BAB 2
TINJAUAN PUSTAKA
2.1. Jerami Padi
Jerami padi mengandung kurang lebih 39% selulosa dan 27,5% hemiselulosa. Kedua bahan polisakarida ini, sama halnya dengan tetes tebu dapat dihidrolisis menjadi gula sederhana yang selanjutnya dapat difermentasi menjadi bioetanol. (Komarayati dan Gusmailina, 2010).
Padi merupakan bahan makanan yang menghasilkan beras. Bahan makanan ini merupakan makanan pokok bagi sebagian besar penduduk Indonesia. Meskipun sebagai bahan makanan pokok padi dapat digantikan / disubstitusi oleh bahan makanan lainnya, namun padi memiliki nilai tersendiri bagi orang yang biasa makan nasi dan tidak dapat dengan mudah digantikan oleh bahan makanan yang lain. Padi adalah salah satu bahan makanan yang mengandung gizi dan karbohidrat yang cukup bagi tubuh manusia, sebab didalamnya terkandung bahan-bahan yang mudah diubah menjadi energi.
TABEL 2.1.KOMPOSISI ZAT MAKANAN PADA BUAH PADI
Pecah kulit Digiling
Kandungan Platt
Kikk dan
Williams Rosedale Platt
Kikk dan
Lignin adalah zat yang bersama-sama dengan selulosa adalah salah satu sel yang terdapat dalam kayu. Lignin berguna dalam kayu seperti lem atau semen yang mengikat sel-sel lain dalam satu kesatuan sehingga bisa menambah support dan kekuatan kayu (mechanical strength) agar bisa kelihatan kokoh dan berdiri tegak.
Lignin struktur kimiawinya bercabang-cabang dan berbentuk polimer tiga dimensi. Molekul dasar lignin adalah Fenil Propan. Molekul lignin memiliki derajat polimerisasi tinggi. Karena ukuran dan strukturnya yang tiga dimensi bisa memungkinkan lignin berfungsi sebagai semen atau lem bagi kayu yang dapat mengikat serat dan memberikan kekerasan struktur serat. Bagian tengah lamella pada sel kayu, sebagian besar terdiri dari lignin, berikatan dengan sel-sel lain dan menambah kekuatan struktur kayu. Dinding sel juga mengandung lignin. Pada dinding sel, lignin bersama-sama dengan hemiselulosa membentuk matriks (semen) yang mengikat serat-serat halus selulosa. Lignin didalam kayu memiliki persentase yang berbeda tergantung dari jenis kayunya:
1. Softwood mengandung 27 – 33%
2. Hardwood mengandung 16 – 24 %
Semua pulp akan mengalami perubahanwarna seiring dengan lama waktu penyimpanan. Pulp biasanya akan berubah menjadi kuning. Laju penurunan warna dengan waktu bervariasi dalam range yang cukup luas. Sebagian pulp akan stabil dan biasanya bertahun-tahun kemudian baru akan berubah menjadi kuning. Sebagian lagi hanya dalam hitungan bulan akan berubah menjadi kuning dan bahkan yang dalam hitungan hari sudah berubah. Lignin bukan penyebab utama pada perubahan warna ini jika pulpnya hanya mengandung sedikit lignin.
Tapi walau bagaimanapun lignin yang terkandung dalam jumlah besar sudah pasti menjadi penyebab utama dalam perubahan warna pulp. Oleh karena itu efektivitas penghilangan lignin pada tahap klorinasi juga merupakan faktor yang sangat menentukan dalam proses perubahan warna.
Memang pada awalnya ada dugaan perubahan warna pada pulp selama penyimpanan disebabkan oleh lignin. Ternyata setelah dilakukan penelitian, penyebab utamanya adalah kandungan selulosa pulp itu sendiri yang menyebabkan perubahan warna. Adanya gugus karbonil dan karboksil pada selulosa merupakan penyebab utama terjadinya perubahan warna. Penghilangan gugus karbonil dan karboksil ini dengan proses oksidasi dan reduksi akan meningkatkan kestabilan warna. Perubahan warna juga disebabkan oleh temperatur, humidity, hemiselulosa, resin, logam-logam.
Lignin merupakan suatu senyawa polimer yang aromatis turunan dari fenil alanin. Ini mempunyai seperti matriks yang dikelilingi polisakarida yang dikandung dari beberapa dinding sel tumbuhan, yang memberikan penambahan kekakuan dan kekuatan tekanan seperti dinding yang hidrofobik dan kedap air. Tanaman terrestial vascular mungkin muncul setelah evolusi dari biosintesis lignin, karena berfungsi sebagai susunan struktural dan mengangkut air ke pusat tanah biologi yang tertinggi.
2.3. Karbohidrat
Karbohidrat merupakan bahan yang banyak terdapat dalam makanan, dan didalam tubuh mengalami perubahan atau metabolisme. Hasil metabolisme karbohidrat antara lain glukosa yang terdapat dalam darah, sedangkan glikogen adalah karbohidrat yang disintesis dalam hati dan digunakan oleh sel-sel pada jaringan otot sebagai sumber energi. Jadi ada bermacam-macam senyawa yang termasuk dalam golongan karbohidrat ini. Dari contoh-contoh tadi kita mengetahui bahwa amilum atau pati, selulosa, glikogen, gula atau sukrosa dan glukosa merupakan beberapa senyawa karbohidrat yang sangat penting 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 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,A.2007)
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 katakan 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).
2.3.1. Selulosa
Selulosa terdapat dalam tumbuh-tumbuhan atau tanaman sebagai bahan pembentuk dinding sel. Serat kapas boleh dikatakan seluruhnya adalah selulosa. Dalam tubuh kita selulosa tidak dapat dicernakan karena kita tidak mempunyai enzim yang dapat menguraikan selulosa. Dengan asam encer tidak dapat terhidrolisis, tetapi oleh asam dengan konsentrasi tinggi dapat terhidrolisis menjadi selulosa dan D-glukosa. Selobiosa adalah suatu disakarida yang terdiri atas dua molekul glukosa yang berikatan glikosidik antara atom karbon 1 dengan atom karbon 4.
Meskipun selulosa tidak dapat digunakan sebagai bahan makanan oleh tubuh, namun selulosa yang terdapat sebagai serat-serat tumbuhan, sayuran atau buah-buahan, berguna untuk memperlancar pencernaan makanan. Adanya serat-serat dalam saluran pencernaan, gerak peristaltik ditingkatkan dan dengan demikian memperlancar proses pencernaan dan dapat mencegah konstipasi. Tentu asaja jumlah serat yang terdapat dalam bahan makanan tidak boleh terlalu banyak. (Poedjiadi,A.2007)
Selulosa adalah polisakarida yang terdiri dari rantai-rantai panjang unit-unit glukosa. Selulosa berperan sebagai bahan struktural (kerangka) pada tanaman, didapatkan pada kulit dan bagian berserat dari sayuran dan buah-buahan, serta dalam bekatul serealia.
Gambar 2.3.1.Selulosa
2.3.2. Glukosa
Glukosa adalah suatu aldoheksosa dan sering disebut dekstrosa karena mempunyai sifat dapat memutar cahaya terpolarisasi kearah kanan. Dialam, glukosa terdapat dalam buah-buahan dan madu lebah. Darah manusia normal mengandung glukosa dalam jumlah atau konsentrasi yang tetap, yaitu antara 70-100 mg tiap 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 melitus atau kencing manis, jumlah glukosa darah 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.
6 CO2 + 6 H2O Sinar matahari C6H12O6 + 6 O2 Klorofil
CHO CH2OH CH2OH
H-C-OH H H H H H OH HO-C-H
H-C-OH HO OH H OH HO OH H H H-C-OH H OH H OH CH2OH
D-glukosa α-D-glukosa β-D-glukosa
Gambar 2.3.2 Struktur Glukosa
2.3.3. Hidrolisis
Disakarida mengalami proses hidrolisis menghasilkan monosakarida. Hidrolisis adalah pemecahan kimiawi suatu molekul karena pengikatan air, menghasilkan molekul-molekul yang lebih kecil. Proses ini dapat dinyatakan dengan persamaan reaksi sebagai berikut :
AB + H2O AOH + BH molekul air molekul molekul
besar kecil kecil
Sebagai contoh :
C12H22O12 + H2O 2C2H12O6
1 molekul air 2 molekul monosakarida disakarida
Nampak bahwa proses-proses diatas adalah kebalikan dari reaksi-reaksi kondensasi untuk pembentukan disakarida. (Gaman.P.M, 1992)
2.4. Analisa Kualitatif Gula Pereduksi
a. Pereaksi Fehling
larutan yaitu larutan Fehling A dan larutan Fehling B. Larutan Fehling A adalah larutan CuSO4 dalam air, sedangkan larutan Fehling adalah larutan garam K-Tartrat dan NaOH dalam air. Kedua macam larutan ini disimpan terpisah dan baru dicampur menjelang digunakan untuk memeriksa suatu karbohidrat. Dalam pereaksi ini ion CU++ direduksi menjadi ion Cu+ yang dalam suasana basa akan diendapkan sebagai Cu2O.
2 Cu+ + 2 OH- Cu2O + H2O endapan merah bata
Dengan larutan glukosa 1% , pereaksi Fehling menghasilkan endapan merah bata, sedangkan apabila digunakan larutan yang lebih encer misalnya larutan glukosa 0,1%, endapan yang terjadi berwarna hijau kekuningan.
b. Pereaksi Benedict
Pereaksi ini 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 natriumkarbonat dan natrium sitrat membuat pereaksi Benedict bersifat basa lemah. Endapan yang terbentuk dapat berwarna hijau, kuning atau merah bata. Warna endapan ini terbentuk pada konsentrasi karbohidrat yang diperiksa. Pereaksi Benedict lebih banyak digunakan untuk pemeriksaan glukosa dalam urine dari pada pereaksi Fehling karena beberapa alasan. Apabila dalam urine terdapat asam urat atau kreatinin, kedua senyawa ini dapat mereduksi pereaksi Fehling, tetapi tidak dapat mereduksi pereaksi Benedict. Disamping itu pereaksi Benedict lebih peka dari pada pereaksi Fehling. Penggunaan pereaksi Benedict juga lebih mudah karena hanya terdiri atas satu macam larutan, sedangkan pereaksi Fehling terdiri atas dua macam larutan.
c. Pereaksi Barfoed
monosakarida dan disakarida dalam larutan tidak berbeda banyak. Tauber dan Kleiner membuat modifikasi atas pereaksi ini, yaitu dengan jalan mengganti asam asetat dengan asam laktat dan ion Cu+ yang dihasilkan direaksikan dengan pereaksi warna fosfomolibdat hingga menghasilkan warna biru yang menunjukkan adanya monosakarida. Disakarida dengan konsentrasi rendah tidak memberikan hasil positif. Perbedaan antara pereaksi Barfoed dengan pereaksi Fehling atau Benedict ialah bahwa pereaksi Barfoed digunakan suasana asam.
Apabila karbohidrat nmereduksi suatu ion logam, karbohidrat ini akan teroksidasi. Gugus aldehida pada karbohidrat akan teroksidasi menjadi gugus karboksilat dan terbentuklah asam monokarboksilat. Sebagai contoh, galaktosa akan teroksidasi menjadi asam galaktonat, sedangkan glukosa akan menjadi asam glukonat. (Poedjiadi.A, 2007)
2.5. Fermentasi
Kata fermentasi ( Fermentation dalam bahasa Inggris) berasal dari kata latin ferfere yang artinya mendidihkan. Ini dapat dianggap sebagai suatu peninggalan pada waktu ilmu kimia masih sangat muda sehingga terbentuknya gas dari suatu cairan kimia hanya dapat dibandingkan dengan keadaan seperti air mendidih atau mulai mendidih. Pada dasarnya teknologi fermentasi adalah upaya manusia untuk mencapai kondisi optimal agar proses fermentasi dapat memperoleh hasil yang maksimal serta sesuai dengan target yang direncanakan secara kualitatif dan kuantitatif.
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 mikrobial dengan rekayasa organisme, antara lain dengan menggunakan gen-gen asing yang disisipkan pada gen miroba. Disini umumnya disebut Rekayasa Genetik. Upaya tersebut bertujuan selain 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, carbon, 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-produk yang tidak diinginkan. 5. Murah, kualitas yang konsisten dan tersedia sepanjang tahun.
6. Menimbulkan masalah-masalah yang minimal terutama pada aerasi, agitasi, ekstraksi, purifikasi dan pengolahan limbah. (Riadi,L.2007)
2.6. 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.
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 – bahan lainnya harus dilarutkan dulu dengan air dan difermentasikan. Instan yeast bias dicampurkan langsung dengan bahan – bahan lain sehingga menjadi suatu adonan.
( Subagjo, 2007 )
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 bagian sebagai berikut :
• Bagian industri dengan kadar alkohol 90-94%.
• Netral dengan kadar alkohol 96-99,5%, umumnya digunakan untuk minuman keras atau bahan baku farmasi.
• Bagian bahan bakar dengan kadar alkohol diatas 99,5%.
Bioetanol diperoleh dari hasil fermentasi bahan yang mengandung gula. Tahap inti produksi bioetanol adalah fermentasi gula, baik yang berupa glukosa, sukrosa, maupun fruktosa oleh ragi (yeast) 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 dikonversi terlebih dahulu menjadi larutan gula sebelum akhirnya difermentasi untuk menghasilkan etanol, sedangkan bahan-bahan yang sudah dalam bentuk 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, dan jagung). (Hambali,E.2007)
2.8.Spektrofotometer UV-Vis
Spektrofotometer yang sesuai untuk pengukuran didaerah spektrum ultraviolet dan sinar tamapak terdiri atas suatu sistem optik dengan kemampuan menghasilkan sinar monokromatis dalam jangkauan panjang gelombang 200-800 nm. Komponen-komponennya meliputi sumber-sumber sinar, monokromator, dan sistem optik.
a. Sumber-sumber lampu; lampu deuterium digunakan untuk daerah UV pada panjang gelombang dari 190–350 nm, sementara lampu halogen kuarsa atau lampu tungsten digunakan untuk daerah visibel (pada panjang gelombang antara 350-900 nm).
gelombang dilewatkan pada sampel sebagai scan instrumen melewati spektrum.
