Hidrlisa Pati

PEMBUATAN GLUKOSA DARI PATI (STARCH)
SECARA HIDROLISIS KIMIAWI
Oleh :
Dra. Endang Widyastuti, M.Si
Dianty Rosirda Dewi Kurnia, S.T.


I. PENDAHULUAN
1.1. Latar Belakang
Glukosa merupakan alternatif pemanis selain sukrosa walaupun tingkat kemanisannya hanya 0,7 kali dari tingkat kemanisan sukrosa (Hendrickson, 1988). Sirup glukosa adalah sejenis larutan yang amat kental dihasilkan dari hidrolisis pati/amilum (starch) yaitu sejenis karbohidrat yang memiliki bobot molekul tinggi dengan menggunakan katalisator enzim, asam atau gabungan antara enzim dan asam.

Secara umum hidrolisis dapat dilakukan dengan dua cara, yaitu secara enzimatis dan kimiawi. Hidrolisis enzimatis yaitu hidrolisis dengan bantuan enzim yang dihasilkan oleh mikroorganisme tertentu, sedangkan hidrolisis kimiawi menggunakan asam sebagai katalis.

Menurut Hartono dan Wahyudi (1999), keuntungan serta kerugian hidrolisis kimiawi dan enzimatis adalah :

Jenis Hidrolisis Keuntungan Kerugian
Kimiawi - Kapasitas Produksi besar
- Investasi relatif lebih kecil - Rantai pati dipotong secara acak sehingga kemurnian produk rendah
- Butuh energi panas yang lebih banyak (suhu 75 – 135oC)
Enzimatis - Rantai pati dipotong secara spesifik sehingga kemurnian produk tinggi
- Butuh energi panas yang lebih rendah (suhu 50 – 90oC) Investasi Mahal

Ditinjau secara proses, hidrolisis secara enzimatis kurang praktis sehingga tidak cocok untuk skala kecil karena agak sulit diterapkan kepada masyarakat umum, selain itu investasi yang diperlukan besar. Hidrolisis secara kimiawi relatif lebih praktis, dengan kapasitas produksi yang besar hanya memerlukan investasi yang lebih kecil. Namun bila akan diproduksi dengan skala/industri besar yang mengsyaratkan kemurnian tinggi, proses secara enzimatis lebih disarankan.
Prospek pembuatan glukosa dari starch cukup menjanjikan mengingat bahan baku dasar pembuatan glukosa tersebut relatif mudah didapatkan dan dari sisi ekonomi relatif murah. Selain itu nilai ekonomis glukosa lebih tinggi dibandingkan produk pertanian hasil pengolahan starch lainnya.

1.2. Tujuan
Setelah melaksanakan praktikum mahasiswa dapat :
• Membuat glukosa dari pati tapioka secara hidrolisis kimiawi dengan menggunakan katalisator asam klorida
• Melakukan analisis glukosa hasil hidrolisis secara kualitatif dan fisis


II. LANDASAN TEORI
Karbohidrat merupakan sumber kalori utama bagi hampir seluruh penduduk dunia, khususnya bagi penduduk negara yang sedang berkembang. Walaupun jumlah kalori yang dihasilkan oleh satu gram karbohidrat hanya 4 kkal bila dibandingkan protein dan lemak, karbohidrat merupakan sumber kalori yang murah. Selain itu beberapa golongan karbohidrat menghasilkan serat-serat fiber (dietry fiber) yang berguna bagi pencernaan.

Di samping merupakan sumber energi bagi makhluk hidup, senyawa-senyawa karbohidrat memiliki kegunaan yang luas dalam bidang industri, misalnya pada pembuatan serat pakaian, kertas film, industri fermentasi, industri gula, dan sebagainya.

Pada umumnya karbohidrat dapat dikelompokkan menjadi monosakarida, oligosakarida, serta polisakarida. Monosakarida dapat diikat bersama-sama untuk membentuk dimer, trimer, dan sebagainya dan akhirnya polimer. Dimer-dimer di sebut disakarida. Sukrosa adalah suatu disakarida yang dapat dihidrolisis menjadi satu satuan fruktosa dan satu satuan glukosa.

Glukosa merupakan monosakarida yang terpenting, kadang-kadang disebut gula darah (karena terdapat dalam darah), gula anggur (karena terdapat dalam anggur), atau dekstrosa (karena memutar bidang polarisasi ke kanan).

Polisakarida adalah senyawa yang mengandung banyak satuan monosakarida yang dipersatukan dengan ikatan glikosida. Hidrolisis lengkap akan mengubah polisakarida menjadi monosakarida.

Contoh polisakarida adalah pati (C6H10O5)n, disebut juga amilum atau tepung, dapat ditemukan dalam semua tumbuh-tumbuhan. Ia tersimpan dalam semua biji dan umbi. Oleh karena pati mudah terhidrolisis menghasilkan glukosa-glukosa maka pati banyak digunakan sebagai bahan makanan pokok.

Pati dapat diperoleh dari berbagai macam tumbuh-tumbuhan terutama dari jagung, sagu, padi, gandum. Meskipun bentuk kristalnya berbeda-beda, dalam banyak hal pati dapat saling mengganti. Bahan ini penting dalam industri pangan, lem, tekstil, gula, dekstrosa, high fructose syrup, fermentasi dan lain-lain.

Pati hasil isolasi yang sudah murni berupa padatan berwarna putih, amorf, relatif tidak mempunyai rasa dan bau serta tidak larut dalam air dingin. Berbagai macam pati tidak sama sifatnya, tergantung pada panjang rantai C-nya, serta lurus atau bercabang rantai molekulnya. Pati bila berikatan dengan iodin (I2) akan menghasilkan warna biru sebab struktur molekul pati yang berbentuk spiral akan mengikat molekul iodin. Sifat ini dapat digunakan menganalisis adanya pati.

Hidrolisis adalah mekanisme reaksi penguraian suatu senyawa oleh air atau asam dan basa. Dalam hal ini molekul air (H2O) menguraikan molekul pati yang tersusun atas 2 fraksi. Kedua fraksi tersebut dapat dipisahkan dengan air panas. Fraksi terlarut disebut amilosa dan fraksi tidak terlarut disebut amilopektin.

Amilosa mempunyai struktur lurus dengan ikatan ? - (1,4) - D - glukosa, berat molekulnya antara beberapa ribu sampai 500.000. Amilopektin mempunyai cabang dengan ikatan ? – (1,4) – D – Glukosa. Berat molekul amilopektin dapat mencapai 100 juta. Pada rantai utama, residu-residu glukosa berhubungan melalui ikatan glikosidik ?-1,4 sedang pada titik percabangannya melalui ikatan glikosidik ?-1,6. Peranan perbandingan amilosa dan amilopektin terlihat pada serelia. Pada beras, semakin kecil kandungan amilosa atau semakin tinggi kandungan amilopektinnya, semakin lengket nasi yang terjadi.

Amilosa dan amilopektin merupakan polimer yang apabila diuraikan akan menghasilkan monomer-monomer yaitu glukosa. Reaksi yang terjadi adalah :

H2O, H+
(C6H10O5)n ? nC6H12O6
Pati Glukosa
(suatu polisakarida) (suatu monosakarida)

Reaksi hidrolisis pada umumnya merupakan reaksi yang endoterm atau memerlukan kalor.

Menurut Saut dan Kurnianto (2004) terdapat 250 satuan glukosa atau lebih per molekul amilosa. Hidrolisis lengkap amilosa hanya menghasilkan D-glukosa, sedangkan hidrolisis parsial manghasilkan maltosa sebagai satu-satunya disakarida.

Amilopektin mengandung 1000 satuan glukosa atau lebih per molekul. Hidrolisis lengkap amilopektin hanya menghasilkan D-glukosa. Tetapi hidrolisis tak lengkap menghasilkan suatu campuran disakarida maltosa dan isomaltosa.

Pati tapioka (hasil ekstraksi di pabrik pengolahan tepung tapioka) dapat digunakan sebagai bahan baku pembuatan glukosa (sirup glukosa).
Perkembangan Hidrolisis Pati
1. Hidrolisis dalam Suasana Asam
Proses hidrolisis pati dalam suasana asam pertama kali ditemukan oleh kirchoff pada tahun 1812, namun produksi secara komersial mulai terjadi sejak tahun 1850. Pada proses ini sejumlah pati diasamkan hingga pH = 2, kemudian dipanaskan dengan uap pada tangki bertekanan (converter) pada suhu 120 – 140oC. Derajat konversi yang diperoleh bergantung pada konsentrasi asam, waktu konversi, suhu, dan tekanan selama reaksi.

Beberapa ilmuwan mencoba untuk mengembangkan parameter-parameter reaksi guna mendapatkan hasil reaksi yang lebih baik dan lebih efisien, misalnya, merekomendasikan untuk menghidrolisis pati dengan HCl atau H2SO4 pada suhu 100oC paling lama selama 75 menit. Percobaan ini dikembangkan lagi oleh Somogy dengan cara menentukan parameter konsentrasinya. Pada penemuannya diketahui bahwa campuran antara 0,5% larutan pati dengan larutan H2SO4 4N pada suhu 100oC selama 75 menit dapat menghasilkan yield 96% D-glukosa.

Sementara itu, Bourne menemukan bahwa hidrolisis pati dengan asam oksalat 1 gr/cm3 pada suhu 100oC selama 4 jam akan menghasilkan glukosa sebagai produk utama. (Hartono dan Wahyudi, 1999)

Reaksi hidrolisis pati dalam suasana asam berlangsung menurut reaksi sebagai berikut :
H+
(C6H10O5)x + X H2O ? X C6H12O6

Hidrolisis secara asam merupakan proses likuifaksi, yakni berupa pemutusan rantai-rantai molekul pati yang lemah sehingga perolehan glukosanya belum maksimal.

Untuk menurunkan energi aktivasi (menurunkan suhu reaksi) dan mempercepat jalannya reaksi hidrolisis pati dibutuhkan suatu katalis. Secara mikro, mekanisme kerja katalis dapat dijelaskan sebagai terjadinya tumbukan antar elektron yang mengakibatkan adanya perubahan konfigurasi elektron sehingga didapat unsur baru yang pada akhirnya menghasilkan zat (senyawa) baru. Penambahan katalis asam dapat menciptakan kondisi asam dan pH yang sesuai. Efektivitas dari kerja katalis juga sangat dipengaruhi oleh suhu dan konsentrasi pati. Salah satu katalis asam yang dapat digunakan adalah HCl.

Menurut Hartono dan Wahyudi (1999), HCl digunakan sebagai katalis dengan pertimbangan antara lain :
• HCl merupakan salah satu jenis oksidator kuat
• Harganya relatif murah dan mudah diperoleh
• Lebih aman jika dibandingkan dengan jenis asam yang lain seperti :
? HNO3 : dapat terbentuk gas NO2 selama proses hidrolisis berlangsung yang dapatmembahayakan kesehatan dan keselamatan
? H2SO4 : laju reaksi hidrolisisnya lebih lambat dibandingkan HCl

Persamaan reaksi dan mekanisme kerja katalis HCl dalam menghidrolisis pati menjadi glukosa dapat dituliskan sebagai berikut :






















Hidrolisis dengan menggunakan asam menyebabkan gelatinisasi sempurna dari semua pati, dan menghasilkan hidrolisat yang mudah di saring, tetapi didapat juga produk reversi, garam-garam dan timbulnya warna akibat kerja katalitik yang tidak spesifik. Pati yang derajat kemuriannya kurang, mengandung kontamin protein yang akan ikut terhidrolisis bila digunakan asam, hal ini merupakan penyebab timbulnya warna coklat pada produk.

2. Hidrolisis secara Enzimatis
Hidrolisis dengan menggunakan asam sudah sejak lama berusaha digantikan dengan hidrolisis menggunakan enzim. Enzim dapat memecah ikatan polimer dari pati. Enzim bekerja secara spesifik, sehingga diharapkan bahwa kandungan bahan penyusun glukosa yang dihasilkan dapat diatur perbandingannya sesuai dengan spesifikasi yang telah ditetapkan terlebih dahulu. Enzim yang banyak digunakan di industri pengolahan pati antara lain Þ-amilase, ß-amilase, glukoamilase, pullanase, dan isoamilase. Reaksi hidrolisis secara enzimatis yaitu :

amilase
(C6H10O5)n ? n C6H12O6
Hidrolisis pati secara enzimatis merupakan proses sakarifikasi, yaitu proses pemutusan seluruh rantai molekul pati sehingga didapatkan perolehan glukosa yang maksimal. Karena itu pada proses pembuatan glukosa secara asam biasanya diikuti oleh proses enzim dengan tujuan agar produk yang dihasilkan benar-benar murni glukosa.
3. Hidrolisis secara Mikrobiologis
Proses hidrolisis lain yang mulai digunakan adalah hidrolisis secara mikrobiologi. Proses ini terutama bertujuan untuk mengkonversikan pati menjadi glukosa dengan menggunakan mikroorganisme tertentu dari golongan jamur, yaitu jenis Rhizopus delemar atau Rhizopus boulard. Proses secara mikrobiologi dibagi dalam 4 tahap, yaitu tahap di laboratorium, pilot plant pertama, pilot plant kedua dan tahap pemurnian.
4. Hidrolisis secara Basa
Selain ketiga cara diatas, proses hidrolisis dapat juga dilakukan secra basa, tetapi produk yang dihasilkan bukan glukosa melainkan saccharinate (sakarin), salah satu zat pemanis sintetis. Pada proses secara asam, larutan asam berfungsi sebagai katalis, tetapi pada proses basa, larutan basa ikut sebagai pereaksi bersama pati.

Jika basa yang digunakan adalah NaOH maka terbentuk natrium sakarin, jika yang digunakan Ca(OH)2, maka produknya adalah kalsium sakarin. Reaksi pembentukan sakarin akan menjadi lambat jika dalam pereaksi terdapat oksigen terlarut, karena dengan adanya oksigen ini akan terbentuk asam-asam volatile seperti asam asetat dan asam format.

Untuk menghitung besarnya konversi reaksi dari pati menjadi glukosa, maka pati yang digunakan haruslah mempunyai kemurnian yang tinggi. Untuk itu dapat dilakukan penghilangan glukosa dari pati dengan cara pencucian (penyaringan). Selain glukosa, senyawa-senyawa terlarut lainnya yang mungkin ada terutama senyawa golongan karbohidrat seperti oligosakarida dan monosakarida lainnya diharapkan juga dapat terpisahkan dari pati.

Proses pencucian ini didasarkan atas adanya beda kelarutan antara senyawa polisakarida (pati) dengan senyawa monosakarida (glukosa) dan disakarida. Senyawa-senyawa monosakarida dan disakarida dapat larut dalam air sedangkan senyawa polisakarida tidak larut. Melalui proses pencucian ini diharapkan reaktan yang mengalami hidrolisis nantinya hanyalah pati tanpa senyawa karbohidrat yang lain.

Walaupun demikian, proses pencucian ini belum tentu dapat memisahkan pati dari senyawa-senyawa karbohidrat terlarut lainnya secara keseluruhan. Namun setidaknya dengan proses ini senyawa-senyawa terlarut tersebut sebagian besar dapat dipisahkan.



III. PERCOBAAN
3.1 Susunan Alat dan Bahan yang Digunakan

Alat Spesifikasi Jumlah
• Neraca analitik
• Penangas air
• Termometer destilasi
• Motor pengaduk
• Pengaduk jangkar
• Gelas kimia
• Gelas kimia
• Gelas ukur
• Pipet ukur
• Pipet tetes
• Labu tetes
• Labu Buchner
• Kondensor
• Tabung CaCl2
• Labu leher 4
• Botol semprot
• Tabung reaksi
• Rak tabung reaksi
• Batang pengaduk
• Hot plate
• Kertas saring




500 ml
1000 ml
250 ml
5 ml

25 ml
1
1
1
1
1
3
1
1
2
1
1
1
1
1
1
1
1
8
1
1
1
3
Bahan Banyaknya
• Pati ketela pohon
• HCl 25%
• NaOH
• Reagent Benedict
? kristal natrium sitrat
? Natrium Karbonat Anhidrat (Na2CO3.10 H2O)
? CuSO4.5H2O
• Indikator pH (kertas lakmus)
• Aquades
• Glukosa 18 gram
10 ml
sampai pH larutan netral
30 ml





2 lembar

+ 5 gram








Deskripsi Alat :

















Gambar : Peralatan Refluks
1. Reaktor 1 buah
2. Penangas air 1 buah
3. Kondensor 1 buah
4. Termometer 1 buah
5. Tabung CaCl2 1 buah
6. Motor pengaduk 1 buah
7. Selang silikon 75 cm, 3 buah

Peralatan pendukung yang digunakan dalam percobaan ini adalah sebagai berikut;
a. Neraca analitik
b. Viscometer
c. Refraktometer
d. Piknometer

3.2 Prosedur Kerja
A. Proses Hidrolisis Pati
1. Timbang pati ketela pohon sebanyak 18 gram dan pindahkan ke dalam gelas kimia 500 ml kemudian tambahkan 100 ml air suling
2. Bila akan mengukur konsentrasi glukosa yang dihasilkan secara kuantitatif, lakukan kegiatan a – c terlebih dahulu, bila tidak langsung ke langkah 3
a. Aduk selama + 30 menit
b. Suspensi yang terbentuk disaring dengan kertas saring dan endapannya kemudian dicuci dengan air suling sebanyak 250 ml
c. Pindahkan secara kuantitatif endapan yang terdapat pada kertas saring dengan cara mencuci kertas saring tersebut dengan air sebanyak 100 ml (4 kali @ 25 ml) ke dalam gelas kimia 500 ml sehingga diperoleh larutan pati dengan konsentrasi 18%b/v

3. Tambahkan ke dalam larutan pati tersebut HCl 25% sebanyak 10 ml, lalu aduk sampai rata dan pindahkan ke dalam labu leher 4 (sebagai reaktor) yang dilengkapi dengan termometer destilasi, pengaduk motor dan kondensor
4. Lakukan pemanasan dalam penangas air sampai suhu 94oC. Proses pemanasan berlangsung selama 1 jam dengan tetap menjaga suhu larutan pada 94oC.
5. Setelah pemanasan berlangsung selama 1 jam, angkat reaktor dari penangas kemudian dinginkan pada suhu kamar.
6. Pindahkan larutan yang ada dalam reaktor ke dalam gelas kimia 500 ml dan tambahkan larutan NaOH sampai pH larutan netral.

B. Pembuatan Larutan Benedict :
1. Larutkan 173 gram kristal natrium sitrat dan 100 gram Natrium karbonat Anhidrous (Na2CO3) ke dalam kira-kira 800 ml air, aduk, lalu saring
2. Tambahkan 17,3 gram tembaga sulfat (CuSO4.5 H2O) yang telah dilarutkan ke dalam 100 ml air
3. Tambahkan air sehingga volumenya 1 liter

C. Analisa Glukosa dengan larutan Benedict
1. Masukkan 2 ml larutan sampel (pati 5%, glukosa 5% dan hasil hidrolisa) masing-masing ke dalam tabung reaksi (lakukan 2 kali pekerjaan untuk 1 jenis sampel)
2. Tambahkan 5 ml reagen benedict ke dalam masing-masing tabung reaksi tersebut
3. Kocok, lalu tempatkan semua tabung di dalam penangas air yang telah mendidih selama 5 menit
4. Biarkan dingin, amati

Menilai hasil uji
? Negatif : Tetap biru jernih atau sedikit kehijau-hijauan
dan agak keruh
? 0,5 – 1% glukosa : hijau kekuning-kuningan dan keruh
? 1 – 1,5% glukosa : kuning keruh
? 2 – 3,5% glukosa : jingga atau warna lumpur keruh
? > 3,5% glukosa : merah keruh


D. Analisa Glukosa secara kualitatif dan fisik
1. Menentukan indeks bias dengan refraktometer, viskositas dengan viscometer dan berat jenis dengan piknometer glukosa hasil hidrolisis
2. Menentukan indeks bias, viskositas dan berat jenis glukosa murni




3.3 Data percobaan
Persiapan
Bahan Volume konsentrasi Massa molekul Rumus kimia Indeks bias Viskositas Berat jenis
Pati
HCl
NaOH
Glukosa

Proses Hidrolisis
Volume larutan induk ………..… ml
Jumlah katalis HCl 25% ……….…. ml
Waktu operasi ………….. menit
Konsentrasi pati …….……. % b/v
pH larutan induk ……… ….
Jumlah penitran (NaOH 45%) ………….. ml
pH larutan …………..

Analisis kualitatif dan fisik
Bahan uji Uji benedict Indeks bias Viskositas Berat jenis
Pati 5%
Glukosa 5%
Hasil hidrolisis

Perkiraan konsentrasi glukosa hasil penilaian uji benedict :
Larutan pati 5% …………………………………. %
Larutan glukosa 5% ………………………………….. %
Larutan hasil hidrolisis …………………………………. %


IV. KESELAMATAN KERJA
• Asam khlorida merupakan asam kuat yang bersifat korosif dan dapat menyebabkan iritasi. Untuk itu perlu diperhatikan secara serius penanganannya.
• Wajib mengenakan lab-jas, sarung tangan, masker dan kaca mata pelindung. Jangan sampai kontak dengan kulit dan mata karena akan menyebabkan luka dan jangan sampai uapnya terhirup.
• Bila terkena kulit, lepaskan pakaian dan bilas dengan air berulang-ulang
• Bila terkena mata, siram mata dengan air mengalir selama 15 menit dan segera ke dokter
• Jika tertelan, beri segelas air. Segera ke dokter
• Lakukan pekerjaan di dalam lemari asam.
• Disarankan untuk sarapan dan minum susu sebelum melaksanakan praktikum


V. PENGOLAHAN DATA
5.1 Penyajian Hasil Percobaan
Tampilkan hasil analisis terhadap pati yang digunakan sebagai bahan baku, glukosa murni serta hasil hidrolisis

5.2 Hal-hal yang dibahas dalam laporan
1. Analisis terhadap glukosa yang dihasilkan. Bandingkan antara glukosa hasil hidrolisis dengan pati sebagai bahan baku, glukosa murni dan literatur. Buat kesimpulannya
2. Perlu tidaknya pengadukan dan penyaringan bahan baku pati sebelum proses hidrolisis dimulai
3. Fungsi HCl dan NaOH dalam percobaan ini
4. Mekanisme reaksi hidrolisis dari percobaan yang anda lakukan
5. Faktor-faktor yang mempengaruhi reaksi hidrolisis ini


Daftar Pustaka :
1. Winarno, F.G.. Kimia Pangan dan Gizi. Jakarta: PT Gramedia Pustaka Utama.
2. Fessenden. Ralph J dan Joan J Fessenden. 1999. Kimia Organik Jilid 2. Jakarta: Erlangga.
3. Saut. Ferdian dan Satya Kurnianto. 2004. Konversi Starch menjadi Sirup Glukosa. Bandung: Politeknik Negeri Bandung
4. Hartono dan Yunar Wahyudi. 1999. Pembuatan Glukosa dari Pati Tapioka secara Hidrolisis Kimiawi. Bandung: Politeknik Negeri Bandung