Post on 04-Jul-2019
4
BAB II
TINJAUAN PUSTAKA
2.1 Padi Beras Merah (Oryza sativa L. Var Barak cenana)
Padi beras merah lokal merupakan salah satu padi lokal yang banyak
dibudidayakan pada dataran tinggi. Padi beras merah merupakan padi dengan
umur 185 hari dan hanya berproduksi satu kali dalam setahun dan setelah
berproduksi akan mati. Padi beras merah memiliki batang dengan warna hijau,
warna daun hijau dan posisi daun terkulai (DPPVT, 2007). Berikut merupakan
klasifikasi dari tanaman padi beras merah.
Divisi : Spermatophyta
Sub divisi : Angiospermae
Kelas : Monocotyledone
Bangsa : Polaes
Suku : Gramineae
Marga : Oryza
Jenis : Oryza sativa L. var Barak cenana
(DPPVT, 2007)
Jerami padi atau bagian batang merupakan bagian dari tanaman yang
masih kurang dimanfaatkan. Pemanfaatan jerami padi selama ini digunakan untuk
ternak hanya 31-39%, industri hanya 7-16% dan sisanya dibiarkan sebagai
limbah. Dalam jerami padi mengandung selulosa 28-36%, hemiselulosa 23-28%,
lignin 12-16%, dan abu 15-20% (Jalaludin dan Rizal, 2005).
5
Gambar 2.1 Padi Beras Merah Lokal
Gambar 2.2 Jerami Padi Beras Merah Lokal
Desa Jatiluwih, Kabupaten Tabanan dikenal sebagai desa dengan produksi
padi tertinggi di Bali. Salah satu padi hasil panen dari Desa Jatiluwih yang
terkenal yaitu padi beras merah. Namun hingga saat ini konsumsi dari padi beras
merah masih sedikit karena belum diketahui kandungan gizinya bagi
pertumbuhan. Selain itu padi beras merah juga mengandung pigmen warna merah
pada lapisan perikarpnya hingga lapisan luar endosperm beras (Tang dan Wang,
2001). Warna merah pada beras dapat dimanfaatkan sebagai pewarna alat industri
pangan seperti kue, bubur, biskuit, roti, mie, es krim, dan minuman fermentasi.
6
Kandungan amilosa padi beras merah termasuk dalam kategori tinggi dengan
kandungan amilosanya sekitar 27% - 40,13% (Anhar, 2013; Kristamtini, 2009)
2.2 Delignifikasi
Delignifikasi adalah suatu proses mengubah stuktur kimia biomasa
lignoselulosa (selulosa dan hemiselulosa). Delignifikasi bertujuan untuk
mendegradasi lignin secara selektif sehingga dapat menguraikan ikatan kimianya
secara ikatan kovalen, ikatan hidrogen, maupun ikatan Van Der Walls dengan
komponen kimia lain pada bahan lignoselulosa. Proses degradasi yang terjadi ini
diharapkan komponen lainnya tetap utuh seperti substrat selulosa dan
hemiselulosa yang tersisa akan dengan mudah mengalami proses hidrolisis (Sun
dan Cheng, 2012; Rosgaard et al., 2009). Degradasi lignin penting dilakukan,
mengingat lignin berfungsi sebagai pelindung selulosa. Lignin merupakan suatu
dinding kokoh yang melekat pada serat selulosa dan hemiselulosa pada tanaman
yang menyebabkan tanaman keras dan dapat berdiri kokoh, pada kondisi ini lignin
dapat menghambat penetrasi asam atau enzim sebelum hidrolisis berlangsung
(Gunan dkk, 2010). Proses delignifikasi dapat dilakukan secara kimia dengan
menggunakan larutan NaOH. Larutan NaOH dipilih, karena larutan ini dapat
menyerang dan merusak struktur dari lignin, bagian kristalin dan amorf, dan dapat
memisahkan sebagian lignin dan hemiselulosa yang menyebabkan
penggembungan struktur dari selulosa (Enari, 1983; Marsden dan Grey, 1986;
Gunam dan Antara, 1999).
7
2.3 Hidrolisis
Hidrolisis merupakan suatu proses pemecahan polisakarida yang terdapat
di dalam biomasa lignoselulosa, yaitu: selulosa dan hemiselulosa menjadi
monomer gula penyusunnya. Hasil dari hidrolisis sempurna biomassa
lignoselulosa dari selulosa dapat menghasilkan glukosa, sedangkan hemiselulosa
menghasilkan monomer gula pentosa (C5) dan heksosa (C6) (Rohana, 2013).
Pada proses hidrolisis selulosa dapat dilakukan secara enzimatis dan kimiawi.
Pada proses hidrolisis enzimatis bersifat lebih spesifik dari proses hidrolisa asam
dikarenakan hidrolisis enzimatis menggunakan enzim selulase, sedangkan pada
hidrolisis kimiawi dapat dilakukan dengan penambahan larutan asam encer yang
dapat melarutkan hemiselulosa, mengurangi kristalinitas selulosa (Ye Sun dan
Cheng, 2005).
Proses hidrolisis pada suhu tinggi dilakukan pada kisaran suhu 160-240°C,
sedangkan proses hidrolisis pada suhu rendah dilakukan pada suhu 80-140°C.
Hidrolisis bahan-bahan berlignoselulosa akan menghasilkan senyawa gula
sederhana, seperti glukosa, xilosa, selobiosa dan arabinosa. Hidrolisis dalam
suasana asam menghasilkan pemecahan ikatan glikosida dan berlangsung dalam
tiga tahap. Tahap pertama proton yang berkelakuan sebagai katalisator asam
berinteraksi cepat dengan oksigen glikosida yang menghubungkan dua unit gula
(I), yang akan membentuk asam konjugat (II). Langkah ini akan diikuti dengan
pemecahan yang lambat dari ikatan C-O, dalam kebanyakan hal menghasilkan zat
antara kation karbonium siklis (III). (Fengel dan Wegener, 1995). Mekanisme
reaksi total hidrolisis selulosa secara asam ditampilkan dibawah ini.
8
Gambar 2.3 Reaksi Hidolisis (Fengel dan Wegener, 1995)
Proses hidrolisis dapat dipengaruhi oleh beberapa hal yaitu suhu reaksi,
waktu reaksi, pencampuran pereaksi, konsentrasi asam. Suhu yang tinggi dapat
menyebabkan reaksi berjalan dengan cepat namun apabila suhu yang digunakan.
(Mastuti dan Setyawardhani, 2010).
2.4 Selulosa Mikrokristal
Selulosa mikrokristal dengan pemerian berwarna putih, tidak berbau, tidak
berasa, berbentuk serbuk kristal dan terdiri dari pertikel berpori. Rumus molekul
dari selulosa mikrokristal adalah (C6H10O5)n, dengan jumlah n adalah 220 dengan
berat molekul 36000. Kelarutan selulosa mikrokristal sedikit larut dalam 5% b/v
larutan natrium hidroksida, praktis tidak larut dalam air, asam encer (Rowe et al.,
2009).
Gambar 2.4 Struktur Kimia Selulosa Mikrokristal (Rowe et al., 2009)
9
Selulosa mikrokristal dapat digunakan sebagai adsorben, pensuspensi,
penghancur pada tablet dan kapsul, disintegran pada tablet. Pada tabel dapat
dilihat konsentrasi dalam menggunakan selulosa mikrokristalin sebagai adsorben,
pensuspensi, penghancur atau disintegran (Rowe et al., 2009).
Tabel 2.1 Fungsi Selulosa Mikrokristal (Rowe et al., 2009).
Fungsi Konsentrasi (%)
Adsorben 20-90
Pengikat atau diluent pada kapsul 20-90
Penghancur pada tablet 5-15
Pengikat atau diluent pada tablet 20-90
Selulosa mikrokristal dalam dunia farmasi banyak digunakan sebagai
pengikat atau penghancur pada formulasi tablet dan kapsul serta dapat digunakan
pada metode granulasi basah dan cetak langsung. Selain itu selulosa mikrokristal
juga dapat digunakan sebagai lubrikan dan disintegran tablet (Rowe et al., 2009).
Selulosa mikrokristal bersifat stabil meskipun bahan ini bersifat
higroskopis. Untuk menghindari hal tersebut selulosa mikrokristalin disimpan
dalam wadah tertutup dengan baik, dalam keadaan sejuk dan kering. Selulosa
mikrokristalin dapat diproduksi dengan hidrolisis terkontrol dengan larutan asam
mineral dari selulosa, dari hasil hidrolisis diperoleh bahan seperti bubur yang
berasal dari tanaman berserat. Setelah mengalami proses hidrolisis, hidroselulosa
dimurnikan dengan penyaringan dan dilakukan metode spray-drying untuk
membentuk partikel berpori yang kering dengan distribusi ukuran partikel yang
luas (Rowe et al., 2009).
10
Tabel 2.2 Karakteristik Selulosa Mikrokristal (Rowe et al, 2009).
Sudut diam 40º
Bobot jenis 0,337 g/cm3
Bobot
jenis mampat 0,478 g/cm3
Bobot jenis nyata 1,512-1,668 g/cm3
Waktu alir 1,41 g/detik
Titik lebur 260-270ºC
Kelembaban < 5%
pH 5-7,5
Susut pengeringan < 7%
Kelarutan dalam eter < 0,05%
Kelarutan dalam air < 0,25%
2.5 Uji Sifat Fisika Selulosa Mikrokristal
2.5.1 Uji Organoleptik
Uji organoleptis pada selulosa mikrokristalin meliputi bau, warna dan rasa
selulosa mikrokristal (Lachman dkk, 2008). Selulosa mikrokristal berbentuk
serbuk kristal, berwarna putih, tidak berbau dan tidak berasa (Rowe et al., 2009).
2.5.2 Susut Pengeringan
Uji ini digunakan untuk menetapkan jumlah dari semua jenis bahan yang
mudah menguap dan hilang pada komposisi tertentu (Depkes RI, 1995). Uji susut
pengeringan dilakukan untuk mengetahui kandungan bahan yang mudah menguap
dalam hal ini yaitu kandungan air dan kandungan minyak atsiri. Diketahui bahwa
kandungan kadar air pada selulosa kurang dari 12,23% (Tengah et al., 2011).
Apabila kandungan kadar air yang tinggi dalam suatu bahan maka dapat menjadi
media pertumbuhan mikroorganisme. Sedangkan kandungan minyak atsiri pada
11
...............................(Persamaan 2.1)
selulosa terbilang kecil. Pengujian dilakukan dengan memanaskan selulosa
mikrokristal dalam oven hingga diperoleh kadar yang diinginkan.
Susut pengeringan dihitung dengan persamaan :
a : berat selulosa mikrokristal awal
b : berat akhir selulosa mikrokristal
2.5.3 Uji Kelembaban
Uji Kelembaban dilakukan untuk mengetahui kandungan uap air dalam
selulosa mikrokristal. Kelembaban dapat mempengaruhi kompaktibilitas terhadap
selulosa mikrokristalin sehingga apabila kelembaban yang tinggi maka akan
dihasilkan granul yang melekat pada permukaan die dan punch saat proses
pembuatan tablet. Sedangkan nilai kelembaban yang terlalu rendah
mengakibatkan tablet yang dihasilkan menjadi rapuh. (Lieberman, 1989).
2.5.4 Pengukuran pH
Pengukuran pH dilakukan untuk mengetahui stabilitas dari selulosa
mikrokristal pada kondisi penyimpanan. Pengukuran dilakukan dengan merendam
selulosa mikrokristal dengan 100 ml air bebas CO2 selama 1 menit kemudian
dilanjutkan dengan pengukuran pH dengan alat pH meter. Nilai pH optimal yang
dimiliki selulosa mikrokristal berkisar 5-7,5 (Rowe et al., 2009).
2.5.5 Uji Viskositas
Pengujian viskositas dilakukan untuk menyatakan besarnya tahanan suatu
cairan untuk mengalir. Uji viskositas dilakukan terkait fungsi selulosa
Susut pengeringan (%) = 𝑎−𝑏
𝑎× 100%
12
mikrokristal sebagai disintegrant. Selulosa mikrokristal memiliki sifat sebagai
disintegrant yang baik ditandai dengan cairan yang dihasilkan kental atau
viskositas meningkat. Maka dari itu larutan yang kental pada selulosa mikrokristal
yang dihasilkan akan mengembang dan baik digunakan untuk disintegrant pada
tablet. Viskometer yang dapat digunakan dalam pengujian viskositas dengan
sistem non newton adalah viskometer dengan kontrol shearing stress yang
bervariasi (Martin et al., 1993). Viskometer yang biasa digunakan untuk
mengukur viskositas sistem non newton adalah Viskometer Brookfield DV-E
(Lachman, 2008). Pengukuran viskositas diakukan dengan kontrol terhadap
shearing stress dengan variasi kecepatan. Viskometer Brookfield DV-E dapat
menentukan tahanan yang dialami suatu silinder berputar (spindel) yang
dicelupkan ke dalam bahan kental. Viskositas akan berpengaruh terhadap
tahanannya, apabila viskositas meningkat maka tahanannya akan meningkat (Garg
et al., 2002).
2.5.6 Uji Bobot Jenis dan Kompaktibilitas
Uji Bobot jenis dilakukan untuk menentukan kompaktibilitas selulosa
mikrokristal . Adapun pengujian bobot jenis yang dilakukan untuk penentuan
kompaktibilitas yaitu bobot jenis nyata dan bobot jenis mampat (Lachman, 2008).
a. Bobot Jenis Nyata
Nilai bobot jenis nyata diperoleh dari perbandingan berat selulosa
mikrokristal yang telah dikeringkan sebanyak 50 gram yang kemudian
dimasukkan ke dalam gelas ukur 100 ml dan dicatat volumennya (Voight, 1995).
13
......................(Persamaan 2.2)
..........(Persamaan 2.3)
............................................(Persamaan 2.4)
...............................................................
....(Persamaan 2.5)
.......................
...............................................................
....(Persamaan 2.5)
.......................
...............................................................
....(Persamaan 2.5)
Persamaan bobot jenis nyata sebagai berikut :
b. Bobot Jenis Mampat
Nilai bobot jenis nyata diperoleh dari perbandingan berat selulosa
mikrokristal yang telah dikeringkan sebanyak 50 gram yang kemudian
dimasukkan ke dalam gelas ukur 100 ml dan dilakukan pengetukan pada gelas
ukur hingga volumenya konstan dan dicatat volumennya (Voight, 1995).
Persamaan bobot jenis nyata sebagai berikut
c. Kompaktibilitas
Nilai kompaktibilitas (%) diperoleh dari pengukuran bobot jenis nyata dan
bobot jenis mampat (Voight, 1995). Kompaktibilitas dilakukan untuk menentukan
kemampuan dari serbuk atau selulosa mikrokristal menjadi bentuk yang lebih
stabil bila mendapat tekanan, yaitu dengan mudahnya menyusun diri pada saat
memasuki ruang cetak dan dapat mengalami perubahan bentuk menjadi lebih
mampat hingga menjadi massa yang kompak dan stabil (Lachman, 2008).
Persamaan kompaktibilitas sebagai berikut.
𝐵𝑜𝑏𝑜𝑡 𝐽𝑒𝑛𝑖𝑠 𝑁𝑦𝑎𝑡𝑎 (𝑃𝑜) =𝐵𝑒𝑟𝑎𝑡 𝑆𝑒𝑙𝑢𝑙𝑜𝑠𝑎 𝑚𝑖𝑘𝑟𝑜𝑘𝑟𝑖𝑠𝑡𝑎𝑙 (𝑔𝑟𝑎𝑚)
𝑉𝑜𝑙𝑢𝑚𝑒 𝑠𝑒𝑙𝑢𝑙𝑜𝑠𝑎 𝑚𝑖𝑘𝑟𝑜𝑘𝑟𝑖𝑠𝑡𝑎𝑙 (𝑚𝑙)
𝐵𝑜𝑏𝑜𝑡 𝐽𝑒𝑛𝑖𝑠 𝑀𝑎𝑚𝑝𝑎𝑡 (𝜌1) =𝑏𝑒𝑟𝑎𝑡 𝑠𝑒𝑙𝑢𝑙𝑜𝑠𝑎 𝑚𝑖𝑘𝑟𝑜𝑘𝑟𝑖𝑠𝑡𝑎𝑙 (𝑔𝑟𝑎𝑚)
𝑉𝑜𝑙𝑢𝑚𝑒 𝑚𝑎𝑚𝑝𝑎𝑡 𝑠𝑒𝑙𝑢𝑙𝑜𝑠𝑎 𝑚𝑖𝑘𝑟𝑜𝑘𝑟𝑖𝑠𝑡𝑎𝑙 (𝑚𝑙)
% 𝐾𝑜𝑚𝑝𝑎𝑘𝑡𝑖𝑏𝑖𝑙𝑖𝑡𝑎𝑠 = 𝜌1 − 𝑃𝑜
𝑃𝑜
14
Tabel 2.3 Hubungan kompaktibilitas dengan sifat alir selulosa mikrokristal
(Aulton, 1998).
Kompaktibilitas (%) Sifat Aliran
5 – 15 Sangat baik
12 – 16 Baik
18 – 21 Cukup
23 – 35 Kurang
35 – 38 Sangat kurang
˃ 40 Sangat buruk
2.5.7 Uji Sifat Alir
Dalam pengujian sifat fisik selulosa mikrokristalin hal yang paling penting
dilakukan yaitu uji sifat alir. Uji sifat alir berpengaruh terhadap keseragaman
bobot saat proses pengemasan dan proses pencetakan tablet. Sifat alir dari selulosa
mikrokristal dapat diketahui dengan mengukur waktu alir dan sudut diamnya
(Lachman dkk, 2008).
1. Waktu Alir
Waktu alir merupakan waktu yang diperlukan dalam sejumlah bahan
tertentu untuk mengalir melalui corong. Waktu alir dapat dilakukan dengan
mengalirkan bahan pada corong dan diamati waktu yang diperlukan untuk
mengalir (Fudholi, 1983).
2. Sudut Diam
Sudut diam merupakan sudut tetap yang terjadi timbunan partikel bentuk
kerucut dengan bidang horizontal. Besar kecilnya nilai sudut diam dipengaruhi
oleh gaya tarik dan gaya gesek antar partikel. Apabila gaya tarik dan gaya gesek
yang dihasilkan kecil, maka selulosa mikrokristal akan lebih cepat dan lebih muda
mengalir. Selain dipengaruhi gaya tarik dan gaya gesek, sudut diam juga
dipengaruhi oleh ukuran partikel, semakin kecil ukuran partikel maka kohesivitas
15
partikel makin tinggi dan dapat mengurangi kecepatan alirnya dan sudut diam
yang terbentuk juga besar (Candra, 2008).