Teknologi proses produksi sirup glukosa, secara garis besar, ada dua macam, yaitu dengan teknologi hidrolisis asam dan teknologi enzimatis. Perbedaan utama antara proses hidrolisis asam dan proses enzimatis terletak pada
44 zat yang digunakan untuk memecah pati. Pada proses hidrolisis asam, pemecahan pati dilakukan dengan asam. Pada proses enzimatis, pemecahan pati dilakukan dengan enzim.
Teknologi proses yang digunakan pada penelitian ini adalah proses enzimatis. Teknologi proses enzimatis dipilih karena memiliki beberapa keuntungan dibanding teknologi proses hidrolisis asam. Menurut Norman (1981), hidrolisis secara enzimatis memiliki perbedaan mendasar dibandingkan hidrolisis secara kimiawi dan fisik dalam hal spesifitas pemutusan rantai polimer pati. Hidrolisis secara kimiawi dan fisik akan memutus rantai polimer secara acak, sedangkan hidrolisis enzimatis akan memutus rantai polimer secara spesifik pada percabangan tertentu. Hidrolisis enzimatis memiliki beberapa keuntungan, yaitu prosesnya lebih spesifik dan produk yang dihasilkan sesuai dengan yang diinginkan. Kondisi proses yang dapat dikontrol, biaya pemurnian yang lebih murah, produk samping dan abu yang dihasilkan lebih sedikit, dan kerusakan warna yang dapat diminimalkan merupakan keunggulan proses enzimatis ini.
Pembuatan sirup glukosa dengan hidrolisis enzim terdiri atas tiga tahapan dalam mengonversi pati, yaitu gelatinisasi, likuifikasi, dan sakarifikasi. Gelatinisasi merupakan pembentukan suspensi kental dari granula pati. Likuifikasi merupakan proses hidrolisis pati parsial yang ditandai dengan menurunnya viskositas (Chaplin dan Buckle, 1990). Likuifikasi menghasilkan oligosakarida. Sakarifikasi merupakan proses dimana oligosakarida sebagai hasil dari tahap likuifikasi dihidrolisis lebih lanjut oleh enzim tunggal atau enzim campuran menjadi glukosa.
Proses produksi sirup glukosa yang digunakan dalam penelitian ini dapat dilihat pada Gambar 7.1. Proses produksi sirup glukosa ini disusun berdasarkan kajian yang dilakukan oleh Fridayani (2006), Richana (2006), Irawadi dan Fauzi (1990), Said (1987), Olsen (1995), dan Jati (2007). Asumsi-asumsi yang digunakan dalam penyusunan teknologi proses produksi ini adalah sebagai berikut.
• Kadar air bahan baku tapioka yang digunakan adalah 13 persen.
• Jumlah enzim α-amilase yang digunakan adalah 1 persen dari bobot bahan
45 • Jumlah enzim glukoamilase yang digunakan adalah 0.75 persen dari bobot
bahan baku tapioka.
• Jumlah arang aktif yang digunakan adalah 0.8 persen dari bobot bahan baku tapioka.
• Kadar padatan pada produk akhir sirup glukosa adalah 70 persen.
Gambar 7.1. Teknologi proses produksi sirup glukosa Sirup Glukosa
Penguapan Filtrasi
Pemurnian dengan arang aktif (80 oC, 1 jam) Netralisasi Sakarifikasi (60 oC, pH 4.7, 72 jam) Likuifikasi (95 oC, 180 menit) Pengaturan pH hingga 5.2 Pencampuran dan Gelatinisasi
(105 oC) Tapioka Air α-amilase Larutan HCl 30% Glukoamilase Arang aktif
Arang aktif dan kotoran
Uap Air Larutan HCl 30%
46 1. Pencampuran dan Gelatinisasi
Proses awal yang dilakukan pada produksi sirup glukosa adalah proses pencampuran. Bahan-bahan yang dicampur pada proses ini adalah tapioka dan air dengan perbandingan tapioka dan air dalam larutan adalah 30 : 70 (b/b). Proses pencampuran dilakukan di dalam slurry tank. Pengadukan dilakukan sejak awal pencampuran agar tapioka tidak mengendap. Jika terjadi pengendapan, hal ini akan mempersulit proses selanjutnya. Setelah air dan tapioka tercampur, kemudian dilakukan proses gelatinisasi dengan memanaskan larutan tapioka dan air tersebut. Gelatinisasi merupakan pembentukan suspensi kental dari granula pati. Proses gelatinisasi ini dilakukan di dalam jet cooker. Di dalam jet cooker, campuran tapioka dan air akan dipanaskan sampai terjadi gelatinisasi. Energi panas yang digunakan berasal dari uap panas yang dihasilkan oleh boiler.
2. Likuifikasi
Proses likuifikasi merupakan proses hidrolisis pati parsial dan menghasilkan oligosakarida. Proses likuifikasi ini menggunakan enzim alfa- amilase untuk memecah pati. Proses likuifikasi dilakukan pada suhu 95oC dan pH 5.2 selama 180 menit. Sebelum dilakukan proses likuifikasi, dilakukan pengaturan pH sampai pH larutan menjadi 5.2 dengan penambahan HCl 30%.
Alfa-amilase dari Bachillus licheniformis optimum pada suhu tinggi, bahkan dapat melebihi 90 oC (Fullbrook, 1984). Alfa-amilase ini memiliki kisaran pH optimum pada 5 - 7 dan suhu optimum antara 90 – 105 oC (Naz, 2002). Penelitian Wibisono (2004) menyatakan bahwa pH optimum alfa-amilase adalah 5.2 dan suhu optimum 95 oC.
Proses likuifikasi ini dilakukan di dalam tangki likuifikasi. Energi panas untuk menjaga suhu pada 95oC diperoleh dari boiler. Uap panas dari boiler dialirkan melalui mantel pemanas yang terdapat pada tangki likuifikasi. Setelah proses likuifikasi selesai, bahan dialirkan ke tangki sakarifikasi melewati heat exchanger untuk menurunkan suhunya.
47 3. Sakarifikasi
Sakarifikasi merupakan proses dimana oligosakarida sebagai hasil dari tahap likuifikasi dihidrolisis lebih lanjut oleh enzim tunggal atau enzim campuran menjadi glukosa. Proses sakarifikasi ini menggunakan enzim glukoamilase dan dilakukan pada suhu 60 oC selama lebih kurang 72 jam. Sebelum proses sakarifikasi dilakukan, pH bahan diatur terlebih dahulu menjadi sekitar 4.7 dengan menambahkan larutan HCl 30%.
Glukoamilase dikenal juga dengan amiloglukosidase (AMG) atau α-1,4-D-
glukan glukohidrolase yang bersifat eksoamilase, yaitu dapat memutus rantai pati menjadi molekul-molekul glukosa pada bagian tak tereduksi baik pada ikatan α-
1,4 maupun α-1,6. Glukoamilase terutama memutuskan rantai molekul maltosa
menjadi molekul-molekul glukosa bebas (Tjokroadikoesomo, 1986).
Glukoamilase yang umum digunakan pada tahap sakarifikasi berasal dari Aspergillus niger. Menurut Reilly (1985), glukoamilase yang berasal dari Aspergillus niger dapat menghidrolisis dekstrin (DE 10-15) dengan konsentrasi substrat 30 – 40 persen (b/b) pada kondisi standar pH 4 – 4.5 dan suhu 60 oC diinkubasi selama 48 – 72 jam dapat menghasilkan sirup glukosa dengan DE 96 (90 persen glukosa basis kering, 3 persen disakarida, dan 3 persen maltulosa dan oligosakarida). Menurut Kulp (1975), pada umumnya, aktivitas glukoamilase optimum pada pH 4.0 – 5.0 dan suhu 50 – 60 oC.
Proses sakarifikasi ini dilakukan di dalam tangki sakarifikasi. Energi panas untuk menjaga suhu pada 60oC diperoleh dari boiler. Uap panas dari boiler dialirkan melalui mantel pemanas yang terdapat pada tangki sakarifikasi.
4. Netralisasi
Proses konversi pati menjadi glukosa berlangsung pada kondisi asam. Proses netralisasi dilakukan untuk menaikkan pH produk sehingga mendekati pH netral. Pada proses netralisasi ini, digunakan larutan NaOH 30 %. Larutan ini ditambahkan pada produk sampai pH produk mendekati netral. Proses netralisasi ini dilakukan pada tangki sakarifikasi setelah proses sakarifikasi selesai.
48 5. Pemurnian dengan Arang Aktif dan Filtrasi
Proses netralisasi kemudian dilanjutkan dengan proses pemurnian. Pemurnian dilakukan dengan mencampurkan arang aktif pada hasil sakarifikasi. Jumlah arang aktif yang dicampurkan sebesar 0.8 persen dari bobot tapioka yang digunakan. Pencampuran dengan arang aktif dilakukan di dalam tangki sakarifikasi setelah proses sakarifikasi selesai. Arang aktif akan menyerap kotoran-kotoran dan warna yang timbul dari sirup glukosa, sehingga akan dihasilkan sirup glukosa yang murni dan berwarna baik. Pemurnian dengan arang aktif ini dilakukan pada suhu 80oC selama 1 jam.
Proses selanjutnya setelah proses pemurnian dengan arang aktif adalah proses filtrasi. Sirup glukosa yang telah dicampur dengan arang aktif dialirkan ke dalam filter untuk disaring dan dipisahkan antara sirup glukosa dan kotoran- kotoran yang timbul serta arang aktif. Arang aktif dan kotoran dibuang, sedangkan sirup glukosa dialirkan ke tangki penampungan.
6. Penguapan
Penguapan (evaporasi) dilakukan untuk memekatkan sirup glukosa dan mengurangi kadar air. Proses evaporasi dilakukan di dalam tangki evaporator. Sirup glukosa hasil filtrasi dalam tangki penampungan dialirkan ke tangki evaporator. Proses evaporasi ini dilakukan sampai kadar padatan sirup glukosa mencapai kurang lebih 70 persen. Energi panas yang digunakan dalam proses evaporasi diperoleh dari boiler. Uap panas dari boiler dialirkan menuju tangki evaporator.
49 Gambar 7.2. Neraca massa produksi sirup glukosa
Sirup Glukosa 2480 kg Penguapan 2480 kg Filtrasi 5789.5 kg
Pemurnian dengan arang aktif (80 oC, 1 jam) 5825.5 kg Netralisasi 5809.5 kg Sakarifikasi (60 oC, pH 4.7, 72 jam) 5806.5 kg Likuifikasi (95 oC, 180 menit) 5804 kg Pengaturan pH hingga 5.2 5802 kg
Pencampuran dan Gelatinisasi (105 oC) 5800 kg Tapioka (2000 kg) Pati = 1740 kg Air = 260 kg Air 3800 kg α-amilase 2 kg Larutan HCl 30% 1 kg Glukoamilase 1.5 kg Arang aktif 16 kg
Arang aktif, kotoran dan loss 36 kg Uap Air 3309.5 kg Larutan HCl 30% 2 kg Larutan NaOH 30% 3 kg
50 Gambar 7.3. Neraca energi produksi sirup glukosa
51