BAB II
TINJAUAN PUSTAKA
A. Tinjauan Tumbuhan Nipah (Nypa fruticans Wurmb)
Tinjauan mengenai tumbuhan nipah yang akan digunakan terdiri dari klasifikasi tumbuhan, morfologi tumbuhan, dan penggunaan tumbuhan nipah. 1. Taksonomi Tumbuhan
Klasifikasi tumbuhan nipah adalah sebagai berikut : Kerajaan : Plantae
Divisi : Magnoliophyta Kelas : Liliopsida
Ordo : Arecales
Familia : Arecaceae
Genus : Nypa
Spesies : Nypa Fruticans Wurmb (Backer & Brink, 1968)
2. Morfologi Tumbuhan
lanset, ujung meruncing, ukuran 60-130 x 5-8 cm. Tandan bunga biseksual tumbuh dari dekat puncak batang pada gagang sepanjang 1-2 m. Bunga betina membentuk kepala melingkar berdiameter 25-30 cm. Bunga jantan kuning cerah, terletak di bawah kepala bunganya. Buah berbentuk bulat, warna coklat, kaku dan berserat. Pada setiap buah terdapat satu biji berbentuk telur. Ukuran diameter kepala buah sampai 45 cm, diameter biji 4-5 cm. Penyebaran tumbuhan ini Asia Tenggara, Malaysia, seluruh Indonesia, Papua New Guinea, Filipina, Australia dan Pasifik Barat (http://wetlands.or.id/mangrove/species).
3. Penggunaan nipah
Nipah memiliki banyak kegunaan; daun yang dikeringkan dapat dimanfaatkan sebagai atap, dinding, tikar, topi dan aneka keranjang anyaman. Buahnya langsung dapat dimakan atau dimanfaatkan sebagai bahan baku minuman. Nipah dapat disadap niranya, nira ini dapat dimanfaatkan untuk pembuatan gula nipah. Seperti pada gula kelapa, gula nipah juga memiliki rasa manis namun ada rasa asinnya (Santoso et al, 2005).
Di daerah Papua nipah banyak digunakan sebagai bahan minuman dan menghasilkan sumber ekonomi. Bagian yang sering dimanfaatkan adalah bagian buahnya (Rumbiak dan Charlie, 2001).
4. Nira Nipah
Adapun cara penyadapan nira nipah adalah sebagai berikut : a. Persiapan
1) Pembersihan tongkol yaitu ijuk yang ada disekitar tongkol bunga disingkirkan agar tidak mengganggu proses penyadapan.
2) Pemukulan tongkol yaitu setelah pembersihan, tongkol bunga jantan diayun-ayun dan dipukul-pukul secara ringan tanpa menyebabkan tongkol luka dan memar. Pemukulan dilakukan sekali 2 hari pada pagi dan sore hari selama 3 minggu.
3) Penentuan kesiapan tongkol disadap. Setelah itu, tongkol ketika untaian bunga melekat ditoreh, jika torehan mengeluarkan cairan nira, berarti tongkol sudah siap untuk disadap. Jika tidak mengeluarkan nira, proses pengayunan dan pemukulan harus dilanjutkan.
4) Persiapan penyadapan bumbung yang akan digunakan untuk penyadapan dicuci sampai bersih. Bagian dalam bumbung disikat dengan penyikat bertangkai panjang.
b. Penyadapan
1) Jika tongkol sudah siap untuk disadap, tongkol dipotong pada bagian yang ditoreh untuk penentuan kesiapan tongkol disadap. 2) Di bawah luka pada bagian tongkol yang dipotong, diletakkan
bumbung. Ke dalam bumbung dimasukkan kapur sirih satu sendok makan. Bumbung ini diikatkan secara kuat pada tangkai.
3) Penyadapan berlangsung selama 12 jam. Bumbung yang telah terisi nira di ambil.
B. Etanol
Etanol adalah campuran etil alkohol dan air. Etanol memiliki rumus empirik C2H5OH Cairan ini tidak berwarna, jernih, mudah menguap dan mudah bergerak. Etanol memiliki bau yang khas dan rasa yang panas. Etanol juga mudah terbakar dan memberikan warna biru yang tidak berasap (DepKes RI, 1979).
Etanol hasil fermentasi adalah etanol yang encer karena sel-sel khamir akan mati pada kadar etanol 12-15 %. Untuk mendapatkan etanol dengan kadar yang lebih tinggi dapat dilakukan dengan penyulingan bertingkat. Dengan penyulingan ini dapat menghasilkan etanol dengan kadar 95%. Etanol yang telah disuling tersebut masih mengandung minyak arak, yaitu campuran amilalkohol yang toksik. Apabila disuling kembali maka akan mendapat etanol murni, akan tetapi kadarnya tidak lebih dari 95,5 %. Untuk mendapat etanol mutlak 100 % air yang 4,5 % dapat diikat dengan CaO. Atau dengan penyulingan ”Azeotrop” pada etanol 95,5 % ditambah benzen dan disuling (Sa’id, 1987).
Etanol berdasarkan asalnya dapat digolongkan menjadi dua yaitu etanol sintesis dan bioetanol. Etanol sintesis yaitu etanol yang terbuat dari etilena, salah satu derivat minyak bumi atau batu bara. Bahan ini diperoleh dari sintesis kimia yang disebut hidrasi, sedangkan bioetanol diperoleh dari biomassa (tanaman) melalui proses biologi (enzimatik dan fermentasi). Adapun bahan baku yang dapat digunakan untuk pembuatan bioetanol adalah : 1. Bahan berpati seperti singkong, ubi jalar, tepung sagu, biji jagung, biji
sorgum, gandum, kentang, ganyong, garut dan lain-lain.
2. Bahan bergula, berupa molase (tetes tebu), nira tebu, nira kelapa, nira batang sorgum manis, nira aren (enau), nira nipah, gewang, nira lontar dan lain-lain.
Etanol juga merupakan senyawa yang sering digunakan dalam industri kimia antara lain sebagai pelarut (40%), untuk membuat asetaldehid (36%), eter, glikol eter, etil asetat dan klorida (9%) (Putri dan Sukandar, 2008).
Etanol mempunyai macam-macam kegunaan salah satu diantaranya adalah sebagai bahan baku senyawa-senyawa organik lain seperti asam asetat. Selain asam asetat juga dapat digunakan dalam pembuatan eter, kloroform, iodoform, dan juga ester. Alkohol merupakan pelarut pada pembuatan pernis, juga pelarut bagi bahan organik lain seperti minyak wangi, iodium tingtur, kamper spirtus, bran spirtus. Di laboratorium digunakan sebagai pelarut senyawa yang bersifat polar tetapi diharapkan tidak terjadi hidrolisa. Kegunaan lain adalah sebagai bahan bakar yang sebelumnya telah didenaturasikan terlebih dahulu (Sa’id, 1987).
Etanol dapat digunakan dari berbagai macam kadar. Ada beberapa cara penetapan kadar etanol.
1. Penyulingan
Metode penyulingan ini dilakukan apabila tidak dinyatakan lain. Metode ini dilakukan dengan menyuling sampel dengan labu suling. Ukuran labu suling umumnya 2 sampai 4 kali volume cairan uji. Kecepatan penyulingan diatur sedemikian rupa sehingga diperoleh sulingan yang jernih. Jika sulingan berkabut kocok dengan talk P atau kalsium karbonat hingga jernih. Setelah diperoleh sulingan yang jernih tetapkan densitas relatif cairan dan kemudian hitung kadar etanol dengan daftar bobot jenis dan kadar etanol.
2. Kromatografi Gas
C. Khamir (Saccharomyces cerevisiae)
Khamir (khamir) termasuk fungi, tetapi berbeda dari kapang karena bentuknya yang terutama uniseluler. Reproduksi vegetativ pada khamir terutama adalah pertunasan. Khamir tumbuh dan berkembang biak lebih cepat dibanding dengan kapang yang tumbuh dengan pembentukan filamen. Khamir juga lebih efektif dalam memecah komponen kimia dari pada kapang karena memiliki luas permukaan dan volume yang lebih besar dari pada kapang. Khamir berbeda dari ganggang karena khamir tidak melakukan proses fotosintesis. Sel khamir mempunyai ukuran yang bervariasi, yaitu dengan panjang 1-1,5 µm sampai 20-25 µm, dan lebar 1-10 µm. Bentuk sel khamir bermacam-macam yaitu bulat, oval, silinder, ogival yaitu bulat panjang dengan salah satu ujung runcing, segitiga melengkung (triangular), berbentuk botol bentuk apikulat atau lemon membentuk pseudo miselium dan sebagainya (Fardiaz, 1992).
Khamir dapat dibedakan menjadi dua kelompok berdasarkan sifat metabolismenya, yaitu yang bersifat fermentatif dan oksidatif. Khamir yang bersifat fermentatif dapat melakukan fermentasi alkohol yaitu memecah glukosa melalui jalur glikolisis. Khamir fermentatif salah satunya adalah Saccharomyces. Saccharomyces merupakan khamir fermentatif kuat. Apabila
ada oksigen S. cerevisiae juga dapat melakukan respirasi yaitu mengoksidasi gula menjadi karbon dioksida dan air. Oleh karena itu tergantung dari kondisi pertumbuhan, S. cerevisiae dapat mengubah sistem metabolismenya dari fermentatif menjadi oksidatif (respirasi) (Fardiaz, 1992).
S. cerevisiae adalah khamir yang bersifat anaerob yang mampu mengubah asam piruvat menjadi alkohol melalui proses fermentasi. S. cerevisiae juga merupakan khamir yang paling sering digunakan dalam
produksi alkohol karena memenuhi syarat sebagai khamir untuk fermentasi alkohol. S. cerevisiae mampu menghasilkan enzim yang diperlukan dalam proses fermentasi (Fardiaz, 1992)
asam suksinat, alkohol rantai panjang, 2,3-butana-diol, dan sedikit aldehid, asam asetat dan asam laktat (Fardiaz, 1992).
Kondisi pertumbuhan khamir yang baik adalah :
1. Memiliki persediaan air yang cukup, untuk khamir bir aktivitas air terendah adalah 0,94.
2. Suhu optimum untuk pertumbuhan khamir adalah berkisar 25-30º C 3. pH yang cocok untuk khamir adalah berkisar 4-4,5
S. cerevisiae telah banyak digunakan dalam proses fermentasi karena
dari S. cerevisiae dapat memperoleh etanol dalam jumlah yang besar karena memiliki toleransi alkohol yang tinggi (Elevri dan Putra, 2006).
D. Fermentasi
Fermentasi berasal dari bahasa latin yang dalam arti sempit berarti transformasi sari anggur menjadi minuman anggur (wine). Kata ”ferverve” yang berarti ”mendidih” dan digunakan untuk menggambarkan penampakan menarik dari sari anggur yang terfermentasi. Penjelasan secara ilmiah pertama kali diungkapkan oleh Luis Pasteur yaitu proses penguraian gula menjadi alkohol dan karbon dioksida yang disebabkan oleh sel-sel khamir. Pasteur mendapatkan bahwa penguraian gula dilakukan oleh sel-sel khamir tanpa suplai udara sehingga menyebutkan fermentasi alkohol sebagai ”kehidupan tanpa oksigen” (Sa’id, 1987).
Supaya memudahkan semua kegiatan mikrobial dikelompokkan di dalam pertumbuhan, asimilasi, biosintesis dan disimilasi (Sa’id, 1987).
Fermentasi adalah suatu reaksi oksidasi-reduksi dalam sistem biologi yang menghasilkan energi, dimana donor dan akseptor elektron digunakan senyawa organik. Senyawa yang biasa digunakan adalah karbohidrat dalam bentuk glukosa. Senyawa tersebut akan di ubah oleh reaksi oksidasi-reduksi dengan katalis enzim menjadi suatu bentuk lain misalnya aldehid, dan dapat dioksidasi menjadi asam (Winarno dan Fardiaz, 1981).
Fermentasi atau disebut juga pekhamiran adalah proses senyawa kimia secara enzimatis menghasilkan gas, dalam hal ini adalah penguraian karbohidrat menghasilkan etanol dan CO2 tanpa dilibatkannya oksigen. Fermentasi alkohol yaitu dimana glukosa dioksidasi menghasilkan etanol dan CO2 oleh oleh beberapa jasad renik seperti khamir (Wirahadikusumah, 1985).
Pada sumber yang berbeda fermentasi adalah proses produksi energi dalam sel dalam keadaan anaerobik (tanpa oksigen). Secara umum fermentasi adalah salah satu bentuk respirasi anaerobik, atau dapat lebih jelasnya yaitu sebagai proses respirasi dalam lingkungan anaerobik dengan akseptor elektron eksternal. Gula merupakan salah satu faktor dalam fermentasi, sehingga perbedaan reaksi fermentasi tergantung dari gula yang digunakan dan hasil dari produk. Glukosa (C6H12O6) yang merupakan gula paling sederhana, melalui fermentasi akan menghasilkan dua molekul etanol (C2H5OH) dimana reaksi fermentasi ini dilakukan oleh khamir, dan digunakan pada produksi makanan. Persamaan reaksi kimia :
C6H12O6 2C2H5OH + 2CO2 + 2 ATP
Gambar 1. Reaksi penguraian sukrosa (Wirahadikusumah, 1985)
Dari sumber lain disebutkan Sukrosa pada bahan mula-mula dihidrolisa menjadi glukosa dan fruktosa oleh enzim invertase kemudian oleh aktivitas beberapa enzim glukosa dan fruktosa dirubah menjadi alkohol. Dalam proses fermentasi ini akan diperoleh ikutan berupa gliserol, asam laktat, asam asetat, asetaldehid, dan 2,3 butilen glikol (Sa’id, 1987).
Jalur biokimia yang terjadi sebenarnya bervariasi tergantung jenis gula yang terlibat, tetapi umumnya melibatkan jalur glikolisis, yang merupakan tahap awal dari respirasi aerobik pada sebagian besar organisme. Jalur terakhir akan bervariasi tergatung dari hasil akhir yang dihasilkan. Beberapa contoh hasil fermentasi adalah etanol, asam laktat, dan hidrogen. Akan tetapi dapat juga dihasilkan asam butirat, dan aseton.
Fermentasi glukosa pada prinsipnya terdiri dari dua tahap, yaitu ; 1. Pemecahan rantai karbon dari glukosa dan pelepasan paling sedikit dua
pasang atom hidrogen, menghasilkan senyawa karbon lainnya yang lebih teroksidasi dari pada glukosa
2. Senyawa yang teroksidasi tersebut kemudian direduksi kembali oleh atom hidrogen yang dilepaskan dalam tahap pertama, membentuk senyawa-senyawa lain sebagai hasil fermentasi. Reaksi oksidasi tidak dapat berlangsung tanpa reaksi reduksi yang seimbang. Oleh karena itu jumlah atom hidrogen yang dilepaskan dalam tahap pertama fermentasi selalu seimbang dengan jumlah yang digunakan dalam tahap kedua.
EMP
CO2 Glukosa
Etanol Asetaldehid
2 NAD+
Asam Piruvat
produk-produk akhir yang spesifik untuk berbagai proses fermentasi. Produk-produk tersebut terbentuk oleh reaksi-reaksi yang dikatalisis oleh enzim-enzim tertentu. Salah satu contoh adalah fermentasi glukosa oleh khamir melalui jalur EMP, menghasilkan alkohol dengan reaksi sebagai berikut ;
C6H12O6 2 CH3COCOOH
2CH3CH2OH 2 CH3CHO
Gambar 2. Fermentasi glukosa (Fardiaz, 1992)
Dalam reaksi diatas asetaldehid bertindak sebagai penerima hidrogen dalam proses fermentasi, dimana hasil reduksinya oleh NADH2menghasilkan etanol, dan NAD yang teroksidasi kemudian dapat digunakan lagi untuk menangkap hidrogen (Fardiaz, 1992).
Bagan proses fermentasi alkohol yang terjadi berdasarkan jalur metabolisme juga dapat digambarkan sebagai berikut :
Daur krebs
Gambar 3. Metabolisme karbohidrat : fermentasi alkohol (Wirahadikusumah, 1985)
Jalur metabolisme proses ini sama dengan glikolisis sampai dengan terbentuknya piruvat menjadi asetaldehid, dan reaksi di reduksi asetaldehid menjadi alkohol. Pada reaksi pertama piruvat didekarboksilasi diubah menjadi asetaldehid dan CO2 oleh piruvat dekarboksilase, suatu enzim yang tidak terdapat dalam hewan. Reaksi dekarboksilasi ini merupakan reaksi yang
glukosa
Fermentasi alkohol
Fermentasi asam laktat
ATP NADH
laktat piruvat
ATP NADH Asetaldehid
Etanol + CO2
asetat
ireversibel, membutuhkan ion Mg²+ dan koenzim tiamin pirofosfat. Reaksi berlangsung melalui beberapa senyawa antara yang terkait secara kovalen pada koenzim. Dalam reaksi yang terakhir, asetaldehid direduksi oleh NADH dengan enzim alkohol dehidrogenase, menghasilkan etanol. Dengan demikian maka etanol dan CO2 merupakan hasil akhir fermentasi alkohol dan jumlah energi yang dihasilkan sama dengan glikolisis anaerob, yaitu 2 ATP (Wirahadikusumah, 1985).
