BAB 2
TINJAUAN PUSTAKA
2.1 Tanaman Jagung
Jagung merupakaannual). Satu siklus hidupnya diselesaikan dalam 80-150 hari. Paruh pertama dari siklus merupakan tahap pertumbuhan vegetatif dan paruh kedua untuk tahap pertumbuhan generatif. Jagung memiliki bunga jantan dan bunga betina yang terpisah (diklin) dalam satu tanaman (monoecious). Tiap kuntum bunga memiliki struktur khas bunga dari suku Poaceae, yang disebut glumae (tunggal: gluma). Bunga jantan tumbuh di bagian puncak tanaman, berupa
karangan bunga (inflorescence). Serbuk sari berwarna kuning dan beraroma khas. Bunga betina tersusun dalam tongkol. Tongkol tumbuh dari buku, di antara batang dan pelepah daun. Pada umumnya, satu tanaman hanya dapat menghasilkan satu tongkol produktif meskipun memiliki sejumlah bunga betina. Beberapa varietas unggul dapat menghasilkan lebih dari satu tongkol produktif, dan disebut sebagai varietas prolifik. Bunga jantan jagung cenderung siap untuk penyerbukan 2-5 hari lebih dini daripada bunga betinanya (protandri) (Anonim, 2011)
Tanaman jagung mempunyai satu atau dua tongkol, tergantung varietas. Tongkol jagung diselimuti oleh daun kelobot. Tongkol jagung yang terletak pada bagian atas umumnya lebih dahulu terbentuk dan lebih besar dibanding yang terletak pada bagian bawah. Setiap tongkol terdiri atas 10-16 baris biji yang jumlahnya selalu genap (Hardman and Gunsolus, 1998).
Dalam sistematika (taksonomi) tumbuhan, kedudukan tanaman jagung diklasifikasikan sebagai berikut:
Kingdom : Plantae
Divisio : Spermatophyta Subdivisio : Angiospermae Kelas : Monocotyledoneae Ordo : Poales
Famili : Poaceae Genus : Zea
Spesies : Zea Mays L.
2.1.1 Kandungan Kimia Jagung
Di Indonesia dikenal 2 (dua) varietas jagung yang telah ditanam secara umum, yaitu jagung berwarna kuning dan putih. Kandungan zat-zat dalam jagung kuning dan putih masing-masing disajikan pada Tabel 2.1 dan Tabel 2.2
Tabel 2.1 Kandungan Komponen dalam 100 g Jagung Kuning Panen Baru
Komponen Kadar Komponen Kadar
Air (g) 24 P (mg) 148
Kalori (kal) 307 Fe (mg) 2,1
Protein (g) 7,9 Vitamin A (SI) 440
Lemak (g) 3,4 Vitamin B1 (mg) 0,33
Karbohidrat (g) 63,6 Vitamin C (mg) 0
Tabel 2.2 Kandungan Komponen dalam 100 g Jagung Putih Panen Baru
Komponen Kadar Komponen Kadar
Air (g) 24 P (mg) 148
Kalori (kal) 307 Fe (mg) 2,1
Protein (g) 7,9 Vitamin A (SI) 0
Lemak (g) 3,4 Vitamin B1 (mg) 0,33
Karbohidrat (g) 63,6 Vitamin C (mg) 0
Ca (mg) 9
Bagian yang kaya akan karbohidrat adalah bagian biji. Sebagian besar karbohidrat berada pada endospermium. Kandungan karbohidrat dapat mencapai 80% dari seluruh bahan kering biji. Karbohidrat dalam bent berupa campuran atau seluruh patinya merupakan amilopektin.
2.1.2. Manfaat Jagung
Tanaman jagung sangat bermanfaat bagi kehidupan manusia dan hewan. Di Indonesia, jagung merupakan komoditi tanaman pangan kedua terpenting setelah padi. Di daerah Madura, jagung banyak dimanfaatkan sebagai makanan pokok. Akhir-akhir ini tanaman jagung semakin meningkat penggunaannya. Tanaman jagung banyak sekali gunanya, sebab hampir seluruh bagian tanaman dapat dimanfaatkan untuk berbagai macam keperluan antara lain:
• Batang dan daun muda: pakan ternak
• Batang dan daun tua (setelah panen): pupuk hijau atau kompos • Batang dan daun kering: kayu bakar
• Batang jagung: lanjaran (turus) • Batang jagung: pulp (bahan kertas)
• Buah jagung muda (putren, Jw): sayuran, bergedel, bakwan, sambel goreng
Jadi selain sebagai sumber karbohidrat, jagung juga ditanam sebagai ternak (hijauan maupun tongkolnya), diambil minyaknya (dari biji), dibuat tepung (dari biji, dikenal dengan istilah tepung jagung atau maizena), dan bahan baku industri (dari tepung biji dan tepung tongkolnya).
Disamping itu beberapa penelitian menunjukkan bahwa kandungan senyawa kimia yang terdapat dalam jagung sangat bermanfaat bagi kesehatan, antara lain :
a. Zat Gizi Pemberi Energi atau Zat Gizi Energitika
Zat pemberi gizi terdiri dari karbohidrat, lemak dan protein. Ketiga zat ini dalam proses oksidasi di dalam tubuh menghasilkan energi dalam bentuk panas. Tubuh akan mengubah panas menjadi energi gerak atau mekanis. Energi yang dihasilkan dinyatakan dalam satuan kalori. Energi ini diubah oleh tubuh menjadi tenaga untuk aktivitas otot.
b. Zat Gizi Pembentuk Sel Jaringan Tubuh atau Plastik
Zat gizi pembentuk sel jaringan tubuh terdiri dari protein, berbagai mineral, dan air. Meskipun protein termasuk juga kelompok energitika, fungsi pokoknya adalah untuk membentuk sel jaringan tubuh.
c. Zat Gizi Pengatur Fungsi dan Reaksi Biokimia di dalam Tubuh atau Zat Gizi Stimulansia
Zat gizi ini berupa berbagai macam vitamin. Fungsi vitamin mirip dengan fungsi hormon. Perbedaannya, hormon dibuat di dalam tubuh, sedangkan vitamin harus diambil dari makanan.
2.1.3. Tongkol Jagung
Tongkol jagung merupakan salah satu limbah lignoselulosik yang banyak tersedia di Indonesia. Limbah lignoselulosik adalah limbah pertanian yang mengandung selulosa, hemiselulosa dan lignin. Masing – masing merupakan senyawa-senyawa yang potensial dapat dkonversi menjadi senyawa lain secara biologi. Selulosa merupan sumber karbon yang dapat digunakan mikroorganisme sebagai substrat dalam proses fermentasi untuk menghasilkan produk yang mempunyai nilai ekonomi tinggi (Suprapto dan Rasyid, 2002).
Karakteristik kimia dan fisika dari tongkol jagung sangat cocok untuk pembuatan tenaga alternative bioetanol), kadar senyawa kompleks lignin dalam tongkol jagung adalah 6,7 – 13,9%, hemiselulose 39,8% dan selulosa 32,3 -45,6%. Selulosa hampir tidak pernah ditemui dalam keadaan murni melainkan selalu berkaitan dengan bahan lain yaitu lignin dan hemiselulosa. Gerrote et al, 2002 dalam sofiyanto 2008, menyatakan bahwa limbah buah jagung yaitu tongkol jagung, dapat dimanfaatkan sebagai bahan baku industri dengan proses biomass refining berdasarkan sparasi fraksi – fraksi kimianya. Menurut Koswara, 1991
dalam sofiyanto 2008, tongkol jagung adalah tempat pembentukan lembaga dan gudang penyimpanan makanan untuk pertumbuhan biji. Jagung mengandung kurang lebih 30% tongkol jagung sedangkan sisanya adalah kulit dan biji.
2.2 Selulosa
2.2.1 Pengertian Selulosa
Selulosa adalah polisakarida yang tersusun atas satuan-satuan glukosa
yang dihubungkan dengan ikatan glikosida β-1,4 antar molekul glukosa
Selulosa merupakan salah satu polimer alam yang melimpah dan dapat dimodifikasi dimana kegunaannya sangat luas mulai dari bidang industry kertas, film transparent, film fotografi, plastic biodegradable, sampai untuk membrane yang digunakan diberbagai bidang industri (Misdawati, 2005). Struktur selulosa terdiri dari rantai polimer β-glukosa yang dihubungkan dengandengan ikatan glikosida 1,4. Isomer β tidak membentuk gulungan seperti isomer α, tetapi selaras dalam baris paralel oleh ikatan hidrogen diantara kelompok hidroksil pada rantai yang berdekatan. Hal ini menyebabkan selulosa tidak dapat larut dalam air. Ini memberikan struktur kaku ke dinding sel kayu dan serat yang lebih tahan terhadap hidrolisis dari pada pati (Timberlake, 2007).
Gambar 2.2 Struktur Selulosa (Gortner, 1938)
Struktur selulosa, walaupun unik dan merupakan polisakarida yang sederhana, tetapi dia memiliki pengaruh yang luar biasa di dalam reaksi kimia kompleks polimer. Secara sistematis struktur kompleks selulosa umumnya dibedakan menjadi tiga tingkat struktural, yaitu (1) tingkat molekul, (2) supramolekul), dan (3) morfologi (Klemm, 1998).
1. Struktur molekul
Selulosa merupakan homopolimer linier dari senyawa D-anhidroglukosapiranosa (AGU) yang dihubungkan dengan ikatan glikosida β (1,4). Masing-masing AGU memiliki hidroksi pada C2, C3, dan C6. C1
mempunyai reduksi, sedangkan C4 nonreduksi. Konformasi C6 (golongan
intramolekul ini menyebabkan selulosa kaku dan dapat menstabilkan dua bentuk helix dari kristal selulosa.
2. Struktur Supramolekul
Ikatan hidrogen O6H dan O3 rantai lainnya O3
3. Struktur Morfologi
”. Ikatan ini berperan untuk gaya kohesi antar rantai.
Morfologi selulosa berbentuk serat dan film ditandai oleh jaringan antara serat yang berdesakan. Struktur kkulit inti khas untuk morfologi dan produk selulosa regenerasi. Informasi molekul selulosa dapat diterima dengan menggunakan teknik mikroskop electron (SEM atau TEM). Diameter serat yang seragam mempunyai diameter sekitar 3,5 nm yang diasumsikan oleh (Fengel dan Wegener, 1995) Tetapi untuk yang tidak seragam antara 3-20 nm, tergantung dari sumber selulosa (Klemm, 1998).
2.2.2. Sumber Selulosa
Selulosa terdapat dalam tumbuhan sebagai bahan pembentuk dinding sel. Serat kapas boleh dikatakan seluruhnya adalah selulosa. Dalam tubuh kita selulosa tidak dapat dicernakan karena tidak mempunyai enzim yang dapat menguraikan selulosa. Dengan asam encer tidak dapat terhidrolisis, tetapi oleh asam dengan konsentrasi tinggi dapat terhidrolisis menjadi selobiosa dan D-Glukosa (Poedjiadi, 2006).
Tabel 2.3 Komposisi Kimia dari Beberapa Tipe Selulosa - Penyusun Material
Sumber Komposisi (%)
Selulosa Hemiselulosa Lignin Ekstrak
Berdasarkan derajat polimerisasi (DP) dan kelarutan dalam senyawa natrium hidroksida (NaOH) 17,5%, selulosa dapat dibedakan atas tiga jenis yaitu : • Selulosa (Alpha Cellulose) adalah selulosa berantai panjang, tidak larut dalam
larutan NaOH 17,5% atau larutan basa kuat dengan DP (derajat polimerisasi) 600 - 1500. Selulosa dipakai sebagai penduga dan atau penentu tingkat kemumian selulosa.
• Selulosa β (Betha Cellulose) adalah selulosa berantai pendek, larut dalam larutan NaOH 17,5% atau basa kuat dengan DP 15 - 90, dapat mengendap bila dinetralkan.
• Selulosa µ (Gamma cellulose) adalah sama dengan selulosa β, tetapi DP nya kurang dari 15. Selain itu ada yang disebut Hemiselulosa dan Holoselulosa yaitu:
• Hemiselulosa adalah polisakarida yang bukan selulosa, jika dihidrolisis akan menghasilkan D-manova, D-galaktosa, D-Xylosa, L-arabinosa dan asam uranat. • Holosefulosa adalah bagian dari serat yang bebas dan sari dan lignin, terdiri dari
campuran semua selulosa dan hemiselulosa.
Selulosa tidak pernah ditemukan dalam keadaan murni di alam, tetapi selalu berasosiasi dengan polisakarida lain seperti lignin, pectin, hemiselulosa, dan xilan. Kebanyakan selulosa berasosiasi dengan lignin sehingga sering disebut sebagai lignoselulosa. Selulosa, hemiselulosa dan lignin dihasilkan dari proses fotosintesis. Di dalam tumbuhan molekul selulosa tersusun dalam bentuk fibril yang terdiri atas beberapa molekul paralel yang dihubungkan oleh ikatan glikosidik sehingga sulit diuraikan. Komponen-komponen tersebut dapat diuraikan oleh aktifitas mikroorganisme. Beberapa mikroorganisme mampu menghidrolisis selulosa untuk digunakan sebagai sumber energi, seperti bakteri dan fungi.
2.3 Asam Fosfat
lainnya. Penggunaan asam fosfat telah dianggap metode sederhana dalam pembuatan selulosa. Asam fosfat adalah asam khusus yang dapat membentuk dimer, oligomer bahkan polimer. Ortofosfat merupakan hasil reaksi dari fosfat pentoksida dengan air. Asam ortofosfat sesuai dengan 72,4 % kandungan P2O5
2.4 Alpha Selulosa
. Hidrolisis selulosa dengan asam fosfat meliputi dua proses yaitu esterifikasi antara gugus hidroksi dari selulosa menjadi selulosa fosfat dan pembentukan ikatan hidrogen diantara group hidroksi dari rantai selulosa.
α-selulosa merupakan selulosa yang mempunyai kualitas paling tinggi (murni). Material yang mengandung α-selulosa > 92% memenuhi syarat untuk digunakan sebagai bahan baku utama pembuatan propelan dan atau bahan peledak, sedangkan selulosa kualitas dibawahnya digunakan sebagai bahan baku pada industri kertas dan industri tekstil.
Selulosa merupakan komponen tanaman yang terbesar dan merupakan komponen penting yang digunakan sebagai bahan baku pembuatan kertas dan merupakan polimer linear dengan berat molekul tinggi yang tersusun seluruhnya atas ß-D-glukosa dan dapat memenuhi fungsinya sebagai komponen struktur utama dinding sel tumbuhan karena sifat-sifat kimia dan fisiknya maupun struktur molekulnya (Fengel, 1995). Menurut Sjostrom (1995), selulosa merupakan homopolisakarida yang tersusun atas unit ß-D-glukopironosa yang terikat satu sama lain dengan ikatan glikosida.
2.5 Selulosa Kristal Rendah
asam sulfat pada suhu 35 – 45oC selama 10 menit, dan campuran asam klorida dan sulfat atau asam fosfat pada suhu <50o C (Doelker, 1987). Dibandingkan dengan selulosa asli dan diregenerasi, kristalinitas selulosa rendah menunjukkan peningkatan dispersi dalam air, meningkatkan kompaktibilitas dengan bahan seperti pati, protein, dan lipid dan berguna sebagai exipient dalam penyusunan tablet dan produk panganan (Blaschek, 1990).
Tabel 2.4 Beberapa Sifat Fisikokimia AC-CC dan LCC-UJI
CC
AC-CC dan LCC-CC Organoleptik Tidak berbau, putih dan hambar
Identifikasi Warna ungu-biru titrasi iodin dengan ZnCl2
Kotoran Organik Warna merah dengan phloroglucinol yang diasamkan
Pati dan Dextrin Warna biru/ warna coklat kemerahan dengan larutan iodine
pH 8,4 (AC-CC) dan 7,6 (LCC-CC)
Kelarutan (dalam larutan amoniak dari tetrammine tembaga)
Lengkap dan tidak ada residu
Air – Substansi larutan <0.2%
Total abu (%) 2,4 (0,14) (AC-CC) dan 0,9 (0,08) (LCC-CC)
Mikroskop Partikel berserat, bentuk tidak teratur yang campuran partikel primer dan agregat (AC-CC) lebih banyak serat seperti di alam dan sebagian besar partikel primer (LCC-CC)
Tabel 2.5 Sifat Serbuk dari AC-CC dan LCC-CC
Parameter AC-CC LCC-CC
Densitas (g/mL) 0,34 (0,08) 0,41 (0,01)
Porositas (%) 81,7 77,3
Indeks Hausner index 1,42 1,41
Indeks Compressibilitas (%)
29,41 29,27
Kapasitas Hidrasi (%) 4,47 (0,07) 2,66 (0,01) Kapasitas Swelling (%) 70,1 (3,57) 35,76 (0,03) Diameter rata rata partikel
(µm)
2.6 Analisa Fourier Transfor Infrared (FTIR)
Instrumen yang digunakan untuk mengukur resapan radiasi infra merah pada berbagai panjang gelombang disebut spektrometer inframerah. Pancaran inframerah umumnya mengacu pada bagian spektrum elektromagnet yang terletak diantara daerah tampak dan daerah gelombang mikro. Pancaran inframerah yang kerapatannya kurang dari pada 100 cm-1
2.7 Analisa Thermogravimetri (TGA)
(panjang gelombang lebih dari 100 µm) diserap oleh seluruh molekul.
Penyerapan itu tercatu dan demikian spektrum rotasi molekul terdiri dari garis-garis yang tersendiri (Hartomo, 1986).
TGA merupakan teknik mengukur perubahan berat suatu sistem bila temperaturnya berubah dengan laju tertentu (Khopkar, 2007). Metode TGA yang paling banyak dipakai didasarkan pada pengukuran berat yang kontinu terhadap suatu neraca sensitif ketika suhu sampel dinaikkan dalam udara atau dalam suatu atmosfer yang inert. Data dicatat sebagai termogram berat versus temperatur. Hilangnya berat bisa timbul dari evaporasi lembab yang tersisa atau pelarut, tetapi pada suhu-suhu yang lebih tinggi terjadi dari terurainya polimer (Stevens, 2001).
2.8 Analisa X-Ray
bahasa, X-radiasi disebut dengan istilah yang berarti radiasi Röntgen, Wilhelm Röntgen sebagai penemunya, dan yang telah menamakannya X-radiasi untuk menandakan jenis yang tidak diketahui radiasi. Ejaan X-ray (s) dalam bahasa Inggris termasuk varian x-ray (s), xray (s) dan sinar X (s).
Sinar-X memiliki panjang gelombang yang lebih pendek daripada cahaya tampak, yang memungkinkan untuk menyelidiki struktur jauh lebih kecil daripada apa yang dapat dilihat dengan menggunakan mikroskop biasa. Hal ini dapat digunakan dalam mikroskop sinar-X untuk memperoleh gambar resolusi tinggi, tetapi juga dalam kristalografi sinar-X untuk menentukan posisi atom dalam kristal (X-ray, 2005).
2.9 Hidrolisa
Hidrolisa adalah proses antara reaktan dengan menggunakan air supaya suatu persenyawaan pecah atau terurai. Reaksi hidrolisa yaitu :
(C6H10O5)n + nH2O nC6H12O
a. Jumlah kandungan karbohidrat pada bahan baku
6
Selulosa air Glukosa
Beberapa faktor yang mempengaruhi proses hidrolisa, antara lain :
Jumlah kandungan karbohidrat pada bahan baku sangat berpengaruh terhadap hasil hidrolisis asam, dimana bila kandungan karbohidrat sedikit maka jumlah gula yang terjadi juga sedikit, dan sebaliknya bila kandungan karbohidrat terlalu tinggi mengakibatkan kekentalan campuran akan mengikat, sehingga tumbukkan antara olekul karbohidrat dan molekul air semakin berkurang dengan demikian kecepatan reaksi pembentukan gluosa semakin berkurang pula.
b. pH Hidrolisa
c. Waktu hidrolisa
Semakin lama pemanasan, warna semakin keruh dan semakin besar pula konversi pati yang dihasilkan. Waktu yang dibutuhkan untuk proses hidrolisa asam ini yaitu 1 sampai dengan 3 jam.
d. Suhu
Semakin besar suhunya semakin besar pula konversinya karena konstata kecepatan reaksi juga semakin besar. Suhu yang digunakan untuk mencapai konversi selulosa
adalah antara 120oC – 180o e. Tekanan
C.
