BAB 2. TINJAUAN PUSTAKA

2.1 Potensi Kelapa Sebagai Sumber Protein

Tanaman kelapa (Cocos nucifera L.) diklasifikasikan ke

dalam famili Palmae dan kelas Monocotyledonae. Tanaman

perkebunan ini banyak terdapat di daerah beriklim tropis dan

dikenal sebagai tanaman penghasil minyak nabati yang utama

(Warisno 2003). Buah kelapa merupakan bagian yang paling

tinggi nilai ekonominya dibandingkan dengan bagian lain dari

tanaman kelapa. Rindengan et al. (1995) mengemukakan bahwa

dalam sebutir kelapa tua rata-rata terdiri dari 35% sabut, 12%

tempurung, 28% daging buah, dan 25% air kelapa.

Hasil pengolahan daging buah kelapa merupakan sumber

potensial untuk mendapatkan protein yang bernilai gizi tinggi

dan mudah dicerna. Kandungan protein daging buah kelapa

muda, setengah tua, dan tua dalam 100 g daging buah berturut-

turut sebesar 1,0 g, 4,0 g dan 3,4 g (Poedjiadi 2006).

Komposisi daging buah dan krim santan kelapa dapat dilihat

pada Tabel 1. Protein kelapa tidak memiliki senyawa antinutrisi

seperti yang terdapat pada protein nabati lainnya (kacang-

kacangan). Selain itu, daging buah kelapa juga mengandung

asam amino esensial yang lengkap seperti tercantum dalam Tabel 2.

Protein kelapa berupa galendo merupakan ampas atau

residu produksi minyak kelapa melalui proses ekstraksi dari

kopra maupun fermentasi santan. Galendo ini pada umumnya

digunakan sebagai pakan ternak atau dijadikan bahan pengisi dari

beberapa jenis makanan. Kandungan protein galendo sekitar

20% dari bahan kering (Purwadaria 2004).

Pada pembuatan minyak klentik, galendo sebagai hasil

samping pada kadar air 13,8% memiliki kadar protein 22,2% dan

pada kadar air 7%, kadar proteinnya menjadi 43,8% dari daging

buah kelapa. Hasil galendo adalah 5,5% dari daging buah

kelapa, sehingga kadar protein galendo adalah 2,4% dari bahan

asal (Soemaatmadja et al. 1984).

Rindengan (1988) melaporkan bahwa hidrolisis santan

menggunakan NaOH 10% pada suhu 60 oC selama 30 menit

dan dilanjutkan dengan penambahan HCl pada skim kelapa

menghasilkan konsentrat dengan kadar protein 31,49%,

sedangkan hasil hidrolisis tepung kelapa oleh enzim bromelin

1% pada suhu 50 oC selama 5 jam memiliki kadar protein

46,63%.

Tabel 1. Komposisi daging buah dan krim santan kelapa

(% bk)

Komponen Daging Buah Krim SantanProtein 4,0 4,4Lemak 40,0 32,3

Karbohidrat 3,5 4,7Air 45,0 54,0Abu 0,2 3,3

Serat Kasar 7,3 1,7bk = bobot kering Sumber : FAO 2004Tabel 2 Komposisi asam amino dalam protein daging

buah kelapaAsam amino Konsentrasi (%)

Esensial :Isoleusin 2,50Treonin 2,30Lisin 5,80Metionin 1,43Fenilalanin 2,05Triptofan 1,25Valin 3,57Leusin 5,96Histidin 2,42Nonesensial:Arginin 15,92Tirosin 3,18Sistin 1,44Prolin 5,54Serin 1,76

Asam aspartat 5,12Asam glutamat 19,07

Sumber : Ketaren 1986

2.2 Galendo

Protein kelapa berupa galendo merupakan ampas atau

residu produksi minyak kelapa melalui proses ekstraksi dari kopra

maupun fermentasi santan. Hasil pengolahan daging buah kelapa

merupakan sumber potensial untuk mendapatkan protein yang

bernilai gizi tinggi dan mudah dicerna. Kandungan protein daging

buah kelapa muda, setengah tua, dan tua dalam 100 g daging buah

berturut - turut adalah sebesar 1,0 g, 4,0 g dan 3,4 g (Poedjiadi,

2006). Komposisi daging buah dan krim santan kelapa dapat

dilihat pada Tabel 1.

Tabel 3. Komposisi Daging Buah dan Krim Santan Kelapa

(%bk)

Komponen Daging buah Krim santanprotein 4,0 4,4lemak 40,0 32,3karbohidrat 3,5 4,7air 45,0 54,0abu 0,2 3,3serat kasar 7,3 1,7

Pada umumnya galendo digunakan sebagai pakan ternak

atau dijadikan bahan pengisi dari beberapa jenis makanan.

Kandungan protein galendo sekitar 20% dari bahan kering

(Purwadaria, 2004). Pada pembuatan minyak klentik, galendo

sebagai hasil samping pada kadar air 13,8% memiliki kadar protein

22,2% dan pada kadar air 7%, kadar proteinnya menjadi 43,8%

dari daging buah kelapa. Hasil galendo adalah 5,5% dari daging

buah kelapa, sehingga kadar protein galendo adalah 2,4% dari

bahan asal (Soemaatmadja dkk., 1984). Protein kelapa tidak

memiliki senyawa antinutrisi seperti yang terdapat pada protein

nabati lainnya (kacang - kacangan). Selain itu, daging buah kelapa

juga mengandung asam amino esensial yang lengkap seperti

tercantum dalam tabel 2

Tabel 4. Komposisi Asam Amino dalam Protein Daging

Buah Kelapa

Asam amino Konsentrasi (%)

essensial :isoleusin 2,50treonin 2,30

lisin 5,80metionin 1,43

fenilalanin 2,05triptofan 1,25

valin 3,57leusin 5,96

histidin 2,42non essensial :

arginin 15,92tirosin 3,18sistin 1,44prolin 5,54serin 1,76

asam aspartate 5,12asam glutamat 19,07

Kandungan kimia pada kelapa meliputi air, protein, dan

lemak. Galendo dapat diperoleh setelah perusakan komponen

emulsifier (protein), penyatu komponen air dan lemak. Emulsi

dapat dirusak dengan cara sentrifugasi, pengasaman, enzimatis,

atau pancingan. Setelah lemak, protein, dan air terpisah maka

dihasilkan minyak dan galendo sebagai sisa pengambilan minyak.

2.3 Enzim Papain

Papain (EC 3.4.22.2) merupakan salah satu enzim

hidrolase yang bersifat proteolitik hasil isolasi dari penyadapan

getah buah pepaya(Carica papaya,L). Selain mengandung papain

sebanyak 10%, getah buah pepaya juga tersusun atas enzim

kemopapain dan lisozim sebesar 20% dan 45% (Winarno 1986).

Papain tersusun atas 212 residu asam amino yang membentuk

sebuah polipeptida rantai tunggal dengan bobot molekul sebesar

23.000 Dalton (Harrison et al. 1997).

Aktivitas enzim papain ditandai dengan proses

pemecahan substrat menjadi produk oleh gugus histidin dan

sistein pada sisi aktif enzim. Beveridge (1996) memaparkan

bahwa selama proses katalisis hidrolisis gugus-gugus amida,

mula-mula gugus sistein (Cys-25) yang bersifat sangat reaktif

berikatan dengan substrat pada sisi aktif papain sehingga

dihasilkan ikatan kovalen substrat dengan enzim yang berbentuk

tetrahedral. Kemudian gugus histidin (His-159) terprotonasi

sehingga berikatan dengan nitrogen yang terdapat di dalam

substrat. Akibatnya gugus amin pada substrat terdifusi dan

kedudukannya digantikan oleh molekul-molekul air yang pada

akhirnya menghidrolisis hasil intermediet sehingga

mengembalikan enzim ke dalam bentuk dan fungsinya seperti

semula (Gambar 1).

Gambar 1. Mekanisme katalisis hidrolisis gugus amida oleh

enzim papain (Harrison et al. 1997)

Aktivitas enzim papain cukup spesifik karena papain

hanya dapat mengkatalisis proses hidrolisis dengan baik pada

kondisi pH serta suhu dalam kisaran tertentu. Kemampuan

papain pada sebagian besar substrat protein lebih ekstensif

daripada protease pankreas seperti tripsin dan pepsin (Leung

1996). Daya proteolitik papain sangat aktif pada suasana

reduktif, karena itu adanya penambahan bahan-bahan pereduksi

akan dapat meningkatkan aktivitas papain. Aktivitas papain dapat

diukur dengan beberapa metode antara lain metode

penggumpalan susu dengan satuan Milk Clotting Units

(MCU/mg), dan metode hidrolisis kasein dengan satuan Casein

Digestion Unit (CDU/mg) atau Tyrosine Unit (TU/mg) (Muhidin

1999; EDC 2001)

2.4 Heksana

Heksana adalah sebuah senyawa hidrokarbon alkana dengan

rumus C6H14. Heks menunjukkan bahwa terdapat enam karbon atom

dan akhiran ana menunjukkan bahwa heksana berasal dari golongan

alkana. Golongan alkana tidak memiliki ikatan rangkap, hanya

memiliki ikatan tunggal yang mengubungkan antara atom karbon.

Dalam keadaan standar senyawa ini merupakan cairan tak berwarna

yang tidak larut dalam air.

Tabel 5. Sifat Fisika dan Kimia n-heksana

Karakteristik Persyaratan

bobot molekulwarnawujud

titik leburtitik didihdensitas

86,2 gr/moltak berwarna

cair-95oc

69oc (pada 1 atm)0,6603 gr/ml pada 20oC

Sumber : Kastianti dan Amelia (2008)

2.5 Dapar Fosfat

Larutan dapar fosfat pH 7,2 buat dengan cara pencampuran

50 ml larutan kalium dihidrogen fosfat 0,2 M dengan 35mL larutan

natrium hidroksida 0,2 M. Kemudian dilakukan peneraan volume

hingga 200 mL dengan aquadest bebas karbondioksida

(Handayani, 2008)

2.5 Pemisahan Protein Kelapa

Protein kelapa yang digunakan pada penelitian ini berupa

galendo sebagai limbah dari industri VCO yang dikelola Pusat

Penelitian Kimia LIPI bersama mitra kerja. Teknik yang

digunakan pada kegiatan ini adalah proses fermentasi krim

santan menggunakan ragi tempe pada suhu 30 oC selama 24

jam. Proses fermentasi dinyatakan berjalan baik jika dari

campuran tersebut terbentuk tiga lapisan, yakni lapisan atas

berupa galendo berwarna putih, lapisan tengah yang jernih berupa

VCO, dan lapisan bawah berupa air seperti yang terlihat pada

Gambar 1. Minyak dipisahkan secara dekantasi untuk kemudian

di inkubasi selama 5 menit pada suhu lebih dari 60 oC untuk

mengendapkan partikel protein yang tersisa. Penyaringan minyak

dilakukan sehingga minyak yang diperoleh berwarna putih,

bening dan beraroma khas kelapa.

Galendo dipisahkan dari lapisan minyak dan air.

Sebagian besar kandungan minyak dipisahkan melalui

pengepresan dan ekstraksi. Pelarut yang dapat digunakan dalam

proses ekstraksi minyak antara lain hidrokarbon, dietil eter,

karbon disulfida, alkohol, triklor etilen serta heksana yang telah

dipergunakan secara luas (Anang 1991). Galendo yang telah

bebas minyak tersebut dikeringkan dan digiling sehingga

diperoleh tepung galendo yang akan dijadikan bahan baku

utama pembuatan hidrolisat protein.

Berdasarkan kelarutannya, Rindengan (1988) telah

menentukan bahwa protein daging buah kelapa tersusun dari

globulin, albumin, glutelin, prolamin, dan N non-protein.

Globulin adalah protein yang larut dalam asam kuat, alkali,

atau larutan garam encer, sedangkan albumin larut dalam air.

Kelarutan protein dipengaruhi oleh ukuran molekulnya dan hal

ini akan mempengaruhi proses hidrolisis. Rindengan (1988)

mengemukakan bahwa efisiensi ekstraksi protein kelapa selain

dipengaruhi oleh kelarutan protein, juga dipengaruhi oleh

perbandingan antara bahan baku dan pelarut, suhu, dan lamanya

ekstraksi serta penambahan garam. Hasil percobaan yang telah

dilakukannya menunjukkan bahwa kelarutan protein yang

minimum terjadi pada pH 3,9 dan 90% protein dan total

padatan akan larut pada pH 7,0.

2.6 Hidrolisat Protein

Protein berfungsi sebagai komponen struktural,

fungsional, dan reproduksi makhluk hidup. Protein sebagai

nutrisi berperan penting dalam menyediakan asam amino sebagai

unit pembangun bagi biosintesis protein kembali. Protein yang

terbentuk dibutuhkan untuk pertumbuhan bayi dan anak-anak

serta untuk mengganti protein tubuh yang terjadi secara tetap

pada orang dewasa. Asam amino juga merupakan prekursor

hormon, enzim, dan berbagai biomolekul lainnya. Oksidasi

kerangka karbon pada asam amino juga melengkapi sebagian

kecil kebutuhan total energi harian (Lehninger et al. 2004).

Hidrolisat protein merupakan suatu campuran asam

amino yang diperoleh melalui degradasi hidrolitik protein

dengan asam, basa, atau enzim proteolitik. Hidrolisis secara

parsial mampu memecah molekul protein menjadi beberapa

gugus asam amino maupun melalui pemutusan ikatan rantai

peptida (Rehm & Reed 1995). Hidrolisat umumnya mengandung

peptida dengan bobot molekul rendah terdiri atas 2 hingga 4

residu amino. Bila hidrolisis dilakukan dengan sempurna maka

akan diperoleh hidrolisat yang terdiri dari campuran 18 sampai

20 macam asam amino. Hidrolisis asam menggunakan asam keras

anorganik seperti HCl atauH2SO4 pekat dan dipanaskan pada

suhu mendidih dengan tekanan diatas 1 atm. Proses berlangsung

beberapa jam. Hidrolisis alkali, menggunakan alkalis keras

seperti NaOH dan KOH pada suhu tinggi, dilakukan beberapa

jam dan dengan tekanan diatas 1 atm. Penambahan asam

maupun basa pada proses hidrolisis dapat merusak beberapa

gugus asam amino serta menghasilkan senyawa karsinogenik.

Davidex et al. (1990) melaporkan bahwa hidrolisis secara

kimia menyebabkan destruksi triptofan serta pelepasan amonia

pada pemecahan gugus amida asparagin dan glutamin menjadi

asam aspartat dan asam glutamat. Selain itu gugus amino

hidroksin (serin dan treonin) mengalami kerusakan sekitar 5-

10%, sedangkan sistein, asam aspartat, asam glutamat, lisin,

arginin, tirosin dan prolin terdegradasi sebagian. Williams (1998)

mengemukakan bahwa hidrolisis protein dengan konsentrasi HCl

yang tinggi disertai suhu tinggi dapat menyebabkan terjadinya

rasemasi asam amino dari L-asam amino menjadi D-asam

amino yang tidak dibutuhkan oleh tubuh, bahkan terkadang

menjadi racun. Selain itu, produk yang dihasilkan menjadi

sangat asam. Penggunaan alkali untuk menetralkan sampai pH 7

menyebabkan hidrolisat protein mengandung sejumlah garam

yang akan menurunkan kualitas dan nilai biologis protein

(Bucci & Unlu 2000).

Dasar proses hidrolisis enzimatis adalah pemutusan ikatan

peptida oleh enzim dengan bantuan air. Hidrolisis ikatan peptida

dapat meningkatkan jumlah gugus terionisasi dan sisi hidrofilik

karena membukanya molekul protein, umumnya meningkatkan

kelarutan dan menurunkan viskositas dan diamati dengan

meningkatnya derajat hidrolisis (Zayas 1997). Giese (1994)

menyebutkan protease mengkatalisis pemutusan ikatan peptida

yang akan menghasilkan unit peptida dan molekul lebih kecil

yang akan mudah larut. Hidrolisis secara luas oleh protease non-

spesifik seperti papain menyebabkan kelarutan yang lebih tinggi

pada protein yang sukar larut. Protein dengan nilai kelarutan

tinggi mengindikasikan protein yang serbaguna dan potensial

dalam sistem pangan.

BAB 2. TINJAUAN PUSTAKA

2.1 Air Kelapa

Air kelapa mempunyai potensi yang baik untuk dibuat menjadi

minuman fermentasi, karena kandungan zat gizinya, kaya akan

nutrisi yaitu gula, protein, lemak dan relatif lengkap sehingga sangat

baik untuk pertumbuhan bakteri penghasil produk pangan. Air

kelapa mengandung sejumlah zat gizi, yaitu protein 0,2 %, lemak

0,15%, karbohidrat 7,27 %, gula, vitamin, elektrolit dan hormon

pertumbuhan. Kandungan gula maksimun 3 gram per 100 ml air

kelapa. Jenis gula yang terkandung adalah sukrosa, glukosa, fruktosa

dan sorbitol. Gula-gula tersebut menyebabkan air kelapa muda lebih

manis dari air kelapa yang lebih tua. (Warisno, 2004).

Air kelapa juga mengandung mineral seperti kalium dan

natrium. Mineral-mineral itu diperlukan dalam poses metabolisme,

juga dibutuhkan dan pembentukan kofaktor enzim-enzim

ekstraseluler oleh bakteri pembentuk selulosa. Selain mengandung

mineral, air kelapa juga mengandung vitamin-vitamin seperti

riboflavin, tiamin, biotin. Vitamin-vitamin tersebut sangat

dibutuhkan untuk pertumbuhan maupun aktivitas bakteri atau yeast

pada saat fermentasi berlangsung. Berikut komposisi air kelapa yang

disajika pada table 1.

Tabel 1. Komposisi air kelapa muda dan kelapa tua

(Palungkun, 1992)

Sumber Air Kelapa (dalam 100 g) Air Kelapa Muda Air Kelapa Tua

Kalori 17 -

Protein 0,2 0,14

Lemak 1 1,5

Karbohidrat 3,8 4,6

Kalsium 15 -

Fosfor 8 0,5

Besi 0,2 -

Air 95,5 91,5

Bagian Yang Dapat Dimakan 100 -Air kelapa mengandung unsur kimia yang penting bagi

pertumbuhan mikroorganisme. Hal ini menyebabkan air kelapa

dapat dimanfaatkan untuk produksi protein sel tunggal (PST), nata

de coco dan cuka kelapa (Coco vinegar).

2.2 Asam Asetat (Cuka)

Cuka adalah pelengkap makan yang sangat umum ditemukan

di seluruh dunia, bahkan sering dihidangkan disamping garam pada

meja makan. Banyak masakan Indonesia menggunakan cuka untuk

tambahan rasa atau membantu pengolahan pangan atau untuk fungsi

pengawetan, mulai dari baso, acar hingga saos tomat, menggunakan

cuka. Sehingga tidak heran jika cuka menjadi produk pangan yang

memiliki pasar permintaan sebesar 68 juta liter per tahun.

Produksi cuka melibatkan proses fermentasi yang sangat

sederhana, lebih sederhana dari fermentasi alkolhol, karena

dibutuhkannya oksigen dalam proses fermentasi cuka. Produksi

cuka-pun sangat mudah karena dapat diproduksi dari hampir semua

jenis pangan cair (atau minuman) yang mengandung gula, namun

proses fermentasi akan lebih cepat berjalan jika cairan tersebut telah

mengandung alkohol. Sehingga seringkali produsen minuman

beralkohol sering gagal karena minumannya berubah menjadi cuka

ketika terkena udara yang mengandung oksigen. Sehingga sangat

memungkinkan memproduksi cuka dari air kelapa, yang sudah

sangat umum berjalan di negeri Filipina.

Kegunaan cuka bukan hanya terletak pada pangan, namun

cuka sudah dikenal sebagai bahan antiseptik, bahan pembersih (cuka

bersifat asam dan korosif), penghilang bau dan pengawet pada

pangan.

Gambar 1. Struktur kimia asam asetat

2.3 Cuka Kelapa

Cuka air kelapa merupakan produk alami yang dihasilkan dari

alkohol hasil fermentasi air kelapa dan diperkaya gula. Cuka kelapa

mengandung asam asetat 3-4 gr per 100 ml pada suhu 20°C dan

tidak boleh mengandung ethanol 0,5% dari volume dan digunakan

sebagai komoditas yang sangat diperlukan dalam setiap rumah

tangga. Cuka berasal dari fermentasi air kelapa dapat diproduksi

baik di komersial skala pabrik atau sebagai industri rumahan.

Sebagai produk makanan non-sintetis, cuka air kelapa banyak

disukai sebagai meja bumbu, atau sebagai bahan dalam pengolahan

makanan.

Dalam memproduksi cuka dari air kelapa membutuhkan

penambahan gula sebesar 10-12%, karena kandungan gula yang

rendah pada air kelapa (hanya mengandung 2.6% gula). Fermentasi

cuka dimulai pada saat terbentuk 5% etanol pada air kelapa tapi hal

ini akan sedikit mengalami masalah Halal jika pada awalnya air

kelapa disengaja difermentasikan untuk menghasilkan etanol

(alkohol). Cara lain adalah dengan memberi starter (Acetobacter

aceti) secara langsung tanpa melakukan tahap fermentasi alkohol

terlebih dahulu, sehingga fermentasi alkohol spontan yang terjadi

dapat langsung terfermentasi menjadi asam asetat.

Cuka kelapa merupakan produk hasil fermentasi yang tidak

mengandung zat berbahaya atau logam berat, seperti pada salah satu

proses pembuatan asam asetat secara sintetik yang menggunakan

logam berat sebagai katalis (Tjokroadikoesoemo, 1993). Cuka

kelapa sebagai produk fermentasi mempunyai banyak keunggulan

dibandingkan dengan asam cuka atau asam asetat sintetik, karena

asam asetat sintetik tidak mempunyai senyawa-senyawa asetoin,

diasetil, etanol dan beberapa macam ester asetat (Adams, 1985;

Kunkee and Amerine, 1970).

Gambar 2. Produk Cuka Kelapa

2.4 Pembuatan Cuka Kelapa

Produksi cuka dari air kelapa secara sederhana terdiri dari

beberapa tahapan. Tahap pertama adalah persiapan bahan baku air

kelapa yang membutuhkan penyaringan untuk meghilangkan

kotoran yang ikut terbawa, dan dilanjutkan dengan pasteurisasi

untuk membunuh bakteri patogen yanng berbahaya, dan

pendinginan. Tahap kedua adalah peningkatan kadar gula untuk

memungkinkan fermentasi berjalan, dan pencampuran dengan

starter.

Starter adalah campuran cuka yang telah mengandung bakteri

asetat penghasil asam asetat (Acetobacter aceti) yang dicampurkan

dengan air kelapa untuk memulai fermentasi menghasilkan cuka.

Tahap berikutnya adalah fermentasi untuk menghasilkan asam

asetat, dan pada tahapan ini diperlukan supply udara (oksigen) yang

tepat untuk menjamin kondisi fermentasi yang optimum. Pemanenan

cuka mengandung 4-5% asam cuka untuk dikemas (pembotolan) dan

pasteurisasi untuk membunuh bakteri asetat tersbut.

Fermentasi merupakan proses adanya aktivitas

mikroba yang menyebabkan perubahan sifat pangan sebagai akibat

dari pemecahan kandungan bahan pangan dimana tergantung pada

jenis bahan pangan (substrat), jenis mikroba dan kondisi sekitar

yang mempengaruhi pertumbuhan dan metaboisme mikroba tersebut

untuk memproduksi biomassa sel atau metabolit seoptimal mungkin.

Dalam fermentasi untuk menghasilkan cuka kelapa (coco

vinegar) terdapat dua kali fermentasi, antara lain slkoholisasi dan

asetifikasi. Tahap fermentasi alkohol untuk memproduksi cuka

kelapa dilakukan dengan mencampur starter Saccharomyces

cerevisiae dengan media air kelapa. Saccharomyces cereviseae

merupakan mikroba anaerob yang dapat bekerja optimal apabila

tidak ada oksigen. Proses fermentasi terjadi pada kondisi pH 4-5

dengan suhu ± 30oC (suhu kamar) selama 24 jam. Produksi alkohol

yang tinggi dicapai pada awal fermentasi, saat konsentrasi glukosa

masih tinggi (24 jam) karena diketahui bahwa alkohol merupakan

produk yang dihasilkan seiring dengan pertumbuhan sel.

Tahap fermentasi selanjutnya adalah proses asetifikasi untuk

mengubah alcohol menjadi asam asetat oleh Acetobacter aceti

secara aerob dengan suhu ± 30oC selama 12 jam. Oleh karena itu, fermentasi cuka kelapa melibatkan 2 kelompok mikroba yang diharapkan tumbuh secara spontan. Kelompok pertama adalah khamir (yaest) yang memanfaatkan gula yang ada dalam air kelapa untuk dirombak menjadi alkohol. Kelompok kedua yaitu bakteri asam asetat (Acetobacter) yang memanfaatkan alkohol menjadi asam asetat (cuka), hal ini berlangsung ketika temperatur air kelapa antara 29 – 350 C (Melliawati, R. 2007).

Berikut merupakan alur reaksi dalam tahapan fermentasi cuka kelapa, yaitu:1. Tahap pertama terjadi perombakan glukosa

menjadi alkohol oleh aktivitas Saccharomyces cereviseae

C6H12O6 2CH3CH2OH + 2CO2

2. Tahap kedua adalah asetifikasi oleh bakteri asam asetat

CH3CH2OH + O2 CH3COOH + H2O

Pada fermentasi pembentukan asam asetat terdapat

perubahan etanol menjadi asam asetat dengan pembentukan

asetaldehid sebagai berikut :

CH3CH2OH + ½ O2 CH3CHO + H2O

(Etanol) (Asetaldehid)

CH3CHO + ½ O2 CH3COOH

(Asetaldehid) (Asam asetat)

BAB 2. TINJAUAN PUSTAKA

2.1 Cocoa Butter Substitute (CBS)

Cocoa butter atau lemak kakao atau dikenal dengan bahan

baku utama dalam pembuatan cokelat batang akan tetapi harganya

sangat mahal. Dampak dari hal tersebut adalah harga jual produk

yang tinggi sehingga tidak semua kalangan dapat membeli produk

tersebut. Alternatif dalam menekan harga produk pembuatan cokelat

batang yaitu dengan mengganti cocoa butter dengan lemak sejenis

yang memiliki struktur kimia dan fisik yang sama walaupun tidak

kompatibel (Permatasari, 2012).

Cocoa butter substitute (CBS) merupakan salah satu lemak

pengganti cocoa butter, walaupun memiliki karakteristik yang tidak

kompatibel dengan cocoa butter akan tetapi memiliki harga yang

lebih murah. Menurut Elisabeth (2008), cocoa butter substitute

(CBS) lebih ditujukkan pada produk lemak yang yang menggunakan

minyak non laurat dari inti sawit. Penggunaan cocoa butter

substitute dalam pembuatan produk cokelat walaupun tidak

kompatibel dengan cocoa butter dapat menghasilkan kualitas produk

cokelat hampir sama dengan cokelat menggunakan cocoa butter

(Permatasari, 2012).

2.2 Bahan Baku

2.2.1 CBS dari Kelapa Sawit

RBDPO kaya akan asam palmitat dan asam oleat berwujud

semi padat dan pada 20°C membentuk padatan sehingga dapat

digunakan untuk memperbaiki kualitas kelembutan dari coklat. PKO

kaya akan asam laurat dan asam miristat, dengan asam lemak jenuh

lebih dari 50 persen dan sedikit asam lemak tidak jenuh sehingga

memiliki kestabilan oksidasi yang lebih tinggi (Tarigan, 2005).

RBDPO mengandung asam lemak jenuh dan tidak jenuh yang

hampir sama sehingga hal ini mempengaruhi sifat fisik dari RBDPO

yang bersifat semi padat pada suhu kamar. PKO memiliki komposisi

asam lemak jenuh yang rantai karbonnya pendek dalam jumlah yang

besar dan sedikit asam lemak tidak jenuh. Keadaan ini menyebabkan

PKO memiliki daya tahan tinggi terhadap oksidasi dan titik leburnya

tidak begitu tinggi (26°C) sehingga cair pada temperature kamar

(Tarigan, 2005).

2.2.2 CBS dari Minyak Kelapa dan Stearin Kelapa Sawit

a. Stearin

Stearin sawit merupakan fraksi padat yang dihasilkan

dari proses fraksinasi minyak sawit setelah melalui pemurnian.

Karakteristik fisik stearin sawit bersifat padat pada suhu ruang,

berbeda dengan olein sawit yang bersifat cair pada suhu ruang.

Stearin sawit lebih didominasi oleh asam lemak palmitat (C16)

sebesar 47,2-73,8 % dan asam lemak oleat (C18:1) sebesar

15,6-37 %.

b. Minyak Kelapa

Minyak kelapa dikenal terdiri atas lebih dari 90% asam

lemak jenuh (Banzon and Velasco, 1982; Levitt, 1967; Banzon

et al., 1990). Minyak kelapa tua terdiri dari 48.2% asam laurat

(C12:0) dan 16.6% asam miristat (C14:0) yaitu asam lemak

berantai sederhana yang baik untuk kesehatan.

2.3 Teknologi Pembuatan Cocoa Butter Substitute dari Minyak

Kelapa Sawit dengan Cara Hidrogenasi

2.3.1 Fraksinasi

Kristalisasi fraksional, yang umumnya dikenal dengan

istilah fraksinasi, adalah proses modifikasi minyak/lemak tertua

dan telah mendasari pengembangan industri produk olahan lemak

dan minyak makan modern. Pengolahan minyak yang secara

komposisional bersifat heterogen menjadi fraksi yang lebih

homogen dengan nilai tambah yang tinggi selalu menjadi

tantangan dalam teknologi fraksinasi. Ada banyak metode

fraksinasi yang dapat diterapkan dalam penyiapan bahan baku

produk olahan berbasis minyak, tetapi yang paling sederhana dan

banyak dipakai adalah fraksinasi kering.

Proses fraksinasi dapat memisahkan minyak atau lemak

menjadi fraksi-fraksi yang mempunyai sifat fisika yang berbeda

dari bentuk aslinya. Pemisahan fraksi minyak atau lemak

didasarkan pada kelarutannya dalam komponen trigliserida.

Perbedaan kelarutan secara langsung berhubungan dengan tipe

trigliserida didalam sistem lemak. Tipe trigliserida ditentukan

oleh komposisi asam lemaknya dan distribusi asam lemak dalam

masing-masing molekul trigliserida. Komponen minyak atau

lemak yang berbeda titik lelehnya dapat dipisahkan dengan cara

kristalisasi dan filtrasi untuk memisahkan minyak atau lemak

didasarkan pada jenis produknya (Silalahi (1999) dalam Sundari

(2011)).

Ada dua tujuan utama dari aplikasi fraksinasi: (i)

menghilangkan bentuk fraksi dari minyak dan lemak yang tidak

diinginkan dan (ii) menghasilkan fraksi yang bermanfaat dan

memiliki sifat yang unik. Ada tiga proses fraksinasi yang umum

digunakan yaitu dry fractionation, detergent fractionation, dan

solvent fractionation. Pada dry fractionations, prosesnya

didasarkan pada pendinginan dibawah kondisi yang dikontrol

untuk kristalisasi yang lambat dengan tidak adanya pelarut.

Solvent fractionation didasarkan pada perbedaan kelarutan dari

gliserida pada suhu yang diberikan (Silalahi, 1999) dalam

Sundari (2011)).

Melalui fraksinasi, minyak dapat dipisahkan sebagai fraksi

cair (olein) dan fraksi padat (stearin) jika dikenakan perlakuan

dingin yang terkendali. Fraksi olein dan stearin masing-masing

mempunyai karakteristik fisikokimia yang berbeda dan memiliki

aplikasi khusus yang berbeda pula. Stearin minyak kelapa banyak

dimanfaatkan sebagai bahan baku industri oleokimia, margarin

dan confectionary, dan cocoa butter substitutes, sedangkan olein

banyak dimanfaatkan sebagai minyak salad, minyak goreng

dengan stabilitas oksidatif yang tinggi dan minyak sumber MCT

(Matulka et al., 2006)

Prinsip Kerja fraksinasi kering dengan memanfaatkan sifat-

sifat kristalisasi dari trigliserida atau triacyl glycerol (TAG)

penyusun lemak tersebut. Sifat-sifat kristalisasi yang dimaksud,

diantaranya adalah perbedaan titik leleh, karakteristik polimorfik,

dan komposisi campuran TAG. Ketiga sifat TAG ini disebut

sebagai karakter fase dari TAG. TAG minyak yang paling awal

mengalami perubahan wujud menjadi padat saat didinginkan

adalah yang memiliki rantai atom paling panjang, sementara

MCT masih berwujud cair. MCT memerlukan perlakuan

pendinginan yang lebih intens dengan waktu yang lebih lama

untuk dapat terkristalisasi. Oleh karena itu, pendinginan minyak

kelapa dengan prosedur tertentu (fraksinasi kering) dapat

digunakan untuk menghasilkan fraksi minyak dengan kandungan

MCT tinggi (Matulka et al., 2006).

MCT yang berasal dari minyak kelapa cocok digunakan

untuk bahan baku pembuatan cocoa butter substitutes (CBS)

karena mengandung asam laurat yang dominan. MCT jenis ini

dapat diperoleh baik dari fraksi olein maupun stearin minyak

kelapa pada perlakuan suhu dingin dan lama proses kristalisasi

yang tertentu. Karakterisasi seluruh produk fraksinasi perlu

dilakukan untuk memastikannya (Matulka et al., 2006).

2.3.2 Refinery

Refinery adalah untuk memurnikan Crude Palm Oil (CPO)

sehingga didapat kualitas Refined Bleached Deodorized Palm Oil

(RBDPO), yang melalui tahapan pre-Treatment dan deodorisasi.

Proses Pre-Treatment terdiri dari proses penghilangan gum

dengan suhu 80 oC (degumming) dengan cara penambahan asam

phosfat (POH 80%) untuk menghasilkan Degumming Palm Oil

(DPO) dan kemudian dilakukan adsorptive bleaching pada suhu

100 oC dengan menggunakan (bleaching earth , selanjutnya

disaring dengan menggunakan filter untuk menghasilkan

Degumming Bleached Palm Oil (DBPO) dan membuang spenth

earth yang berasal dari sisa bleaching earth, sedangkan pada

tahap deodorisasi meliputi proses pemisahan Free Fatty Acid

(FFA), penghilangan zat-zat penyebab bau dan pemecahan

senyawa karoten secara thermal dengan pemanasan 262 0C

(Siahaan dan Hasibuan, 2012).

2.3.3 Hidrogenasi

Hidrogenasi adalah proses pengolahan minyak atau lemak

dengan jalan menambahkan hydrogen pada ikatan rangkap dari

asam lemak, sehingga akan mengurangi tingkat ketidakjenuhan

minyak atau lemak. Proses hidrogenasi, terutama bertujuan untuk

membuat minyak atau lemak bersifat plastis (Ketaren, 2005)

dalam Situmorang (2015).

Mekanisme atom-atom H2 mengeliminasi unsaturated fatty

acid (carbon ikatan rangkap), dengan pengurangan atau

penghilangan unsaturated fatty acid produk menjadi lebih stabil

atau tahan terhadap oksidasi. Dari proses Hidrogenasi diperoleh

nilai titik leleh atau melting profile tertentu yang dapat dilihat

dari kandungan lemak padat atau SFC (Solid Fat Content) hasil

analisa produknya (Ketaren, (2005) dalam Situmorang (2015)).

Ikatan-ikatan rangkap pada lemak dan minyak tak-jenuh

cenderung membuat gugus-gugus yang ada di sekitarnya tertata

dalam bentuk "cis". Suhu tinggi yang digunakan dalam proses

hidrogenasi cenderung mengubah beberapaikatan C=C menjadi

bentuk "trans". Jika ikatan-ikatan khusus ini tidak dihidrogenasi

selama proses, maka mereka masih cenderung terdapat dalam

produk akhir lemak membentuk molekul-molekul lemak

trans.Reaksi hidrogenasi parsial dengan mengaddisi gas hidrogen

memakai katalis Ni dapat dilihat pada Gambar 2.

a. Pembentukan cis dan trans hasil hidrogenasi parsial.

Unsaturated triglyceride + H2 saturated triglyceride

b. Bentuk molekul cis dan trans dari hasil hidrogenasi parsial.

Reaksi hidrogenasi merupakan reaksi yang bersifat eksotermis.

Proses hidrogenasi melibatkan beberapa parameter penting yang

perlu dikontrol, misalnya suhu, jumlah katalis, tekanan gas dan

jumlah gas yang digunakan (volume gas). Dengan mempelajari

kondisi proses hidrogenasi maka diharapkandapat diperoleh

karakteristik produk hasil hidrogenasi yang sesuai dengan

spesifikasi yang diinginkan. Untuk mempercepat hidrogenasi pada

reaktor

Gambar 3.

Katalis yang sering dipakai untuk proses hidrogenasi adalah

Nikel (Ni). Keuntungan menggunakan Nikel antara lain adalah

ketersediaannya dan lebih murah bila dibandingkan katalis lain.

Secara umum, reaksi kimia yang terjadi pada hidrogenasi adalah:

Oil + Catalyst Oil-Catalyst (complex)

Oil-Catalyst (complex) + H2 Hydrogenated Oil + Catalyst

Gambar 2.1 Pembentukan cis / trans hasil HidrogenasiGambar 2.2 Struktur cis dan trans asam oleat

Langkah reaksi addisi gas hidrogen terdiri dari langkah 1 dan

2 seperti terlihat dibawah ini : membentuk minyak – katalis

(kompleks). Gas hidrogen diadsorbsipada permukaan katalis.

Gas H2 diserap pada permukaan katalis Ni secara parsial

atau penuh

sehingga terjadi perpisahan ikatan atom H --- H

Ikatan π pada alkene membentuk kompleks dengan logam

Ni.

Oil + Catalyst Oil-Catalyst (kompleks).

2.4 Teknologi Pembuatan Cocoa Butter Substitute dari Minyak

Kelapa dan Stearin Kelapa Sawit

Kandungan terbanyak mentega coklat merupakan gabungan

trigliserida, misalnya palmitat-oleatstearat (POS), stearat-oleat-

stearat (SOS) dan, pamitat-oleat-palmitat yang dapat diperoleh

melalui pertukaran posisi pada molekul trigliserida dalam proses

interesterifikasi. Pemikiran pembuatan pengganti mentega coklat

dengan cara interesterifikasi minyak nabati dapat dilakukan secara

reaksi kimia maupun bioteknologi. Secara reaksi kimia dengan

menggunakan katalis sedangkan secara bioteknologi dengan

menggunakan enzim. Penggunaan reaksi interesterifikasi dilakukan

untuk mencegah terjadinya asam lemak trans yang dapat

menyebabkan penyakit jantung koroner, (Oveser, cs, 1998).

Untuk menghasilkan CBS dari minyak kelapa, RBDPS dan

asam lemak omega3 maka dilakukan proses interesterifikasi untuk

mencegah terjadinya asam lemak trans yang dapat menyebabkan

penyakit jantung koroner, (Oveser, cs, 1998). Interesterifikasi adalah

pertukaran antara satu asam lemak dengan asam lemak yang lain

didalam molekul trigliserida atau antara trigliserida yang dapat

mengubah sifat kimia dan fisika pada lemak dan hal ini hanya dapat

terjadi apabila terdapat katalis. Proses interesterifikasi dengan

adanya katalis natrium metoksida dapat mempertukarkan gugus asil

dari kedua trigliserida jenuh dan tidak jenuh. Sehingga akan terjadi

perubahan trigliserida rantai panjang pada stearin kelapa sawit

menjadi trigliserida yang berantai lebih pendek, ini akan

mempermudah penyerapan trigliserida oleh tubuh. Asam lemak

laurat pada kelapa akan berinteraksi dengan palmitat pada stearin,

sehingga pengganti lemak kakao yang diperoleh akan lebih baik

kepadatannya pada suhu kamar, memiliki stabilitas oksidasi dan

tekstur yang baik serta citarasa yang lebih baik dan mencair pada

suhu tubuh. Selain itu asam lemak omega 3 juga berpengaruh

terhadap perpendekan rantai stearin kelapa sawit. Proses

interesterifikasi yang dapat dilihat dari mekanisme reaksi berikut:

(Hamilton,R.J, 1989)

Gambar 2. Reaksi Interesterifikasi

Minyak kelapa termasuk golongan minyak nabati, memiliki

trigliserida yang mengandung 47% asam laurat, dan banyak

mengandung asam lemak jenuh (> 50%, C6:0 – C12: 0) dan sedikit

asam lemak tidak jenuh, sehingga memiliki kestabilan oksidasi yang

lebih tinggi. (Richard , 1998). Minyak kelapa, diketahui memiliki

komposisi yang mirip dengan minyak inti sawit, hanya saja

kandungan asam oleatnya lebih rendah, sehingga kandungan lemak

padat pada suhu kamar relatif lebih tinggi. (Petrauskalte, 2000).

Asam lemak omega 3 merupakan asam lemak tidak jenuh dengan

beberapa ikatan rangkap. Omega3 sangat baik untuk kesehatan dan

kecerdasan otak. Dengan menggabungkan ketiga bahan tersebut,

diharapkan akan diperoleh pengganti lemak kakao yang padat pada

suhu kamar dan mencair pada suhu tubuh. Proses ini dilakukan

dengan interesterifikasi antara trigliserida pada minyak kelapa yang

mengandung 47% asam laurat dengan stearin kelapa sawit yang

banyak mengandung 57% asam palmitat dengan etil ester asam

lemak ikan Sardencis. Sehingga akan terjadi perubahan trigliserida

rantai panjang pada stearin kelapa sawit menjadi trigliserida yang

berantai lebih pendek, ini akan mempermudah penyerapan

trigliserida oleh tubuh. Asam lemak laurat pada kelapa akan

berinteraksi dengan palmitat pada stearin, sehingga pengganti lemak

kakao yang diperoleh akan lebih baik kepadatannya pada suhu

kamar, memiliki stabilitas oksidasi dan tekstur yang baik serta

citarasa yang lebih baik dan mencair pada suhu tubuh.

2.1 Selulosa

Selulosa ialah glukosan yang banyak terdapat di dalam tubuh

tumbuh – tumbuhan, zat ini merupakan konstituen pokok tiap – tiap

dinding sel. Hidrolisis dengan pertolongan enzim selulosa

menghasilkan disakarida selobiosa. Selulosa tidak dapat dicerna oleh

alat–alat percernaan mamalia (termasuk juga manusia).

(Dwidjoseputro, 1983 ).

Selulosa merupakan homopolisakarida linear tidak

bercabang, terdiri dari 10.000 atau lebih unit D – glukosa yang

dihubungkan oleh ikatan β-1,4 glikosida. Beberapa jenis bakteri,

jamur dan beberapa invertebrate seperti termitidae (rayap) memiliki

enzim selulosa, sehingga mereka dapat mencerna selulosa

(Lehninger,1988).

Selulosa lebih sukar diuraikan dan mempunyai sifat – sifat

sebagai berikut : memberi bentuk atau struktur pada tanaman, tidak

larut dalam air dingin maupun air panas, tidak dapat dicerna oleh

pencernaan manusia sehingga tidak dapat menghasilkan energi.

Selulosa terdapat pada bagian – bagian yang keras dari biji kopi atau

kulit kacang dan hamper semua buah – buahan dan sayur-sayuran

(Winarno,1995). Struktur selulosa terdiri dari 60-70% kristalin dan

30-40% amorphous, sehingga tidak mudah dihidrolisis, tidak larut

dalam asam, maupun basa pada suhu kamar (Kirk-Othmer, 1952).

Selulosa merupakan komponen utama penyusun dinding sel

tanaman dan hampir tidak pernah ditemui dalam keadaan murni

dialam melainkan berikatan dengan lignin dan hemiselulosa

membentuk lignoselulosa. Lignin berikatan dengan hemiselulosa

melalui ikatan kovalen namun ikatan yang terjadi antara selulosa

dan lignin belum diketahui secara lengkap. Adanya lignin

disekeliling selulosa merupakan hambatan utama dalam

menghidrolisis selulosa. Selulosa terproteksi dari degradasi dengan

adanya lignin. Selulosa tidak dapat dihidrolisis kecuali lignin

dilarutkan dan dihilangkan (Lynd, 2002). Berikut merupakan rumus

struktur selulosa :

2.1.1 Hidrolisis Selulosa

Hidrolisis lengkap dengan HCl hanya menghasilkan D-

glukosa. Disakarida yang terisolasi dari selulosa yang terhidrolisis

Gambar 2. Struktur molekul selulosa

sebagian adalah selobiosa, yang dapat dihidrolisis lebih lanjut

menjadi D-glukosa dengan suatu katalis asam atau enzim (Fenzel,

1995).

2.1.2 Hidrolisis selulosa secara kimiawi

Hidrolisis selulosa dengan asam berlangsung bertahap

melalui reaksi sebagai berikut :

Dalam hal ini asam (asam sulfat, asam klorida dan asam

perklorat) menghidrolisis selulosa menjadi glukosa secara acak

artinya tidak ada pola tertentu dalam pemutusan ikatan glikosida

yang terdapat dalam selulosa.

Degradasi selulosa secara kimiawi dapat dilakukan melalui

proses hidrolisis dengan katalisator asam. Mekanisme reaksi yang

terjadi melalui beberapa tahap (Qian Xiang, 2003), yaitu:

(a) Proton dari asam berinteraksi secara cepat dengan ikatan

glikosida. Oksigen yang menghubungkan dua molekul

glukosa dan membentuk suatu asam konjugat.

(b) Pemotongan ikatan C-O dan pemecahan asam konjugat

menjadi cincin ion karbonium.

(c) Penambahan H2O akan melepaskan molekul glukosa dan

proton. Hidrolisis selulosa dengan katalis asam sulfat

dibedakan menjadi dua cara

(Oregon cellulose-ethanol study), yaitu:

(a) Dengan H2SO4 encer (kadar 1%): pada 215oC dan

tekanan > 1 atm dengan waktu beberapa menit,

menghasilkan konversi sekitar 50% dengan hasil

samping berupa furfural.

(b) Dengan H2SO4 pekat (kadar 70%): pada 100oF dan

tekanan rendah selama 2- 6 jam, berpotensi

menghasilkan konversi sebesar 90%.

Kelemahan proses hidrolisis secara kimia adalah:

membutuhkan energi yang cukup besar, menghasilkan hasil samping

berupa furfural, membutuhkan proses netralisasi, dan membutuhkan

peralatan yang tahan korosi.

2.1.3 Hidrolisis selulosa secara enzimatis

Reese, et al (1950) menyatakan bahwa hidrolisis selulosa

diawali dengan tahap aktivasi dan diikuti serangkaian reaksi

hidrolisis sebagai berikut :

Lignoselulosa juga dapat didegradasi oleh enzim selulase

menjadi glukosa dan xylosa. Enzim selulase dapat diproduksi oleh

beberapa mikroorganisme seperti bakteri dan jamur. Jamur dengan

genus Trichoderma dan Aspergillus merupakan mikroorganisme

terpopuler sebagai penghasil enzim selulase komersial (Peig et al,

dalam Sukadarti et al., 2010).

Ada tiga enzim yang berperan di dalam perombakan selulosa

menjadi glukosa, yaitu:

(a) Enzim endoglukanase, berfungsi memotong rantai glukosa

yang panjang menjadi rantai yang lebih pendek secara acak

(b) Enzim cellobiohydrolase, berfungsi memotong setiap dua

rantai glukosa (selobiosa), dimulai dari rantai nomor satu

(rantai terakhir) glukosa.

(c) Enzim β-glukosidase, berfungsi memotong selobiosa

menjadi molekul-molekul glukosa.

Produk dari pemecahan selulosa oleh enzim endoglukonase

menjadi substrat bagi enzim cellobiohydrolase, dan produk hasil

pemecahan enzim cellobiohydrolase, yaitu selobiosa, menjadi

substrat bagi enzim β-glukosidase. Mekanisme degradasi

lignoselulosa oleh enzim endoglukanase dan enzim

cellobiohydrolase ditunjukkan pada Gambar 3.

Keberhasilan hidrolisis selulosa menggunakan enzim atau

mikrobia sangat ditentukan oleh: derajat kristalin selulosa,

komposisi enzim selulase, luas permukaan kontak, rasio antara

inokulum dengan substrat, dan kemurnian substrat. Menurut Sarkar

(2004), lignoselulosa dengan derajat kristalin tinggi lebih sulit untuk

didegradasi dibandingkan struktur amorphous. Penggilingan

selulosa dapat menaikkan laju degradasi karena menurunkan derajat

kristalin dan memperluas permukaan kontak selulosa–enzim.

Komposisi enzim selulase atau enzim yang dihasilkan oleh

Trichoderma reesei sangat berpengaruh terhadap laju degradasi

selulosa; sedangkan komposisinya dipengaruhi oleh kondisi seperti

pH, pengadukan, dan aerasi. Pada pH mendekati 4, Trichoderma

reesei cenderung memproduksi selulase dan pada pH 7 cenderung

memproduksi xylanase. Pengadukan optimum untuk pertumbuhan

Trichoderma reesei adalah 200 rpm dan aerasi yang baik didapat

Gambar 3. Mekanisme degradasi lignoselulosa oleh enzim endoglukanase dan

enzim cellobiohydrolase

pada kisaran 0,5-1 vvm (volume udara per volume medium per

menit) (Hairong, 2004).

Hidrolisis lignoselulosa oleh enzim selulase dihambat oleh

terbentuknya selobiosa dan glukosa. Selobiosa menghambat kerja

enzim cellobiohydrolase dan glukosa akan menghambat kerja enzim

β-glukosidase. Daya hambat dari produk sangat dipengaruhi oleh

rasio antara konsentrasi enzim dengan konsentrasi substratnya

(Sarkar, 2004).

Keberadaan lignin dalam substrat akan menurunkan laju

degradasi selulosa, karena lignin dapat mengadsorpsi enzim selulase

sehingga akan mengurangi jumlah enzim yang diadsorpsi oleh

selulosa dan hemiselulosa. Proses delignifikasi dapat dilakukan

dengan melarutkan lignin dalam asam, basa, senyawa organik,

enzim lignolitik. Pemanasan dapat menguraikan lignin menjadi

senyawa-senyawa aromatik yang menjadi inhibitor bagi kerja enzim

selulase.

2.6 Teknologi Pembuatan Sirup Glukosa

Bahan pembantu yang digunakan dalam pembuatan sirup

glukosa adalah enzim alfa amilase, glukoamilase, karbon aktif, resin,

bahan kimia NaOH dan HCl untuk pengatur pH dan NaHCO3 untuk

menstabilkan pH. Proses produksi sirup glukosa meliputi likuifikasi,

sakarifikasi, penjernihan, penetralan, dan evaporasi. Tahap

likuifikasi adalah proses hidrolisa pati menjadi dekstrin oleh a-

amilase pada suhu di atas suhu gelatinisasi dan pH optimum

aktivitas a-amilase, selama waktu yang telah ditentukan untuk setiap

jenis enzim. Proses liquifikasi berlangsung pada suhu 95oC (aktivitas

enzim termofilik), karena itu suhu gelatinisasi pati yang akan

dihidrolisis sebaiknya kurang dari 95oC. Di bawah suhu

gelatinisasinya, pati tidak akan terurai atau terhidrolisis secara

enzimatis maupun asam. Sesudah itu tangki diusahakan pada suhu

105oC dan pH 4,0-7,0 untuk pemasakan sirup sampai semua amilosa

dapat terdegradasi menjadi dekstrin. Setiap dua jam, sirup pada

tangki dianalisis kadar amilosanya dengan uji iod untuk mengetahui

nilai DE (Dextrose Equivalen). Bila iod sudah menunjukkan warna

coklat berarti amilosa sudah terdegradasi (nilai DE sekitar 8,0-14,0)

maka proses likuifikasi sudah selesai  (Richana et. al., 1999).

Pada proses sakarifikasi, dekstrin didinginkan sampai 60oC,

pH diatur pada angka 4,0-4,6. Proses ini biasanya berlangsung

selama 72 jam dengan pengadukan secara terus-menerus. Proses

sakarifikasi dianggap selesai bila sirup telah mencapai nilai DE

minimal 94,5%, nilai warna 60%, transmiten dan Brix 30-36.

Selanjutnya dilakukan proses pemucatan, penyaringan dan

penguapan. Pemucatan bertujuan untuk menghilangkan bau, warna,

kotoran, dan menghentikan aktivitas enzim. Absorber yang

digunakan adalah karbon aktif sebanyak (Richana et. al., 1999).

Proses penukar ion dilakukan untuk memisahkan ion-ion

logam yang tak diinginkan, dan tahap penguapan dilakukan untuk

mendapatkan sirup glukosa dengan kekentalan seperti yang

dikehendaki, yaitu Brix 50-85 (Richana et. al., 1999).

2.3 Teknologi Pembuatan Gliserin

Gliserin dihasilkan melalui pemecahan trigliserida dengan

memakai beberapa metode :

1. saponifikasi lemak dan minyak menggunakan soda kaustik.

Pada umumnya proses pembuatan sabun dilakukan dengan

reaksi saponifikasi lemak merupakan reaksi esterifikasi dimana

asam karbosilat direaksikan dengan basa kuat menghasilkan ester

dan garam karbosilat, tetapi suatu perbandingan yang harus

dipertimbangkan adalah pertama kali menghidrolisa lemak menjadi

asam lemak yang mengandung lemak dan gliserol. Selanjutnya

saponifikasi asam lemak, proses mudah yang sering dilakukan

adalah proses “proses dingin” dimana lemak dicampur dengan

kaustik yang telah ditentukan perbandingannya sebelumnya proses,

dan selanjutnya emulsi dialirkan ke suatu tempat dimana

dilakukannya proses saponifikasi dengan pemberian sedikit panas

untuk mempercepat reaksi. Proses pembuatan sabun dengan proses

dingin masih dilakukan dalam skala kecil. Metode lain yang jarang

digunakan adalah proses “semi pemanasan” dimana lemak

dicampurkan dengan kaustik dengan perbandingan tertentu dan

dilakukan dengan proses selanjutnya. Pada proses ini tidak ada

gliserol yang dikembalikan (recovery) ke reaktor. Untuk produksi

dalam jumlah besar dapat dilakukan dengan menggunakan proses

pemanasan. Sebab produk (sabun dan gliserol) yang dihasilkan

memilki kualitas tinggi, zat pewarna dan pengotor lainnya dan

dibersihkan pada saat pemanasan serta sebagian lemak yang

terkandung dalam gliserol dapat direkoveri (Miner & Dalton 1953).

Reaksi saponifikasi dapat ditulis sebagai berikut :

Sumber: Bailey’s,1982

Gambar 5. Reaksi saponifikasi

2. Hidrolisis lemak dan minyak

Gliserol dan asam lemak adalah senyawa organik yang

merupakan penyusun lemak dan minyak, baik nabati maupun

hewani. Untuk mengkonversikan atau mengubah minyak atau

lemak menjadi gliserol dan asam lemak dapat dilakukan dengan

proses hidrolisa dengan tekanan tinggi. Proses hidrolisa biasanya

dijaga pada suhu 240-2600C dan tekanan 45 – 60 atm. Pada

umumnya derajat pemisahan bisa mencapai 95% (Bailey’s,1982).

Dalam hal ini proses hidrolisa yang terjadi adalah :

Sumber: Bailey’s,1982

Gambar 6. Hidrolisa lemak atau minyak

Proses Hidrolisa mempunyai keunggulan lebih cepat

dalam proses pemisahan gliserol dan asam lemak serta hasil yang

diperoleh lebih maksimal. Minyak kelapa merupakan bahan

pembuatan gliserol ini dihidrolisa dalam reaktor hidrolisa yang

biasa disebut spilitting, secara kontinu dan berlawanan arah pada

temperatur dan tekanan tinggi sehingga menghasilkan asam

lemak dan gliserol yang berupa sweet water. System berlawanan

arah paa temperature 240 – 2600C dan tekanan 45 – 60 atm akan

mempercepat reaksi hidrolisa.

Minyak dipompakan dari bagian menara kira-kira 90 cm.

Dari dasar menara, sedangkan air dialirkan melalui puncak

menara. Perbandingan antara minyak dan air yang reaksi adalah

40 – 50% berarti minyak. Minyak disemburkan menembus

campuran gliserin yang terakumulasi dibagian bawah menara,

selanjutnya menembus campuran air dan minyak hingga

mencapai hidrolisa yang sempurna. Sistem yang kontinu dan

berlawanan arah dengan temperatur dan tekanan tinggi akan

menghasilkan derajat hidrolisa yang tinggi.

Selain itu dapat dilakukan hidrolisa menggunakan enzim,

penggunaan enzim lipase yaitu hidrolisis trigliserida dengan

lipase.

Gambar 7. Hidrolisa menggunakan enzim,

3.Transesterifikasi

Transesterifikasi minyak dengan methanol, reaksi

transesterifikasi merupakan reaksi yang menggantikan alkohol

dari ester dengan gugus alkohol lainnya, seperti proses hidrolisa,

hanya saja pada proses ini digunakan alkohol sebagai pengganti

fungsi air.

Tahapan reaksi transesterifikasi merupakan salah satu

tahapan yang penting untuk mempercepat jalannya produksi metil

ester dan gliserin. Katalis yang digunakan adalah katalis basa dan

asam. Katalis basa yang umum digunakan adalah potasium

hidroksida (KOH), sodium hidroksida (NaOH), dan sodium

metilat (NaOCH3), sedangkan katalis asam adalah H2SO4.

Katalis yang lebih umum digunakan adalah katalis basa, karena

katalis basa tidak bersifat korosif dan reaksi transesterifikasi

berlangsung lebih cepat (Darmoko dan Munir, 2000).

Reaksi transesterifikasi berlangsung secara batch dengan

dua tahap. Reaksi dua tahap ini bertujuan untuk meningkatkan

konversi minyak menjadi metil ester dan gliserin. Minyak yang

belum terkonversi pada tahap pertama akan terkonversi pada

tahap kedua. Dengan demikian yield metil ester akan lebih tinggi.

Waktu reaksi untuk masing-masing batch adalah 2 jam dengan

pengadukan.

Pada tahap pertama, minyak sawit direaksikan dengan

60% metanol dan 60% katalis pada suhu 650C. Kemudian

dilakukan pengendapan selama 30 menit, dan gliserin I

dipisahkan. Pada tahap kedua, diumpankan sisa methanol dan

katalis. Suhu reaksi adalah 600C. Hal ini berdasarkan

pertimbangan bahwa pada tahap kedua reaktan yang direaksikan

jumlahnya lebih sedikit dibandingkan dengan tahap pertama.

Setelah itu dilakukan pengendapan. Metil ester yang dipisahkan

disentrifuge untuk mengambil gliserin II yang masih terikut.

Gliserin II yang dihasilkan kemudian ditambahkan ke dalam

reaksi tahap pertama karena di dalamnya masih terdapat metanol

yang belum bereaksi dan sisa katalis. Gliserin yang akan

dimurnikan ditambahkan air pencuci metil ester sampai

konsentrasi gliserin 35%. Air pencuci tersebut ditambahkan

karena di dalamnya masih terkandung gliserin. Setelah itu

dilakukan dekomposisi asam lemak dengan menggunakan HCl

dan dilanjutkan dengan penetralan dengan NaOH. Ditetapkan

gliserin 35% untuk memudahkan dekomposisi asam lemak dan

meringankan proses pemurnian selanjutnya. Gliserin dimurnikan

lagi sampai 85% menggunakan hotplate stirer dengan suhu

1050C. Pemurnian lebih lanjut sampai konsentrasi 97% dilakukan

dalam alat distilasi dengan pemanasan bertahap. Uji karakteristik

gliserin dilakukan dengan alat kromatografi gas dan massa

(Damayanti dan wara, 2010).

Gambar 8. Pada pembuatan biodiesel atau reaksi

transesterifikasi

Gliserin yang diperoleh sebagai produk sampingan dari tiga

proses yang disebutkan di atas mengandung kotoran dan harus

menjalani proses lebih lanjut untuk memurnikan. Ada dua proses

pemurnian yang dipakai yaitu:

1. Metoda konvensional, yang memisahkan cairan sabun dari

gliserol dengan alum atau besi klorida dengan cara evaporasi,

distilasi deodorisasi dan bleaching

metode konvensional:

Pada dasarnya, langkah-langkah memproduksi gliserin

berkadar tinggi dengan kemurnian 99% sama saja. Penghasilan

cairan sabun atau gliserol ditambah asam mineral untuk

pemecahan berbagai molekul sabun dan pembebasannya dari

asam lemak. pH disesuaikan dan alumunium atau besi klrida

sebagai floccolant ditambahkan untuk mendapatkan

kemurnian ,yang setelah itu disaring. Kemudian disesuaikan

pHnya 6,5 ke atas, sebelum diumpankan ke dalam evaporator.

Tipe evaporator yang memakai single atau multiple efek

berdasarkan volume material yang diproses. Gliserin kasar

setelah evaporasi memiliki konsentrasi 80-88%. Garam yang

dipisahkan dan dikeluarkan selama evaporasi dari perlakuan

cairan sabun gliserol.

Gliserin kasar dari evaporator didistilasi dalam keadaan

vakum 660-1330 Pa. panas didalamnya dijaga selama evaporasi

agar temperature di bawah 2000 C. ini dilakukan untuk mencegah

polimerisasi dan dekomposisi gliserin. Yang dimulai pada suhu

2040 C. pengontrolan kondensaai dari pemisahan uap gliserin dari

uap air.

Kondensasi gliserin yang mencapai 99% kemurnian melalui

deodorisasi dengan memasukka panas kedalamnya pada

penampung deodorisasi keadaan vakum. Gliserin akhirnya

dibleaching dengan karbon aktif dan disaring untuk menghasilkan

konsentrasi lebih dari 99%.

Gambar 9. Proses purifikasi

Gambar 10. Proses destilasi dan bleaching

2. Metode pertukaran ion

Metode pertukaran ion dari pemurnian gliserin merupakan

hal lazim dan diterima luas karena operasi yang sederhana dan

energi konsumsi yang rendah. Metode ini didasarkan pada

penggunaan resin penukar ion yang cocok dan partikel yang

sesuai untuk menyaring gliserin dari pemecahan lemak atau

transesterifikasi. Jika kadar garam tinggi,pada saponifikasi perlu

proses untuk merubah garam tersebut.

Pemurnian dengan pertukaran ion, tergantung lanjutan

sebelum penyaringan material berdasarkan hasil dengan memakai

kation kuat, anion lemah dan tempat campuran anion-kation kuat.

Pertukaran ion beroperasi secara efisien dengan cairan 24-40%

gliserin.

Caranya berdasarkan eliminasi permukaan resin bekas asam

lemak bebas, lemak hewan dan mineral lain yang akan

dimurnikan. Makanya konsentrasi pemurnian cairan gliserin

didasarkan pada evaporasi (penguapan) memakai multiple-efek

evaporator untuk memproduksi gliserin dengan kemurnian lebih

dari 99%. Akhir dekolorisasi berdasarkan dengan mengaktifkan

permukaan karbon atau perlakuan dengan karbon aktif

berdasarkan filtrasi menghasilkan gliserin yang bagus.

Perbandingan metode konvensional dengan metoda

pertukaran ion. Metoda konvensional butuh fleksibilitas lebih besar

tapi memkai energi lebih banyak, berdasarkan hal itu maka air harus

diuapkan dan gliserin tersebut di distilasi pada temperature yang

lebih tinggi. Metoda pertukaran ion tidak memakai energi tapi tidak

bias dipakai untuk gliserol bila terdiri dari klorida yang tinggi.

Klorida kotor berada pada resin pertukaran ion.

Gambar 11. Metode Pertukaran Ion

2.4 Fungsi Gliserin

a. Makanan dan Minuman.

Berfungsi sebagai humektan, pelarut dan pemanis, dapat

membantu juga sebagai pengawet makanan.

Dapat dijadikan sebagai Pengemulsi makanan.

Digunakan dalam pembuatan ester poligliserol masuk ke

shortening dan margarin.

Digunakan sebagai filler rendah lemak dalam produk

makanan (yaitu, cookie), atau Rokok

Pelarut untuk rasa (seperti vanili) dan pewarna makanan.