PrtlSiding Pertemuan lbniah lbnu Pengetahuan dan Teknologi Bahan 2002Serpong, 22 -23 Oktober 2002 ISSN 1411-2213

MODIFIKASI TAPIOKA MENGGUNAKANENZIM ALFA AMILASE

Zubaidi Kaelani, Rifaida Eriningsih, daD SujanaBalai Besar Penelitian clan Pengembangan lndustri Tekstil

JI. Jenderal. A. Yani 390, Bandung 40272

ABSTRAKMODIFIKASI TAPIOKA MENGGUNAKAN ENZIM ALFA AMILASE. Modifikasi tapioka menggunakan enzim alfa

ami/ase tetah dilakukan dalam rangka perbaikan mutu gel tapioka sebagai bahan baku kanji benllng lusi pada industri tekstil. Geltapioka asli yang merupakan kanji atam mempunyai beberapa kelemahan terutama dalam hat viskositas yang terlalu tinggi, kurangstabil, penetrasi yang rendah, dan beberapa kelemahan lainnya. Berdasarkan struktur kimia, tapioka adalah polimer glukosa yangterdiri atas rantai lurus amilosa (20-25%) dan rantai eabang amilopektin (75-80°4). Enzim alia amilase diharapkan dapat memotong~bagian rantai cabang daD menurunkan kandungan amilopektin sehingga dapat mcmperbaiki mutu gel tapioka sebagai kanjibenang lusi. Penelitian modifikasi dilakukan menggunakan 2 maeam enzim alia amilasc yang berbeda. Karakter enzim, viskositas,kestabilan, dan penetrasi tapioka termodifikasi pada benang kapas, poliester dan campurannya dilakukan analisa, Dapat disimpulkanhahwa penggunaan enzim alfa amilase perlu diseleksi dengan cermat karena aktivita.~nya tcrhadap kondisi suhu dan pH. Modiiikasitapioka dengan enzim alfa amilase sangat efektif untuk menurunkan viskosi:as dan meningkatkan kcstabilannya. ModifikasidisaraJlkan dilakukan pada suhu yang tidak optimum yaitu pada suhu suhu 40.C untuk mcnghindari degradasi total pada tapioka.penetrasi tapioka termodifikasi lebih baik dibanding tapioka asli. Penetrasi gel tapioka pada benang selulosa (kapas) jauh lebihtinggi dibanding penetrasi kedalam benang poliester.

Kata tunc; : Tapioka, enzim, alfa-amilase, benang lusi

ABSTRACT

THE MODIFICATION TAPIOCA USING ALPHA AMYLASE ENZYME. The modification tapioca using alphaamylase enzyme have been studied to improve quality of tapioca gel for warp sizing in textile industries, The original tapioca gelis not convenient to be used as warp sizing because of its higher viscosity, lo\\'er !.1ability and lower penetrations etc. Accordingto the chemical structure, starch is a glucose polymer compose of straight-chain amylose (20-25%) and bran.:hed-chain amylopectin(75-80%). By enzymatic process using alpha-amylase, it will cut a part of branched-chain to reduce the amylopectin andimprove quality of tapioca gel as warp sizing, The modification is carried out using 2 kind of different alpha amylase. Theenzymes characters, viscosity, stability, and gel penetrations into warp yam of cotton, polyester and cotton-polyester blendedyam were analyzed. The use of alpha amylase should be selected because of its actiVIty in temperature and pH conditions. Alfaamylase enzyme is very effective to reduce viscosity and improve stability. The modification is recommended in lower temperatureat 40"C in order to avoid total degradation of tapioca. The penetration of modified tapioca is better than original tapioca.Penetration of tapioca gels into cellulose yam (cotton) is higher than penetration into polyester yam.

Key word\" : Tapioca, enzyme, alfa-amylase, warp

PENDAHULUANTapioka mempunyai beberapa kelemahan untuk

bahan kanji pacta proses pertenunan temtama untukalat tenun mesin yang mempunyai kecepatan sangattinggi. Kelemahan gel tapioka untuk bahan kanji tersebuttemtama viskositas terlalu tinggi, kestabilan rendah,penetrasi kecil, dan sifat adesifnya relatif kurangsehingga perlu dilakukan modjfikasi. Kanji ialah JX>limerglukosa dengan mmus kimia (CSHloOS)n ' mempakansenyawa koloid yang mempunyai rantai polimer liniardaD rantai cabang. Dalam polimer tapioka kandunganraptai yang limIS (amilosa) jumlahnya kurang lebih 200/0,seaangkan rantai yang bercabang (amilopektin)

jumlahnya kurang lebih 80 % [1,2,3]. Oleh karenakandungan amilopektin lebih mendominasi sifat sifatkanji.

Amilopektin merupakan rnntai polimer bercabangyang mempunyai banyak gugus hidrofil dan denganmolekol-molekul hidroksil dari air dapat membentuk geldengan viskositas yang sangat tinggi. Berat molekulgel amilopektin dcngan gugus hidroksilnya yang besartentu mempunyai banyak resiko terhadap perubahanbaik dari dalam maupun dari loaf sehingga cenderungtidak stabil. Pengaruh penguapan akan meningkatkanviskositas gel dan sebaliknya, pengaruh bakteri dari

276

enzim sebanyak 19/L. Penyesuaian pH dilakukan denganpenambahan asam asam atau natrium karbonat.Kemudian dilanjutkan dengan penetralan, pembilasanclan penyaringan dengan kertas saring. Hasil modifikasidibuat gel pada konsentrasi 10% dengan carapemanasan secara perlahan-lahan diikuti pengadukansampai berubah menjadi gel kira-kira pada suhu 70°C.Perubahan larutan kanji menjadi gel diamati clan dicatatsebagai titik gel. Pengujian kekentalan (viskositas)dilakukan menggunakan viskometer Brookfieldmenggunakan spindel clan kecepatan yang sesuaidengan viskositas kanji. Kestabilan viskositas diujidengan

penyimpanan larutan kanji pada suhu kamarclan selama waktu tertentu diuji perubahanviskositasnya.

Penganjian dengan tapioka asli, tapiokamodifikasi dilakukan pada benang dan serat kapas,poliester clan campuran poliester-kapas. Hasilpenganjian

dilakukan pengujian terhadap penetrasi kanjike dalam benang. Penganjian dilakukan dengan

perendamam clan pemerasan menggunakan mesin paddengan wpu 80% untuk mendapatkan perlakuan yangsarna. Penetrasi diuji dengan rnenghitung selisih bobotsesudah penganjian saat kering dengan berat sebelurnpenganjian

dibanding robot sebelurn penganjian dalarnpersen.

udara akan menurunkan viskositas gel. Pacta prosespenganjian, diharapkan gel kanji dapat masuk kedalampori-pori benang dengan sempurna, akan tetapibesarnya molekul amilopektin yang beTas lebih sukarmengadakan penetrasi kedalam benang.

Diharapkan, modifikasi dengan enzim dapatmelakukan pemotongan sebagian rantai cabangamilopektin sehingga dapat menurunkan viskositas,memperbaiki kestabilan dan meningkatkan penetrasi gelkedalam pori -pori benang.

Enzim ialah suatu zat organik kompleks yangterbentuk dalam sel-sel hewan dan tumbuh-tumbuhanyang dapat berperan sebagai katalis pacta reaksi kirniadalam proses hayati. Pacta kondisi yang tepat enzimdapat melakukan degradasi secara efektif, misalnyaThielatia terrestris yang bekerja efektif pada suhu

tinggi. Pemilihanjenis enzimjuga sangat menentukanaktivitasnya. Sebagai contoh, cellulase yang dihasilkandaTi fungi Aspergillu.\' niger dan Trichoderma viridesangat efektifuntuk mendekomposisi bahan-bahan daTipolisakarida. Demikian juga enzim alpha ami lase adalahsalah satu daTi ratusanjenis enzim yang dapat merubah

kanji menjadi gula.Dalam industri pertenunan, kanji adalah bahan

baku yang sangat penting serta dibutuhkan dalam jumlahyang sangat besar. Penganjian benang lusi adalahproses yang tidak dapat ditinggalkan karena denganmelakukan penganjian benang lusi akan dapatmeningkatkan efisiensi produksi dan sekaligusmeningkatkan mutu kain. Pada proses pertenunan,semua benang lusi akan mengalami hentakan-hentakansecara berulang dan gesekan-gesekan yang

kesemuanya dapat menyebabkan putus benang.Apabila salah satu benang lusi putus, prosespertenunan barns berhenti dan dilakukanpenyambungan yang memerlukan cukup waktu sehinggamengurangi efisiensi produksi. Selain itu, benang yangtidak dikanji akan mudah menimbulkan elektrostatik danterjadi nep pacta benang yang apabila masuk pada

anyaman kain akan menyebabkan cacat pacta kain.

~~

Pengaruh suhu terhadap persen aktivitas keduaenzim disajikan pacta Gambar I. Suhu yang tetbaik untuk

a/fa ami lase 1 pacta suhu sekitar 75°C daD di alas suhutersebut aktifitasnya cenderung turun. Pacta a/faam i lase 2 dapat melakukan aktifitas secara baik pactasuhu yang lebih tinggi daD sampai suhu 90°C masih

mempunyai kecenderungan yang meningkat. Dapatdisimpulkan bahwa kedua enzim kurang aktif pacta suhurendah,

makin tinggi suhunya keaktifannya makinbertambah sampai pacta suhu tertentu. Enzim a/faami lase 1 pacta suhu 75°C mencapai titik puncaknya daDdiatas suhu tersebut mulai turun. Enzim a/fa ami lase 2lebih tahan pacta suhu tinggi yaitu pacta suhu 90°Ckeaktifannya

masih cenderung meningkat.

PERCOBAAN

Bahan

~~

277

Modiflkasi Tapioka Menggunakan Enzim Alfa Amila.\'e (Zubaidi Kaelani)--

BASIL DAN PEMBABASAN

Pengamh Suhu

~ ~

Sampel yang digunakan adalah tapioka yang 120diambil dari pasar bebas dan untuk melakukan modifikasidigunakan 2 macam enzim a/fa ami lase daTi somber 100

,/"yang berbeda, ,Benang dari kapas, ~oliester, da~ ~ 80 I-.-Amlase11

campuran pol1ester-kapas yang dlperoleh dart ~ 60 I-.-Amlase2!perusahaan pertenunan di dalam negeri, ~ 40

Cara Kerja 20

Aktivitas enzim ditentukan dengan melakukan 020 40 60 80 100variasi suhu antara 30°C sampai 90°C serta variasi pH Suhu (qantara 4 sampai 9, Modifikasi dilakukan dengan G b 1 P h h t h da aku' 't ' /.'1:, am ar , engaru su u er a p VI as enzlrn a'Ja

perbandingan lamtan (vlot) 1 : 20 denganpenambahan amilasel dan alfa ami/.a,ye2

Prosiding Pertemuan llmiah llmu Pengetahuan dan Teknologi Bahan 2002Serpong, 22 -23 Oktober 2002 ISSN1411-2213

Pengaruh pH

Pengaruh pH terhadap aktivitas enzim alfaami lase disajikan pada Gambar 2. alfa ami lase 1 kurangaktif pada pH rendah daD keaktifannya akan mencapaipuncak pada pH 8 dan di atas pH tersebut kembalikurang aktif. Alfa ami lase 2 menunjukkan cukup aktifpada pH rendah maupun pH tinggi. Selain itu, aktifitaspada suhu 60°C maupun pada suhu 80°C relatif tidakbanyak perbedaan. Dari Gambar 1 dan 2 dapatdisimpulkan bahwa penggunaan enzim alfa ami lase perludipilih dengan cermat karena sifatnya yang sensitifterhadap suhu dan pH. Yang termasuk sensitif adalahalfa ami lase 1 sedangkan alfa amilase 2 termasuk enzimyang moderat dan dapat bekerja aktif pada semua kondisisehingga penggunaannya tidak memerlukanpengendalian secara cermat.

~~D~"

I

suhu tersebut belum mencapai aktifitas yang optimum.Pada 40°C penurunan viskositas sudah cukup besarmencapai viskositas kurang daTi 10.000 cps dandiharapkan tidal sampai menghilangkan suat gelnya.Demikian juga pada suhu 50°C yang tidal jauh berbedadengan proses pada suhu 40°C.

Pada tapioka asli mempunyai viskositas yangsangat tinggi terutama sesudah satujam pertama. Haltersebut mungkin disebabkan masih berlangsungnyapenyesuaian dan penyempurnaan pembentukan gel.Pada konsentrasi yang sarna nilai viskositas padatapioka dapat mencapai 60.000 cps. Selama pengujiansampai 6 jam tersebut viskositas mengalami fluktuasiyang relatif lebih besar dibanding tapioka termodifikasi.Hal tersebut mungkin disebabkan faktor luar sepertipenguapan maupun kerusakan molekul amilopektin padagel tapioka. Penguapan air pada gel tapioka alanmenyebabkan konsentrasi meningkat sehingga dalampengujian viskositas memberikan basil viskositas yanglebih tinggi. Sebaliknya, pengaruh bakteri daTi udarabebas alan merusak amilopektin sehingga viskositasgel turun. Resiko daTi kedua faktor tersebut lebih banyakdimiliki oleh gel tapioka asli yang kandunganamilopektinnya lebih besar.

Modifikasi Dengan a1fa amilase 2

Modifikasi dengan enzim a/fa amiJase 2 yangkurang sensitifterhadap suasana proses disajikan padaGambar 7. Gambar tersebut mempunyai banyakkesamaan dengan a/fa amiJa~el temtama dalam halpenurunan viskositas dan kestabilannya yang lebih baikdibanding tapioka gel daTi tapioka asli. Hal tersebutmenguatkan anggapan bahwa molekul yang sederhanaakan memberikan kestabilan yang lebih baik dibandingstruktur molekul yang komplek.

Modifikasi dengan alfa amilase 1

Modifikasi menggunakan enzim alfa amiJase 1dilakukan dengan variasi suhu pada suasana netral danhasilnya dibuat gel. Hasil pembuatan gel diamativiskositasnya untuk dibandingkan dengan tapioka asli.Pengujian viskositas dilakukan setiap I jam sekali selamawaktu 6 jam pada masing-masing sampel. Hasil pengujiandisajikan pada Gambar 3. -+- Alii

-.-Suhu 40C-6-Suhu sac-*-Suhu 6OC

Gambar 4. Viskositas tapioka termodifikasi denganaktivitas enzim alfa amilase2 dalam variasi suhumodifikasi.

Dapat disimpulkan bahwa kedua enzim tersebutdapat digunakan untuk modifikasi tapioka secara efektif.Untuk menghindari terjadinya degradasi yangberlebihan, modiflkasi perlu dilakukan pacta suhu rendahdimana aktifitas enzim rendah. Untuk enzim a/fa ami lase 1

Gambar 3. Viskositas tapioka termodifikasi denganaktivitas alfa amilasel dalam variasi suhu modifikasi.

Pacta suhu 60°C modifikasi sudah mengalamipenunman viskositas yang sangat besar meskipun pacta

278

120

100

80

60

40

20

0

Modifika.\"i Tapioka Menggunakan Enzim Alfa Amilase (Zubaidi Kaelani)

dan a/fa ami/ase 2 dapat dilakukan pada suhu 40°C.Berbeda dengan proses penghilangan kanji (desizing)yang hams menghilangkan kanji secara total, atau prosesbio finishing lainnya diperlukan pemilihan enzim dengankondisi yang optimal.

selanjutnya akan membentuk amilosa hidroksil (- OR)dan ikatan rangkap aldehida (- CR=O) yang selanjutnyadengan oksidasi daTi udara akan membentuk karboksilat(- COOR). Pemotongan rantai tersebut akanmemperkecil molekul serta menunmkari viskositas padawaktu pembentukan gelatin. Pengujian dengan FrIRpada tapioka asli dan tapioka termodifikasi disajikanpada Gambar 6. Pada tapioka asli dan tapiokatermodifikasi terdapat sedikit perbedaan puncak barnpada bilangan gelombang antara 1600 dan 1800 yangdimungkinkan gugus gula yang berinteraksi dalambentuk rantai lurns.

Kestabilan

Penelitian kestabilan dalam waktu yang relatiflama terhadap gel tapioka asli dan. tapioka modifikasijuga telah dilakukan selama waktu 4 ban. Hal tersebutdirasa perlu untuk mengetahui proses terminasi dengancara pembilasan berulang dapat berjalan dengansempurna. Hasil pengujian disajikan pacta Gambar 5.

Tabell. Pertambahan bobot benang kanji dengan tapiokaasli daD tapioka termodifikasi

70000

60000

Vi' 50000

! 40000

30000

20000

10000

0

8 AsI -e-Amilase1

-.-Amilase2

1 2 3Keslabilan (han)

4

Gambar 5. Kestabilan gel tapioka asli dan tapiokatermodifikasi

Gambar 5 rnenunjukkan bahwa pada hari ke dua

atau selama 24 jam, tapioka termodifikasi keduanya sarna-

sarna rnengalarni penurnnan viskositas rneskipun tidak

terlalu signifikan. Hal yang sarna juga dialarni oleh

tapioka asli, sehingga dapat disirnpulkan bahwaterminasi dengan pernbilasan secara berulang sudah

dapat rnernbebaskan sisa enzirn yang dikhawatirkan

rnasih terns aktif. Sedangkan pada han ketiga tapioka

asli rnengalami penurunan secara dramatis dan pada hari

keernpat sernuanya praktis kehilangan viskositas.100 ".:r"::" ;:..,,,c,,:.,!V""'.C"

Penetrasi Gel Kedalam Benang

Uji penetrasi kanji ke dalam benang dilakukandengan cara penganjian dengan kanji tapioka asli dantapioka modifikasi pacta viskositas yang sarna terhadapbenang kapas, poliester-kapas, dan poliester. Hasilpenganjian dikeringkan, ditimbang, dan dihitungpertambahan bobotnya. Pertambahan bobot tersebutmerupakan banyaknya kanji yang dapat diserap(berpenetrasi) kedalam benang. Pertambahanbobot % = (bobot benang kanji -bobot awal)/ bobot

awal x 100%. Hasil perhitungan disajikan pacta Tabell.Tabell menunjukkan bahwa pertambahan bobot

semua benang yang dikanji dengan tapioka termodifikasilebih besar dibanding tapioka asli. Hal tersebutmenandakan molekul kanji yang lebih kecillebih mudahberpenetrasi kedalam benang. Selain itu, kanji tapiokalebih mudah berpenetrasi ke dalam benang selulosa(kapas) dibanding benang poliester. Hal tersebutdisebabkan karena serat kapas mempunyai kesamaandengan kanji alam yaitu banyak mengandung gugushidroksil. Kandungan air (moisture regain) pacta seratkapas kurang lebih 8%, sedangkan pacta serat poliester

hanya 0,4%.

80

~ 6u~,:

~

\

J'",;.,

\,

'000 4000 3000 ZOOO I~OO 1000

KESIMPULAN

Modifikasi tapioka menggunakan 2 jenis enzima/fa amilase telah dilakukan untuk meningkatkan mutu

Analisis dengan FfIR

Proses degradasi diperkirakan terjadipemotongan rantai cabang pacta gugus eter (-0-) yang

179

V', '~\ \

OJ' '"t, "';\j¥ : ;. : ; ~~,f"\

PrtJ.fidlng Pm~nwan IbrUah llnw Pengdahuan dan Teknologi Bahan 21)02S~rp4Jng, 22 -23 Oktober 2002 ISSN 1411-2213

Jawaban

I. Keduanya sarna-sarna t;tektif, tapi disarankanmenggunakan enzim aJfa ami/ase 2 (bekerja padapH 5 sampai dengan pH 8) sehinggapengontrolannya relatif mudah. Sedangkan enzimaJfa ami/ase 1 hams mengontrol pada pH 7,5.

2 Dapat diketahui daTi aktivitas enzim pada larutankanji dengan variasi pH. Indikasinya dapatdigunakanJ<XIium (Kj).

.

geJ tapioka sebagai bahan baku kanji pada industri tekstil.~ pcrcobaan dan pengujian dapat disimpulkan sebagaibcrikut :1. Penggunaan enzim a/fa ami/ase perlu dipilih dengan

cennat karena berdasarkan aktifitas kerjanya adayang sensitifterhadap kondisi (suhu dan pH) daDada yang moderat terhadap kondisi.

2. Enzim a/fa ami/ase dapat digunakan untuk~ tapioka dan untuk DtC2lghindari terjadinyadegradasi yang berlebihan, modifikasi dilakukan~ suhu yang tidak optimum yaitu pada suhusuhu 4O"C.

3. Dari basil modifikasi terseblt, diperoleh ~andafi tapioka asli yaitu penurunan viskositas,kest3bilan yang Jebih bait, dan penetrasi kedalambenang lebih bait.

;&. Apaikasi penganjian pada benang kapas, poiiester,t:tm C'<m\puran kaplS-poliester ~unjukkan bahwaJx:netrasi tapioka tennOOifikasi 1ebih baik dll:IaI¥tingtapioka asli, daD kanji tapioka lebih mudab~tpene:trasi kcdalam benang selulosa (kapas)

dibanding benang poiiester,

Oewi Sekar P., P3 TIR -BAT AN

Pa1anyaanI. Berapa viskositas optimum (bila bahan kanji

diturunkan viskositasnya dengan enzim) untukmendapatkan bel13ng dengan kekuatan optimum

2 Perubahan apa yang terjadi pada ami/osa daDam.vlopectin yang diberi enzim

3. Bagaimana mengetahui bahwa kanji tersetmt benar-benar terpenetrasi pada benang, tidak hanya

mcnem~padabagj.,.nluar4. Sejauh mana peIUlmbahan kanji yang di enzymase

dapat meningkatkan mutu benang

DAFfAR PUSTAKA

l

Jaw*-1. V1skositas y-aDg optimum biasanya sekitar 400-500

~ bergaotnng jenis barangnya2. Secara tisik sr;beIum dibuat gd bampir tidak ada

perbcd3an Setelah dibuat gel penambabannyaadaIah \isknsitas dan titik gd saIikit ada perbedaan

3.. Dan.g;.mmr mikroskop biasa basil pemocretanpciW)1pang wdintang benang yang diberi kanji

4.. Pet~ kanji ~ baik sehingga k~~ ~g~ nmngi:at, hal ini terjadi karena adanya kanji~ be.n;mg dapat meniugkatkan friksi antarserat sebjngg'/& kekuatan benang meniDPat..

1

).

~

re(;..i~QI M~aJ P Textile PrintfRlg. Sumitomo~ Co. Ltd..WHlmERR.L and PASCHALL E.F,. SlO1!dl:CAe.~,~tr;\' @nd Tecklt@fog\',. FuDdamcntalA~s' 1,. A~mic Press Na\' York, () %5).WHISnER R.L and PASCHALL E.F,. SiIiln:/r:(:Iktet1IIk.'Jt!Jfy -'Fe~Atnot"'8)!, I~ ~1. A~~~Y~(1967).ANWAR MAR YONO d1it ~~ timNhPadat 1~ Tapioka Untut: ~osa SecaraEuilDlitis. l£apot'Qlt Pen.el'it!itJB. Ba:lai P~lIiibi-d'fl;1ti PeltgelltlfJ'Cllrtgan IlRl.st,..f Se".OIJra1Jlg,J!Je[fJ(4J!tIIl1IIl!fl ?el'itlditstrian' (I ~i}~.Spe(.:;iaJl AcrytK ~ f0l Vise: In Sizmg. .IttdPI~, "~JnI?O8i1tm! Bal'ai &Sat' PenelitiM -Peng~~.' l/IfdJ1.Jt1ri 'Few,t~ fu~~,. (1~).GISELA BUso-ILE DILLER, ft. :tit., E~~hjag Lf~ F~~ {j1ucose ~TextlikR~~achJclJrnal, 11. (W(:)1);, JD,

$,

6.

TANYAJAWAB

l!'n ~lifaJli., Fisika; ~A -UNIIL6\~-1:. marii 2: euzD aifa yaogdl ~ waaa ~ lebih

~ IJnDJk meJI~ In~ yang seInpIJmJadati, tapiOka,

2. Sagai!mana: Cat'ci! ~eleksian! enzim aJfri; ami~;dan, ~ pH! 11!eJ!ap8i ~ _at <iii~

2:80