BAB 2
TINJAUAN PUSTAKA
2.1Jagung
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 disbanding 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 1 dan Tabel 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
• Biji jagung tua: pengganti nasi, marning, brondong, roti jagung, tepung,
bihun, bahan campuran kopi bubuk, biskuit, kue kering, pakan ternak, bahan baku industri bir, industri farmasi, dekstrin, perekat, industri tekstil.
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 Plastika
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 Jagung manis
Jagung manis ( sweet corn) merupakan komoditas palawija dan termasuk dalam keluarga (family) rumput-rumputan (Gramineae) genus Zea dan spesies Zea mays saccharata. Jagung manis memiliki ciri-ciri endosperm berwarna bening, kulit biji tipis, kandungan pati sedikit, pada waktu masak biji berkerut. Produk utama jagung manis adalah buah/ tongkolnya, biji jagung manis mempunyai bentuk, warna dan kandungan endosperm yang bervariasi tergantung pada jenisnya, bijijagung manis terdiri atas tiga bagian utama yaitu kulit biji (seed coat), endosperm dan embrio (Koswara, 2009).
Jagung manis dikenal dengan nama sweetcorn banyak dikembangkan di Indonesia. Jagung manis banyak dikonsumsi karena memiliki rasa yang lebih manis, aroma lebih harum, dan mengandung gula sukrosa serta rendah lemak sehingga baik dikonsumsi bagi penderita diabetes. Jagung manis memberikan keuntungan relatife tinggi bila dibudidayakan dengan baik. Selain bagian biji, bagian lain dari tanaman jagung manis memiliki nilai ekonomis diantaranya batang dan daun muda untuk pakan ternak, batang dan daun tua (setelah panen) untuk pupuk hijau/kompos, batang dan daun kering sebagai bahan bakar sebagai pengganti kayu bakar, buah jagung muda untuk sayuran,perkedel, bakwan dan berbagai macam olahan makanan lainnya. Umur produksi jagung manis lebih singkat (genjah) sehingga dapat menguntungkan dari sisi waktu (Ayunda, 2014)
2.1.4 Tongkol Jagung
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. Tongkol jagung mengandung xylan 31,1%, selulosa 34,3%, lignin 17,7%, dan abu 16,9% (Horiuchi, 2013). Komposisi kimia tersebut membuat tongkol jagung dapat digunakan sebagai sumber energy, bahan pakan ternak, dan sebagai sumber karbon bagi pertumbuhan mikroorganisme (Shofiyanto, 2008).
Karakteristik kimia dan fisika dari tongkol jagung sangat cocok untuk pembuatan tenaga alternatif (bioetanol), kadar senyawa kompleks lignin dalam tongkol jagung adalah 6,7-13,9%, untuk hemiselulosa 39,8% , dan selulosa 32,3-45,6%. Selulosa hampir tidak pernah ditemui dalam keadaan murni , melainkan selalu berikatan dengan bahan lain yaitu lignin dan hemiselulose. Garrote et al.,2002 dalam Shofiyanto, 2008), menyatakan bahwa limbah buah jagung yaitu tongkol jagung, dapat dimanfaatkan sebagai bahan baku industri dengan proses biomass refening berdasarkan sparasi fraksifraksi kimianya. Menurut Koswara
(1991), 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. Menurut Irawadi, 1990 (pada Shofiyanto, 2008) limbah pertanian (termasuk tongkol jagung), mengandung selulosa (40-60%), hemiselulosa (20-30%) dan lignin (15-30%). Komposisi kimia tersebut membuat tongkol jagung dapat digunakan sebagai sumber energi, bahan pakan ternak dan sebagai sumber karbon bagi pertumbuhan mikroorganisme. Sumber : Huda, 2007 dalam Shofiyanto, 2008
2.2 Karbohidrat
dalam golongan karbohidrat ini.Dari contoh-contoh tadi kita mengetahui bahwa amilum atau pati, selulosa, glikogen, gula, atau sukrosa dan glukosa merupakan beberapa senyawa karborhidrat yang terpenting dalam kehidupan.
Molekul karbohidrat terdiri atas atom-atom karbon, hidrogen dan oksigen.Jumlah atom hidrogen dan oksigen merupakan perbandingan 2:1 seperti molekul air.Sebagai contoh molekul glukosa mempunyai rumus kimia C12H22O11. Pada glukosa tampak bahwa jumlah atom hydrogen berbanding jumlah atom oksigen ialah 12:6 atau 2:1, sedangkan pada sukrosa 22:11 atau 2:1. Dengan demikian dahulu orang berkesimpulan adanya air dalam karbohidrat, yang berasal dari “karbon” yang berarti mengandung unsur karbon dan “hidrat” yang berarti air. (Poedjiadi, A. 1994)
Beberapa turunan molekul karbohidrat yang ada dan dapat dibentuk dari pengurangan.Sebagai contoh, jika ada molekul yang mempunyai oksigen yang jumlahnya lebih sedikit lalu kita katakana ini sebagai deoksi karbohidrat, dan yang paling banyak dikenal adalah deoksiribosa yang komponen utamanya yaitu deoksiribonukleat (DNA).Gula berbeda dari D-ribosa yang didalamnya terdapat golongan hidroksil yang diganti oleh atom hidrogen (penghilangan satu oksigen).
Gula alkohol dibentuk ketika golongan karbonil direduksi menjadi
golongan hidroksil.Gula alkohol biasanya digunakan sebagai pengganti makanan. Untuk alasan ini banyak produk seperti permen karet yang manis mengandung gula alkohol. Yang paling penting kegunaan dari alkohol adalah dalam pembuatan makanan untuk orang diabetes.Gula alkohol diserap diusus halus yang menghasilkan perubahan kecil pada tingkat gula darah.Selain itu, gula alkohol diserap lalu diekskresikan ke urin dari pada untuk metabolisme (Walker, S. 2008).
2.2.1 Selulosa
Selulosa adalah polimer glukosa yang berbentuk rantai linier dan dihubungkan
kristalin dan tidak mudah larut. Selulosa tidak mudah didegradasi secara kimia maupun mekanis. Di alam, biasanya selulosa berasosiasi dengan polisakarida lain seperti hemiselulosa atau lignin membentuk kerangka utama dinding sel tumbuhan (Holtzapple et.al 2003).
Berdasarkan struktur kimia, selulosa termasuk polimer-polimer alam paling sederhana dalam artian bahwa selulosa terdiri dari unit ulang tunggal D-glukosa yang terikat melalui karbon 1 dan 4 oleh ikatan-ikatan β. Selulosa banyak ditemukan dialam yang merupakan konstituen utama dari dinding sel tumbuh-tumbuhan dan rata-rata menduduki sekitar 50% dalam kayu (Stevens, 2007). Selulosa (C6H10O5)n adalah polisakarida yang merupakan pembentuk sel-sel kayu hampir 50%. Kertas saring dan kapas hamper merupakan selulosa yang murni. Berat molekul selulosa kira-kira 300.000 (Sastrohamidjojo, 2005).
Unit penyusun (building block) selulosa adalah selobiosa karena unit keterulangan dalam molekul selulosa adalah 2 unit gula (D-glukosa). Selulosa adalah senyawa yang tidak larut di dalam air dan ditemukan pada dinding sel tumbuhan terutama pada tangkai, batang, dahan, dan semua bagian berkayu dari jaringan tumbuhan. Selulosa merupakan polisakarida struktural yang berfungsi untuk memberikan perlindungan, bentuk, dan penyangga terhadap sel, dan jaringan (Lehninger, 1993).
density-nya maka selulosa akan berbentuk kristal, sedangkan semakin rendah packing density maka selulosa akan berbentuk amorf. Derajat kristalinitas selulosa
dipengaruhi oleh sumber dan perlakuan yang diberikan. Rantai-rantai selulosa akan bergabung menjadi satu kesatuan membentuk mikrofibril, bagian kristalin akan bergabung dengan bagian nonkristalin. Mikrofibril-mikrofibril akan bergabung membentuk fibril, selanjutnya gabungan fibril akan membentuk serat (Klemm, 1998).
Gambar 2.2 Struktur Selulosa
Berdasarkan derajat polimerisasi dan kelarutan dalam senyawa natrium hidroksida (NaOH) 17,5%, selulosa dapat dibedakan atas tiga jenis yaitu :
1. Selulosa α (Alpha Cellulose) adalah selulosa berantai panjang, tidak larut dalam larutan NaOH 17,5% atau larutan basa kuat dengan derajat polimerisasi 600 - 1500. Selulosa α dipakai sebagai penduga dan atau penentu tingkat
kemurnian selulosa. Selulosa α merupakan kualitas selulosa yang paling tinggi
(murni). Selulosa α > 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 sandang/kain. Semakin tinggi kadar alfa selulosa, maka semakin baik mutu bahannya (Nuringtyas, 2010)
2. Selulosa β (Betha Cellulose) adalah selulosa berantai pendek, larut dalam larutan NaOH 17,5% atau basa kuat dengan derajat polimerisasi 15 - 90, dapat mengendap bila dinetralkan
3. Selulosa γ (Gamma cellulose) adalah sama dengan selulosa β, tetapi derajat
polimerisasinya kurang dari 15. Bervariasinya struktur kimia selulosa (α, β, γ)
yang terdapat dalam daerahdaerah amorf sangat mudah dicapai dan mudah bereaksi, sedangkan gugus-gugus 9 hidroksil yang terdapat dalam daerah-daerah kristalin dengan berkas yang rapat dan ikatan antar rantai yang kuat mungkin tidak dapat dicapai sama sekali. Pembengkakan awal selulosa diperlukan baik dalam eterifikasi (alkali) maupun dalam esterfikasi (asam) (Sjostrom 1995).
Campuran senyawa lain yang terdapat bersama dengan selulosa yaitu hemiselulosa. Hemiselulosa adalah polisakarida kompleks nonselulosa dan nonpati yang terdapat dalam banyak jaringan tumbuhan.Hemiselulosa mengacu kepada polisakarida nonpati yang tidak larut dalam air.Hemiselulosa tidak berperan dalam biosintesis selulosa tetapi dibuat tersendiri dalam tumbuhan sebagai komponen struktur dinding sel. Hemiselulosa dikelompokkan berdasarkan kandungan gulanya (Deman, 1997).
2.2.2 Glukosa
Glukosa adalah suatu aldoheksosa dan sering disebut dekstrosa karena mempunyai sifat dapat memutar cahaya terpolarisasi kearah kanan.Didalam, glukosa terdapat dalam buah-buahan dan madu lebah.Dalam manusia normal mengandung glukosa dalam jumlah atau konsentrasi yang tetap, yaitu antara 70-100 mg tiap 70-100 mL darah. Glukosa darah ini bertambah setelah kita makan makanan sumber karbohidrat, namun kira-kira 2 jam setelah itu, jumlah glukosa darah akan kembali pada keadaan semula. Pada orang yang menderita diabetes
mellitus atau kencing manis, jumlah glukosa lebih dari 130 mg per 100 mL darah.
Dalam alam glukosa dihasilkan dari reaksi antara karbondioksida dan air dengan bantuan sinar matahari dan klorofil dalam daun. Proses ini disebut fotosintesis dan glukosa yang terbentuk terus digunakan untuk pembentukan amilum atau selulosa
Sebagian besar monosakarida dikenal sebagai heksosa, karena terdiri atas 6-rantai atau cincin karbon.Atom-atom hidrogen dan oksigen terikat pada rantai atau cincin ini secara terpisah atau sebagai gugus hidroksil (OH).Ada tiga jenis heksosa yang penting dalam ilmu gizi, yaitu glukosa, fruktosa, dan galaktosa. Ketiga macam monosakarida ini mengandung jenis dan jumlah yang sama, yaitu 6 atom karbon, 12 atom hydrogen, dan 6 atom oksigen. Perbedaannya hanya terletak pada cara penyusunan atom hydrogen dan oksigen disekitar atom-atom karbon. Perbedaan dalam susunan atom-atom inilah yang menyebabkan perbedaan dalam tingkat kemanisan, daya larut, dan sifat lain ketiga monosakarida tersebut. monosakarida yang terdapat di alam pada umumnya terdapat dalam bentuk isomer dekstro (D). Gugus hidroksil ada karbon nomor 2 terletak disebelah kanan.Struktur kimianya dapat berupa struktur terbuka atau struktur cincin (Poedjiadi, A.1994).
Gambar 2.3 Struktur Glukosa
2.3 Hidrolisis
Hidrolisis adalah salah satu tahapan pembuatan bioetanol berbahan baku lignoselulosa. Hidrolisis bertujuan untuk memecah selulosa dan hemiselulosa menjadi monosakarida (glukosa dan xylosa) yang selanjutnya akan difermentasi menjadi etanol. Secara umum teknik hidrolisis dibagi menjadi dua, yaitu : hidrolisis berbasis asam dan hidrolisis dengan enzim.
Didalam metode hidrolisis asam, biomassa lignoselulosa dipaparkan dengan asam pada suhu dan tekanan tertentu selama waktu tertentu, dan menghasilkan monomer gula dari polimer selulosa dan hemiselulosa. Beberapa asam yang umum digunakan untuk hidrolisis asam antara lain adalah asam sulfat (H2SO4), asam perklorat, dan HCl. Asam sulfat merupakan asam yang paling banyak diteliti dan dimanfaatkan untuk hidrolisis asam pekat dan hidrolisis asam encer (Taherzadeh & Karimi. 2007).
Hidrolisis selulosa lengkap dengan HCl 30%, hanya menghasilkan D-glukosa.Disakarida yang terisolasi dari selulosa yang terhidrolisis sebagian adalah selobiosa, yang dapat dihidrolisis lebih lanjut menjadi D-glukosa dengan suatu katalis asam atau dengan emulsion enzim.Selulosa sendiri tidak mempunyai karbon hemiasetal-selulosa sehingga tidak dapat mengalami mutarotasi atau dioksidasi oleh reagensia seperti Tollens (Fessenden, 1986).
Selulosa Selobiosa Glukosa
kation siklik. Akhirnya kation karbonium mulai mengadisi molekul air dengan cepat, membentuk hasil akhir yang stabil dan melepaskan proton (Torget, 2003)
Gambar 2.4 Proses Pemisahan Selulosa Menjadi Glukosa
2.4 Analisa Kualitatif dan Kuantitatif Gula Pereduksi
2.4.1 Analisa Kualitatif Gula pereduksi
Beberapa cara untuk mengetahui adanya gula pereduksi dalam suatu bahan antara lain:
a. Uji Molisch
atau hidroksi metal furfural. Senyawa-senyawa ini dengan alfa naftol akan berkondensasi membentuk senyawa kompleks yang berwarna ungu.
b. Uji Iodin
Karbohidrat golongan polisakarida akan memberikan reaksi dengan larutan iodin dan memberikan warna spesifik bergantung pada jenis karbohidratnya. Amilosa dengan iodin akan berwarna biru, amilopektin dengan iodin akan berwarna merah violet, glikogen maupun dextrin dengan iodin akan berwarna merah coklat.
c. Uji Pembentukan Osason
Aldosa ataupun ketosa dengan fenilhidrasin dan dipanaskan akan membentuk hidrason atau osason. Reaksi antara senyawaan tersebut merupakan reaksi oksido-reduksi, atom C yang mengalami reaksi adalah atom C nomor satu dan dua dari aldosa atau ketosa. Fruktosa dan glukosa menunjukkan osason yang sama.
d. Uji Fehling
Larutan fehling yang terdiri dari campuran kupri sulfat, Na-K-tartrat dan natrium hidroksida dengan gula reduksi dan dipanaskan akan terbentuk endapan berwarna hijau, kuning orange atau merah tergantung dari macam gula reduksinya (Sudarmadji, 1987).
e. Uji Benedict
Pereaksi benedict berupa larutan yang mengandung kupri sulfat, natrium karbonat, dan natrium sitrat.Glukosa dapat mereduksi ion Cu++ dari kupri sulfat menjadi ion Cu + yang kemudian mengendap sebagai Cu2O adanya natrium
karbonat dan natrium sitrat membuat pereaksi benedict bersifat basa lemah.Endapan yang terbentuk dapat berwarna hijau, kuning, atau merah bata. Warna endapan ini tergantung pada konsentrasi karbohidrat yang diperiksa (Poedjiadi,1994).
2.4.2 Analisa Kuantitatif Gula pereduksi
enzim pada suatu keadaan tertentu. Beberapa cara analisis kuantitatif monosakarida antara lain :
a. Metode Luff Schoorl
Pada penentuan gula secara Luff Schoorl, yang ditentukan adalah kuprioksida dalam larutan sebelum direaksikan dengan gula reduksi (titrasi Blanko) dan sesudah direaksikan dengan sampel gula reduksi (titrasi sampel).Penentuannya dengan titrasi menggunakan Na-tiosulfat.Selisih titrasi blanko dengan titrasi sampel equivalent dengan kuprooksida yang terbentuk dan juga equivalent dengan jumlah gula reduksi yang ada dalam bahan atau larutan.
b. Metode Munson-Walker
Penentuan gula cara ini adalah dengan menentukan banyaknya kuprooksida yang terbentuk dengan cara penimbangan atau dengan melarutkan kembali dengan asam nitrat kemudian menitrasi dengan tiosulfat. Jumlah kuprooksida yang terbentuk equivalent dengan banyaknya gula reduksi yang ada dalam larutan dan telah disediakan dalam bentuk tabel hammon, yakni hubungan antara banyaknya kuprooksida dengan gula reduksi.
c. Metode Lane-Eynon
Penentuan gula cara ini dengan menitrasi reagen soxhlet (larutan CuSO4,
K-N-tartrat) dengan larutan gula yang diselidiki. Banyaknya larutan sampel yang dibutuhkan untuk menitrasi reagen soxhlet dapat diketahui banyaknya gula yang ada dengan melihat pada tabel Lane-Eynon (Sudarmadji, 1987)
d. Metode Nelson-Somogyi
ditentukan.Reaksi warna yang terbentuk dapat menentukan konsentrasi gula dalam sampel dengan mengukur absorbansinya (Sudarmadji, 1987).
2.5 Fermentasi
Fermentasi berasal dari bahasa latin ferfere yang artinya mendidihkan, yaitu berdasarkan ilmu kimia terbentuknya gas-gas dari suatu cairan kimia yang pengertiannya berbeda dengan air mendidih. Gas yang terbentuk tersebut di antaranya karbondioksida (CO2) (Afrianti, H. L.,2004). Fermentasi adalah proses produksi energi dalam sel dalam kondisi anaerob (tanpa oksigen). Secara umum, fermentasi adalah salah satu bentuk respirasi anaerobik, akan tetapi definisi yang lebih jelas mengatakan bahwa fermentasi diartikan sebagai respirasi dalam lingkungan anaerobik dengan tanpa akseptor electron eksternal (Darmanto, 2006).
Fermentasi juga dapat diartikan sebagai perubahan gradual oleh enzim, bakteri, khamir dan jamur. Contoh fermentasi yang adadi kehidupan sehari – hari antara lain pengasaman susu, perubahan gula menjadi alkohol serta oksidasi senyawa nitrogen organic (Hidayat, et al., 2006).
Fermentasi merupakan suatu cara untuk mengubah substrat menjadi produk tertentu yang dikehendaki dengan mengutamakan bantuan mikroba.
Produk-produk tersebut biasanya dimanfaatkan sebagai minuman atau makanan.Fermentasi merupakan suatu cara yang telah dikenal dan digunakan sejak zaman kuno. Sebagai suatu proses fermentasi memerlukan :
1. Mikroba inokulum
2. Tempat (wadah) yang menjamin proses fermentasi berlangsung dengan optimal.
Pada dasarnya fermentasi dapat langsung menggunakan enzim tetapi sampai saat ini, industri fermentasi yang besar-besar masih memanfaatkan mikroorganisme, antara lain karena cara ini jauh lebih murah dan mudah. Mikroba yang banyak digunakan dalam proses fermentasi diantaranya adalah khamir, kapang dan bakteri. Kegiatan demikian akan erat hubungannya dengan teknologi microbial karena selain diperlukan galur-galur yang unggul alami dapat pula dilakukan mutasi-mutasi induk sampai kepada rekayasa genetik. Istilah yang banyak dipakai adalah “Bioteknologi Mikrobial” yang pada dasarnya dapat dibagi atas dua fase, yaitu :
1. Teknologi mikrobial tradisional yaitu teknologi yang menggunakan metode-metode yang telah berkembang lama yaitu seleksi alami serta modifikasi proses untuk memperoleh hasil maksimal.
2. Teknologi microbial dengan rekayasa organisme, antara lain dengan menggunakan gen-gen asing yang disisipkan pada gen mikroba. Disini umumnya disebut rekayasa genetik. Upaya tersebut selain bertujuan untuk mendapatkan strain atau mutan atau galur yang unggul tetapi dapat pula dikultivasi secara besar-besaran (Muljono, J.1992).
Semua mikroorganisme membutuhkan air, sumber energi, karbon, nitrogen, elemen-elemen mineral, vitamin dan O2 (jika aerobic). Medium untuk skala besar harus menggunakan sumber-sumber nutrien untuk menciptakan
sebuah medium yang memenuhi kriteria sebagai berikut :
1. Menghasilkan yield maksimum dari produk atau biomass pergram substrat yang digunakan.
2. Menghasilkan konsentrasi maksimum dari produk atau biomassa. 3. Mengijinkan laju maksimum dari pembentukan produk
4. Yield minimum dari produk yang tidak diinginkan
5. Murah, kualitas yang konsisten dan tersedia sepanjang tahun
2.6 Ragi Roti dan Ragi Tape
2.6.1 Ragi Roti
Penemu Yeast (ragi roti) pertama kali adalah Louis Pasteaur pada tahun 1872. Bibit yeast yang terbagus dalam buah anggur dan apel serta pada akar pohon tersebut.
Jenis-jenis ragi roti :
a. Fresh Yeast, merupakan jenis ragi yang pertama kali ditemukan, berbentuk cair sehingga dalam penyimpanan memerlukan pembekuan sering disebut compressed yeast.
b. Dry Yeast, merupakan jenis ragi yang kering berbentuk butiran-butiran sering disebut dehydrated yeast.
c. Instant Yeast, merupakan ragi yang dibentuk dalam bentuk tepung/powder.
Cara pemakaian dari ragi tersebut berbeda-beda yaitu :
a. Fresh Yeast sebelum dicampurkan dengan bahan-bahan lain harus dicairkan terlebih dahulu
b. Dry Yeast sebelum dicampurkan dengan bahan-bahan lain harus dilarutkan dulu dengan air dan difermentasikan. Instant yeast bisa dicampurkan
c. langsung dengan bahan-bahan lain sehingga menjadi suatu adonan.
(Subagio,2007)
2.6.2 Ragi Tape
Starter yang digunakan untuk produksi tapai disebut ragi, yang umumnya berbentuk bulat pipih dengan diameter 4-6 cm dan ketebalan 0,5 cm. tidak diperlukan peralatan khusus untuk produksi ragi, tetapi formulasi bahan yang digunakan pada umumnya tetap menjadi rahasia setiap pengusaha ragi.
pasta ini pada suhu ruang dalam waktu 2-5 hari. Beberapa pengusaha menambahkan rempah-rempah atau bumbu untuk mendukung pertumbuhan mikroorganisme yang diharapkan. Penambahan sari tebu juga dilakukan untuk menambah kadar gula.
Ragi dipanen setelah 2-5 hari, tergantung dari suhu dan kelembaban. Produk akhir akan berbentuk pipih kering dan dapat disimpan dalam waktu yang lama. Tidak ada faktor lingkungan yang dikendalikan.Mikroorganisme yang diharapkan maupun kontaminan dapat tumbuh bersama-sama.Pada lingkungan pabrik lagi, mikroflora yang ada telah didominasi mikrobia ragi. Namun demikian pada ragi yang dibuat pada musim hujan akan dapat dijumpai Mucor sp dan Rhizopus sp dalam jumlah lebih banyak dan membutuhkan waktu pengeringan ynag lebih lama.
Jika pasta tetap basah, mikroorganisme tumbuh dan menggandakan diri. Jumlah kapang pada ragi berkisar dari 8x107 sampai 3x108/g, khamir 3x106 sampai 3x107/g dan bakteri kurang dari 105/g. organism yang menghasilkan tapai dengan aroma baik adalah gabungan dari Amylomyces rouxii, Endomycopsis fibuliger dan Hansenula anoma (Hidayat, N. 2006).
2.7 Faktor-faktor yang Mempengaruhi Kehidupan Ragi
Ada berbagai faktor yang mempengaruhi ragi, yaitu sebagai berikut:
1. Nutrisi (zat gizi)
Dalam kegiatan khamir memerlukan penambahan nitrisi untuk pertumbuhan dan perkembangbiakan, yaitu:
a. Unsur C, ada faktor karbohidrat.
b. Unsur N, dengan penambahan pupuk yang mengandung nitrogen, misalnya ZA, urea, ammonia dan sebagainya.
c. Unsur P, dengan penambahan pupuk fosfat, missal NPK, TSP, DSP dan sebagainya.
2. Keasaman (pH)
Untuk fermentasi alkohol, khamir memerlukan media dengan suasana asam, yaitu antar pH 4,8-5,0. Pengaturan pH dapat dilakukan dengan penambahan asam sulfat jika substratnya alkalis atau dengan natrium bikarbonat jika substratnya asam.
3. Suhu
Suhu optimum untuk pertumbuhan dan perkembangbiakan adalah 28-30oC.Pada waktu fermentasi terjadi kenaikan panas, karena reaksinya eksoterm.Untuk mencegah agar suhu fermentasi tidak naik, perlu pendinginan agar dipertahankan tetap 26-30oC.
4. Udara
5. Fermetasi alkohol berlangsung secara anaerobik (tanpa udara). Namun demikian udara diperlukan pada proses pembibitan sebelum fermentasi untuk perkembangan khamir tersebut (Hidayat, N., 2006).
2.8 Bioetanol
Bioetanol merupakan etanol (C2H5OH) yang dapat dibuat dari substrat yang mengandung karbohidrat (turunan gula, pati dan selulosa). Salah satu bahan bakuyang sering digunakan untuk pembuatan bioetanol adalah bahan baku yang mengandung pati sedangkan jenis tanaman yang digunakan untuk bahan baku
umumnya berasal dari kelompok tanaman pangan utama seperti singkong, jagung, gandum, kentang dan ubi jalar (Setiasih.A., 2011).
Bioetanol adalah etanol yang dibuat dari biomassa yang mengandung komponen pati atau selulosa, seperti singkong dan tetes tebu. Dalam dunia industri, etanol umumnya digunakan sebagai bahan baku industri, etanolumumnya digunakan sebagai bahan baku industri turunan alcohol, campuran untuk minuman keras (seperti sake atau gin), serta baku farmasi dan kosmetika. Berdasarkan kadar alkoholnya, etanol menjadi tiga bagian sebagai berikut :
• Netral dengan 96-99,5%, umumnya digunakan untuk minuman keras atau
bahan baku farmasi.
• Bagian bahan bakar dengan kadar alkohol diatas 99,5% (Hambali,E.2007).
Untuk membentuk bioetanol maka akan terjadi suatu reaksi yang disebut glikolisis, dimana glikolisis itu sendiri adalah reaksi anaerob yang terdiri atas serangkaian reaksi yang mengubah glukosa menjadi asam laktat (Poedjadi, A.,
2006).
Ketika harga BBM merangkak semakin tinggi, bioetanol diharapkan dapat
dimanfaatkan sebaagai bahan bakar pensubstitusi BBM untuk motor bensin. Sebagai bahan pensubstitusi bensin, bioetanol dapat diaplikasikan dalam bentuk bauran dengan minyak bensin (EXX), misalnya 10% etanol dicampur dengan 90% bensin (gasohol E10) atau digunakan 100% (E100) sebagai bahan bakar. Penggunaan E100 membutuhkan modifikasi mesin mobil, seperti halnya di brasil.Brasil merupakan salah satu Negara yang telah sukses mengembangkan bioetanol sebagai bahan bakar alternatif pensubstitusi bensin.
Bioetanol diperoleh dari hasil yang mengandung gula.Tahap inti produksi bioetanol adalah fermentasi gula, baik yang berupa glukosa, sukrosa, maupun fruktosa oleh ragi terutama Saccharomyces sp atau bakteri Zymomonas mobilis.Pada proses ini, gula akan dikonversi menjadi etanol dan gas karbondioksida
C6H12O6 2C2H5OH + 2CO2
Gula Etanol Karbondioksida (gas)
Bahan baku etanol bisa diperoleh dari berbagai tanaman yang
menghasilkan gula (seperti tebu dan molase) dan tepung (seperti jagung, singkong, dan sagu). Pada tahap persiapan, bahan baku berupa padatan harus
larutan gula (seperti molase) dapat langsung difermentasi. Bahan padatan dikenai perlakuan pengecilan ukuran dan tahap pemasakan. Proses pengecilan ukuran dapat dilakukan dengan menggiling bahan (singkong, sagu, jagung) (Hambali,E.2007).
Rikana dan Adam (2000) dalam penelitiannya mengenai pembuatan bioetanol dari singkong secara fermetasi menggunakan ragi tape mendapatkan hasil bahwa semakin banyak ragi yang ditambahkan maka etanol yang dihasilkan juga akan semakin banyak karena dengan semakin banyak ragi yang ditambahkan, maka bakteri yang menguraikan glukosa menjadi etanol akan semakin banyak.
Namun, apabila ragi yang ditambahkan terlalu banyak maka hasil bioetanol yang dihasilkan akan cenderung turun. Hal ini disebabkan adanya ragi yang mati saat proses fermentasi berlangsung. Ini ditandai dengan ditemukannya serbuk putih kekuningan pada hasil akhir fermentasi sehingga mikroba yang berperan dalam fermentasi ini pun menjadi kurang maksimal dalam menghsilkan bioetanol (Rikana, 2000).
Berikut adalah reaksi kimia dan enzimatis yang terjadi selama proses fermentasi. 1. Gula (C6H12O6) ---> asam piruvat (glikolisis) 2. Dekarboksilasi asam piruvat
Asam piruvat ---> asetaldehid + CO2 piruvat dehidrogenase (CH3CHO)
3. Asetaldehid diubah menjadi alkohol (ethanol)
2CH3CHO + 2NADH2 ---> 2C2H5OH (ethanol) + 2NAD Persamaan reaksi tersebut dapat disingkat menjadi:
C6H12O6 ---> 2C2H5OH + 2CO2 + 2NADH2 + Energi
