BAB II
TINJAUAN PUSTAKA
2.1 Tanaman Tebu
Tanaman tebu tidak asing lagi bagi kita, karena telah lama ada di negeri ini. Asal mula tebu tidak diketahui dengan pasti. Ada yang mengatakan tebu berasal dari India, karena tebu ditemukan pertama kali di India. Akan tetapi, di India tidak ditemukan tanaman tebu yang hidup liar, sehingga India diragukan sebagai tempat asal mula tebu. Beberapa tahun kemudian orang menemukan tebu di hutan-hutan Irian. Setelah diamati, kemungkinan besar tebu berasal dari daerah ini (Tim Penulis PS, 1992).
Tebu adalah tanaman yang ditanam untuk bahan baku gula dan vetsin. Tanaman ini hanya dapat tumbuh didaerah beriklim tropis. Tanaman ini termasuk jenis rumput – rumputan. Di Indonesia tebu banyak dibudidayakan di pulau Jawa dan Sumatera (Wikipedia.com).
Tanaman tebu merupakan tanaman perkebunan semusim yang mempunyai sifat tersendiri sebab didalam batangnya terdapat zat gula. Mulai dari pangkal sampai ujung batangnya mengandung air gula dengan kadar mencapai 20%. Air gula inilah yang kelak dibuat menjadi kristal-kristal gula atau gula pasir (Tim Penulis PS, 1992).
2.1.1 Klasifikasi Tebu
Kerajaan : Plantae
Divisi : Magnoliophyta Kelas : Liliopsida
Ordo : Poales Famili : Poaceae Genus : Saccharum (www.wikipedia.com)
Jenis-jenis tebu yang sering ditanam yaitu POY 3016, PS 30, PS 41, PS 38, PS 36, PS 8, BZ 132, BZ 62 dan lain-lain. Adapun nama lokal tebu yaitu Sugar cane (Inggris), Tebu (Indonesia), Tebu,Rosan (Jawa), Tiwu (Sunda), Tebhu (Madura), Tebu,Isepan (Bali), Teubee (Aceh), Tewu (Nias,Flores), Atihu (Ambon), Tebu (Lampung), Tepu (Timor) (www.iptek.net.id).
Diperkirakan kandungan polisakarida pada tebu mencapai lebih dari 70% yang terbagi atas selulosa 50-55% dan hemiselulosa 15-20%. Kandungan lignin diperkirakan hanya sekitar 20-30%. Pada biomassa lignoselulosa hanya selulosa dan hemiselulosa yang biasanya diolah menjadi monosakarida untuk pembuatan etanol (Samsuri, 2007).
Dibandingkan dengan bahan lignoselulosa lain yang banyak tersedia sebagai hasil samping industri perrtanian dan perkebunan, misalnya jerami padi dan tandan kosong kelapa sawit, ampas tebu memiliki kelebihan terutama dalam bentuk dan ukuran bahan. Ampas tebu dari pabrik gula sudah merupakan partikel kecil yang tidak lagi memerlukan proses perlakuan pendahuluan secara fisika berupa pencacahan atau penggilingan untuk memperkecil ukuran bahan. Ampas tebu dapat langsung diberi perlakuan pendahuluan lanjutan untuk mendegradasi lignin dalam bahan (Hermiati, 2009).
2.2 Karbohidrat
Karbohidrat adalah polihidroksi aldehida atau polihidroksi keton yang mempunyai rumus molekul umum (CH2O)n. Yang lebih dikenal sebagai golongan aldosa dan yang kedua sebagai ketosa. Dari rumus umum dapat diketahui karbohidrat adalah suatu
monomer yang menyusun polimer itu, maka karbohidrat digolongkan menjadi monosakarida, disakarida, trisakarida dan seterusnya sampai polisakarida. Bilamana jumlah monomer yang menyusunnya berturut-turut adalah satu, dua, tiga dan banyak. Untuk memudahkan biasanya dibagi menjadi tiga golongan yaitu monosakarida, oligosakarida dan polisakarida.
Karbohidrat atau sakarida mempunyai dua fungsi yaitu sebagai bahan bakar dan sebagai bahan penyusun struktur sel. Contoh karbohidrat yang tergolong dalam kelompok pertama adalah glukosa, pati dan glikogen, dan yang termasuk kelompok kedua adalah selulosa, kitin dan pektin (Martoharsono, 1998).
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 C6H12O6. Pada glukosa tampak bahwa jumlah atom hidrogen 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, 2007).
Bersama-sama dengan lemak dan protein, karbohidrat memegang peranan penting bagi kehidupan dibumi ini. Bukan saja sebagai sumber energi utama bagi makhluk hidup, tetapi juga sebagai senyawa yang menyimpan energi kimia. Pada hewan atau manusia energi disimpan dalam bentuk glikogen dan pada tanaman sebagai pati. Disamping kedua senyawa tersebut, ada pula karbohidrat pembentuk struktur, misalnya selulosa yang berperanan sebagai komponen utama di dinding sel bakteri. Selain terdapat pada dinding sel bakteri dan tumbuhan, polisakarida juga banyak terdapat pada dinding sel binatang (Girindra, 1990).
2.2.1 Klasifikasi Karbohidrat
Pada umumnya karbohidrat dapat dikelompokkan menjadi monosakarida, oligosakarida dan polisakarida. Monosakrida merupakan suatu molekul yang dapat terdiri dari lima atau enam atom C, sedangkan oligosakarida merupakan polimer dari 2-10 monosakrida dan pada umumnya polisakarida merupakan polimer yang terdiri lebih dari 10 monomer monosakarida.
2.2.1.1 Monosakarida
Monosakarida yang mengandung satu gugus aldehida disebut aldosa, sedangkan ketosa mempunyai satu gugus keton. Monosakarida dengan enam atom C disebut heksosa, misalnya glukosa (dekstrosa atau gula anggur), fruktosa (levulosa atau gula buah), dan galaktosa. Sedangkan yang mempunyai lima atom C disebut pentosa, misalnya : xilosa, arabinosa dan ribosa.
Beberapa monosakarida seperti D-glukosa, D-galaktosa dan D-fruktosa dengan cepat dan mudah terserap melalui dinding usus kecil manusia, sedangkan monosakarida lain yang mempunyai BM sama atau lebih kecil seperti D-mannosa, L-arabinosa dan L-sorbosa hanya sebagian kecil saja yang terserap.
Meskipun ada bentuk D dan L, tetapi monosakarida-monosakarida yang terdapat di alam pada umumnya berbentuk D, dan jarang sekali dalam bentuk L, kecuali L-fruktosa yang terdapat dalam mukopolisakarida dan mukoprotein.
2.2.1.2 Oligosakarida
Oligosakarida adalah polimer dengan derajat polimerisasi 2 sampai 10 dan biasanya bersifat larut dalam air. Oligosakarida yang terdiri dari dua molekul monosakarida disebut disakarida, dan bila tiga molekul disebut triosa, bila sukrosa (sakarosa atau gula tebu) terdiri dari molekul glukosa dan fruktosa, laktosa terdiri dari molekul glukosa dan galaktosa.
Ikatan antara dua molekul monosakarida disebut ikatan glikosidik. Ikatan ini terbentuk antara gugus hidroksil dari atom C nomor 1 yang juga disebut karbon anomerik dengan gugus hidroksil dan atom C pada molekul gula yang lain. Ikatan glikosidik biasanya terjadi antara atom C nomor 1 dengan atom C nomor 4 atau dengan melepaskan 1 mol air. Ikatan-ikatan glikosodik jarang terjadi antara karbon anomerik dengan karbon yang ganjil misalnya 1, 3, 1,5, 1,7, tetapi biasanya dengan ikatan karbon genap yaitu 2, 4, dan 6.
Ada tidaknya sifat pereduksi dari suatu molekul gula ditentukan oleh ada tidaknya gugus hidroksil (OH) bebas yang reaktif. Gugus hidroksil yang reaktif pada glukosa (aldosa) biasanya terletak pada karbon nomor satu (anomerik), sedangkan pada fruktosa (ketosa) hidroksil reaktifnya terletak pada karbon nomor dua.
Sukrosa tidak mempunyai gugus OH bebas yang reaktif karena keduanya sudah saling terikat, sedangkan laktosa mempunyai OH bebas pada atom C nomor 1 pada gugus glukosanya. Karean itu, laktosa bersifat pereduksi sedangkan sukrosa bersifat nonpereduksi.
2.2.1.3 Polisakarida
Polisakarida dalam bahan makanan berfungsi sebagai penguat tekstur (selulosa, hemiselulosa, pektin, lignin) dan sebagai sumber energi (pati, dekstrin, glikogen, fruktan). Polisakarida penguat tekstur ini tidak dapat dicerna oleh tubuh, tetapi merupakan serat-serat yang dapat menstimulasi enzim-enzim pencernaan.
Polisakarida merupakan polimer molekul-molekul monosakarida yang dapat berantai lurus atau bercabang dan dapat dihidrolisis dengan enzim-enzim yang spesifik kerjanya. Hasil hidrolisis sebagian akan menghasilkan oligosakarida dan dapat dipakai untuk menentukan struktur molekul polisakarida.
Menurut jenis monosakaridanya dikenal pentosan dengan unit-unit pentosa dan heksosan dengan monomer heksosa. Beberapa polisakarida mempunyai nama trivial yang berakhiran “in’ misalnya : pektin, kitin dan dekstrin (Winarno, 1992).
2.2.2 Lignin
Lignin merupakan komponen kimia dan morfologi yang karakteristik dari jaringan tumbuhan tinggi seperti Pteridofita dan Spermatofita (gimnosperm dan angiosperm), dimana lignin terdapat dalam jaringan vaskuler yang khusus untuk pengangkutan cairan dan kekuatan mekanik. Tumbuhan primitif seperti jamur, lumut dan ganggang tidak mengandung lignin, sementara masih dapat dipertanyakan apakah lumut mengandung lignin yang sebenarnya atau hanya senyawa fenolat yang juga menghasilkan sisa yang tidak dapat dihidrolisis selama perlakuan dengan asam. Penelitian-penelitian yang lebih mutakhir terhadap sejumlah lumut (misalnya
Sphagnum maggellanicum) menunjukkan bahwa lumut tidak mengandung lignin dan
terdapat lignin terbatas pada tumbuhan vaskuler.
Jumlah lignin yang terdapat dalam tumbuhan yang berbeda sangat bervariasi. Meskipun dalam spesies kayu kandungan lignin berkisar antara 20 hingga 40%, angiosperm akuatik dan herba maupun banyak monokotil (misal spesies ekor kuda) kurang mengandung lignin.
Di samping itu distribusi lignin di dalam dinding sel dan kandungan lignin bagian pohon yang berbeda tidak sama. Sebagai contoh kandungan lignin yang tinggi adalah khas untuk bagian batang yang paling rendah, paling tinggi dan paling dalam, untuk cabang kayu lunak, kulit dan kayu tekan. Kandungan lignin dalam daun jarum dan daun lebar dikatakan tidak tentu, terkadang tinggi atau rendah, kemungkinan tergantung pada keadaan perkembangannya.
Dalam kebanyakan penggunaan kayu lignin digunakan sebagai bagian integral kayu. Hanya dalam hal pembuatan pulp dan pengelantangan lignin dilepaskan dari kayu dalam bentuk terdegradasi dan berubah, dan merupakan sumber karbon lebih dari 35 juta ton tiap tahun di seluruh dunia yang sangat potensial untuk keperluan kimia dan sumber energi (Wegener, 1984).
2.2.3 Selulosa
Selulosa adalah suatu senyawa polimer yang tersusun atas residu dari D-glukopiranosa yang dihubungkan melalui ikatan β-(1,4) glikosida. Selulosa termasuk struktural polisakarida yang paling penting dalam tumbuhan. Karena jumlah selulosa yang terdapat dalam tumbuhan kira-kira sepertiga dari biomassa, sehingga selulosa termasuk kedalam bahan organik yang banyak dibumi ini. Diperkirakan sekitar 100 juta kg selulosa dihasilkan setiap tahun (McKee, 1996).
Adapun struktur selulosa yaitu dapat digambarkan sebagai berikut :
CH2OH CH2OH H O H O O OH O OH O H H OH OH n Gambar 2.1 : Struktur selulosa. Dimana “n” mencapai ribuan unit
Struktur utama selulosa dapat dipecah dengan metode analisis metilasi. Selulosa yang termasuk kedalam polimer linear mengandung residu glukosa hingga 15.000 yang dihubungkan dengan ikatan glikosida (Voet, 1990).
Pada hidrolisis yang tidak lengkap terbentuk disakarida selobiosa, sedangkan pada hidrolisis lengkap terbentuk β-glukosa. Satuan β-glukosa ini berhubungan dengan ikatan 1-4. Selulosa tidak larut dalam air, berat molekulnya antara 50.000 sampai 400.000 dan ini sesuai dengan 300-2500 molekul glukosa. Dengan iodium, selulosa tidak memberi warna. Enzim-enzim pencernaan tidak dapat memecah selulosa sehingga selulosa penting sebagai sumber ‘bulk’ dalam makanan (Iswari, 2006).
Ikatan β (1,4)-glikosida pada selulosa dapat dihidrolisis oleh asam kuat menghasilkan glukosa dan selobiosa. Ikatan β (1,4)-glikosida tidak dapat dihidrolisis
oleh enzim glikosidase yang terdapat dalam saluran pencernaan manusia atau hewan, tetapi ular menghasilkan enzim selobiosa yang dapat menghidrolisis polimer ini (Girindra, 1990).
Proses hidrolisis selulosa secara asam dibagi menjadi lima tahap yaitu pencampuran selulosa dan asam, hidrolisis, netralisasi, pemucatan, penyaringan dan pemekatan. Adapun mekanisme hidrolisis selulosa sebagai berikut :
CH2OH CH2OH H O H O O OH O OH O + H3O+ H H OH Selulosa OH CH2OH CH2OH H O H O O OH O OH O H+ H H OH OH CH2OH CH2OH O O OH H+ + OH O HO HO OH OH CH2OH H2O O H2O OH2 HO OH OH
CH2OH O OH + H3O+ HO OH OH Glukosa
Gambar 2.2 : Reaksi Hidrolisis Selulosa Dengan Asam
(Humprey, 1979).
2.2.4 Glukosa
Glukosa juga dinamakan dekstrosa atau gula anggur, terdapat luas dialam dalam jumlah sedikit yaitu didalam sayur, buah, sirup jagung, sari pohon dan bersamaan dengan fruktosa dalam madu. Tubuh hanya dapat menggunakan glukosa dalam bentuk D-glukosa. Glukosa murni yang ada dipasar biasanya diperoleh dari hasil olahan pati. Glukosa memegang peranan penting dalam ilmu gizi. Glukosa merupakan hasil akhir pencernaan pati, sukrosa, maltosa dan laktosa pada hewan dan manusia.
Dalam proses metabolisme, glukosa merupakan bentuk karbohidrat yang beredar di dalam tubuh dan di dalam sel merupakan sumber energi. Dalam keadaan normal sistem saraf pusat hanya dapat menggunakan glukosa sebagai sumber energi. Glukosa dalam bentuk bebas hanya terdapat dalam jumlah terbatas dalam bahan makanan. Glukosa dapat dimanfaatkan untuk diet tinggi energi. Tingkat kemanisan glukosa hanya separuh dari sukrosa sehingga dapat digunakan lebih banyak untuk tingkat kemanisan yang sama (Almatsier, 2001).
2.3. Analisa Kualitatif dan Kuantitatif Gula Pereduksi 2.3.1. Analisa Kualitatif Gula Pereduksi
2.3.1.1 Uji Molisch
Karbohidrat oleh asam sulfat pekat akan dihidrolisa menjadi monosakarida dan selanjutnya monosakarida mengalami dehidrasi oleh asam sulfat menjadi furfural atau hidroksi metil furfural. Furfural atau hidroksil metil furfural dengan α-naftol akan berkondensasi membentuk senyawa kompleks yang berwarna ungu. Apabila pemberian asam sulfat pada larutan karbohidrat yang telah diberi α-naftol melalui dinding gelas dan secara hati-hati maka warna ungu yang terbentuk berupa cincin pada batas antara larutan karbohidrat dengan asam sulfat pekat. Dehidrasi pentosa oleh asam akan dihasilkan furfural, dehidrasi heksosa menghasilkan hidroksi metil furfural dan dehidrasi ramnosa menghasilkan metil furfural.
2.3.1.2 Uji Seliwanoff
Peristiwa dehidrasi monosakarida ketosa menjadi furfural lebih cepat jika dibandingkan dengan dehidrasi monosakarida aldosa. Hal ini dikarenakan aldosa sebelum mengalami dehidrasi lebih dahulu mengalami transformasi menjadi ketosa. Dengan demikian aldosa akan bereaksi negatif pada uji Seliwanoff. Pada pengujian ini furfural yang terbentuk dari dehidrasi tersebut dapat bereaksi dengan resorcinol membentuk senyawa kompleks berwarna merah.
OH
OH
Gambar 2.3 : Resorcinol (1,3 dihidroksi benzen)
Sebagai zat untuk dehidrator dapat digunakan asam klorida 12% atau asam asetat atau asam atau asam sulfat alkoholik.
2.3.1.3 Uji Anthrone
Karbohidrat oleh asam sulfat akan dihidrolisa menjadi monosakarida dan selanjutnya mengalami dehidrasi oleh asam menjadi furfural atau hidroksi metil furfural. Selanjutnya senyawaan furfural ini dengan anthrone (9,10-dihidro-9-oxoanthracene) membentuk senyawa kompleks yang berwarna biru kehijauan.
2.3.1.4 Uji Barfoed
Larutan Barfoed (campuran kupri asetat dan asam asetat) akan bereaksi dengan gula reduksi sehingga dihasilkan endapan kuprooksida. Dalam suasana asam ini gula reduksi yang termasuk dalam golongan disakarida memberikan reaksi yang sangat lambat dengan larutan Barfoed sehingga tidak memberikan endapan merah kecuali pada waktu percobaan yang diperlama. Uji ini untuk menunjukkan gula reduksi monosakarida.
2.3.1.5 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 dekstrin dengan iodin akan berwarna merah coklat.
2.3.1.6 Uji Osazon
Aldosa ataupun ketosa dengan fenilhidrazin dan dipanaskan akan membentuk hidrason atau osazon. Senyawa ini terjadi karena gugus aldehid ataupun ketonik dari karbohidrat berikatan dengan fenilhidrazin. Reaksi antar 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 osazon yang sama.
2.3.1.6 Uji Fehling
Larutan fehling yang terdiri dari campuran kupri sulfat, Na-K-tartrat dan NaOH dengan gula reduksi dan dipanaskan akan terbentuk endapan yang berwarna hijau, kuning-orange atau merah bergantung dari macam gula reduksinya (Sudarmaji, 1984).
2.3.1.7 Uji Benedict
Pereaksi Benedict terdiri dari tembaga sulfat dalam larutan natrium karbonat dan natrium sitrat yang dapat mereduksi glukosa. Dimana glukosa terlebih dahulu dioksidasi dalam bentuk garam asam glukoronat. Reaksi ini juga akan membentuk endapan merah bata Cu2O dan produk oksidasi lainnya. Adapun reaksinya sebagai berikut :
CH2OH CH2OH
OH O OH O 2Cu2+ + 5OH- + OH CH OH C-O-
HO HO
OH OH
+ 3H2O + Cu2O merah bata Gambar 2.4 : Reaksi Gula Pereduksi Dengan Pereaksi Benedict
(McKee, 1996)
2.3.2. Analisa Kuantitatif Gula Pereduksi
2.3.2.1 Metode Luff-Schrool
Pada penentuan gula cara Luff-Schrool yang ditentukan bukannya kuprooksida yang mengendap tetapi dengan menentukan kuprioksida dalam larutan sebelum direaksikan
reduksi (titrasi sampel). Penentuannya dengan titrasi menggunakan Natrium tiosulfat. Selisih titrasi blanko dengan titrasi blanko dengan titrasi sampel ekuivalen dengan kuprooksida yang terbentuk dan juga ekuivalen dengan jumlah gula reduksi yang ada dalam bahan atau larutan. Reaksi yang terjadi selama penentuan karbohidrat cara ini mula-mula kuprioksida yang ada dalam reagen akan membebaskan iod dari garam kalium iodida. Banyaknya iod yang dibebaskan ekuivalen dengan banyaknya kuprioksida. Banyaknya iod dapat diketahui dengan titrasi menggunakan natrium tiosulfat. Untuk mengetahui bahwa titrasi sudah cukup maka diperlukan indikator amilum. Apabila larutan berubah warnanya dari biru menjadi putih berarti titrasi sudah selesai. Agar perubahan warna biru menjadi putih dapat tepat maka penambahan amilum diberikan pada saat titrasi hampir selesai. Setelah diketahui selisih banyaknya titrasi blanko dan titrasi sampel kemudian dikonsultasikan dengan tabel yang sudah tersedia yang menggambarkan hubungan antara banyaknya natrium tiosulfat dengan banyaknya gula reduksi. Reaksi yang terjadi dalam penentuan gula cara Luff-Schrool dapat dituliskan sebagai berikut:
R-COH + CuO Cu2O + R-COOH H2SO4 + CuO CuSO4 + H2O CuSO4 + 2KI CuI2 + K2SO4 2CuI2 + I2 Cu2I2 + I2
I2 + Na2S2O3 Na2S4O6 + NaI
2.3.2.2 Metode Munson-Walker
Penentuan gula dengan 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 ekuivalen dengan banyaknya gula reduksi yang ada dalam larutan dan telah disediakan dalam bentuk tabel Hammond hubungan antara banyaknya kuprooksida dengan gula reduksi. Tiap 1mL Na-tiosulfat (39 gram Na2S2O3) sesuai dengan 11,259 mg Cu2O.
2.3.2.3 Metode Lane-Eynon
Penentuan gula cara ini adalah dengan cara menitrasi reagen Soxhlet (larutan CuSO4, K-Na-tartrat) dengan larutan gula yang ditentukan. Banyaknya larutan contoh yang dibutuhkan untuk menitrasi reagen soxhlet dapat diketahui banyaknya gula yang ada dengan melihat pada tabel Lane-Eynon. Agar diperoleh penentuan yang tepat maka raegen soxhlet perlu distandarisasi dengan larutan gula standar. Standarisasi ini dikerjakan untuk menentukan besarnya faktor koreksi dalam menggunakan tabel Lane-Eynon. Pada titrasi reagen soxhlet dengan larutan gula akan berakhir apabila warna larutan berubah dari biru menjadi tak berwarna. Indikator yang digunakan cara ini adalah bromtimol blue (Sudarmadji, 1984).
2.4 Glikolisis
Pada dasarnya metabolisme glukosa dapat dibagi dalam dua bagian yaitu yang tidak menggunakan oksigen atau anaerob dan yang menggunakan oksigen atau aerob. Reaksi anaerob terdiri atas serangkaian reaksi yang mengubah glukosa menjadi asam laktat. Proses ini disebut glikolisis anaerob.
Proses glikolisis anaerob dimulai dengan molekul glukosa dan diakhiri dengan terbentuknya asam laktat. Sedangkan glikolisis aerob dimulai dari molekul glukosa dengan terbentunya piruvat yang akan masuk ke siklus krebs. Serangkaian reaksi-reaksi dalam proses glikolisis tersebut juga dinamakan jalur Emden-Meyerhof.
Reaksi-reaksi yang berlangsung pada proses glikolisis dapat dibagi dalam dua fase. Pada fase pertama, glukosa diubah menjadi triosafosfat dengan proses fosforilasi. Fase kedua dimulai dari reaksi oksidasi triosafosfat hingga terbentuk asam laktat. Perbedaan antara kedua fase ini terletak pada aspek energi yang berkaitan dengan reaksi-reaksi dalam kedua fase tersebut.
ADP. Jadi fase pertama ini menggunakan energi yang tersimpan dalam bentuk molekul ATP. Fase kedua mengubah dua mol triosa yang terbentuk pada fase pertama menjadi dua mol asam laktat dan dapat menghasilkan 4 mol ATP (Girindra, 2007).
Fermentasi glukosa menjadi etanol dan karbondioksida oleh ragi telah lama digunakan. Pembuatan bir dan roti merupakan awal pengembangan dari proses fermentasi glukosa. Kemudian para ilmuwan mencoba meneliti lebih lanjut mengenai mekanisme glikolisis yang dimulai sekitar pertengahan abad ke 19.
Gambar dibawah ini menjelaskan mengenai jalur glikolisis dalam pengubahan glukosa menjadi piruvat yang menggunakan 2 ATP. Pada kondisi anaerobik, fermentasi alkohol dari piruvat terjadi dengan adanya ragi, dimana fermentasi homolitik terjadi dalam otot. Sedangkan kondisi aerob, piruvat dioksidasi menjadi H2O dan CO2 terjadi melalui siklus sitrat.
Glukosa
2ADP + 2Pi 2NAD+
Fruktosa-1,6-difosfat
2ATP 2NADH Piruvat
Fermentasi Homolitik Oksidasi Aerobik Fermentasi Alkohol
Anaerobik Anaerobik
Asetil KoA Siklus Asam Sitrat 2NADH 6O2 2NADH 2NADH Fosforilasi Oksidatif 2NAD+ 2NAD+ 2NAD+
2Laktat 6CO2 + 6H2O 2CO2 + Etanol
2.5 Fermentasi
Fermentasi merupakan kegiatan mikrobia pada bahan pangan sehingga dihasilkan produk yang dikehendaki. Mikrobia yang umumnya terlibat dalam fermentasi adalah bakteri, khamir dan kapang. Contoh bakteri yang digunakan dalam fermentasi adalah
Acetobacter xylinum pada pembuatan nata de coco, Acetobacter aceti pada pembuatan
asam asetat. Contoh khamir dalam fermentasi adalah Saccharomyces cereviseae dalam pembuatan alkohol, sedangkan contoh kapang adalah rhizopus sp pada pembuatan tempe, Monascus purpureus pada pembuatan angkak dan sebagainya (Hidayat, 2009).
Fermentasi mulai dikenal pada tahun 1857 ketika Louis Pasteur menemukan bahwa fermentasi merupakan sebuah hasil dari sebuah aksi mikroorganisme yang spesifik. Fermentasi sebagai industri dimulai awal 1990, dengan produksi dari enzim mikroba, asam organik, dan yeast.
Fermentasi alkoholik, dimana suatu molekul glukosa diubah menjadi dua molekul etanol dan dua karbon dioksida, merupakan proses katabolik anaerobik yang sama seperti glikolisis kecuali untuk stadium akhirnya yang menghasilkan produk akhir yang berbeda. Pada glikolisis, perantara metabolik terakhir, piruvat direduksi menjadi laktat. Dalam fermentasi alkoholik, ini dirubah menjadi etanol dan CO2 (Maulany, 1995).
Pada prinsipnya reaksi dalam proses pembuatan alkohol dengan fermentasi adalah sebagai berikut:
C6H12O6 2 C2H2O5 + CO2
Jika digunakan disakarida seperti sakarosa, reaksinya adalah sebagai berikut:Reaksi hidrolisis reaksi fermentasi sama seperti penggunaan monosakarida.
Khamir tidak dapat langsung memfermentasikan pati. Oleh karena itu tahap yang penting adalah proses sakarifikasi, yaitu perubahan pati menjadi maltosa atau glukosa dengan menggunakan enzim atau asam (Hidayat, 2009).
2.6 Ragi Roti
Penemu Yeast ( ragi roti ) pertama kali adalah Louis Pasteaur pada tahun 1872. Bibit yeast yang terbagus terdapat 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 – bituran sering disebut dehydrated yeast.
c. Instan Yeast, merupakan ragi yang dibentuk dalam bentuk tepung/powder Cara pemakaian dari ragi – 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 – bahn lainnya harus dilarutkan dulu dengan air dan difermentasikan. Instan yeast biasanya dicampurkan langsung dengan bahan – bahan lain sehingga menjadi suatu adonan
( Subagjo, 2007 ).
2.6.1 Faktor –Faktor Yang Mempengaruhi Kehidupan Ragi
1. Nutrisi (Zat gizi)
Dalam kegiatannya khamir memerlukan penambahan nutrisi untuk pertumbuhan dan perkembangbiakan, yaitu :
b. Unsur N, dengan penambahan pupuk yang mengandung nitrogen, misal urea, dan amonia.
c. Unsur P, dengan penambahan pupuk fosfat, misal NPK. d. Mineral-mineral.
e. Vitamin-vitamin. 2. Keasaman (pH)
Untuk fermentasi alkohol, khamir memerlukan media dengan suasana asam, yaitu antara 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 280C – 300C. pada waktu fermentasi terjadi kenaikkan panas, karena reaksinya eksoterm. Untuk mencegah agar suhu fermentasi tidak naik, perlu pendinginan agar dipertahankan tetap 260C -300C
4. Udara
Fermentasi alkohol berlangsung secara anaerobik (tanpa udara). Namun demikian udara diperlukan pada proses pembibitan sebelum fermentasi untuk perkembangbiakan khamir tersebut (Hidayat, 2009).
2.7 Bioetanol
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 turunan alkohol, campuran untuk minuman keras (seperti sake atau gin), serta bahan baku farmasi dan kosmetika. Berdasarkan kadar alkoholnya, etanol terbagi menjadi tiga grade sebagai berikut :
• Grade industri dengan kadar alkohol 90-94%.
• Netral dengan kadar alkohol 96-99,5%, umumnya digunakan untuk minuman keras atau bahan baku farmasi.
Adapun bahan baku yang dapat digunakan untuk menghasilkan bioetanol yaitu: - Bahan berpati, berupa singkong atau ubi kayu, ubi jalar, tepung sagu, biji
jagung, biji sorgum, gandum, kentang, ganyong, garut, umbi dahlia dan alain-lain.
- Bahan bergula, berupa molases (tetes tebu), nira tebu, nira kelapa, nira batang sorgum manis, nira aren (enau), nira nipah, gewang, nira lontar dan lain-lain. - Bahan berselulosa, berupa limbang logging, limbah pertanian seperti jerami
padi, ampas tebu, tongkol jagung, onggok (limbah tapioka), batang pisang, serbuk gergaji dan lain-lain.
Dari bahan-bahan yang disebutkan diatas, bahan baku yang memiliki efisiensi tertinggi adalah jagung, tetes tebu dan ubi kayu, sedangkan tebu memiliki efisiensi paling rendah.
Pemerintah Indonesia melalui Dewan Standarisasi Indonesia (DSI) telah menetapkan Standar Nasional Indonesia (SNI) untuk bioetanol. Yaitu SNI-06-3565-1994 untuk alkohol teknis yang terbagi atas alkohol prima super, alkohol prima I, dan alkohol prima II. Syarat mutu dalam SNI ini mencantumkan kadar etanol (pada 15oC) untuk prima super sebesar maksimal 96,8% dan minimal 96,3%, sedangkan prima I dan prima II masing-masing minimal 96,1% dan 95,0% (Prihandana, 2007).
