BAB I PENGANTAR A. LATAR BELAKANG
Indonesia merupakan negara agraris dengan salah satu produk kegiatan pertaniannya adalah jagung. Jagung sebagai salah satu sumber kebutuhan pokok masyarakat diproduksi dalam jumlah yang cukup besar di Indonesia. Berdasarkan data yang dihimpun dari Badan Pusat Statistik Indonesia pada tahun 2013, Indonesia mampu memproduksi jagung sebanyak 18.511.853 ton/tahun, yang tersebar antara lain di:
Tabel 1.1. Daftar Persebaran Produksi Jagung di Indonesia
Produksi jagung yang sedemikian besar tentunya membawa dampak tersendiri terhadap lingkungan, salah satunya adalah limbah dari sisa hasil panen jagung itu sendiri, seperti daun, batang, dan tongkol jagung. Selama ini limbah tersebut, khususnya tongkol jagung, banyak
No. Provinsi Luas Panen(Ha) Produktivitas(Ku/Ha) Produksi(Ton)
1 Indonesia 3821504 48.44 18511853 2 Aceh 44099 40.33 177842 3 Sumatera Utara 211750 55.87 1183011 4 Sumatera barat 81665 67.03 547417 5 Riau 11748 23.88 28052 6 Jambi 6504 39.5 25690 7 Sumatera Selatan 32558 51.43 167457 8 Bengkulu 18257 51.48 93988 9 Lampung 346315 50.83 1760278 10 Bangka Belitung 234 33.46 783 11 Kepulauan Riau 339 23.3 790 12 DKI Jakarta 0 0 0 13 Jawa Barat 152923 72.06 1101998 14 Jawa Tengah 532061 55.09 2930911 15 DI Yogyakarta 70772 40.92 289580 16 Jawa Timur 1199544 48.03 5760959 17 Banten 3583 33.6 12038 18 Bali 18223 31.59 57573
19 Nusa Tenggara Barat 110273 57.47 633773 20 Nusa Tenggara Timur 270394 26.17 707642
21 Kalimantan Barat 42621 37.53 159973 22 Kalimantan Tengah 2062 30.15 6217 23 Kalimantan Selatan 20629 51.89 107043 24 Kalimantan Timur 1858 26.18 4864 25 Kalimantan Utara 445 21.87 973 26 Sulawesi Utara 122237 36.65 448002 27 Sulawesi Tengah 34174 40.75 139266 28 Sulawesi Selatan 274046 45.62 1250202 29 Sulawesi Tenggara 27133 24.91 67578 30 Gorontalo 140423 47.65 669094 31 Sulawesi Barat 26781 47.92 128327 32 Maluku 3203 37.28 11940 33 Maluku Utara 10395 28.3 29421 34 Papua Barat 1250 17.1 2137
dimanfaatkan sebagai bahan baku untuk pakan ternak. Pengolahan tongkol jagung menjadi bahan pakan ternak memiliki nilai ekonomis yang jauh lebih rendah apabila dibandingkan dengan pengolahan tongkol jagung menjadi bahan lain yang memiliki nilai ekonomis yang lebih tinggi.
Menurut studi yang telah dilakukan, tongkol jagung dapat dimanfaatkan sebagai bahan baku pembuatan asam laktat. Asam laktat merupakan asam organik multifungsi yang dapat diproduksi dalam skala besar. Asam laktat merupakan asam karboksilat dengan rumus molekul C3H6O3 atau CH3-CHOH-COOH. Asam laktat memiliki banyak manfaat, diantaranya sebagai
pengatur pH, bahan pengawet dan agent buffer, serta mulai banyak dipergunakan sebagai bahan poly lactic acid (plastik biodegradable)(Rivas. B dkk, 2004).
Pada proses produksi asam laktat diperlukan bahan baku berupa glukosa. Salah satu sumber glukosa adalah tongkol jagung (Rivas. B dkk, 2004). Melimpahnya sumber tongkol jagung yang belum termanfaatkan secara maksimal di Indonesia dan harganya yang murah membuat produksi asam laktat dari tongkol jagung layak untuk dikaji lebih lanjut.
B. TINJAUAN PUSTAKA
Buah jagung terdiri dari tongkol jagung dan biji jagung. Sebanyak 50% dari berat jagung kotor merupakan berat dari tongkol jagungnya. Tongkol jagung yang merupakan salah satu limbah utama dari hasil pertanian jagung selama ini banyak dimanfaatkan sebagai salah satu sumber makanan bagi ternak. Miura S. et al. (2004) menyebutkan bahwa tongkol jagung atau corn cob terdiri atas beberapa komponen, antara lain:
Tabel 1.2. Komposisi Penyusun Tongkol Jagung
Komposisi tongkol jagung yang kaya akan cellulose dan hemicellulose membuat tongkol jagung menjadi sumber kaya glukosa yang dapat dimanfaatkan sebagai bahan karbon dalam fermentasi untuk produksi ethanol. Tidak hanya sebagai bahan untuk memproduksi ethanol, tongkol jagung juga dapat digunakan sebagai bahan untuk memproduksi asam laktat yang
No. Fraction Proportion (%)
1 Dietary fiber 86
Soluble dietary fiber Strach 9 Others 17 Insoluble dietary fiber (cellulose, hemicellulose,lignin) 60
2 Protein 5 3 Ash 2 4 Crude lipid 1 5 Water 6 100 Total
diperoleh melalui proses sakarifikasi dan fermentasi. (S. Miura et al., 2003; J. M Dominguez
et al., 2003; C. Ruengruglikit et al, 2002)
Asam laktat merupakan asam karboksilat dengan rumus molekul C3H6O3
(CH3-CHOH-COOH). Asam laktat memiliki tiga karbon asam organik, satu atom karbon merupakan bagian dari asam atau grup karboksil, atom karbon lain merupakan bagian dari grup methyl atau hidrokarbon, dan atom karbon yang di pusat memiliki sebuah gugus alkohol. (Ojamo, H. 2013).
Asam laktat di alam berada dalam dua bentuk optikal isomer yaitu D(-)lactic acid dan
L(+) lactic acid. D(-) lactic acid merupakan isomer yang bisa meracuni manusia sedangkan
L(+) lactic acid adalah isomer yang dipilih untuk makanan dan industri farmasi, karena tubuh manusia hanya menghasilkan enzim L-lactate dehydrogenase.
Gambar 1.1. Struktur dari L(+) lactic acid dan D(-) lactic acid
Sekitar 70% dari total asam laktat yang diperdagangkan digunakan dalam makanan dan pengolahan makanan sebagai pengatur pH, bahan pengawet dan agent buffer. Selain digunakan sebagai bahan pengawet makanan, asam laktat juga merupakan bahan baku (feedstock) industri polimer biodegradable, oxygenated chemicals, serta digunakan pula dalam kontrol sistem
release pada pestisida dan obat-obatan. Salah satu terapan yang paling menjanjikan dari asam laktat adalah sebagai bahan baku pembuatan PLA (poly lactic acid) yang bersifat
biodegradable dan biocompatible sebagai alternatif pengganti plastik non-biodegradable yang dihasilkan dari minyak bumi, batu bara atau gas alam (Jin Bo et al., 2005; S. Cristina et al.., 2011). Adapun sifat fisis dari asam laktat adalah sebagai berikut :
Tabel 1.3. Sifat Fisis Asam Laktat
No. Sifat-sifat Nilai
1. Berat Molekul 90.08 g/mol
2. Titik Didih (119-125) 0C
3. Massa Jenis (1.2-1.25) g/cm3
4. Warna Tidak berwarna hingga kuning cerah
5. Fase pada suhu ruang dan atmosferis Cair
6. PKa 3.86
7. Korosifitas Sangat korosif
Pada proses pembuatan asam laktat melalui proses fermentasi, industri banyak menggunakan Ca(OH)2 sebagai bahan untuk menjaga stabilitas pH dalam fermentor sebagai
akibat dari pembentukan asam laktat. Proses stabilisasi pH ini terjadi dengan mengubah bentuk asam laktat menjadi kalsium laktat. Proses ini diperlukan untuk menjaga agar bakteri dapat tetap bertahan hidup selama proses fermentasi berlangsung. Mekanisme reaksinya adalah sebagai berikut: C6H12O6 Glukosa + Ca (OH)2 Calcium hydroxide fermentation (2CH 3CHOHCOO- ) Ca2+ Calcium lactate + 2H2O
Selanjutnya, penggunaan asam sulfat (H2SO4) juga dilakukan sebagai bahan
penghidrolisis kalsium laktat sehingga nantinya diperoleh produk utama yakni asam laktat itu sendiri. Mekanisme reaksinya adalah sebagai berikut:
2(CH3CHOHCOO-) Ca2+ Calcium lactate + H2SO4 Sulphuric acid 2 CH3CHOHCOOH Asam laktat + Ca SO4 Calcium sulphate
Beberapa sifat fisis bakteri yang dapat digunakan dalam proses fermentasi asam laktat dapat dilihat pada tabel di bawah ini:
Tabel 1.4. Sifat Fisis Lactobacillus Acidophilus
No. Sifat-sifat Nilai
1. Suhu Pertumbuhan 20 0C< T <48 0C
sangat baik pada 37 0C
2. Kondisi lingkungan Asam
3. Kadar garam lingkungan 2 % - 4 %
Tabel 1.5. Sifat Fisis Lactobacillus Casei
No. Sifat-sifat Nilai
1. Suhu Pertumbuhan 20 0C< T <48 0C
sangat baik pada 37 0C
2. Ukuran (0.7-1.1) x (2.0-4.0) mm
3. Kondisi lingkungan pH 5.5-5.8
Tabel 1.6. Sifat Fisis Enterococcus Faecalis
No. Sifat-sifat Nilai
1 Suhu pertumbuhan 10-40 oC
2 Ukuran 0.5-1 μm
3 Lingkungan hidup Sampai pH 9.6
Asam laktat (L-(+)- Lactic Acid) dapat diproduksi dengan fermentasi bakteri. Terdapat dua metode dalam proses fermentasi asam laktat, yaitu proses fermentasi konvensional dan SFF (Simultaneous Saccarification and Fermentation) (Rivas. B dkk, 2004).
1. Proses fermentasi konvensional
Proses produksi asam laktat dari tongkol jagung merupakan proses fermentasi bakteria. Secara umum proses fermentasi glukosa menjadi asam laktat dapat dilihat dari diagram berikut
(http://www.lactic-acid.com/production_process.html, 2013) Gambar 1.2. Diagram Proses Produksi Asam Laktat
Tongkol jagung yang sudah dihaluskan (grinded) dihidrolisis menggunakan enzim sehingga menghasilkan glukosa, selanjutnya glukosa akan diproses menjadi asam laktat melalui fermentasi bakteria. Mekanisme reaksi pembentukan asam laktat digambarkan dengan persamaan reaksi berikut
(a) Fermentation and neutralization
C6H12O6 Glukosa + Ca (OH)2 Calcium hydroxide (2CH3CHOHCOO- ) Ca2+ Calcium lactate + 2H2O (b) Hydrolysis by H2SO4 2(CH3CHOHCOO-) Ca2+ Calcium lactate + H2SO4 Sulphuric acid 2 CH3CHOHCOOH Asam laktat + Ca SO4 Calcium sulphate (http://www.ejbiotechnology.info, 2013) Proses fermentasi asam laktat dari glukosa diperlukan Bakteri Asam Lakstat (BAL). Bakteri asam laktat bervariasi jenisnya. Setiap jenis BAL memerlukan kondisi operasi yang spesifik. Table berikut ini menunjukkan beberapa BAL dan kondisi operasinya
Tabel 1.7. Jenis Bakteri Asam Laktat dan Kondisi Operasinya Jenis Bakteri Asam
Laktat (BAL) Kondisi Operasi
Yield (basis karbon)
Enterococcus Faecalis pH 7.0 suhu 30oC 80-90%
Lactobacillus Casei pH 5.0-6.5 suhu 30-50oC 90%
Laclobacillus Paracasei pH 4-5 suhu 30oC 80% Lactobacillus Acidophilus pH 4.5 Suhu 35 oC 90%
Proses fermentasi secara konvensional ini sudah establish dan telah banyak digunakan dalam dunia industri asam laktat. Kelebihan metode ini adalah proses yang bertahap antara hidrolisis dan fermentasi menyebabkan pengontrolan dapat dengan mudah dilakukan. Kekurangan metode ini adalah membutuhakan vessel yang cukup banyak untuk proses hidrolisis dan fermentasi.
2. Metode SSF (Simultaneous Saccarification and Fermentation)
Pembuatan asam laktat melalui proses SSF adalah salah satu metode pembuatan asam laktat yang digolongkan pada direct lactic acid production. Pada proses ini, tahap sakarifikasi untuk memperoleh glukosa dari hasil hidrolisis bahan baku seperti tepung, jagung, tongkol jagung, dll, digabungkan menjadi 1 proses dengan tahap fermentasi.
Sebagai konsekuensi atas penggabungan kedua tahap tersebut, diperlukan pemilihan bakteri atau jamur yang dapat memberikan yield yang besar. Di mana akan lebih menguntungkan apabila bakteri atau jamur yang digunakan selain berperan dalam proses fermentasi, juga mampu menghasilkan enzim amilolitik seperti glucoamylase enzyme yang berperan dalam proses hidrolisis glukosa dari substrat. Namun dalam prosesnya, bakteri atau jamur amilolitik maupun non-amilolitik, tetap memerlukan tambahan suplai enzim untuk mempercepat proses sakarifikasi. Penambahan enzim dilakukan bersamaan dengan penambahan baketri atau jamur pada substrat yang akan diolah. Beberapa bakteri dan jamur yang dapat dipergunakan pada proses ini antara lain (Jhon et al., 2009) :
Tabel 1.8. Daftar Penelitian Metode SFF untuk Produksi Asam Laktat
No. Bahan Baku Jenis Bakteri/Jamur Yield Jurnal
1. Cellulose L. Bulgaricus NRRL B-548 >80 g/L Venkatesh, 1997
2. Corncob Rhizopus sp. MK-96-1196 90 g/l Miura et al., 2004 3. Wood Rhizopus oryzae NRRL
395
>0.85 g/g substrate Woiciechowski et al.,
1999
4. Waste Paper Rhizopus oryzae >0.8 g/g substrate Park et al., 1998
5. Cellulose Lactobacillus coryniformis ssp. torquens ATCC 25600
0.89 g/g cellulose Yanez et al., 2003;
2005
6. Pretreated Wood
Lactobacillus delbrueckii 48–62 g/l Moldes et al., 2000
7. Corn Starch L. amylovorus NRRL B-4542
0.935 g/g substrate Nagarjun et al., 2005
8. Potato Starch Rhizopus oryzae, R. arrhizus
0.87-0.97 g/g substrate
Huang et al., 2005
Jika dibandingkan dengan proses fermentasi konvensional. Proses SFF ini termasuk proses yang masih baru, dan masih dalam tahap research skala laboratorium. Kelebihan proses SFF ini adalah dapat menghemat kebutuhan vessel untuk proses produksi sehingga dapat lebih ekonomis, dan waktu produksi yang relatif singkat karena proses hidrolisis dan fermentasi yang dilakukan secara simultan. Kekurangan proses ini adalah sulitnya menentukan selektivitas proses, antara proses hidrolisis dan proses fermentasi sehingga dapat mempengaruhi kinetika reaksi dan yield produk yang dihasilkan.
Sehingga, dalam perancangan pabrik asam laktat dari tongkol jagung ini, kami memilih untuk mempergunakan proses fermentasi secara konvensional yang sudah lama diterapkan dalam pembuatan asam laktat dengan mempergunakan Lactobacillus Casei sebagai bakteri untuk proses fermentasinya.
