5 BAB II
TINJAUAN PUSTAKA
2.1 Ubi Kayu (Manihot utilissima Pohl.) 2.1.1 Sistematika Tumbuhan
Menurut Tjitrosoepomo (1996) klasifikasi tumbuhan singkong (Manihot utilissima) secara sistematik adalah sebagai berikut:
Kingdom : Plantae
Divisi : Spermatophyta Sub divisi : Angiospermae Kelas : Dicotyledoneae Ordo : Euphorbiales Famili : Euphorbiaceae Genus : Manihot
Spesies : Manihot utilissima Pohl. 2.1.2 Nama Daerah
Ubi kayu mempunyai banyak nama, yaitu ketela, keutila, ubi kayee (Aceh), ubi parancih (Minangkabau), ubi singkung (Jakarta), batata kayu (Manado), bistungkel (Ambon), huwi dangdeur (Sunda), tela pohung (Jawa), tela balandha (Madura), sabrang sawi (Bali), kasubi (Gorontalo), lame kayu (Makassar), lame aju (Bugis), kasibi (Ternate, Tidore) (Purwono, 2009).
2.1.3 Deskripsi Tumbuhan
Singkong (Manihot utilissima) adalah tanaman dikotil. Merupakan tanaman semak belukar tahunan, ubi kayu tumbuh sekitar 1-4 m dengan daun besar yang menjari dengan 5-9 belahan lembar daun. Daunnya yang bertangkai panjang bersifat cepat luruh yang berumur paling lama hanya beberapa bulan. Batangnya memiliki
6
pola percabangan yang khas, yang keragamannya bergantung pada kultivar. Pada tanaman yang diperbanyak secara vegetatif, akar serabut tumbuh dari dasar lurus. Umbinya berwarna putih atau kekuning-kuningan (Sudarma, 2013). Singkong memiliki umbi atau akar pohon yang panjang dengan diameter dan tinggi batang yang beagam tergantung dari varietasnya. Di Indonesia, umbinya dikenal luas sebagai makanan pokok penghasil karbohidrat dan daunnya sebagai sayuran (Agoes, 2010). 2.1.4 Kandungan kimia
Singkong segar mempunyai komposisi kimia terdiri dari kadar air sekitar 60%, pati 35%, serat kasar 2,5%, kadar lemak 0,5% dan kadar abu 1%, meskipun merupakan sumber karbohidrat dan serat makanan, namun sedikit kandungan zat gizi seperti protein (Litbang, 2011).
Tabel 2.1 Komposisi Kimia Singkong (per 100 gram bahan)
No. Komponen Kadar per 100 g
Pati merupakan kabohidrat yang berbentuk granula.Granula pati ini disimpan dalam biji, akar, atau batang tanaman.Pati berfungsi sebagai cadangan makanan tanaman dalam masa dormanasi, germinasi, ataupun pertumbuhan. Pati disintesis dari air dan karbondioksida dengan bantuan klorofil dan sinar matahari. Selama proses fotosintesis ini, pati terakumulasi di daun dalam bentuk granula-granula kecil dengan
7
diameter ± 1 µm (Swinkels, 1985). Sedangkan pada waktu malam hari, pati di daun ini dipecah oleh enzim dan ditranportasikan dalam bentuk glukosa (terutama sukrosa) ke bagian tanaman yang lain. Pada organ tanaman inilah, beberapa glukosa dikonversi lagi menjadi pati dan disimpan sebagai cadangan makanan (Knight, 1969). Molekul pati disimpan dalam bagian amyloplast pada tanaman (Charley, 1982).
Pati merupakan senyawa polisakarida yang terdiri dari monosakarida yang berikatan melalui ikatan oksigen. Monomer dari pati adalah glukosa yang berikatan dengan ikatan α (1,4)-glikosidik, yaitu ikatan kimia yang menggabungkan 2 molekul monosakarida yang berikatan kovalen terhadap sesamanya. Pati merupakan homopolimer glukosa dengan ikatan -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 larut disebut amilopektin.
2.2.1 Granula Pati
Pati terdiri dari butiran-butiran kecil yang disebut granula. Ukuran dan bentuk granula pati bervariasi, tetapi kebanyakan berbentuk bulat. Di bawah mikroskop, granula pati merupakan struktur yang dibentuk dari molekul-molekul yang tersusun konsentris. Ukuran granula pati bervariasi tergantung sumber tanaman, yaitu antara ± 1-150 µm. Bentuk granula pati juga bervariasi dari poligon kecil (pati jagung) sampai bulatan besar (pati gandum) (Brautlecht, 1953). Bentuk granula pati spesifik untuk setiap jenis pati, sehingga dapat dibedakan antara satu dengan yang lainnya baik secara organoleptik maupun secara mikroskopik (Heimann, 1980).
Granula pati ubi kayu memiliki ukuran yang bervariasi antara 5-40 µm dengan bentuk bulat atau oval (Moorthy, 2004), atau berbentuk bulat dan terpotong di salah satu ujungnya berbentuk seperti ketel serta memiliki letak hilum di tengah yang jelas
8
(Brautlecht, 1953). Variasi tersebut dipengaruhi oleh varietas tanaman singkong dan periode pertumbuhan pada musim yang berbeda (Moorthy, 2004). Rantai polimer glukosa pada granula pati bergabung satu sama lain melalui ikatan hidrogen yang kuat membentuk kristal atau misela (Swinkels, 1985). Di antara misela terdapat daerah yang renggang atau amorf (Pomeranz, 1985). Daerah amorf lebih mudah dimasuki oleh air karena strukturnya lebih sederhana tidak beraturan. Amilosa sebagian besar berada pada bagian amorf dari granula pati dan sebagian kecil menyusun bagian kristalin. Sedangkan, amilopektin merupakan komponen utama penyusun bagian kristalin pati (Kaletunc dan Breslauer 2003).
Gambar 2.1 Struktur Granula Pati (Anonim,2009)
Daerah kristalin lebih resisten terhadap reaksi enzimatis, reaksi kimia dan penetrasi oleh air daripada daerah amorf. Granula pati terdiri dari ± 30% daerah kristalin (Hoseney, 1998). Granula pati di bawah mikroskop akan merefleksikan cahaya terpolarisasi dan memperlihatkan pola ‘maltose cross’ (pola silang), yang
9
dikenal dengan nama sifat birefringence (Taggart, 2004). Struktur granula pati secara keseluruhan dapat dilihat pada Gambar 2.1.
2.2.2 Struktur Molekul Pati
Pati merupakan karbohidrat yang disusun dari atom karbon, hidrogen dan oksigen dengan rumus molekul (C6H10O5)n. Pati merupakan kondensasi polimer glukosa dengan ikatan gkukosida pada C1. Ikatan glukosida ini stabil pada kondisi basa, tetapi akan terhidrolisis pada kondisi asam (Swinkels, 1985). Pati merupakan gabungan dari dua fraksi, yaitu amilosa dan amilopektin. Pati dari berbagai sumber, satu per empat bagian merupakan amilosa dan tiga per empat bagian merupakan amilopektin (Charley, 1982). Perbedaan antara kedua makromolekul tersebut terletak pada pembentukan percabangan pada struktur liniernya, ukuran derajat polimerisasi, ukuran molekul, dan pengaturan posisi pada granula pati.
Tabel 2.2 Sifat Fisik dan Kimia Berbagai Jenis Pati
Jenis Pati Bentuk Granula
Pati dari sumber yang berbeda memilki ratio amilosa-amilopektin yang berbeda pula. Pati jagung, gandum, dan sorghum memiliki kandungan amilosa yang lebih tinggi (amilopektin ± 28%) dibandingkan dengan kelompok umbi-umbian seperti ubi kayu dan kentang (amilosa 20%) (Swinkels, 1985). Variasi komponen amilosa dan amilopektin berkaitan kompleksitas biosintesis pati (Copeland, et al., 2009). Perbandingan amilopektin dengan amilosa bervariasi tergantung dari jenis
10
sumber patinya, normalnya adalah 80 : 20. Rasio ini memiliki pengaruh penting untuk mengetahui sifat dan tingkah laku pati (Knight, 1969). Data perbandingan amilosa dan amilopektin pada berbagai sumber pati disajikan pada Tabel2.2.
2.2.2.1 Amilosa
Amilosa merupakan polimer glukosa rantai lurus dengan ikatan α -(1,4)-D-glukosa (Swinkels, 1985) dan sebanyak 0,5% merupakan rantai cabang (Copeland, et al., 2009). Amilosa memiliki derajat polimerisasi 1000-10000 unit glukosa (Copeland, et al., 2009). Perilaku amilosa dalam pangan didominasi oleh dua sifat, yaitu kemudahan amilosa untuk membentuk kompleks dengan polimer lain dan kemampuan amilosa untuk membentuk kristalin akibat interaksi molekular (Banks, et al., 1973).
Gambar 2.2 Struktur Amilosa (Taggart, 2004).
Amilosa memiliki afinitas terhadap iodin dan molekul lain yang mengandung gugus hidrofobik dan hidrofilik, seperti asam lemak dan berbagai surfaktan (Wurzburg, 1968), butanol, fenol, dan hidrokarbon (Swinkels, 1985), dimana kompleks yang ada membentuk formasi heliks. Kemampuan pembentukan kristal oleh amilosa dikarenakan struktur amilosa cukup sederhana sehingga mempunyai kecenderungan untuk terorientasi secara pararel antara rantai yang satu dengan yang lain dan saling mendekat, membentuk satu polimer yang dihubungkan oleh ikatan hidrogen (Taggart, 2004).
11 2.2.2.2 Amilopektin
Amilopektin merupakan polimer yang lebih besar, dengan bobot molekul 108 dan derajat polimerisasi lebih dari satu juta (Copeland, et al.,2009). Amilopektin merupakan glukosa yang memiliki rantai bercabang yang terdiri dari ± 10-60 unit glukosa dengan ikatan α-(1,6)-D-glukosa. Percabangan ini membuat berat molekul amilopektin 1000 kali lebih berat dari berat molekul amilosa. Berbeda dengan amilosa, ukuran dan percabangan dari amilopektin ini dapat menghalangi gerakan molekul dan kecenderungannya untuk saling membentuk ikatan intermolekul. Oleh karena itu diperlukan ikatan hidrogen yang lebih ekstensif untuk terjadinya retrogradasi (Taggart, 2004) sehingga membutuhkan waktu yang lama untuk beretrogradasi dibandingkan dengan amilosa (Wurzburg, 1968). Amilopektin cenderung lemah dalam gelasi, retrogradasi, dan sineresis karena stuktur cabang yang dimilikinya. Semakin tinggi kadar amilopektin, semakin tinggi kemampuan hidrasi karena percabangan amilopektin lebih reaktif untuk mengikat air (Panikulata, 2008).
Gambar 2.3 Struktur Amilopektin (Taggart, 2004). 2.3 Pembuatan Pati
Pada prinsipnya pembuatan pati adalah memisahkan komponen pati dari dalam sel umbi ubi kayu kemudian memisahkan dari komponen lainnya sehingga didapat pati dalam keadaan semurni mungkin. Prinsip pengolahan pati terdiri dari empat tahap penting, yaitu: (1) Pemecahan sel dan pengambilan atau pemisahan granula pati dari bagian lain yang tidak larut dengan cara pencucian, pengupasan,
12
pemarutan, penyaringan; (2) Pengambilan pati dengan penambahan air, kemudian diendapkan dan dicuci; (3) Penghilangan air (pengeringan) dan (4) Penepungan agar mendapatkan pati yang dikehendaki (Makfoeld, 1982). Diagram alir pembuatan pati dapat dilihat pada Gambar 2.4.
Pada dasarnya, bahan baku yang digunakan untuk memproduksi pati dapat berasal dari semua jenis ubi kayu. Sebelum diolah menjadi pati, ubi kayu dikupas untuk menghilangkan kotoran dan kulit. Setelah itu, pencucian dilakukan untuk menghilangkan lendir (lapisan kambium) dan kotoran yang masih menempel pada umbi. Lendir akan menimbulkan warna yang tidak diinginkan.
Selama penyaringan dapat ditambah air untuk membantu memisahkan granula pati dari matriks serat dan menjaga saringan tetap bersih. Penyaringan dengan penambahan air ini dilakukan bertahap sampai pati terekstrak semaksimal mungkin. Hasil penyaringan kemudian diendapkan. Pengendapan sangat tergantung pada diameter granula pati, keasaman dari mediumnya, kandungan protein yang ikut, dan zat kolodial lainnya (Makfoeld, 1982). Berbagai bahan kimia seperti asam sulfat (0.001 mL/L), klorin (1 mg/L), tawas (0.1 g/L), dan sulfur dioksida sering ditambahkan selama proses pengendapan untuk mempersingkat waktu, meningkatkan keputihan, dan kekompakan endapan pati yang dihasilkan.
Pati akan memisah dengan mengendap di bagian bawah, sedangkan bagian supernatan dipisahkan dan dibuang. Endapan pati yang berbentuk padat semi cair ini dikeringkan dalam oven pengering (Sajeev, et al, 2002). Endapan pati ini memiliki kadar air sekitar 35%-40%. Pengeringan dilakukan pada suhu yang tidak terlalu tinggi yaitu di bawah suhu gelatinisasi untuk mencegah terjadinya gelatinisasi pati yang akan menurunkan mutu pati. Hasil pengeringan ini menghasilkan gumpalan-gumpalan pati kasar. Setelah itu gumpalan-gumpalan pati ini digiling. Hasil penggilingan ini
13
menghasilkan pati dengan ukuran mesh pati yang belum seragam (Sriroth, et al, 2000).
Gambar 2.4 Diagram alir pembuatan pati (Makfoeld, 1982). 2.4 Air
Air merupakan zat kimia yang penting bagi semua bentuk kehidupan yang diketahui sampai saat ini di bumi. Air adalah senyawa kimia dengan rumus kimia H2O, pada kondisi standar, air bersifat tidak berwarna, tidak berasa dan tidak berbau.
Kotoran
Potongan Ubi Kulit
Air Rendama
n Endapan Granula Pati
Pengeringan
Endapan Pati Penghancuran
Pati Pengayakan
Perendaman dan Pengendapan Butiran Pati
Penyaringan dan Pencucian Ampas
Parutan Umbi
Pemarutan (Pemecahan Jaringan) Umbi
Pengupasan Ubi kayu
Pemotongan dan Pembersihan
14
Air merupakan suatu pelarut yang penting, yang memiliki kemampuan untuk melarutkan banyak zat kimia lainnya, seperti garam-garam, gula, asam, beberapa jenis gas dan banyak macam molekul organik (Kusmayadi, 2008).
2.4.1 Air PDAM
Menurut Peraturan Pemerintah Nomor 82 Tahun 2001 tentang pengelolaan kualitas air dan pengendalian pencemaran air, air PDAM dikelompokkan menjadi air kelas satu, air yang peruntukkannya dapat digunakan untuk air baku air minum, dan/atau peruntukkan lain yang mempersyaratkan mutu air yang sama dengan kegunaan tersebut. Air PDAM yang dialirkan ke konsumen telah memenuhi standar SNI, namun pencemaran bisa saja terjadi pada saat pendistribusian hingga saat penggunaan air PDAM. Pencemaran yang dimaksud adalah virus, bakteri patogen, parasit dan bahan kimia.
2.4.2 Air Suling
Air suling dikenal juga sebagai akuades, aqua destilata adalah air hasil penyulingan tidak sama dengan air mineral, bahkan tidak ada kandungan mineralnya (Ditjen, POM., 1979). Air suling adalah air yang dihasilkan dari proses destilasi dimana air dipanaskan hingga mendidih, uap yang dihasilkan masuk kedalam kondensor/pendingin sehingga uap air berubah kedalam wujud cair, air ini ditampung dalam wadah. Proses penyulingan dapat menghilangkan mikroba dan/atau kotoran dalam air. Proses pemurnian air ini dianggap sangat efektif dalam membuat air bersih dan hampir murni. Seiring dengan itu mineral yang mungkin menjadi bagian dari air juga akan berkurang bahkan tidak ada sama sekali (Anonim, 2016).
15
2.5 Pati Ubi Kayu Standar Farmakope Indonesia
Menurut Farmakope Indonesia edisi kelima, pati singkong adalah pati yang diperoleh dari umbi akar Manihot utilissima Pohl (Familia Euphorbiaceae). Syarat mutu pati sesuai dengan standar Farmakope Indonesia dapat dilihat pada Tabel 2.3. Tabel 2.3 Syarat Mutu Pati Sesuai Standar Farmakope Indonesia Edisi V
Kriteria Uji Satuan Persyaratan
Pemerian - Serbuk sangat halus; putih
Mikroskopik - Butir tunggal, agak bulat atau jelas, konsentris; butir majemuk sedikit, terdiri dari 2 atau 3 butir
Susut pengeringan % b/b Maksimal 15,0
Sisa pemijaran %b/b Maksimal 1,0
Angka Lempeng Total koloni/g 1000
Batas Mikroba - Tidak boleh mengandung
Escherichia coli Sumber : (Kemenkes, RI., 2013)
