BAB II
TINJAUAN PUSTAKA
2.1 Sagu
Pati adalah satu jenis polisakarida yang amat luas tersebar di alam. Pati ini disimpan sebagai cadangan makanan bagi tumbuhan di dalam biji buah (padi, jagung), didalam umbi (ubi kayu, ubi jalar, garut) dan pada batang (sagu, aren). Tanaman sagu termasuk dalam keluarga Palmae dari genus Metroxylon. Potensi tanaman sagu di Indonesia sangat besar, khususnya di wilayah Indonesia bagian timur. Tanaman sagu terutama terdapat di Irian Jaya (980.000 ha), Maluku (30.000 ha), Sulawei Selatan (30.000 ha), dan Riau (32.000 ha).
Penggunaan sagu sejauh ini untuk bahan tradisional atau campuran tepung terigu dalam pembuatan kue yang umumnya diproduksi dalam skala industri kecil. Kandungan pati yang cukup tinggi dari tepung sagu memungkinkan sagu dipergunakan sebagai:
a. Bahan baku untuk produksi glukosa
b. Bahan baku high fructose syrup, sorbitol dan lain-lain c. Bahan baku industri alkohol
d. Bahan baku industri tekstil
e. Bahan baku industri lem untuk plywood
Sagu kering yang ada dipasaran, pada umumnya dengan kandungan sagu yaitu pati diatas 80% ( syarat mutu tepung sagu menurut SII. 0231-79 adalah kadar pati minimum 80%, serat kasar maksimum 0,5%, abu maksimum 1,5%, air maksimum 14% dan tidak mengandung logam berbahaya). Pemakaian glukosa dalam negeri, peningkatannya tiap tahun rata-rata sebesar 7,7% (Jurnal Teknik Kimia Indonesia Vol.3, Agustus 2004).
Komposisi bahan baku dimana kandubgan patinya sebanyak 84,7% memungkinkan digunakan sebagai bahan baku pembuatan glukosa monohidrat.
Tabel 2.1 Komponen Makronutrien Pati Sagu Komponen Jumlah ( % ) Pati Air Protein Lemak Impuritis 84,7 % 14 % 0,7 % 0,2 % 0,4 % Sumber : Direktorat Gizi, Departemen Kesehatan R.I (1981) 2.2 Gula – Gula Karbohidrat
Karbohidrat merupakan senyawa karbon, hydrogen dan oksigen yang banyak terdapat di alam yang mempunyai rumus empiris CH2O. Kabohidrat merupakan
sumber energi yang paling utama dalam tubuh makhluk hidup. Disamping sebagai sumber energi bagi makhluk hidup, karbohidrat memiliki kegunaan yang luas dalam bidang industi, misalnya industri kertas, industi fermentasi, industri makanan dan minuman dan sebagainya.
Pada umumnya gula karbohidrat terbagi dalam tiga kelompok : a. Monosakarida
b. Disakarida c. Polisakarida 2.3 Glukosa
Glukosa dipergunakan dalam industri makanan dan minuman, terutama dalam industri permen, selai dan pembuatan buah kaleng.
Tabel 2.2 Syarat mutu Glukosa
KOMPONEN SPESIFIKASI Gula reduksi dihitung sebagai d-Glukosa
Pati Sulfur
Pemanis buatan
Maksimum 30% Tidak nyaa
Untuk kembang gula maksimum 400 ppm, yang lainnya 40 ppm
Negatif Sumber : SII 0418-81, 2001
Kemajuan dalam konversi enzim dapat menghasilkan glukosa dengan kadar dekstrosa 95%, kadar deksrosa lebih tinggi dapat diperoleh dengan menggunakan konsentrasi substrat yang lebih rendah, tetapi ada batas ekonomisnya.
Kadar dekstrosa juga bisa berkurang oleh adanya trans-glukosa karena enzim yang digunakan tidak murni. Dosis enzim yang tinggi dan waktu konversi yang terlalu panjang mengakibatkan polimerisasi membentuk karena konversi non ideal.
Pada suhu 600C kelarutan dekstrosa sama dengan sukrosa. Pada suhu dibawah 600C kelarutan sukrosa lebih tinggi dibanding dekstrosa lebih tinggi. Suhu transisi dektrosa adalah pada suhu 500C, pada suhu dibawah ini monohidrat glukosa
membentuk fasa padat.
Dekstrosa tidak mudah mengkristal seperti sukrosa. Inti kristal tidak terbentuk sampai larutan dekstrosa mencapai kejenuhan 79%. Tetapi pada suhu tinggi sirup glukosa dapat mengkristal.
2.4 Sifat-sifat Bahan 1. Pati Sagu
Sifat-sifat fisika :
a. Merupakan sumber karbohidrat (pati) yang dominan pada tanaman sagu
b. Merupakan butiran atau granula c. Berwarna putih mengkilap
d. Tidak berbau dan tidak mempunyai rasa Sifat-sifat kimia :
a. Pati sagu merupakan polimer glukosa dengan ikatan 1,4 glukosa b. Pati sagu mengandung sekitar 27% amilosa dan 73% amilopektin c. Pati tidak larut dalam air dingin
d. Mengalami gelatinitas pada suhu 1050C e. Dapat dihidrolisa menjadi glukosa monohidrat 2. NaOH (Natrium Hidroksida)
Sifat-sifat fisika :
b. Boiling Point : 139 0C pada tekanan 1 atm c. Melting Point : 318,80C pada tekanan 1 atm d. Kelarutan dalam air panas : 3470C
e. Kelarutan dalam air dingin : 400C f. Spesifikasi grafity : 2,130
g. Denitas : 0,9824 gr/ml Sifat-sifat kimia :
a. Menstabilkan kondisi pH b. Merupakan basa kuat c. Mudah larut dalam air
d. Berwarna putih dalam keadaan padat (Sumber : Perrys, 1997)
3. HCL (Asam Klorida) Sifat-sifat fisika :
a. Berat Molekul : 36,5 gr/mol
b. Boiling Point : 114 0C pada tekanan 1 atm c. Densitas : 1,181 gr/ml
d. Temperatur Kritis : 51,450C e. Merupakan gas yang tidak berwarna f. Berbau agak tajam atau khas dan beracun Sifat-sifat kimia :
a. Merupakan asam kuat b. Memerahkan kertas lakmus c. Mudah larut dalam air
d. Sebagai gas yang dapat langung bereaksi dengan amoniak e. Dalam air akan terionisasi
(Sumber : Perrys, 1997) 4. H2O (Air)
Sifat-sifat fisika :
b. Indeks bias : 1,33
c. Titik didih : 100 0C pada tekanan 1 atm d. Titik beku : 00C pada tekanan 1 atm e. Densitas : 1 gr/ml
f. Viskositas : 0,0102 poise g. Panas laten : -2,418 x105 J/mol h. Panas penguapan : -2,288 x105 J/mol i. Tidak berbau dan berasa
Sifat-sifat kimia :
a. Bentuk molekul heksagonal b. Bersifat polar
c. Pelarut yang baik bagi senyawa organik d. Merupakan elektrolit lemah
e. Memiliki ikatan hidrogen (Sumber : Perrys, 1997)
5. Glukosa
Sifat-sifat fisika :
a. Berat Molekul : 180,16 gr/mol b. Spesifik grafity : 1,544
c. Kelarutan dalam air : 82 d. Berasa manis
e. Berfungsi sebagai sumber energi f. Termasuk mobosakarida
g. Larut dalam air Sifat-sifat kimia :
a. Dihidrasi oleh asaam menghasilkan suatu molekul d-glukosa b. Bereaksi negatif dengan reagen Tollen
2.6 Proses yang tersedia
Proses pembuatan glukosa dari pati sagu berdasarkan pada proses hidrolisa terdiri dari :
a. Proses hidrolisa dengan katalis asam b. Proses hidrolisa dengan katalis enzim 2.6.1 Proses hidrolisa dengan katalis asam
Slurry mengandung 35% - 40% pati acidief dengan asam (HCl). Tekanan di konverter mencapai 30 psia dengan pH 4 – 5. Kemudian larutan dinetralisasi dengan Ca(OH)2 (50 -70) ppm, dimana suhu mencapai 1400C. hasil hidrolisa menjadi
glukosa diukur sebagai dekstosa-equivalen (gula pereduksi) yang memberikan hasil 95 – 96 De dan 92 – 94 % dekstosa/dry basis. Sirup glukosa kotor disaring untuk dipisahkan dari inert yang tidak larut, kemudian diikuti dengan penambahan karbon aktif. sirup glukosa murni diuapkan untuk mendapatkan sirup glukosa yang lebih pekat. kemudian dilakukan pengkristalan guna membentuk sirup glukosa menjadi kristal glukosa. Kristal glukosa ini kemudian dipisahkan antara kristal glukosa dengan mother liquor dan akhirnya dilakukan penyaringan serta pengepakan.
2.6.2 Proses hidrolisa dengan katalis enzim
Setelah mencairkan pati, slurry yang mengandung 35% - 40% pati kemudian dihidrolisa dengan penambahan katalis enzim guna memecah moleku-molekul pati yang lebih besar menjadi molekul yang lebih kecil atau pemecahan ikatan rantainya. Ini dilakukan dengan menambahkan enzim α – amilase dan gluko amilase. Dengan demikian hirolisa pati dengan katalis enzim dilakukan dengan dua tahap, yaitu :
a. Penambahan enzim α – amilase b. Penambahan enzim gluko – amilase
Tangki yang mengandung pati 35% – 40% dicampur dengan air. Didalam tangki ini diberikan enzim α – amilase untuk memecahkan ikatan rantai amilase menjadi α – glukosidic pati, dan juga dinetralkan dengan penambahan Ca(OH)2.
kemudian dilanjutkan ke tahap liquifikasi yang berlangsung dua tahap yaitu tahap pertama pada suhu 1050C dan tahap kedua pada suhu 950C. Slurry pati yangsudah disiapkan dalam tangki, dipompa kedalam tangki liquifikasi 1 yang dipanasi dengan
uap panas sampai suhu 1050C. suhu tersebut dipertahankan selama 5 menit, sampai terjadi proses gelitinasi. Kemudian suhu diturunkan menjadi 950C dan bahan dialirkan pada alat liquifikasi II. Liquifikasi II berlangsung selama 2 jam dan suhu dipertahankan pada suhu 950C sampai terbentuk dekstrin. Dekstrin yang diperoleh dipompa kedalam tangki sakharifikasi dan suhu diturunkan menjadi 600C, pH juga diturunkan menjadi 4,5 dengan menambah HCl 0,1 N, kemudian ditambahkan enzim gluko – amilase yang memotong ikatan rantai α – 1 – 6 glukosidic pati selama 72 jam dan tekanan operasi atm. Hasil hidrolisa menjadi gluksa diukur sebagai dekstrose – equivalen (gula pereduksi) yang memberikan hasil 98 – 99 De dan 97 – 98,5% dekstrose.
Sirup glukosa kemudian dijernihkan untuk memisahkan inert yang tidak larutdenga penambahan karbon aktif yang diteruskan pada alat penukar ion untuk menghilangkan ion-ion. Sirup glukosa bersuh diuapkan pada evaporator guna memekatkan larutan glukosa. Hasil dari evaporator yaitu 70 – 78% sirup glukosa yang siap di kristalkan menjadi butir-butir kristal glukosa. Kemudian larutan glukosa ini dipisahkan dengan mother-liquor yang dikembalikan ke evaporator. dan akhirnya dilakukan pengeringan serta pengepakan untuk siap dipasarkan.
2.6 Seleksi Proses
Pada pra rancangan pabrik pembuatan glukosa dari pati sagu ini menggunakan proses hidrolisa dengan katalis asam pada tekanan 3 atm dan temperatur 1350C.
Dasar pemilihan proses tersebut adalah :
Tabel 2.3 Perbandingan proses hidrolisa denga katalis asam dan proses hidrolisa dengan katalis enzim
No Proses hidrolisa dengan katalis asam Proses hidrolisa dengan katalis enzim 1
2 3
Waktu yang dibutuhkan dalam mendapatkan produk relatif lebih singkat
Kemurnian produk yang dihasilkan lebih besar dari evaporasi
Proses ini tidak mengeluarkan biaya
Waktu yang dibutuhkan dalam mendapatkan produk relatif lama
Kemurnian produk yang dihasilkan lebih kecil dari evaporator
4
yang relatif besar dalam penyaluran bahan baku
Tidak perlu menambah staff tenaga ahli biologis dalam menaggulangi proses produksi
relatif besar dalam penyaluran
Perlu menambah staff tenaga ahli biologis dalam menaggulangi proses produksi
2.7 Deskripsi Proses
Pabrik pembuatan glukosa monohidrat ini direncanakan akan dibangun di Kepulauan Riau, dikarenakan potensi sagu yang cukup besar dibandingkan dengan Sumatera Utara. Bahan baku pati sagu yang diperoleh dari tanaman sagu yang di ambil dari kebun sagu yang terdapat di Kepulauan Riau diproses terlebih dahulu sehingga diperoleh patinya, dengan kandungan sagu yaitu pati diatas 80% ( syarat mutu tepung sagu menurut SII. 0231-79 adalah kadar pati minimum 80%, serat kasar maksimum 0,5%, abu maksimum 1,5%, air maksimum 14% dan tidak mengandung logam berbahaya. Tanaman sagu Bahan baku berupa pati sagu dari gudang bahan baku (GBB) dimasukkan kedalam Mixer, dimana pati sagu dicampur air dengan perbandingan volume 9 : 1 (US. Patent No. 6.126.754, 3 Okt 2000 ) untuk membentuk slurry dengan temperatur 300C dan tekanan 1 atm. Kemudian slurry
tersebut dimasukan kedalan Reaktor Hydrolizer untuk menghasilkan sirup glukosa dengan menambahkan katalis asam yaitu HCl dengan perbandingan volume 1 : 10 (Richana et al.1999). Proses ini berlangsung pada suhu 1350C dan pada tekanan 3,1216 atm. Untuk menjaga kondisi ini tetap stabil maka digunakan sirkulasi pendingin yang dialirkan melalui shell-shell reaktor dan bersilangan dengan tube-tube dengan temperatur 250C dan tekanan 1 atm. Adapun reaksi yang terjadi dalam
Reaktor Hidroylizer adalah sebagai berikut :
C12H22O11 (Pati) + H2O HCl 2C6H12O6 (Glukosa)
Reaksi yang tejadi adalah reaksi endotermis. Pati yang dapat terkonversi menjadi glukosa adalah sekitar 90% (US. Patent No. 6.126.754, 3 Okt 2000 ). Artinya pati yang tidak bereaksi sebesar 10% dari jumlah pati yang diumpankan.
Sirup glukosa kemudian didinginkan dengan Cooler sampai temperatur 500C dan tekanan 1 atm, kemudian sirup glukosa dimasukan kedalam Filter Press-01 dengan asumsi banyaknya larutan C6H12O6 yang ikut terbuang pada buangan filter
Press-01 diperkirakan sebanyak 0,1% dari larutan C6H12O6 yang ada dalam umpan
Filter Press-01(BERITA-TEKNOLOGI/berita-iptek.blogspot.com, 2009).
Kemudian sirup glukosa dinetralisasi dengan larutan basa yaitu NaOH 1% dari jumlah reaktan yang digunakan didalam Reaktor Neutralizer. NaOH ini bereaksi dengan HCl yang membentuk NaCl. Hasil netralisasi kemudian dipisahkan lagi dari NaCl yang terbentuk. Pemisahan ini menggunakan Dekanter, banyaknya keluaran C6H12O6 yang ikut terbuang pada buangan Dekanter diperkirakan 0,1% dari
larutan C6H12O6 yang ada dalam umpan Dekanter
(BERITA-TEKNOLOGI/berita-iptek.blogspot.com, 2009). Sirup glukosa yang diperoleh kemudian dijernihkan dalam Tangki Decolorizing yang berisi karbon aktif sebanyak 2,2% dari bahan baku
(Jose dkk, 1992) untuk menyerap zat warna yang timbul saat hidrolisasi.
Selanjutnya karbon aktif yang digunakan dipisahkan dengan sirup glukosa dengan menggunakan Filter Press-02 sehingga diperoleh banyaknya larutan C6H12O6
yang ikut terbuang diperkirakan sebanyak 0,1% lari larutanC6H12O6 yang ada dalam
umpan Filter Press-02 (BERITA-TEKNOLOGI/berita-iptek.blogspot.com, 2009). Kemudian sirup glukosa diuapkan dalam Evaporator untuk mendapatkan sirup glukosa yang lebih pekat sampai 78%.
Kemudian dilakukan pengkristalan guna membentuk sirup glukosa menjadi butiran kristal glukosa dengan jalan mendinginkan sirup glukosa dalam Tangki
Crystallizer pada suhu 300C dan tekanan 1 atm. Butiran kristal glukosa yang terbentuk kemudian dimasukkan kedalam Screw Conveyor untuk mendapatkan ukuran kristal yang seragam.
Setelah itu butiran kristal glukosa dikeringkan dalam Rotary Dryer dengan temperatur 1100C dan tekanan 1 atm sampai kandungan air dalam kristal glukosa berkurang sampai 86% dari kristal glukosa keluaran Crystallizer (Kuswurj, 2009).
Kristal glukosa yang telah dikeringkan kemudian didinginkan dengan Rotary
