KRISTALISASI GULA TEBU

(Laporan Praktikum Satuan Operasi II)

Oleh

Devi Hanafiarti 1114051014Elfrida Enzelina 1114051016Ferdiansyah 0814051054Herliawan Dimas A. 0914051058Isnaini Rahmadi 1114051028Miswanto 0854051009Novena Caesilia 0914051062Nur Anisa H. T. F. 1114051036Putri Eka Wijaya 1114051042Ria Amurwani 1114051046Rosi Mauliana Sari 1114051050Ryan Ajie Nugroho 1014051074Widya Astari 1114051064Yoan Martian Sari 1114051066

LABORATORIUM BIOKIMIA/KIMIA HASIL PERTANIAN

JURUSAN TEKNOLOGI HASIL PERTANIAN

FAKULTAS PERTANIAN

UNIVERSITAS LAMPUNG

2013

I. PENDAHULUAN

A. Latar Belakang

Tebu (Saccharum officinarum) merupakan tanaman penghasil gula yang telah

lama dibudidayakan di Indonesia. Nira tebu merupakan cairan hasil perasan yang

diperoleh dari penggilingan tebu yangmemiliki warna coklat kehijauan. Nira

tebuselain mengandung gula, juga mengandungzat-zat lainnya (zat non gula).

Gula kristal yang dikonsumsi diproses dari sukrosa yang terbentuk di batang tebu.

Kadar sukrosa yang ada dalam batang tebu bervariasi antara 8 – 13 % pada tebu

segar yang mencapai kemasakan optimal. Sukrosa adalah senyawa disakarida

dengan rumus molekul C12H22O11. Sukrosa terbentuk melalui proses fotosintesis

yang ada pada tumbuh-tumbuhan. Pada proses tersebut terjadi interaksi antara

karbondioksida dengan air didalam sel yang mengandung klorofil. Gula tebu

adalah disakarida, gula tersebut tersusun atas gabungan dua gula yang sederhana,

yaitu glukosa dan fruktosa (monosakarida). Penggabungan dari dobel unit karbon

monosakarida menjadi C12H22O11 yang selanjutnya dinamakan sukrosa atau

saccharose. Selain sukrosa didalam batang tebu terdapat zat-zat lain. Dalam

proses produksi gula, zat – zat ini harus dihilangkan sehingga dihasilkan gula

yang berkualitas (Jacobs, 2007).

Gula sebagai sukrosa diperoleh dari nira tebu, bit gula, atau aren. Meskipun

demikian, terdapat sumber-sumber gula minor lainnya, seperti kelapa. Sumber-

sumber pemanis lain, seperti umbi dahlia, anggur, atau jagung juga menghasilkan

semacam gula/pemanis namun bukan tersusun dari sukrosa. Proses untuk

menghasilkan gula mencakup tahap ekstrasi (pemerasan) diikuti dengan

pemurnian melalui distilasi (penyulingan). Nira tebu adalah cairan yang

diekstraksi dari batang tamanan tebu. Cairan inimengandung gula antara 10~20 %

(b/v).Nira tebu dapat diolah menjadi minuman ringan, minuman beralkohol, sirup

tebu, gula tebu (saka) dan nata de saccha. Gula yang paling umum diproduksi di

dunia adalah gula kristal mentah, gula kristal putih dan gula kristal rafinasi.

Dalam perdagangan internasional, gula kristal mentah dinamakan raw sugar, gula

kristal putih dikenal sebagai plantation white, sedangkan gula kristal rafinasi

adalah white sugar. Di seluruh dunia tidak banyak negara yang mengkonsumsi

langsungplantation white. Gula putih yang dikenal sebagai gula meja adalah white

sugar atau gula rafinasi (Kaseno, 2000). Pembuatan gula putih dari tebu dilakukan

dengan beberapa tahapan, oleh karenanya dilakukan praktikum ini agar

mahasiswa dapat memahami prinsip dan teknik dasar pembuatan gula, terutama

pada proses kristalisasi.

B. Tujuan

Tujuan praktikum mengenai kristalisasi ini adalah sebagai berikut.

1. Mengetahui dan memahami bagaimanaproses kristalisasipada gula tebu.

2. Mempelajari hubungan antara suhu larutan gula tebu yang dipanaskan dan

kekerasan kristal yang dihasilkan

3. Mendeskripsikan pengaruh faktor-faktor kristalisasi larutan gula tebu.

II. METODE DAN BAHAN

A. Waktu dan Tempat

Praktikum kali ini dilaksanakan pada Hari Jumat, Tanggal 31 Mei 2013 pukul

13.00-15.00 WIB di Laboratorium Biokimia/Kimia Hasil Pertanian, Jurusan

Teknologi Hasil Pertanian, Fakultas Pertanian, Universitas Lampung.

B. Alat dan Bahan

Alat yang digunakan pada praktikum ini adalah kompor, wajan, sutil, termometer,

hand refractometer, neraca digital, pengaduk, beaker glass, dan sendok.

Sedangkan bahan yang digunakan pada praktikum ini adalah gula tebu (nira tebu),

gula halus dan air.

Disiapkan alat dan bahan

Ditimbanggula tebusebanyak20 g

Dilarutkan dalam air 100 ml

Diukur jumlah padatan terlarut dengan hand refractometer

Dipanaskan larutan gula menggunakan api kecil hingga mengental

Diukur kembali jumlah padatan terlarut dengan hand refractometer

Ditaburkan gula halus di atas caairan gula yang mengental

Didiamkan hingga suhu konstan dan terbentuk kristal

Dihaluskan menggunakan saringan

C. Diagram alir

III. HASIL DAN PEMBAHASAN

A. Hasil Pengamatan

Berdasarkan praktikum yang telah dilakukan, diperoleh hasil pengamatan sebagai

berikut :

No

.

Bahan Derajat Brix

(sebelum dipanaskan)

Derajat Brix

(Setelah dipanaskan)

1. Gula Tebu 39 88

B. Pembahasan

Kristalisasi adalah proses pembentukan bahan padat dari pengendapan larutan ,

melt (campuran leleh), atau pengendapan langsung dari gas. Kristalisasi juga

merupakan teknik pemisahan kimia antara bahan padat-cair, dimana terjadi

perpindahan massa (mass transfer) dari suat zat terlarut (solute) dari cairan larutan

kefase kristal padat.Kristalisasi juga dapat didefinisikan sebagai proses yang

membentuk kristal padat, baik dari gas, cairan atau molekul. Langkah kristalisasi

adalah dengan cara memisahkan komponen kemudian mentransfer molekul cair

kefasa padat terhadap kristal yang mengendap. Terdapat banyak contoh dari

proses alami yang melibatkan kristalisasi. Seperti proses geologi meliputi:alam

(mineral) pembentukan kristal;stalaktit/stalakmit, cincin formasi.Contoh skala

waktu proses yang biasa mencakup salju serpih formasi;kristalisasi madu.

Proses kristalisasi terdiri dari dua nukleasi utama, peristiwa dan pertumbuhan

kristal. Nukleasi adalah langkah dimana molekul-molekul zat terlarut terdispersi

dalam pelarut awal untuk mengumpulkan ke dalam kelompok, pada skala

nanometer (meninggikan konsentrasi zat terlarut dalam suatu daerah kecil), yang

menjadi stabil dibawah kondisi operasi saat ini. Kelompok ini stabil merupakan

inti atom. Namun, ketika kelompok tidak stabil maka akan larut kembali. Oleh

karena itu, kelompok harus mencapai ukuran kritis agar menjadi inti stabil.

Ukuran kritis tersebut ditentukan oleh kondisi operasi (suhu, jenuh, dan lain-lain).

Hal ini pada tahap nukleasi bahwa atom mengatur secara jelas dan periodik yang

mendefinisikan struktur kristal - dicatat bahwa struktur kristal adalah istilah

khusus yang mengacu pada pengaturan relatif dari atom, bukan sifat makroskopik

dari kristal (ukuran dan bentuk), meskipun atom-atom tersebut adalah akibat dari

struktur kristal internal.

Pertumbuhan kristal adalah pertumbuhan berikutnya dari inti yang berhasil

mencapai ukuran kluster kritis. Nukleasi dan pertumbuhan terus terjadi secara

bersamaan saat jenuh ada. Jenuh adalah kekuatan pendorong kristalisasi tersebut,

maka laju nukleasi dan pertumbuhan didorong oleh jenuh yang ada dalam larutan.

Tergantung pada kondisi, baik nukleasi atau pertumbuhan mungkin dominan atas

yang lain, dan sebagai hasilnya, kristal dengan berbagai ukuran dan bentuk yang

diperoleh (kontrol ukuran dan bentuk kristal merupakan salah satu tantangan

utama dalam industri manufaktur, seperti untuk obat-obatan ). Setelah jenuh sudah

habis, sistem padat-cair mencapai keseimbangan dan kristalisasi selesai, kecuali

kondisi operasi yang dimodifikasi dari kesetimbangan sehingga supersaturate

solusi lagi.

Banyak senyawa memiliki kemampuan untuk mengkristal dengan struktur kristal

yang berbeda, fenomena yang disebut polimorfisme. Setiap polimorf sebenarnya

adalah termodinamika berbeda solid state dan kristal polimorf dari pameran sifat

senyawa yang sama fisik yang berbeda, seperti laju disolusi, bentuk (sudut antara

aspek dan tingkat segi pertumbuhan), titik leleh, dll Untuk alasan ini,

polimorfisme adalah utama pentingnya dalam pembuatan industri produk kristal.

Kristalisasi dipengaruhi oleh beberapa faktor antara lain derajat lewat jenuh;

jumlah inti yang ada atau luas permukaan total dari kristal yang ada; viskositas

larutan; jenis dan banyaknya pengotor dan pergerakan antara larutan dan kristal.

Selain itu kristalisasi juga dipengaruhi oleh suhu, vakum, proses penguapan

sebelumya dan kerataan kristal.

Pada praktikum kali ini, gula tebu (sukrosa) sebanyak 20 gram, dilarutkan

kedalam air 100 ml sebelum dipanaskan. Larutan gula tebu ini kemudian

dipanaskan selama beberapa menit sampai mengental. Sukrosa yang akan

dikristalkan dipanaskan sampai mendekati suhu masak, selanjutnya pemekatan

atau pengentalan dimulai. Dengan demikian koefisien kejenuhannya berangsur-

angsur meningkat. Pada keadaan lewat jenuh akan terbentuk suatu pola kristal

sukrosa. Proses kristalisasi dijaga pada suhu rendah karena molekul sukrosa akan

mudah rusak pada suhu tinggi. Pemekatan tidak boleh melewati daerah metastabil,

karena akan terjadi inti baru berupa kristal-kristal halus.

Selama proses pemanasan dilakukan pengadukan secara intensif agar tidak gosong

dan timbul kerak pada dasar wajan, selain itu agar panas merata. Untuk

mempercepat proses pembentukkan kristal, dapat ditambahkan bibit seperti pada

praktikum ini dengan menembahkan tepung gula. Setelah mengental proses

pemanasan dihentikan, kemudian dituang kedalam loyang dan tetap terus diaduk

hingga dingin sampai terbentuk kristal. Kristal yang telah terbentuk kemudian

disaring hingga diperoleh kristal dengan ukuran yang kecil. Ada beberapa tahapan

yang salah selama praktikum ini seperti tidak diaturnya suhu pemanasan, terlalu

lamanya pemanasan, dan pemberian tepung gula yang seharusnya sewaktu

pemanasan akan tetapi kami tambahkan setelah pemanasan.

Dalam praktikum ini terdapat beberapa kesalahan. Kesalahan yang terjadi pada

praktikum ini disebabkan praktikan kurang memahami prosedur yang digunakan

dalam praktikum. Kesalahan yang terjadi yaitu proses pemanasan bahan(gula)

terlalu lama yang menyebabkan terbentuknya kristal-kristal gula lebih cepat. Oleh

karena itu, diperlukan pengaturan suhu dan waktu pemanasan agar dapat diketahui

waktu terbentuknya kristal . Selain itu, kesalahan juga disebabkan karena

penambahan gula halus dilakukan setelah larutan gula dikeluarkan dari

pemanasan. Seharusnya penambahan gula halus dilakukan pada saat proses

pemanasan. Hal tersebut menyebabkan tidak tebentuknya kristal-kristal gula yang

diinginkan.

Untuk melanjutkan proses kristal berikutnya maka sampel tersebut harus

memenuhi Syarat utama terbentuknya kristal dari suatu larutan adalah larutan

induk harus dibuat dalam kondisi lewat jenuh (supersaturated). Yang dimaksud

dengan kondisi lewat jenuh adalah kondisi dimana pelarut (solven) mengandung

zat terlarut (solute) melebihi kemampuan pelarut tersebut untuk melarutkan solute

pada suhu tetap (Farida, 2012). Jadi Kristal dapat terbentuk karena suatu larutan

dalam keadaan atau kondisi lewat jenuh (supersaturated).

Kondisi tersebut terjadinya karena pelarut sudah tidak mampu melarutkan zat

terlarutnya, atau jumlah zat terlarut sudah melebihi kapasitas pelarut. Sehingga

kita dapat memaksa agar kristal dapat terbentuk dengan cara mengurangi jumlah

pelarutnya, sehingga kondisi lewat jenuh dapat dicapai. Proses pengurangan

pelarut dapat dilakukan dengan empat cara yaitu, penguapan, pendinginan,

penambahan senyawa lain dan reaksi kimia. Pemisahan dengan pembentukan

kristal melalui proses penguapan merupakan cara yang sederhana. Karena itu

dilakukan proses kristalisasi dari bahan gula tebu dengan proses pemanasan dan

penambahan bibit Kristal (gula halus) dengan cara kejutan (shock seeding). (Irma,

2013).

Karena larutan/sampel tidak berisi padatan, maka pembentukan inti terjadi

sebelum kristal tumbuh. Inti-inti baru secara kontinyu terbentuk, sementara inti-

inti yang sudah ada tumbuh menjadi kristal. Driving force kedua langkah tersebut

adalah supersaturasi, artinya kedua langkah tersebut tidak dapat terjadi pada

larutan jenuh atau undersaturated.

Untuk terbentuknya Kristal harus melalui dua mekanisme pembentukan Kristal

dalam industri yaitu :

1. membentuk inti kristal primer, yang akan merangsang pembentukan

kristal. Untuk membentuk inti kristal primer, jika dibuat dari larutan

induk, maka beda konsentrasi larutan lewat jenuh dengan konsentrasi

jenuh (C-C*) sebagai driving force proses kristalisasi harus dibuat besar.

Dan ini membutuhkan energi yang sangat besar. Sehingga untuk skala

industri, tidak efisien. Lebih disukai cara penambahan kristal yang sudah

jadi, untuk menginisiasi pembentukan inti kristal primer. (farida, 2012).

2. Mekanisme nukleasi sekunder. Pada fase ini, kristal tumbuh dikarenakan

kontak antara kristal dan larutan. Terjadi pada kondisi supersaturasi yang

lebih rendah yang memungkinkan kristal tumbuh dengan optimal.

Nukleasi sekunder membutuhkan bibit atau kristal yang sudah jadi untuk

merangsang pertumbuhan kristal yang baru. (farida, 2012)

Dalam praktikum ini hampir sama proses kristalisasi yang terjadi di industri yaitu

dengan penambahan bibit kristal, hanya saja bahannya dari gula tebu. Selama

proses pemanasan sampai kondisi lewat jenuh, larutan diuapkan hingga kental

agar pelarutnya habis dan membantu proses pembentukan kristal. Setelah itu,

proses pembentukan Kristal primer yaitu inti kristal secara murni tanpa ada

kontak dengan senyawa lain. Dimulai dari setelah sampel (larutan sukrosa) jenuh

atau undersaturated. Ketiga teknik yang lain pendinginan, penambahan senyawa

lain dan reaksi kimia pada prinsipnya adalah sama yaitu mengurangi kadar pelarut

didalam campuran homogeny dan membantu proses pembentukan kristal. (Irma,

2013).

Pada keadaan lewat jenuh akan terbentuk suatu pola kristal . Proses kristalisasi

dijaga pada suhu rendah karena molekul glukosa dan fruktosa akan mudah rusak

pada suhu tinggi. Pemekatan tidak boleh melewati daerah metastabil, karena akan

terjadi inti baru berupa kristal-kristal halus. Setelah Larutan gula dikentalkan

sampai daerah intermediate (daerah Larutan yang terletak pada daerah konsentrasi

dimana molekul glukosa dan fruktosa dalam larutan telah mampu membentuk inti

kristal apabila terdapat atau hadir kristal glukosa dan fruktosa dalam larutan)

(Learn, 2009) kemudian ditambahkan secukupnya atau ditaburkan gula halus

sedikit demi sedikit pada saat kondisi larutan dipanaskan sehingga akan

mendorong proses pembesaran kristal. Kondisi terus dipertahankan dengan cara

mengatur pemanasan dan pengadukan secara seimbang. Mekanisme yg terjadi

melalui kontak antara satu kristal dengan kristal lainnya dibantu dengan

pengadukan. Pembentukan inti kristal heterogen berlangsung sebelum

pembentukan inti kristal homogen.

Setelah kristal mencapai ukuran tertentu, penguapan diteruskan hingga mencapai

brix tertentu. Campuran kristal dan larutan gula (mother liquor) dinamai masakan

(Learn, 2009). Fungsi penambahan gula halus untuk memberi gesekan dan

membentuk kaki-kaki kristal pada inti kristal sehingga terbentuk kristal. Maka

gula halus berperan untuk mempercepat proses pembentukan kristal. Bila kristal

telah terbentuk dan terlihat besar kristal merata maka dikembalikan lagi ke daerah

metastabil. Daerah metasatbil adalah daerah dimana Larutan yang terletak pada

daerah konsentrasi diatas kosien kejenuhan 1,00 (KK > 1,00) dimana molekul

glukosa dan fruktosa dalam larutan hanya dapat menempelkan diri pada kristal

yang telah ada. Daerah ini juga disebut daerah pembesaran kristal. Pada langkah

pembesaran kristal diusahakan untuk menempelkan sebanyak mungkin molekul

glukosa dan fruktosa pada kristal yang telah jadi dalam waktu yang singkat.

Apabila pembesaran dirasa telah cukup dengan kristal yang kuat, maka

selanjutnya adalah merapatkan inti kristal. Tujuannya adalah supaya jarak antara

kristal yang satu dengan yang lain berdekatan sehingga kecepatan kristalisasi

tidak berkurang (Learn, 2009).

Setelah itu suhu diturunkan dan didinginkan sambil diaduk. proses kristalisasi

tetap berlanjut, dengan dilakukan penurunan suhu pemanasan dan nilai kejenuhan

naik sehingga dapat mendorong menempelnya glukosan dan fruktosa pada kristal

yang telah terbentuk. Untuk lebih menyempurnakan dalam proses kristalisasi

maka proses pendinginan dilengkapi pengaduk agar dapat sirkulasi (Learn, 2009).

Penurunan suhu akan menginduksi pembentukan kristal secara cepat. Semakin

dingin larutan waktu induksi (waktu yg diperlukan sampai inti kristal terbentuk)

akan semakin pendek. Jumlah kristal yg terdapat dalam satu unit volume yg

terdapat dalam larutan akan berpengaruh pada tingkat pertumbuhan setiap kristal.

Ketika viskositas meningkat akibat menurunnya suhu dan meningkatnya

konsentrasi larutan, proses pembentukan inti kristal akan terbatasi. Hal ini

disebabkan berkurangnya pergerakan molekul pembentuk inti kristal dan

terhambatnya pindah panas sebagai energi pembetukkan inti kristal. Pendingingan

yg cepat akan menghasilkan inti kristal yg lebih banyak dibandingkan

pendinginan lambat. Proses pengadukan mampu meningkatkan laju pembentukan

inti kristal. Pengadukan menyebabkan pindah massa dan pindah panas berjalan

lebih efisien. Pada saat proses pendinginan ini ruang gerak kristal mejadi sempit

dan Kristal - kristal mudah bersatu sehingga terbentuk kristal .Tetapi dalam

praktikum ini terlambat pemberian bibit halusnya dan larutan belum jenuh,

sehingga tidak terbentuk kristal secara sempurna.

IV. KESIMPULAN

Dari hasil praktikum yang telah dilakukan dapat diambil kesimpulan sebagai

berikut :

1. Praktikum ini menggunakan proses kristalisasi yaitu proses pemurnian dari

larutan, yang dilakukan dengan memekatkan larutan atau menguapkan air.

2. Gula tebu yang dikristalisasi pada percobaan ini mengalami pengkristalan

jika diberikan perlakuan panas.

3. Ketika suhu dinaikkan atau ditambahkan kalor/panas, gula tebu yang

direkristalisasi menghasilkan kristal yang berwarna putih bersih.

4. Proses pengukuran menggunakan refraktometer bertujuan untuk

mengetahui jumlah padatan terlarut atau derajat brix yang ada pada larutan

gula sebelum dan sesudah pemanasan.

5. Penambahan bubuk gula tebu pada saat pemanasan yang seharusnya

dilakukan bertujuan untuk mempercepat proses kristalisasi pada gula tebu.

6. Berbagai faktor yang dipandang dapat mempengaruhi proses pemasakan

atau proses kristalisasi,antara lain yaitu suhu, vakum, proses penguapan

sebelumya, kerataan kristal, kadungan kotoran dalam larutan, viskositas

larutan dan pencampuran atau sirkulasi larutan.

7. Waktu pemanasan yang terlalu lama akan menyebabkan larutan gula

menjadi mudah mengkristal.

8. Sebalikny jika waktu pemanasan terlalu singkat akan menyebabkan larutan

gula sulit untuk mengkristal kembali.

DAFTAR PUSTAKA

Farida. 2012. Kristalisasi. http://farida.net78.net/ diakses pada Tanggal 13 Juni

2013.

Irma, 2013. Kristalisasi. http://irma-teknikkimia.blogspot.com/ diakses pada

Tanggal 13 Juni 2013.

Jacobs, Jaffrin.M.Y. 2007. Purification of Brown Cane Sugar Solutions

byUltrafiltration with Ceramic Membranes:Investigation of Membrane

Fouling.Journal Separation Science andTechnology.ITB.

Kaseno, Walyoadi. 2000. PenerapanTeknologi Ultrafiltrasi Membran

PadaPemurnian Nira Tebu pada Pabrik Gula. Balai PengkajianBioteknologi

BPPT. Tanggerang.

Learn, 2009. Proses Kristalisasi Gula. http://pradhity.blogspot.com/ diakses pada

Tanggal 13 Juni 2013.