Hasri Widuri D500140005
BAB I PENDAHULUAN
1.1 Latar Belakang Pendirian Pabrik
Menurut FAO 2007, Indonesia sebagai negara agraris merupakan salah satu penghasil komoditi singkong terbesar ke-4 di dunia, sehingga sangat memungkinkan bagi Indonesia untuk mengembangkan industri yang berbasis singkong. Jawa dan Lampung merupakan daerah penghasil ubi kayu terbesar yaitu sekitar 85% dari total panen di Indonesia. Daerah penghasil lainnya adalah Sulawesi Selatan, Nusa Tenggara Barat dan Nusa Tenggara Timur.
Produksi ubi kayu di Indonesia yang cukup besar dapat dimanfaatkan sebagai suatu produk industri olahan seperti tapioka. Selain sebagai bahan pembuat olahan rumah tangga, tapioka juga digunakan sebagai bahan baku dalam pembuatan sirup fruktosa. Sehingga dapat meningkatkan nilai ekonomi dari ubi kayu. Selain itu cara ini merupakan salah satu bentuk diversifikasi produk olahan berbahan ubi kayu serta untuk memenuhi kebutuhan gula di Indonesia yang semakin meningkat. Disamping itu dengan didirikannya pabrik ini akan membuka lapangan kerja baru dan dengan adanya pabrik ini akan mendorong berdirinya pabrik-pabrik lain yang menggunakan bahan dasar sirup fruktosa di Indonesia.
Indonesia adalah penghasil tepung tapioka terbesar ke-2 di dunia setelah Thailand, dengan kapasitas rata-rata 15 juta hingga 16 juta ton per tahun. Tepung tapioka merupakan salah satu bahan baku yang dapat digunakan untuk memproduksi high fructose syrup (HFS). Ketersediaan bahan baku yang cukup melimpah, memungkinkan untuk mendirikan dan mengembangkan pabrik high fructose syrup (HFS) di Indonesia.
Campuran sirup glukosa dan fruktosa dikenal secara komersial sebagai high fructose syrup (HFS), biasanya mengandung 42% fruktosa dan 55% glukosa. High fructose syrup (HFS) merupakan salah satu jenis gula cair yang popular di industri makanan dan minuman. Gula ini dapat dihasilkan dari semua bahan yang mengandung karbohidrat, seperti jagung, singkong, beras, kentang, dan lain-lain. (E. A Borges da Silva, et.al., 2006)
Dari tahun ke tahun permintaan jenis gula ini semakin meningkat. Menurut E.A. Borges da Silva, et.al. tahun 2006 dalam chemical engineering journal, Permintaan HFS meningkat disebabkan beberapa faktor antara lain, karena produk ini memberikan cita rasa yang lebih segar dari pada gula sukrosa, serta mempunyai resiko lebih rendah bagi penderita diabetes atau yang mengalami masalah metabolisme tubuh.
Berdasarkan Parker Kay, et.al.,, tahun 2010, fruktosa lebih manis daripada
sukrosa. Tingkat kemanisan beberapa pemanis dapat dilihat pada Tabel 1.1, sebagai berikut :
Tabel 1.1 Tingkat kemanisan pada larutan pemanis
Pemanis Tingkat kemanisan
Sucrose Invert sugar Fructose Glucose Galactose Maltose Lactose Xylitol Cyclamates Acesulfame K (Sunnette ®)
Aspartame (Equal ®, Nutrasweet ®)
Saccharine ( The Pink Stuff) Stevioside Sucralose (Splenda ®) Thaumatin (Talin ®) 1,0 0,85 – 1,0 1,3 0,56 0,4 – 0,6 0,3 – 0,5 0,2 – 0,3 1,01 30 – 80 200 100 – 200 200 - 300 300 600 2000 – 3000
Dari Tabel 1.1 dapat dilihat bahwa fruktosa mempunyai kemanisan tertinggi dari jenis pemanis alami lainnya (sukrosa, maltose, laktosa, xylitol, galaktosa, gula inversi dan glukosa). Meskipun jenis pemanis sintesis mempunyai tingkat kemanisan yang tinggi, pemanis sintesis tidak bisa menggantikan sukrosa karena penggunaanya dibatasi oleh Peraturan Menteri Kesehatan Republik Indonesia No. 722/MENKES/ PER/ IX/ 1988 tentang bahan tambahan makanan.
Pabrik high fructose syrup (HFS) dari tepung tapioka dengan proses enzimatik didirikan dengan tujuan dapat menurunkan impor sukrosa dan gula rafinasi yang pada akhirnya akan membantu memenuhi kebutuhan pemanis untuk
konsumsi masyarakat dan industri, dengan memanfaatkan potensi Indonesia dalam pemenuhan bahan baku. Selain itu, dapat memberikan peluang yang bagus untuk pengembangan produksi dengan inovasi bahan baku, yaitu menggunakan tepung tapioka.
Jika ditinjau dari harga, produksi high fructose syrup (HFS) lebih murah karena dalam proses pembuatannya tidak perlu dilakukan pengkristalan dan pengeringan seperti pada proses pembuatan sukrosa, sehingga harga jual produk juga lebih murah. Selain industri minuman ringan, high fructose syrup (HFS) juga digunakan dalam industri yogurt, industri cokelat dan industri ice cream yang berfungsi meningkatkan cita rasa, dapat mempercepat proses fermentasi dalam pembuatan yogurt, dan dapat mempengaruhi struktur serta viskositas pada cokelat dan ice cream. Penggunaan high fructose syrup (HFS) akan memberikan keuntungan ekonomi yang lebih untuk industri-industri tersebut.
Berdasarkan pernyataan di atas, dapat disimpulkan bahwa pendirian pabrik high fructose syrup (HFS) dari tepung tapioka mempunyai prospek yang cukup baik. Pendirian pabrik ini diestimasi dapat menurunkan impor gula tebu (sukrosa) sehingga menguntungkan produksi gula nasional, Sehingga kebutuhan sukrosa dapat ditekan. Selain itu, permintaan high fructose syrup (HFS) diestimasi akan terus meningkat seiring dengan meningkatnya industri makanan, minuman dan industri– industri lain yang menggunakan high fructose syrup (HFS) di Indonesia. 1.2Penentuan Kapasitas Perancangan Pabrik
Kapasitas produk dapat diartikan sebagai jumlah maksimum output yang dapat diproduksi dalam satuan massa tertentu. Kapasitas rancangan suatu pabrik ditentukan oleh:
1.2.1 Kebutuhan fruktosa di Indonesia
Penentuan kapasitas produksi didasarkan pada kebutuhan fruktosa yang masih impor dan kapasitas ini harus di atas atau paling tidak sama dengan kapasitas minimum pabrik yang sudah beroperasi dengan baik dan menguntungkan. Apabila dibandingkan dengan besarnya kebutuhan maka kapasitas pabrik harus lebih besar untuk mengantisipasi kenaikannya. Data kebutuhan fruktosa di Indonesia dapat dilihat pada tabel 1.2 dan grafik 1.1, sebagai berikut:
Tabel 1.2 Data kebutuhan impor fruktosa Tahun Jumlah import (kg/tahun)
2010 102.088.800 2011 167.232.012 2012 368.139.192 2013 610.326.312 2014 853.337.112
(Badan Pusat Statistik)
Grafik 1.1 Data kebutuhan impor fruktosa
1.2.2 Pabrik yang sudah berdiri
Tabel 1.3. Data pabrik yang sudah beroperasi
Nama Perusahaan Kapasitas Produksi (Ton/ Tahun) PT. Puncak Gunung Agung 400.000
PT. Associated British Budi 72.000
(http://industri.kontan.co.id)
Dari grafik diatas dapat diambil persamaan yang menghubungkan jumlah impor fruktosa dan tahun impor fruktosa :
y = 2.108 x - 4.1011 = 2.108 . 2020 – 4.1011
= 2.560.375 ton/tahun
Untuk memenuhi 5 % dari kebutuhan impor ditahun 2019 Kapasitas 2019 = 5% x y
= 5% x 2.560.375 = 128.018,75 ton/tahun
Dengan melihat pertimbangan pabrik fruktosa yang sudah didirikan dengan kapasitas 72.000 hingga 400.000 ton/ tahun, sehingga kapasitas produksi yang direncanakan pada pabrik ini sebesar 110.000 ton/tahun, dengan pertimbangan peningkatan kebutuhan fruktosa setiap tahun.
1.3 Pemilihan Lokasi Pabrik
Ada beberapa kriteria yang harus dipertimbangkan dalam menentukan lokasi pabrik agar pabrik yang dirancang dapat mendatangkan keuntungan yang besar, diantaranya ketersediaan bahan baku, pemasaran produk, fasilitas transportasi, dan tenaga kerja.
Pemilihan lokasi suatu pabrik merupakan salah satu hal yang harus diperhatikan. Oleh karena itu, pabrik HFS ini direncanakan dibangun di provinsi Lampung. Berikut ini adalah peta pulau Sumatera dimana provinsi Lampung terletak:
Pemilihan lokasi pabrik HFS ini sendiri melalui pertimbangan-pertimbangan sebagai berikut :
1.3.1 Ketersediaan bahan baku
Di provinsi Lampung terdapat perusahaan agrobisnis yaitu Sungai Budi Group. Perusahaan ini mendirikan anak usaha yang bernama PT Budi Acid Jaya Tbk (BUDI) dan difokuskan sebagai perusahaan penghasil produk berbasis tepung tapioka. BUDI sendiri adalah produsen tepung tapioka terbesar di Indonesia dengan menguasai sekitar 20 persen pangsa pasar dengan kapasitas 645.000 ton/ tahun.
1.3.2 Sarana transportasi
Sarana dan prasarana transportasi sangat diperlukan untuk proses proses penyaluran bahan baku dan pendistribusian produk. Dengan adanya fasilitas jalan raya dan pelabuhan Bakauheni di Lampung, maka pemilihan lokasi untuk pabrik HFS ini sudah tepat.
Gambar 1.2 Pelabuhan Bakauheni Lampung
1.3.3 Tenaga kerja
Tersedianya tenaga kerja yang terampil juga diperlukan untuk menjalankan mesin-mesin produksi. Tenaga kerja dapat direkrut dari daerah Lampung dan sekitarnya di pulau Sumatera atau juga dapat dari pulau Jawa. Berdasarkan Badan
Pusat Statistik (BPS) pada tahun 2010 Profinsi Lampung tercatat 220.619 jiwa pengangguran dengan jenjang pendidikan SD sampai Sarjana.
1.3.4 Penyediaan utilitas
Sarana-sarana pendukung seperti tersedianya air, listrik, dan sarana lainnya juga harus diperhatikan agar proses produksi dapat berjalan dengan baik. Di Lampung terdapat banyak sungai dan yang terbesar adalah sungai Way Sekampung yang bisa digunakan sebagai sumber air dan untuk penyediaan listrik dapat dilakukan dengan sistem turbin dengan steam boiler atau dengan mensuplai dari PLN setempat.
Gambar 1.3 Sungai Way Sekampung 1.4 Tinjauan Pustaka
1.4.1 Macam-macam proses
Prinsip umum hidrolisis pati ada tiga macam, yaitu : 1. Hidrolisis dengan menggunakan asam
Asam yang biasa digunakan untuk proses ini antara lain adalah asam sulfat, asam klorida dan asam fosfat. Dalam proses ini, asam berfungsi sebagai katalis yang dapat mempercepat terbentuknya produk. Reaksi yang terjadi pada hidrolisis pati dengan asam adalah sebagai berikut :
(C6H10O5)n+ n H2O n(C6H12O6)
Karbohidrat Air Glukosa
2. Hidrolisis dengan menggunakan asam dan enzim
Hidrolisis dengan menggunakan asam (preliminary) dan enzim (secondary) menyebabkan range nilai DE (Dextrose equivalent) naik turun. Setelah hidrolisis dengan asam (preliminary) temperatur diturunkan dan pH dinaikkan. DE (Dextrose equivalent) yang lebih tinggi menurunkan yield glukosa selama hidrolisis dengan enzim (keberadaan asam menghambat konversi enzimatik), sementara dengan DE (Dextrose equivalent) lebih rendah dari 10 dapat menyebabkan starch retrogradation yang dapat menyebabkan permasalahan dalam proses penguraian.
Reaksi yang terjadi pada hidrolisis pati dengan asam enzim adalah sebagai berikut:
a. Reaksi dengan asam (primary) :
(C6H10O5)n + n H2O nC6H12O6
2(C6H10O5)n + n H2O nC12H22O11
3(C6H10O5)n + n H2O nC18H32O16
b. Reaksi dengan enzim (secondary):
C12H22O11 + H2O C6H12O6
C18H32O16 + H2O C6H12O6
3. Hidrolisis dengan menggunakan enzim-enzim
Hidrolisis pati dengan menggunakan enzim-enzim dilakukan dengan 2 jenis enzim yaitu enzim α-amilase dan gluokoamilase (amilglukosidase). Enzim α
-amilase digunakan pada proses likuifikasi sedangkan enzim gluko-amilase digunakan pada proses sakarifikasi. Reaksi yang terjadi pada hidrolisis pati dengan enzim - enzim adalah sebagai berikut :
asam
asam
asam
enzim
(C6H10O5)n n(C6H10O5)x
n(C6H10O5)x x n C6H12O6
Dalam pemilihan ini digunakan beberapa kriteria, antara lain:
a. Merupakan proses yang komersial dalam arti telah banyak digunakan,
b. Proses menggunakan alat yang telah umum digunakan, telah dikenal serta mudah dioperasikan dan diperbaiki,
c. Tidak banyak menggunakan peralatan karena akan memperbesar biaya investasi,
d. Proses dirancang untuk menghasilkan komposisi fruktosa yang relatif tinggi, e. Proses beroperasi pada tekanan rendah, hal ini dimaksudkan untuk
mengurangi biaya yang tinggi.
Berdasarkan berbagai proses hidrolisis pati yang telah diuraikan diatas, masing-masing proses mempunyai kelebihan dan kekurangan, berikut merupakan perbandingan dari beberapa macam proses hidrolisis berdasarkan Tjokroadikoesoemo, 1993:
Tabel 1.4 Perbandingan beberapa proses hidrolisis pati
No. Uraian Metode Hidrolisis
Asam Asam-Enzim Enzim-Enzim 1. Kondisi Operasi : • Tekanan(kg/cm2) 3 1 – 3 1 • Suhu(oC) 140 – 160 60 – 140 60 - 105 • Ph 2,3 1,8 – 2 4,5 - 6 2. Proses : • DE (%) 30-55 63-80 95-98
• Daya Korosi Tinggi Tinggi Rendah
3. Aspek Ekonomi
• Kebutuhan Massa Banyak Banyak Sedikit
• Biyaya Peralatan Mahal Mahal Murah
• Energi Besar Besar Kecil
• Investasi Tinggi Tinggi Rendah
Setelah mencermati kelebihan dan kekurangan proses hidrolisis pati di atas, maka dipilih proses hidrolisis dengan menggunakan enzim – enzim dengan beberapa perimbangan sebagai berikut :
α-amilase
a. Nilai DE (dextrose equivalent) tinggi, yaitu antara 95 – 98%,
b. Kondisi operasi pada suhu dan tekanan rendah, sehingga membutuhkan energi yang lebih sedikit,
c. Kemungkinan korosi kecil, dan
d. Dapat mempertahankan rasa dan aroma bahan baku utama.
1.4.2 Kegunaan produk
High fructose syrup (HFS) dapat digunakan secara parsial atau pun menyeluruh sebagai pengganti gula tebu (sucrose) atau gula inverse pada makanan. HFS dapat menghasilkan rasa manis dan meningkatan cita rasa. Selain itu, high fructose syrup (HFS) juga digunakan pada industri minuman (soft drink), industri kue, manisan, industry makanan, produk susu dan lain-lain. Penggunaan high fructose syrup (HFS) mempunyai fungsi sebagai berikut :
1. Freezing Point
Fruktosa mempunyai freezing point yang tinggi adalah alasan penggunaan fruktosa sebagai pemanis pada makanan-makanan beku seperti yogurt beku dan ice cream. Freezing point yang tinggi pada fruktosa membuat produk mempunyai tekstur yang halus.
2. Fruit Flavor
Fruktosa disebut juga dengan gula buah karena ketika digunakan pada produk akan memberikan rasa buah seperti pada fruit flavored yogurt.
3. Glycemic Index rendah
Fruktosa mempunyai glycemic index yang rendah. Hal ini menyebabkan makanan atau produk mempunyai glycemicload yang rendah. Glycemicload adalah jumlah yang menunjukkan bagaimana makanan atau produk tertentu akan mempengaruhi kadar gula darah.
4. Stability
Fruktosa mempunyai kestabilan yang tinggi dan digunakan untuk meningkatkan cita rasa produk yang mempunyai stabilitas yang tinggi.
1.4.3 Sifat fisika kimia bahan baku dan produk 1. Bahan Baku Utama
Sifat fisika Pati:
a. Formula : C6H10O5
b. Berat molekul : 162,14 gr/mol c. Specific gravity : 1,50
(Perry,1998) 2. Bahan Baku Pendukung
Enzim ά-amilase
a. Fase : Padat b. Rumus molekul : CH3COOH
c. Densitas : 1,25 kg/L
d. Titik didih : 118○C pada 1 atm e. Titik leleh : 1,67○C pada 1 atm f. Viskositas : 1,22 cp
g. Suhu optimal : 96,5 – 97,5○C h. Lama operasi : 2-3 jam i. pH operasi : 6,3 - 6,5
j. Dosis : 0,5 – 0,8 L/ton pati
(Uhlig, 1998) Enzim Glukoamilase a. Fase : Padat b. Dosis : 1,5 – 5 mL/kg c. Densitas : 1,25 kg/L d. Suhu optimal : 60○C e. Lama operasi : 24 - 48 jam f. pH operasi : 4,0 – 4,5
(Uhlig, 1998) Enzim Glukoisomerase
a. Suhu optimal : 60 – 62oC b. Lama operasi : 15 menit c. pH operasi : 7,4 – 7,6
d. Dosis : 0,3 L/kg glukosa e. Densitas : 0,33 kg/L
(Uhlig, 1998)
Hydrogen chloride (HCl)
Sifat – sifat fisika HCl
a. Berat molekul : 36,47 gr/mol b. Densitas : 1,268 kg/L c. Titik didih : -85○C d. Titik lebur : -111○C (Perry,1998) Sifat kimia a. Bersifat volatil,
b. Merupakan asam kuat, c. Larut dalam air,
d. Mudah mengembun, dan
e. Dapat teroksidasi oleh oksidator kuat.
(Greenwood, et.al.,1997)
Calcium Chloride (CaCl2)
Sifat – sifat fisika :
a. Berat molekul : 110,99 g/mol b. Densitas : 2,152 kg/L c. Titik didih : > 1600○C d. Titik lebur : 772○C
(Perry,1998) Sifat – sifat kimia :
a. Bersifat higroskopis.
b. Larut dalam asam asetat, etanol, dan aseton.
c. larutan, tidak seperti senyawa kalsium lainnya yang tidak dapat larut, kalsium klorida dapat berdisosiasi.
d. Mempunyai rasa seperti garam sehingga dapat digunakan sebagai bahan untuk makanan.
Sodium Hydroxide (NaOH)
Sifat fisika :
a. Berat molekul : 40.00 gr/mol b. Densitas : 2,130 kg/L c. Titik didih : 1390○C d. Titik beku : 318,4○C
(Perry,1998) Sifat kimia:
a. Sebagai agen titrasi asam-basa, b. Higroskopis,
c. Sangat korosif,
d. Cepat menyerap CO2 dan air dari udara, dan
e. Sangat larut dalam air (110 g /100 mL pada suhu kamar).
(Patnaik,2003)
Magnesium Sulfat Heptahydrat (MgSO4.7H2O)
Sifat Fisika
a. Berat molekul : 120,38 g/mol b. Densitas : 2,66 kg/L c. Titik beku : 1185oC
(Krik Othmer,1997) Sifat kimia:
a. Larut dalam air, aceton dans edikit larut dalam eter. b. Merupakan garam anhidrat.
(Patnaik,2003) 3. Pruduk Utama
Sifat-sifat Fruktosa
a. Rumus molekul : CH2OH(CHOH)3COCH2OH
b. Berat molekul : 180,16 g/ mol
c. Specific gravity : 1,669 kg/L
d. Melting point : 105○C
1.4.4 Tinjauan proses secara umum 1. Proses Pencampuran (Mixing)
Proses mixing diawali dengan pengenceran. Penambahan air ini diperlukan untuk reaksi hidrolisis pati (likuifikasi). Di dalam sebuah tangki berpengaduk (mixing tank) tepung tapioka yang telah diencerkan (bubur pati), dicampur enzim
α-amilase dan asam.
2. Proses Likuifikasi
Likuifikasi adalah proses hidrolisis larutan pati pada konsentrasi serta pH dan suhu tertentu dengan katalis enzim α-amilase. Syarat utama enzim untuk proses
ini harus tahan terhadap panas dengan suhu aktif antara 110-120oC. Melalui proses ini pati (karbohidrat) akan diubah menjadi dekstrin yang di dalamnya terdiri dari campuran oligosakarida, disakarida, dan monosakarida. Hidrolisis pati dapat dilakukan dengan katalis asam atau enzim. Bubur pati yang terlebih dahulu telah mendapat perlakuan pendahuluan di dalam tangki pengaduk (static mixer) dipompa melewati jet cooker menuju ke holding tank dan selanjutnya diteruskan ke reaktor liquifaction.
3. Proses Sakarifikasi
Sakarifikasi merupakan proses perubahan dekstrin menjadi sirup glukosa. Derajat keasaman (pH) diatur pada kisaran 4-5 dengan suhu 55-60oC melalui penambahan enzim glucoamylase. Dengan demikian larutan akan berubah menjadi monosakarida-glukosa sehingga diperoleh glukosa yang berkadar lebih dari 90%. Proses sakarifikasi dilakukan di dalam suatu tangki reaktor atau tangki tunggal (sistem terputus) atau dalam sejumlah tangki yang disusun secara seri (sistem kontinyu). Reaktor-reaktor tersebut dilengkapi dengan alat pengaduk, sistem pendingin atau pemanas, dan isolator yang digunakan untuk membungkus dan melindungi tangki dari kehilangan panas, sehingga suhu di dalam reaktor dapat dijaga tetap sekitar 60oC. Proses sakarifikasi berlangsung selama 48 sampai 72 jam. Dekstrin didinginkan sampai 60oC sebelum masuk reaktor sakarifikasi. Karena reaksinya endotherm maka ada kecenderungan proses menyebabkan penurunan suhu, karena itu harus dikendalikan.
4. Proses Evaporasi.
Sirup dari proses sakarifikasi kemudian dipekatkan di dalam alat penguap vakum (vacum evaporator) dengan sistem penguapan bertingkat (multiple effect evaporator) yang dilengkapi pula dengan pemanas pendahulu, separator sentrifugal dan kondensor. Penguapan atau evaporasi adalah proses perubahan molekul dalam keadaan cair (contohnya air) dengan spontan menjadi gas (contohnya uap air). Proses ini adalah kebalikan dari kondensasi. Umumnya penguapan dapat dilihat dari hilangnya cairan secara berangsur-angsur ketika terpapar panas dengan volume signifikan.
5. Proses Isomerisasi
Proses selanjutnya adalah isomerasi. Dalam proses ini glukosa diubah lagi menjadi fruktosa dengan cara direaksikan dalam reaktor yang berisi immobilized enzim isomerase. Dengan kondisi operasi pH 8 pada suhu 60oC selama 3 jam. Hasil dari proses ini berupa HFS generasi I atau HFS-42. Adanya oksigen terlarut dapat memblokir reaksi isomerisasi. Enzim dalam reaktor secara cepat membantu glukosa menjadi fruktosa. Kadar sirup glukosa harus diatur selalu tetap yaitu antara 42,5 – 43 % agar ”flowrate”nya konstan. Bahan baku untuk pengolahan High Fructose Syrup (HFS) adalah sirup glukosa yang dihasilkan melalui cara pengenceran, likuifikasi, dan sakarifikasi pati memakai katalisator sistem enzim. Kandungan glukosa dalam sirup yang akan diolah sebaiknya tidak kurang dari 93 % berat kering.
