BAB II

TINJAUAN PUSTAKA

2.1 Kelapa Sawit

Tanaman kelapa sawit ( Elaeis guinensis JACQ) adalah tanaman berkeping

satu yang termasuk dalam famili palmae. Nama genus Elaeis berasal dari bahasa

Yunani yaitu Elaion atau minyak, sedangkan nama spesies guinensis berasal dari

kata guinea, yaitu nama tempat dimana seorang ahli bernama Jacquin menemukan

tanaman kelapa sawit.

Kelapa sawit dapat tumbuh dengan baik pada daerah beriklim tropis

dengan curah hujan 2.000 mm/tahun dan kisaran suhu 220C – 320C. Kelapa sawit

mengandung lebih kurang 80% pericarp (lapisan serat daging) dan 20% buah

yang dilapisi kulit yang tipis.

Bagian – bagian buah kelapa sawit yang menghasilkan minyak adalah:

1. Daging buah (mesocarp), yang mengandung minyak kelapa sawit (CPO).

2. Inti sawit (kernel), yang mengandung inti kelapa sawit (CPKO).

Gambar 2.1. Penampang buah kelapa sawit(Sumber : Wikipedia)

Perkebunan kelapa sawit di Indonesia terus meningkat tiap tahun diikuti

dengan produksi minyak kelapa sawit. Pengolahan kelapa sawit memproduksi

produk utama, yaitu minyak kelapa sawit dan minyak inti sawit. Produksi minyak

kelapa sawit tersebut menghasilkan hasil samping berupa tandan kosong, sabut

perasan, lumpur, cangkang dan bungkil inti sawit. Persentase hasil samping dan

minyak kelapa sawit dari tandan buah segar terlihat pada gambar 2.2.

Kulit (exocarp)

Daging buah (mesocrap)

Cangkang (endocrap)

Inti sawit (kernel)

Gambar 2.2 . Persentase Produksi Minyak dan Hasil Samping Kelapa Sawit

(Sumber: Elisabeth, 2003)

Beberapa dari hasil samping pengolahan minyak kelapa sawit berpotensi

sebagai pakan ternak dan kompos seperti tandan kosong kelapa sawit, sabut

kelapa sawit, lumpur sawit dan bungkil inti sawit. Namun, sebagian besar hasil

samping pengolahan minyak kelapa sawit jika diolah sedemikian rupa dengan

cara yang tepat, memiliki nilai jual yang tinggi dan dapat meningkatkan

pendapatan nasional.

2.2 Sabut Kelapa Sawit

Sabut kelapa sawit merupakan limbah padat yang berasal dari ampas

perasan buah kelapa sawit yang diambil minyaknya pada stasiun pengepresan

proses pengolahan kelapa sawit.

Gambar 2.3 Sabut Kelapa Sawit(sumber:PTPN II Sawit Seberang)

Selama ini sabut kelapa sawit dimanfaatkan sebagai bahan bakar boiler

dan sebagai pupuk kompos. Padahal, sabut kelapa sawit berpotensi untuk

dikembangkan menjadi barang lebih berguna, salah satu menjadi bahan baku

glukosa. Hal ini karena sabut kelapa sawit mengandung selulosa yang dapat

dihidrolisis menjadi glukosa dengan bantuan enzim ataupun asam (Uli karmila,

1994). Adapun komposisi dari sabut kelapa sawit sebagai berikut:

Tabel 2.1 Komposisi kimia sabut kelapa sawit pada tabel berikut:

Komponen Persen bahan kering

Kadar air 11,46

Protein kasar 5,45

Lemak 8,34

Serat Kasar 39,20

Abu 4,67

Hemiselulosa 23,28

Lignin 21,92

Selulosa 31,82

Mineral: K

Ca

Mg

Mn

Na

Fe

P2O5

CO

0,43

0,08

0,10

0,02

0,08

0,05

0,13

Tidak terukur

(Summber: Uli Karmila, 1994)

Kebutuhan glukosa di Indonesia semakin meningkat, dikarenakan

perkembangan industri makanan dan farmasi yang begitu pesat. Hingga saat ini

untuk menutupi kebutuhan dalam negeri, Indonesia masih mengimport dari

beberapa Negara tetangga. Untuk itu nilai sabut kelapa sawit akan lebih berharga

jika diolah sedemikian rupa dengan cara yang tepat, sehingga memiliki nilai jual

yang tinggi dan dapat meningkatkan pendapatan nasional.

2.3 Gula – Gula Karbohidrat

Karbohidrat merupakan senyawa karbon, hydrogen dan oksigen yang

banyak terdapat di alam yang mempunyai rumus empiris CH2O. Kabohidrat

merupakan sumber energi yang paling utama dalam tubuh makhluk hidup.

Disamping sebagai sumber energi bagi makhluk hidup, karbohidrat memiliki

kegunaan yang luas dalam bidang industi, misalnya industri kertas, industi

fermentasi, industri makanan dan minuman dan sebagainya.

Pada umumnya gula karbohidrat terbagi dalam tiga kelompok :

a. Monosakarida

b. Disakarida

c. Polisakarida

2.3. 1 Monosakarida

Monosakarida adalah gula tunggal seperti glukosa, fruktosa, dan dekstrosa

yang mempunyai rumus yang sama C6H12O6. Glukosa disebut juga gula anggur

atau dekstrosa karena mempunyai sifat memutar bidang polarisasi ke kanan (+).

Fruktosa mempunyai sifat kebalikannya yaitu dapat memutar bidang polarisasi ke

kiri (-).

Gula tunggal (monosakarida) ini tidak dapat dipecah lagi sehingga

mempunyai rumus yang lebih sederhana lagi. Glukosa dan fruktosa dalam

prakteknya disebut juga gula reduksi.

Dalam susunan komposisi jagung, gula reduksi menempati urutan kedua

dari komponen terbanyak. Gula reduksi ini adalah golongan monosakarida yaitu

terdiri dari gabungan glukosa dengan fruktosa.

Sakarosa dapat dipecahkan menjadi glukosa dan fruktosa, tetapi glukosa

dan fruktosa ini sudah tidak dipecahkan lagi walaupun oleh larutan asam yang

amat encer. Yang terpenting adalah pengaruh dari larutan basa ini menjadi macam

– macam asam organik yang dengan basa dapat membentuk suatu garam.

Pada awal suhu dibawah 50OC pemecahan ini tidak begitu berarti karena

hasil pemecahan pada suhu rendah hanya menghasilkan zat – zat dengan warna

tua sehingga dapat mempengaruhi gula. Dengan demikian, pemecahan gulla

reduksinya hanya akan merugikan pabrik saja sehingga pemecahan tersebut harus

dicegah.

2.3. 2 Disakarida

Disakarida tersusun dari gabungan 2 gula tunggal. Yang terpenting

didalamnya adalah sakrosa atau sukrosa yang lazim disebut gula tebu. Secara

kimiawi, sukrosa juga termasuk gula bit. Disakarida sebetulnya termasuk

polisakarida yaitu bentuk polisakarida yang paling sederhana dengan rumus

C12H22O11.

Gambar 2.4 Struktur dari sukrosa(Fressenden, 1999)

Bagian sebelah kiri molekul berasal dari glukosa (terbentuk cincin

piranosa), bagian sebelah kanan berasal dari fruktosa (terbentuk dari cincin

furanosa).

2.3.3 Polisakarida

Polisakarida tersusun dari banyak molekul gula tunggal. Yang terpenting

selain disakarida adalah selulosa yang mempunyai rumus (C12H22O11) dan pati

(C6H10O5). Molekul selulosa tersusun lebih dari 1000 molekul glukosa yang satu

sama lainnya dihubungkan dengan oksigen.

Pati dan amilum adalah karbohidrat kompleks yang tidak larut dalam air,

berwuhud bubuk putih, tawar dan tidak berbau. Pati merupakan bahan utama yang

dihasilkan oleh tumbuhan utnuk menyimpan kelebihan glukosa (sebagai produk

fotosintesis) dalam jangka panjang. Hewan dan manusia juga menjadikan pati

sebagai sumber energi yang penting. Pati tersusun dari dua macam karbohidrat,

amilosa dan amilopektin, dalam komposisi yang berbeda beda. Amilosa

memberikan sifat keras sedangkan amilopektin menyebabkan sifat lengket.

Amilosa memberikan warna ungu pekat pada tes iodin sedangkan amilopektin

tidak bereaksi. Penjelasan untuk gejala ini belum pernah bisa tuntas dijelaskan.

2.4 Glukosa

Glukosa (C6H12O6) adalah monosakarida yang paling banyak terdapat di

alam. Glukosa dipergunakan dalam industri makanan dan minuman, terutama

dalam industri pembuatan selai, permen dan pembuatan buah kaleng.

Gambar 2.5 Rumus bangun glukosa(Fressenden, 1999)

Tingkat mutu glukosa yang dihasilkan ditentukan oleh warna, kadar air,

dan tingkat konversi pati yang dihitung sebagai ekuivalen dekstrosa (DE). Nilai

ekuivalen dekstrosa (DE) glukosa yang tinggi dapat diperoleh dengan optimalisasi

proses likuifikasi dan sakarifikasi, sedangkan kadar padatan kering dan warna

glukosa yang sesuai standar (SNI) diperoleh dengan proses evaporasi. Proses

evaporasi yang dilakukan pada kondisi non-vakum atau pada tekanan udara 1 atm

(1×105 Pa) menyebabkan warnanya menjadi kecoklatan. Persyaratan umum mutu

glukosa dapat dilihat pada tabel 2.1 :

Tabel 2.2 Standar mutu glukosaKomponen Spesifikasi

Air Max. 20%

Abu (dasar reduksi) Max. 1%

Gual reduksi sebagai d-

Glukosa

Max. 30%

Pati Tidak nyata

Logama berbahaya (Pb,

Zn, CN)

Negatif

SulfurUntuk kembang gula 400rpm yang lainnua 40 rpm

Pemanis buatan Negatif

(Sumber : SII 0418-81, 2001)

2.5 Proses Pembuatan Glukosa

Proses pembuatan glukosa dari sabut kelapa sawit berdasarkan pada proses

hidrolisa terdiri dari :

a. Proses hidrolisa dengan katalis asam

b. Proses hidrolisa dengan katalis enzim

2.5.1 Proses hidrolisa dengan katalis asam

Pembuatan glukosa dengan proses hidrolisa asam menggunakan asam

klorida (HCl) sebagai katalis. Bahan baku yang telah dijadikan pati ditambahkan

katalis asam sehingga slurry mengandung 35% - 40% pati. Kemudian larutan

dinetralisasi dengan Ca(OH)2, dimana suhu mencapai 140OC dan Tekanan di

konverter mencapai 30 psia dengan pH 4 – 5. Hasil hidrolisa menjadi glukosa

diukur sebagai dekstosa-equivalen (gula pereduksi) yang memberikan hasil 95 –

96 De dan 92 – 94 % dekstosa/dry basis. Sirup glukosa kotor disaring untuk

dipisahkan dari inert yang tidak larut, kemudian diikuti dengan penambahan

karbon aktif. sirup glukosa murni diuapkan untuk mendapatkan sirup glukosa

yang lebih pekat. Kemudian dilakukan pengkristalan guna membentuk sirup

glukosa menjadi kristal glukosa. Kristal glukosa ini kemudian dipisahkan antara

kristal glukosa dengan mother liquor dan akhirnya dilakukan penyaringan serta

pengepakan.

2.5.2 Proses hidrolisa dengan katalis enzim

Pembuatan glukosa dengan hidrolisa enzim menggunakan enzim sebagai

katalis yang berguna untuk memecah moleku-molekul pati yang lebih besar

menjadi molekul yang lebih kecil atau pemecahan ikatan rantainya. Ini dilakukan

dengan menambahkan enzim α – amilase dan gluko amilase. Bahan baku

dijadikan pati sehingga slury mengandung 35% - 40% pati. kemudian dihidrolisa

dengan penambahan katalis enzim. Dengan demikian hirolisa pati dengan katalis

enzim dilakukan dengan dua tahap, yaitu :

a. Penambahan enzim α – amilase

b. Penambahan enzim gluko – amilase

Tangki yang mengandung pati 35% – 40% dicampur dengan air. Didalam

tangki ini diberikan enzim α – amilase untuk memecahkan ikatan rantai amilase

menjadi α – glukosidic pati, dan juga dinetralkan dengan penambahan Ca(OH)2.

kemudian dilanjutkan ke tahap liquifikasi yang berlangsung dua tahap

yaitu tahap pertama pada suhu 105OC dan tahap kedua pada suhu 95OC. Slurry

pati yang sudah disiapkan dalam tangki, dipompa kedalam tangki liquifikasi 1

yang dipanasi dengan uap panas sampai suhu 1050C. suhu tersebut dipertahankan

selama 5 menit, sampai terjadi proses gelitinasi. Kemudian suhu diturunkan

menjadi 95OC dan bahan dialirkan pada alat liquifikasi II. Liquifikasi II

berlangsung selama 2 jam dan suhu dipertahankan pada suhu 95OC sampai

terbentuk dekstrin. Dekstrin yang diperoleh dipompa kedalam tangki sakharifikasi

dan suhu diturunkan menjadi 60OC, pH juga diturunkan menjadi 4,5 dengan

menambah HCl 0,1 N, kemudian ditambahkan enzim gluko – amilase yang

memotong ikatan rantai α – 1 – 6 glukosidic pati selama 72 jam dan tekanan

operasi atm. Hasil hidrolisa menjadi gluksa diukur sebagai dekstrose – equivalen

(gula pereduksi) yang memberikan hasil 98 – 99 De dan 97 – 98,5% dekstrose.

Sirup glukosa kemudian dijernihkan untuk memisahkan inert yang tidak

larutdenga penambahan karbon aktif yang diteruskan pada alat penukar ion untuk

menghilangkan ion-ion. Sirup glukosa bersuh diuapkan pada evaporator guna

memekatkan larutan glukosa. Hasil dari evaporator yaitu 70 – 78% sirup glukosa

yang siap di kristalkan menjadi butir-butir kristal glukosa. Kemudian larutan

glukosa ini dipisahkan dengan mother-liquor yang dikembalikan ke evaporator.

dan akhirnya dilakukan pengeringan serta pengepakan untuk siap dipasarkan.

2.6 Seleksi Proses

Pada pra rancangan pabrik pembuatan glukosa dari sabut kelapa sawit ini

menggunakan proses hidrolisa dengan katalis asam pada tekanan 3 atm dan

temperatur 135OC. Dasar pemilihan proses tersebut dilihat pada tabel 2.3 :

Tabel 2.3 Perbandingan proses hidrolisa dengan katalis asam dan proses hidrolisa dengan katalis enzim

No

.

Proses hidrolisa dengan katalis asam Proses hidrolisa dengan katalis

enzim

1.Waktu yang dibutuhkan dalam

mendapatkan produk relatif lebih

singkat.

Waktu yang dibutuhkan dalam

mendapatkan produk relatif lama.

2.Kemurnian produk yang dihasilkan

dari hasil evaporasi, yaitu 92-94%.

Kemurnian produk yang

dihasilkan dari hasil evaporasi,

yaitu 70-78%.

3.Proses ini tidak mengeluarkan biaya

yang relatif besar dalam penyaluran

bahan baku.

Proses ini mengeluarkan biaya

yang relatif besar dalam

penyaluran.

4.Tidak perlu menambah staff tenaga

ahli biologis dalam menanggulangi

proses produksi.

Perlu menambah staf tenaga ahli

biologis dalam menanggulangi

proses produksi.Dari hasil perbandingan proses hidrolisa dengan katalis asam dan proses

hidrolisa dengan katalis enzim, maka pada pembuatan pabrik glukosa dengan

bahan baku sabut kelapa sawit menggunakan proses pembuatan glukosa dengan

katalis asam karena kemurnian produk yang dihasilkan dari hasil evaporasi pada

proses pembuatan glukosa dengan katalis asam lebih besar yaitu 92-94%

sedangkan kemurnian produk yang dihasilkan dari hasil evaporasi pada proses

pembuatan glukosa dengan katalis enzim yaitu 70-78%.

2.7 Deskripsi Proses

Pabrik pembuatan glukosa monohidrat ini menggunakan bahan baku sabut

kelapa sawit hasil limbah proses pabrik kelapa sawit. Sabut kelapa sawit dari

Gudang bahan baku 101 (GBB-101) diangkut dengan menggunakan Elevator 101

(E-101) ke dalam hammer mill 101 (HM-101) untuk melunakkan bahan baku.

Pada proses pelunakan bahan baku ditambahkan air kedalam hammer mill 101

(HM-101) dengan perbandingan volume antara air : bahan baku (sabut kelapa

sawit) sebanyak 1 : 2 pada suhu 30OC dan tekanan 1 atm untuk membentuk slurry

pati. Slurry pati yang terbentuk kemudian ditampung dengan menggunakan Belt

elevator 101 (BLC-101) yang kemudian diangkut ke Reaktor Hidrolisa 101 (RH-

101) untuk menghasilkan sirup glukosa dengan menggunakan Elevator 102 (E-

102). Di dalam Reaktor Hidrolisa (RH-101) ditambahkan katilis asam yaitu HCl

(T-101) dengan perbandingan volume 1:10 pada suhu 135OC pada tekanan 3 atm.

Adapun reaksi yang terjadi di dalam Reaktor Hidrolisa adalah sebagai berikut:

HClC12H22O11 (Slurry Pati) + H2O 2C6H12O6 (Glukosa)

Sirup glukosa dipompakan ke Cooler 101 (C-101) untuk didinginkan

sampai suhu 50OC dan selanjutnya sirup glukosa dimasukkan ke dalam Filter

Press 101 (FP-101) untuk memisahkan sirup glukosa (filtrat) dari sisa pati,

protein, lemak, dan impuritis yang tidak bereaksi di tampung di bak penampungan

101 (BP-101).

Kemudian sirup glukosa dinetralisasi dengan larutan basa, yaitu NaOH 1%

dari jumlah reaktan di dalam Reaktor Netralisasi 101 (RN-101). NaOH dengan

kondisi 60OC dan 1 atm ini bereaksi dengan HCl yang membentuk NaCl. Hasil

netralisasi kemudian dipisahkan lagi dari NaCl yang terbentuk. Pemisahan ini

dilakukan menggunakan Tangki Dekanter 101 (TD-101) pada kondisi 60OC dan 1

atm. NaCl akan dikirim ke Bak Penampungan 102 (BP-102) bersama impurities

lainnya. Sedangkan sirup glukosa yang diperoleh kemudian dijernihkan di dalam

Tangki Absorpsi 101 (AB-101) pada kondisi 80OC dan 1 atm yang berisi karbon

aktif untuk menyerap zat warna yang timbul saat hidrolisa.

Selanjutnya karbon aktif yang digunakan dipisahkan dari sirup glukosa

menggunakan Filter Press 102 (FP-102) sehingga yang tidak jernih akan

dimasukkan ke dalam Bak Penampung 103 (BP-103) bersama dengan karbon

aktif sisa. Sedangkan sirup glukosa yang jernih kemudian diuapkan di dalam

Evaporator 101 (EV-101) untuk mendapatkan sirup glukosa yang lebih pekat

sampai konsentrasi 78%.

Kemudian dilakukan pengkristalan guna membentuk sirup glukosa

menjadi kristal glukosa dengan mendinginkan sirup glukosa di dalam tangki

Cristalizer 101 (CR-101) pada suhu 30OC. Butiran kristal yang terbentuk

kemudian dimasukkan ke dalam Screw Conveyor 101 (SC-101) untuk

mendapatkan ukuran kristal yang seragam.

Setelah itu butiran kristal glukosa dikeringkan dalam Rotary Dryer dengan

temperatur 110OC dan tekanan 1 atm sampai kandungan air dalam kristal glukosa

berkurang sampai 86% dari kristal glukosa keluaran Crystallizer 101 (CR-101).

Kemudian dimasukkan lagi ke dalam Screw Conveyor 102 (SC-102) untuk

mendapatkan ukuran kristal yang seragam.

Kristal glukosa yang telah dikeringkan kemudian didinginkan dengan

Rotary Cooler 101 (RC-101) dengan temperatur 300C dan tekaanan 1 atm dan

dimasukkan kembali ke dalam Screw Conveyor 103 (SC-103) untuk mendapatkan

ukuran kristal yang seragam. Setelah ukuran kristal telah sesuai, kemudian

ditampung dengan menggunakan Belt Conveyor 102 (BLC-102) untuk diangkut

ke Storange Tank 101 (ST-101) dengan menggunkan Elevator 103 (E-103).

2.8 Spesifikasi Bahan Baku dan Produk

2.8.1 Bahan Baku

2.8.1.1 Sabut Kelapa Sawit

Sifa Fisika:

Berwarna coklat kekuningan

Memiliki serat yang kasar

Tidak berbau

Sifat Kimia:

Dapat dihidrolisa menjadi glukosa monohidrat

Tidak mudah rusak

Dapat digunakan sebagai pupuk kompos karena mengandung unsur

hara

2.8.1.2 Air

Sifat Fisika:

Berat molekul : 18,016 gr/grmol

Densitas : 0,995 gr/cm3

Titik beku : 00C

Titik didih : 1000C

Indeks bias : 1,33

Viskositas : 0,01002 poise

∆H25O

C : -57,7979 kcal/mol dalam wujud gas

∆H25O

C : -68,3174 kcal/mol dalam wujud cair

Tidak beracun dan bewarna

Tidak berbau dan berasa

Sifat Kimia:

Rumus Kimia : H2O

Bentuk molekul padatnya hexagonal

Bersifat polar

Pelarut yang baik bagi senyawa organik

Merupakan elektrolit lemah

Memiliki ikatan hidrogen

(Sumber : Perrys, 1997)

2.8.1.3 HCl (Asam Klorida)

Sifat Fisika:

Berat molekul : 36,47 gr/mol

Rapat jenis : 1,191 gr/mol

Kelarutan pada air dingin : 82,3

Kelarutan pada air panas : 541

Densitas HCl pada 80OC : 1,059 gr/ml

Sifat Kimia:

Merupakan asam kuat

Mudah larut dalam air

Memerahkan kertas lakmus

HCl gas dapat langsung bereaksi dengan amoniak

Dalam air akan mengionisasi

(Sumber: Perrys, 1997)

2.8.1.4 Karbon aktif

Terbuat dari serbuk kayu ( food grade) berupa powder berwarna hitam.

Bentuk/wujud : Solid/ tidak berbau

Density : 2,267 g/cm3

Kelarutan : Tidak larut dalam air

Warna : Hitam

Spesifik gravity : 1,8 – 2,1

Titik didih : 7592oF = 4200oC

Titik lebur : 6605,6oF = 3652oC

pH : 6,8 – 8,0

(Sumber : Perry, 1999)

2.8.2 Produk (Glukosa)

Sifat-sifat fisika :

Berat Molekul : 180,16 gr/mol

Spesifik grafity : 1,544

Kelarutan dalam air : 82

Berasa manis

Berfungsi sebagai sumber energi

Termasuk mobosakarida

Larut dalam air

Sifat-sifat kimia :

Dihidrasi oleh asaam menghasilkan suatu molekul d-glukosa

Bereaksi negatif dengan reagen Tollen

(Sumber : Perrys, 1997)