penghancuran yang efisien dibutuhkan untuk mendapatkan hasil ekstraksi yang tinggi. Fungsi ini dapat dilakukan dalam satu atau dua tahap, tergantung efisiensi dari mesin. Mesin pemarut adalah mesin penghancur dengan kecepatan perputaran yang tinggi. Setelah pemarutan, HCN di singkong akan bebas dan terlarut dalam air pencuci. Reaksi HCN dengan besi dapat menghasilkan ferrosianida yang berwarna kebiruan, oleh karena itu mesin pemarut dan mesin-mesin yang lain serta pipa yang berinteraksi dengan pati dibuat dari stainless steel atau bahan lain yang resisten (Corbishley dan Miller, 1984).
18 Setelah penghancuran, pulp dicuci dengan menggunakan saringan (screens) sehingga serat tertahan sedangkan bagian patinya lolos dari saringan. Saringan ini biasanya berbentuk kerucut berputar, menyudut, atau bak. Pada setiap kondisi, penyaringan counter current tetap dibutuhkan (Corbishley dan Miller, 1984).
Larutan pati kasar (crude starch milk) yang telah melewati tahap pencucian dan penyaringan pada konsentrasi 30Be (54 kg pati/m3), dilewatkan pada degritting screen, dimana apabila ada benda asing yang kecil akan dihilangkan, setelah itu masuk ke continous centrifuges dimana pati akan dipisahkan dari serat yang masih ada dan bahan terlarut. Partikel pati kemudian disemprotkan melalui nozel-nozel didalam mangkuk bulat, sedangkan fraksi yang mengandung serat halus dan bahan terlarut dikeluarkan melalui conical disc dengan bantuan pompa sentrifugal. Air bersih dimasukkan melalui nozel dekat pati yang dikumpulkan. Air bersih inipun menggantikan air yang kotor yang dialirkan ke bagian pencuci serat dan pencuci singkong (Corbishley dan Miller, 1984).
Pada setiap operasi sentrifugasi, pati dicuci dengan air yang mengandung sulfur dioksida (SO2) 0.05% secara counter current. Penggunaan SO2 penting untuk mengkontrol aktivitas mikroba pada proses pemisahan pati dengan air. Larutan yang mengandung pati akan keluar dari proses purifikasi berupa slurry dengan total solid 38-42%, sedangkan total solid larutan pati yang telah melewati penyaring vakum adalah 40-45% dan yang telah melewati basket centrifuge memiliki total solid 32-37%. Larutan pati yang telah dihilangkan sebagian airnya digerakkan ke pengering, baik itu tipe drum, belt, tunnel, atau flash. Jenis pengering yang paling umum adalah tipe pengering flash (pneumatic), yang udara panasnya dihasilkan dari heater (coil uap, gas, atau burner berbahan bakar minyak) dengan suhu mencapai 1500C. Pati yang telah kering (k.a. 12-14%) dipisahkan dari udara lembab didalam siklon-siklon, kemudian digiling dan disaring (Corbishley dan Miller, 1984).
19 Menurut DSN (1994), SNI 01-3451-1994 menyatakan tapioka sebagai pati (amylum) yang diperoleh dari umbi ubi kayu segar (Manihot utilisima Pohl atau Manihot usculenta Crantz) setelah melalui proses pengolahan tertentu, dibersihkan dan dikeringkan. Tapioka digolongkan menjadi tiga jenis mutu, yaitu mutu I, mutu II, dan mutu III. Syarat mutu tapioka dapat dilihat dari dua sisi yaitu syarat mutu organoleptik (sehat, tidak berbau apek atau masam, murni, dan tidak kelihatan ampas dan/atau bahan asing) dan syarat teknis. Syarat teknis mutu tapioka ini dapat dilihat pada Lampiran 3.