Produksi Glukosa Cair dari Pati Ubi Jalar Melalui Proses Likuifikasi dan
Sakarifikasi Secara Enzimatis
1)
I Wayan Arnata, 1) Bambang Admadi H., 2)Esselon Pardede
1)
Staf Pengajar PS. Teknologi Industri Pertanian, FTP Unud, Bali
2)
Alumni PS. Teknologi Industri Pertanian, FTP Unud, Bali
Koresponden: yan_kadir@yahoo.com
Abstrak
Penelitian ini bertujuan untuk menghasilkan glukosa cair dari pati ubi jalar melalui proses likuifikasi dan sakarifikasi secara enzimatis. Penelitian dirancang menggunakan Rancangan Acak Kelompok dilakukan dalam dua tahap, yaitu tahap likuifikasi dan sakarifikasi. Pada tahap likuifikasi diperlakukan konsentrasi enzim α-amylase dan suhu hidrolisis. Konsentrasi enzim α -amilase terdiri dari tiga level yaitu 0,8 ml/kg pati, 1 ml/kg pati dan 1,2 ml/kg pati sedangkan suhu hidrolisis terdiri dari 3 level yaitu 90oC, 95oC dan 100oC. Pada tahap sakarifikasi diperlakukan Konsentrasi enzim amiloglukosidase dan suhu proses. Konsentrasi enzim amiloglukosidase terdiri dari tiga level yaitu 0,8 ml/kg pati, 1 ml/kg pati dan 1,2 ml/kg pati, sedangkan suhu proses 50oC, 55oC dan 60oC. Parameter yang diamati adalah total gula, dextrose equivalent dan gula reduksi. Data yang diperoleh dianalisis keragamannya dan dilanjutkan dengan uji perbandingan berganda Duncan. Hasil penelitian menunjukkan bahwa total gula dari pati ubi jalar yang dipergunakan adalah 240,39 g/L. Pada proses likuifikasi, dengan konsentrasi enzim α-amylase 1,2 ml/kg dan suhu proses 100oC menghasilkan konsentrasi gula reduksi tertinggi yaitu 57,56 ± 4,81 g/L dengan nilai DE 23,95%. Pada proses sakarifikasi menunjukkan bahwa pada konsentrasi enzim amiloglukosidase 1,2 ml/kg dengan suhu proses 60oC diperoleh konsentrasi glukosa 225,76±2.46 g/l dengan nilai DE 93,92 %.
Kata kunci: Glukosa cair, ubi jalar, likuifikasi, sakarifikasi. PENDAHULUAN
Gula merupakan salah satu kebutuhan pokok bagi masyarakat Indonesia. Sampai saat ini, setiap tahun, Indonesia hanya memproduksi 2,1 juta ton gula, sementara itu, kebutuhan untuk konsumsi mencapai 3 juta ton atau sekitar 12 kilogram per kapita. Kondisi ini artinya bahwa produksi gula hanya mampu mencukupi sekitar 60 persen dari kebutuhan (Triyatna 2012). Melihat kondisi belum terpenuhinya kebutuhan gula secara nasional ini, menyebabkan pemerintah menerapkan kebijakan mengimpor gula pasir. Badan Pusat Statistik (BPS) memperkirakan impor gula pasir dan gula tebu sampai dengan akhir tahun 2011 mencapai 2,4 juta ton. Kondisi ini berakibat pada kenaikan harga gula pasir.
jalar mengandung kadar air 72,84 %, pati 24,28 %, protein 1,65 %. (Aini 2004). Adanya potensi karbohidrat yang cukup tinggi terutama fraksi pati, menunjukkan bahwa, ubi jalar berpotensi dijadikan sebagai sumber gula, khususnya gula cair. Ini sangat memungkinkan karena pati merupakan homopolimer glukosa yang jika dihidrolisis akan menghasilkan glukosa. Dalam produksi glukosa cair, proses hidrolisis dapat dilakukan secara kimiawi maupun secara enzimatis. Hidrolisis enzimatis dipergunakan dalam penelitian ini karena menghasilkan produk spesifik berupa glukosa, sehingga dapat mengurangi terbentuknya produk-produk sampingan seperti 5-hidroksimetilfurfural dan furfural seperti yang terjadi pada proses hidrolisis secara kimiawi (Lopez et al.(2004). Pembuatan glukosa cair secara hidrolisis enzimatis terjadi melalui dua tahap yaitu likuifikasi dan sakarifikasi. Kedua proses ini dipengaruhi oleh berbagai faktor, seperti konsentrasi enzim, konsentrasi substrat, pH, suhu , waktu proses dan adanya senyawa-senyawa penghambat. Jika kondisi-kondisi proses ini dapat diketahui titik optimumnya, maka produksi glukosa cair dari bahan berpati akan dapat dimaksimumkan.
Beberapa penelitian telah dilakukan untuk memproduksi gula cair dari bahan berpati. Parwiyanti et al., (2012) melaporkan bahwa produksi gula cair menggunakan pati umbi gadung dengan hanya menggunakan proses hidrolisis menggunakan enzim amilase saja menghasilkan gula cair 10,39 % (b/v) dengan dextrose equivalent (DE) 34,64 %. Rendahnya konsentrasi gula dan nilai DE yang dihasilkan pada penelitian tersebut dapat disebabkan oleh proses hidrolisisnya hanya menggunakan enzim amilase saja, sehingga tidak semua fraksi pati akan terhidrolisis. Pada proses hidrolisis pati dengan hanya menggunakan enzim amilase, secara umum hanya akan menghidrolisis ikatan α, 1,4 glikosidik saja, sedangkan ikatan α 1,6 glikosidiknya tidak bisa dihidrolisis, sehingga masih menghasilkan produk berupa dekstrin. Untuk meningkatkan konsentrasi gula dan DE pada proses hidrolisis pati, maka pada penelitian ini akan dilakukan proses lanjutan berupa proses sakarifikasi dengan menggunakan enzim amiloglukosidase. Dengan penggunaan enzim ini diharapkan ikatan α, 1,6 glikosidik juga akan terhidrolisis sehingga produk dekstrin yang dihasilkan pada tahap pertama akan terkonversi menjadi glukosa. Berdasarkan latar belakang di atas, maka penelitian ini bertujuan untuk menghasilkan glukosa cair dari pati ubi jalar melalui proses likuifikasi dan sakarifikasi secara enzimatis dengan memperlakukan dua faktor yang berpengaruh terhadap hasil hidrolisis yaitu faktor konsentrasi enzim dan suhu.
METODOLOGI Bahan dan alat
Rancangan percobaan
Penelitian dirancang menggunakan Rancangan Acak Kelompok dilakukan dalam dua tahap, yaitu tahap likuifikasi dan sakarifikasi. Pada tahap likuifikasi diperlakukan konsentrasi
enzim α-amylase dan suhu hidrolisis. Konsentrasi enzim α-amilase terdiri dari tiga level yaitu 0,8 ml/kg pati (K1), 1 ml/kg pati (K2) dan 1,2 ml/kg pati (K3) sedangkan suhu hidrolisis terdiri dari 3 level yaitu 90oC (S1), 95oC (S2) dan 100oC (S3). Pada tahap sakarifikasi diperlakukan konsentrasi enzim amiloglukosidase dan suhu proses. Konsentrasi enzim amiloglukosidase terdiri dari tiga level yaitu 0,8 ml/kg pati (K1), 1 ml/kg pati (K2) dan 1,2 ml/kg pati (K3), sedangkan suhu proses 50oC (S1), 55oC (S2) dan 60oC (S3). Parameter yang diamati adalah total gula, dextrose equivalentdan gula reduksi.
Ekstraksi pati
Ubi jalar diparut dan dihancurkan dengan blender dan ditambahkan air dengan perbantingan 1:1. Bubur pati kemudian disaring dengan menggunakan kain saring guna memisahkan ampasnya. Filtrat hasil penyaringan kemudian diendapkan. Endapan yang terbentuk kemudian dipisahkan dengan cara membuang airnya dan di oven pada suhu 50 oC sampai kadar air sekitar 12%.
Likuifikasi
Pati ubi jalar sebanyak 300 gr dimasukkan ke dalam erlenmeyer dan ditambahkan dengan akuades sampai volumenya mencapai 1000 ml, pH diatur sampai 5 dengan menggunakan buffer sitrat. suspensi pati kemudian dipanaskan dalam water bath sampai tergelatinisasi. Penambahan enzim dan pengaturan suhu proses disesuaikan dengan perlakuan yaitu konsentrasi enzim α -amilase 0,8 ml/kg pati, 1 ml/kg pati dan 1,2 ml/kg pati sedangkan suhu hidrolisis 90oC, 95oC dan 100oC. Proses ini dilakukan selama 60 menit. Setelah proses ini dilakukan analisa gula reduksinya.
Sakarifikasi
Cairan hasil proses likuifikasi selanjutnya disakarifikasi sesuai perlakuan yaitu konsentrasi enzim amiloglukosidase ditambahkan 0,8 ml/kg pati, 1 ml/kg pati dan 1,2 ml/kg pati, sedangkan suhunya diatur menjadis 50oC, 55oC dan 60oC. Waktu proses dilakukan selama 72 jam dan diakhir proses masing-masing perlakuan dianalisa kadar gula reduksinya.
Parameter
Likuifikasi
Proses likuifikasi adalah pada suhu diatas suhu gelatinisasi (Yunianta et al., 2010) Kadar ini adalah 240,39 g/L. Dari hasil interaksi konsentrasi enzim α gula reduksi (p<0,05). Konsentrasi 23,95% dihasilkan dari perlakuan suhu 100oC. Perlakuan ini berbeda terendah sebesar 22,96 g/L dengan penggunaan konsentrasi enzim
dan nilai DE yang dihasilkan selama proses liku
Gambar 1. Konsentrasi gula reduksi yang dihasilkan pada proses likuifikasi. Tabel 1. Nilai DE
diduga disebabkan oleh sifat dari
HASIL DAN PEMBAHASAN
likuifikasi adalah proses hidrolisa pati dengan menggunakan
pada suhu diatas suhu gelatinisasi untuk menghasilkan dekstrin, glukosa, maltosa dan maltotrios Kadar total gula dari pati ubi jalar yang dipergunakan
Dari hasil analisis keragaman pada proses likuifikasi
α-amilase dan suhu proses berpengaruh nyata Konsentrasi gula reduksi tertinggi sebesar 57,56 g/L perlakuan K3S3 yaitu penggunaan konsentrasi enzim
ini berbeda nyata dengan perlakuan lainnya. Konsentras g/L dengan nilai DE 9,55 % dihasilkan dari perlakuan enzim 0,8 ml/kg dengan suhu proses 100oC. Konsentrasi g dihasilkan selama proses likuifikasi disajikan pada Gambar 1
Gambar 1. Konsentrasi gula reduksi yang dihasilkan pada proses likuifikasi. . Nilai DE pada proses likuifikasi
ta yang diikuti huruf yang sama berarti tidak berbeda ny
likuifikasi dengan enzim amilase menunjukkan bahwa menunjukkan bahwa pati belum terhidrolisa secara persen dari total gula yang ada didalam bahan baku.
sifat dari enzim amilase itu sendiri.Enzim α-amilase
menggunakan enzim α-amilase untuk menghasilkan dekstrin, glukosa, maltosa dan maltotriosa
endo-enzim yang hanya dapat memecah ikatan α baik pada amilosa maupun pada
dan maltosa dengan perbandingan menghasilkan campuran limit dekstrin heksa, penta, tetra dan trisakarida (Tjokroadikoesoemo 1986). Pada konsentrasi enzim dan waktu
reduksi dan nilai DE. Hal ini disebabka semakin lamanya waktu proses
glukosa. Sakarifikasi
Sakarifikasi merupakan sederhana dalam hal ini yaitu
pada proses sakarifikasi menunjukkan proses berpengaruh nyata terhadap tertinggi 225,77 g/L dan DE konsentrasi enzim 1,2 ml/kg dengan dengan hasil gula reduksi dari enzim 1,0 ml/kg dengan waktu 91,24%. Konsentrasi gula reduksi dihasilkan dari peerlakuan K1S1 dengan suhu 50oC. Konsentrasi
sakarifikasi disajikan pada Gambar 2 dana Tabel 2.
Gambar 2. Konsentrasi gula reduksi
dapat memecah ikatan α-1,4 glikosidik secara acak dibagian maupun pada amilopektinnya. Hasil akhir hidrolisis amilosa
perbandingan 13 % dan 17 %, sedangkan hasil akhir hidr limit dekstrin bercabang dan tidak bercabang yang dan trisakarida juga maltosa dan isomaltosa disertai
Pada penelitian ini ada kecenderungan bahwa waktu proses, menyebabkan semakin meningkatkan Hal ini disebabkan oleh semakin banyaknya enzim yang
proses maka semakin banyak pula ikatan pati yang
merupakan proses hidrolisis atau pemecahan gula komplek yaitu pemecahan pati menjadi glukosa. Dari hasil menunjukkan bahwa kombinasi konsentrasi enzim ata terhadap konsentrasi gula reduksi dan nilai DE. dan DE 93,92% dihasilkan dari perlakuan K3S3 ml/kg dengan suhu proses 60oC, namun perlakuan ini reduksi dari perlakuan K2S3 yaitu proses sakarifikasi dengan waktu proses 60oC dengan gula reduksi 219,32
gula reduksi terendah sebesar 63,40 g/L dengan peerlakuan K1S1 yaitu proses sakarifikasi dengan konsentrasi
Konsentrasi gula reduksi dan nilai DE yang dihasilk sakarifikasi disajikan pada Gambar 2 dana Tabel 2.
. Konsentrasi gula reduksi yang dihasilkan pada proses sakarifikasi.
acak dibagian dalam molekul hidrolisis amilosa adalah glukosa akhir hidrolisis amilopektin bercabang yang terdiri dari hepta, isomaltosa disertai sedikit glukosa
bahwa dengan peningkatan meningkatkan konsentrasi gula enzim yang ditambahkan dan ati yang terhidrolisis menjadi
gula komplek menjadi gula Dari hasil analisis keragaman konsentrasi enzim AMG dengan suhu yang dihasilkan selama proses
Tabel 2 . Nilai DE pada proses sakarifikasi
Perlakuan Suhu ( °C)
50 55 60
Kons. AMG (ml/kg )
0,8 26,38 e 49,40 c 49,17 c
1,0 36,50 d 50,96 c 91,24 a
1,2 41,18 d 59,36 b 93,92 a
Ket: nilai rerata yang diikuti huruf yang sama berarti tidak berbeda nyata (p>0,05)
Dari hasil proses sakarifikasi menunjukkan bahwa terjadi peningkatan konsentrasi gula reduksi dan nilai DE jika dibandingkan dengan hasil pada proses likuifikasi. Nilai DE sebesar 93,92 % menunjukkan bahwa sekitar 93,92 % total gula yang ada pada pati telah terhidrolisis menjadi glukosa. Adanya peningkatan konsentrasi gula reduksi dan nilai DE ini disebabkan oleh kemampuan dari enzim AMG ini yang tidak hanya mampu memutuskan ikatan α, 1,4 glikosidik tetapi juga mampu menghidrolisis ikatan α, 1,6 glikosidik, sehingga hidrolisis dapat berlangsung secara maksimal (Tjokroadikoesoemo 1986).
KESIMPULAN
Hasil penelitian menunjukkan bahwa total gula dari pati ubi jalar yang dipergunakan adalah 240,39 g/L. Pada proses likuifikasi, dengan konsentrasi enzim α-amylase 1,2 ml/kg dan suhu proses 100oC menghasilkan konsentrasi gula reduksi tertinggi yaitu 57,56 ± 4,81 g/L dengan nilai DE 23,95%. Pada proses sakarifikasi menunjukkan bahwa pada konsentrasi enzim amiloglukosidase 1,2 ml/kg dengan suhu proses 60oC menghasilkan konsentrasi glukosa 225,76±2.46 g/l dengan nilai DE 93,92 %.
DAFTAR PUSTAKA
Aini N. 2004. Pengolahan Tepung Ubi Jalar Dan Produkproduknya Untuk Pemberdayaan Ekonomi Masyarakat Pedesaan. Makalah Pribadi Falsafah Sains (Pps 702). Sekolah Pasca Sarjana. IPB Bogor.
Lopez M J, Nichols NN, Dien BS, Moreno J. 2004. Isolation of Microorganism for Biological Detoxification of Lignocellulosic Hydrolyzates. J Appl. Microbiol Biotechnol 64 : 125-131.
Parwiyanti, Filli P. Renti A. 2011. Sifat Kimia Dan Fisik Gula Cair Dari Pati Umbi Gadung (Dioscorea hispidaDents). J. Teknol. Dan Industri Pangan 17 (2) :171-176.
Tjokroadikoesoemo PS. 1986. HFS dan Industri Ubi Kayu Lainnya. Gramedia, Jakarta.
