BAB 2 TINJAUAN PUSTAKA

BAB 2

TINJAUAN PUSTAKA 2.1 Tanaman Jagung

Jagung merupakan tanaman semusim (annual). Satu siklus hidupnya diselesaikan dalam 80-150 hari. Paruh pertama dari siklus merupakan tahap pertumbuhan vegetatif dan paruh kedua untuk tahap pertumbuhan generatif. Jagung memiliki bunga jantan dan bunga betina yang terpisah (diklin) dalam satu tanaman (monoecious). Tiap kuntum bunga memiliki struktur khas bunga dari suku Poaceae, yang disebut floret. Pada jagung, dua floret dibatasi oleh sepasang glumae (tunggal: gluma). Bunga jantan tumbuh di bagian puncak tanaman, berupa karangan bunga (inflorescence). Serbuk sari berwarna kuning dan beraroma khas. Bunga betina tersusun dalam tongkol. Tongkol tumbuh dari buku, di antara batang dan pelepah daun. Pada umumnya, satu tanaman hanya dapat menghasilkan satu tongkol produktif meskipun memiliki sejumlah bunga betina. Beberapa varietas unggul dapat menghasilkan lebih dari satu tongkol produktif, dan disebut sebagai varietas prolifik. Bunga jantan jagung cenderung siap untuk penyerbukan 2-5 hari lebih dini daripada bunga betinanya (protandri) (Anonim, 2011)

Gambar 2.1 Buah jagung

Universitas Sumatera Utara

Tanaman jagung mempunyai satu atau dua tongkol, tergantung varietas. Tongkol jagung diselimuti oleh daun kelobot. Tongkol jagung yang terletak pada bagian atas umumnya lebih dahulu terbentuk dan lebih besar dibanding yang terletak pada bagian bawah. Setiap tongkol terdiri atas 10-16 baris biji yang jumlahnya selalu genap (Hardman and Gunsolus, 1998).

Dalam sistematika (taksonomi) tumbuhan, kedudukan tanaman jagung diklasifikasikan sebagai berikut: Kingdom

: Plantae

Divisio

: Spermatophyta

Subdivisio

: Angiospermae

Kelas

: Monocotyledoneae

Ordo

: Poales

Famili

: Poaceae

Genus

: Zea

Spesies

: Zea Mays L.

2.1.1 Kandungan Kimia Jagung Di Indonesia dikenal 2 (dua) varietas jagung yang telah ditanam secara umum, yaitu jagung berwarna kuning dan putih. Kandungan zat-zat dalam jagung kuning dan putih masing-masing disajikan pada Tabel 2.1 dan Tabel 2.2

Tabel 2.1 Kandungan Komponen dalam 100 g Jagung Kuning Panen Baru Komponen Air (g) Kalori (kal) Protein (g) Lemak (g) Karbohidrat (g) Ca (mg)

Kadar 24 307 7,9 3,4 63,6 9

Komponen P (mg) Fe (mg) Vitamin A (SI) Vitamin B1 (mg) Vitamin C (mg)

Kadar 148 2,1 440 0,33 0


Tabel 2.2 Kandungan Komponen dalam 100 g Jagung Putih Panen Baru Komponen Air (g) Kalori (kal) Protein (g) Lemak (g) Karbohidrat (g) Ca (mg)

Kadar 24 307 7,9 3,4 63,6 9

Komponen P (mg) Fe (mg) Vitamin A (SI) Vitamin B1 (mg) Vitamin C (mg)

Kadar 148 2,1 0 0,33 0

Bagian yang kaya akan karbohidrat adalah bagian biji. Sebagian besar karbohidrat berada pada endospermium. Kandungan karbohidrat dapat mencapai 80% dari seluruh bahan kering biji. Karbohidrat dalam bentuk pati umumnya berupa campuran amilosa dan amilopektin. Pada jagung ketan, sebagian besar atau seluruh patinya merupakan amilopektin.

2.1.2. Manfaat Jagung Tanaman jagung sangat bermanfaat bagi kehidupan manusia dan hewan. Di Indonesia, jagung merupakan komoditi tanaman pangan kedua terpenting setelah padi. Di daerah Madura, jagung banyak dimanfaatkan sebagai makanan pokok. Akhir-akhir ini tanaman jagung semakin meningkat penggunaannya. Tanaman jagung banyak sekali gunanya, sebab hampir seluruh bagian tanaman dapat dimanfaatkan untuk berbagai macam keperluan antara lain: •

Batang dan daun muda: pakan ternak

•

Batang dan daun tua (setelah panen): pupuk hijau atau kompos

•

Batang dan daun kering: kayu bakar

•

Batang jagung: lanjaran (turus)

•

Batang jagung: pulp (bahan kertas)

•

Buah jagung muda (putren, Jw): sayuran, bergedel, bakwan, sambel goreng

•

Biji jagung tua: pengganti nasi, marning, brondong, roti jagung, tepung, bihun, bahan campuran kopi bubuk, biskuit, kue kering, pakan ternak, bahan baku industri bir, industri farmasi, dextrin, perekat, industri textil.


Jadi selain sebagai sumber karbohidrat, jagung juga ditanam sebagai pakan ternak (hijauan maupun tongkolnya), diambil minyaknya (dari biji), dibuat tepung (dari biji, dikenal dengan istilah tepung jagung atau maizena), dan bahan baku industri (dari tepung biji dan tepung tongkolnya). Disamping itu beberapa penelitian menunjukkan bahwa kandungan senyawa kimia yang terdapat dalam jagung sangat bermanfaat bagi kesehatan, antara lain : a. Zat Gizi Pemberi Energi atau Zat Gizi Energitika Zat pemberi gizi terdiri dari karbohidrat, lemak dan protein. Ketiga zat ini dalam proses oksidasi di dalam tubuh menghasilkan energi dalam bentuk panas. Tubuh akan mengubah panas menjadi energi gerak atau mekanis. Energi yang dihasilkan dinyatakan dalam satuan kalori. Energi ini diubah oleh tubuh menjadi tenaga untuk aktivitas otot. b. Zat Gizi Pembentuk Sel Jaringan Tubuh atau Plastik Zat gizi pembentuk sel jaringan tubuh terdiri dari protein, berbagai mineral, dan air. Meskipun protein termasuk juga kelompok energitika, fungsi pokoknya adalah untuk membentuk sel jaringan tubuh. c. Zat Gizi Pengatur Fungsi dan Reaksi Biokimia di dalam Tubuh atau Zat Gizi Stimulansia Zat gizi ini berupa berbagai macam vitamin. Fungsi vitamin mirip dengan fungsi hormon. Perbedaannya, hormon dibuat di dalam tubuh, sedangkan vitamin harus diambil dari makanan. Dalam jagung kaya akan energi, vitamin, bahkan mineral. Kandungan zatzat tersebut dapat dimanfaatkan untuk membangun sel-sel otot dan tulang, membangun sel-sel otak dan sistem saraf, mencegah sembelit menurunkan resiko terkena kanker dan mencegah gigi berlubang. Serat jagungnya membantu melancarkan pencernaan (Yulius,2008).


2.1.3. Tongkol Jagung

Tongkol jagung merupakan salah satu limbah lignoselulosik yang banyak tersedia di Indonesia. Limbah lignoselulosik adalah limbah pertanian yang mengandung selulosa, hemiselulosa dan lignin. Masing – masing merupakan senyawa-senyawa yang potensial dapat dkonversi menjadi senyawa lain secara biologi. Selulosa merupan sumber karbon yang dapat digunakan mikroorganisme sebagai substrat dalam proses fermentasi untuk menghasilkan produk yang mempunyai nilai ekonomi tinggi (Suprapto dan Rasyid, 2002). Karakteristik kimia dan fisika dari tongkol jagung sangat cocok untuk pembuatan tenaga alternative bioetanol), kadar senyawa kompleks lignin dalam tongkol jagung adalah 6,7 – 13,9%, hemiselulose 39,8% dan selulosa 32,3 45,6%. Selulosa hampir tidak pernah ditemui dalam keadaan murni melainkan selalu berkaitan dengan bahan lain yaitu lignin dan hemiselulosa. Gerrote et al, 2002 dalam sofiyanto 2008, menyatakan bahwa limbah buah jagung yaitu tongkol jagung, dapat dimanfaatkan sebagai bahan baku industri dengan proses biomass refining berdasarkan sparasi fraksi – fraksi kimianya. Menurut Koswara, 1991 dalam sofiyanto 2008, tongkol jagung adalah tempat pembentukan lembaga dan gudang penyimpanan makanan untuk pertumbuhan biji. Jagung mengandung kurang lebih 30% tongkol jagung sedangkan sisanya adalah kulit dan biji.

2.2 Selulosa

2.2.1 Pengertian Selulosa

Selulosa adalah polisakarida yang tersusun atas satuan-satuan glukosa yang dihubungkan dengan ikatan glikosida β-1,4 antar molekul glukosa penyusunya (Fessenden dkk, 1992). Bahan ini merupakan komponen penyusun dinding sel tumbuhan yang memberikan daya regang sangat tinggi sehingga tumbuhan dapat tumbuh dan berkembang (John P., 1992).


Selulosa merupakan salah satu polimer alam yang melimpah dan dapat dimodifikasi dimana kegunaannya sangat luas mulai dari bidang industry kertas, film transparent, film fotografi, plastic biodegradable, sampai untuk membrane yang digunakan diberbagai bidang industri (Misdawati, 2005). Struktur selulosa terdiri dari rantai polimer β-glukosa yang dihubungkan dengandengan ikatan glikosida 1,4. Isomer β tidak membentuk gulungan seperti isomer α, tetapi selaras dalam baris paralel oleh ikatan hidrogen diantara kelompok hidroksil pada rantai yang berdekatan. Hal ini menyebabkan selulosa tidak dapat larut dalam air. Ini memberikan struktur kaku ke dinding sel kayu dan serat yang lebih tahan terhadap hidrolisis dari pada pati (Timberlake, 2007).

Gambar 2.2 Struktur Selulosa (Gortner, 1938)

Struktur selulosa, walaupun unik dan merupakan polisakarida yang sederhana, tetapi dia memiliki pengaruh yang luar biasa di dalam reaksi kimia kompleks polimer. Secara sistematis struktur kompleks selulosa umumnya dibedakan menjadi tiga tingkat struktural, yaitu (1) tingkat molekul, (2) supramolekul), dan (3) morfologi (Klemm, 1998). 1. Struktur molekul Selulosa

merupakan

homopolimer

linier

dari

senyawa

D-

anhidroglukosapiranosa (AGU) yang dihubungkan dengan ikatan glikosida β (1,4). Masing-masing AGU memiliki hidroksi pada C 2 , C 3 , dan C 6 . C 1 mempunyai reduksi, sedangkan C 4 nonreduksi. Konformasi C 6 (golongan CH2OH) diasumsikan menjadi bentuk t-g (trans-gauche) untuk selulosa I, sedangkan selulosa II dicampur dalam bentuk g-t dan t-g. Dari penemuan ini, dapat menjelaskan sistem ikatan hidrogen intramolekuler dan intermolekuler. Ikatan intramolekul anatara O 3 H dan O 5 , dan O 2 H dan O 6 . Ikatan hidrogen


intramolekul ini menyebabkan selulosa kaku dan dapat menstabilkan dua bentuk helix dari kristal selulosa. 2. Struktur Supramolekul Ikatan hidrogen O 6 H dan O 3 rantai lainnya O 3 ”. Ikatan ini berperan untuk gaya kohesi antar rantai. 3. Struktur Morfologi Morfologi selulosa berbentuk serat dan film ditandai oleh jaringan antara serat yang berdesakan. Struktur kkulit inti khas untuk morfologi dan produk selulosa regenerasi. Informasi molekul selulosa dapat diterima dengan menggunakan teknik mikroskop electron (SEM atau TEM). Diameter serat yang seragam mempunyai diameter sekitar 3,5 nm yang diasumsikan oleh (Fengel dan Wegener, 1995) Tetapi untuk yang tidak seragam antara 3-20 nm, tergantung dari sumber selulosa (Klemm, 1998).

2.2.2. Sumber Selulosa Selulosa terdapat dalam tumbuhan sebagai bahan pembentuk dinding sel. Serat kapas boleh dikatakan seluruhnya adalah selulosa. Dalam tubuh kita selulosa tidak dapat dicernakan karena tidak mempunyai enzim yang dapat menguraikan selulosa. Dengan asam encer tidak dapat terhidrolisis, tetapi oleh asam dengan konsentrasi tinggi dapat terhidrolisis menjadi selobiosa dan D-Glukosa (Poedjiadi, 2006).

Tabel 2.3 Komposisi Kimia dari Beberapa Tipe Selulosa - Penyusun Material Sumber Kayu keras Kayu lunak Sisal Tongkol jagung Batang jagung Kapas (Zugenmaier, 2008).

Komposisi (%) Selulosa 43-47 40-44 73 45 35 95

Hemiselulosa 25-35 25-29 14 35 25 2

Lignin 16-24 25-31 11 15 35 1

Ekstrak 2-8 1-5 2 5 5 2


Berdasarkan derajat polimerisasi (DP) dan kelarutan dalam senyawa natrium hidroksida (NaOH) 17,5%, selulosa dapat dibedakan atas tiga jenis yaitu : • Selulosa  (Alpha Cellulose) adalah selulosa berantai panjang, tidak larut dalam larutan NaOH 17,5% atau larutan basa kuat dengan DP (derajat polimerisasi) 600 - 1500. Selulosa dipakai sebagai penduga dan atau penentu tingkat kemumian selulosa. • Selulosa β (Betha Cellulose) adalah selulosa berantai pendek, larut dalam larutan NaOH 17,5% atau basa kuat dengan DP 15 - 90, dapat mengendap bila dinetralkan. • Selulosa µ (Gamma cellulose) adalah sama dengan selulosa β, tetapi DP nya kurang dari 15. Selain itu ada yang disebut Hemiselulosa dan Holoselulosa yaitu: • Hemiselulosa adalah polisakarida yang bukan selulosa, jika dihidrolisis akan menghasilkan D-manova, D-galaktosa, D-Xylosa, L-arabinosa dan asam uranat. • Holosefulosa adalah bagian dari serat yang bebas dan sari dan lignin, terdiri dari campuran semua selulosa dan hemiselulosa. Selulosa tidak pernah ditemukan dalam keadaan murni di alam, tetapi selalu berasosiasi dengan polisakarida lain seperti lignin, pectin, hemiselulosa, dan xilan. Kebanyakan selulosa berasosiasi dengan lignin sehingga sering disebut sebagai lignoselulosa. Selulosa, hemiselulosa dan lignin dihasilkan dari proses fotosintesis. Di dalam tumbuhan molekul selulosa tersusun dalam bentuk fibril yang terdiri atas beberapa molekul paralel yang dihubungkan oleh ikatan glikosidik sehingga sulit diuraikan. Komponen-komponen tersebut dapat diuraikan oleh aktifitas mikroorganisme. Beberapa mikroorganisme mampu menghidrolisis selulosa untuk digunakan sebagai sumber energi, seperti bakteri dan fungi.

2.3 Asam Fosfat

Pada akhir-akhir ini, penggunaan asam fosfat (asam mineral lemah, tidak beracun dan aman untuk digunakan bila dibandingkan dengan asam organik


lainnya. Penggunaan asam fosfat telah dianggap metode sederhana dalam pembuatan selulosa. Asam fosfat adalah asam khusus yang dapat membentuk dimer, oligomer bahkan polimer. Ortofosfat merupakan hasil reaksi dari fosfat pentoksida dengan air. Asam ortofosfat sesuai dengan 72,4 % kandungan P 2 O 5 . Hidrolisis selulosa dengan asam fosfat meliputi dua proses yaitu esterifikasi antara gugus hidroksi dari selulosa menjadi selulosa fosfat dan pembentukan ikatan hidrogen diantara group hidroksi dari rantai selulosa.

2.4 Alpha Selulosa α-selulosa merupakan selulosa yang mempunyai kualitas paling tinggi (murni). Material yang mengandung α-selulosa > 92% memenuhi syarat untuk digunakan sebagai bahan baku utama pembuatan propelan dan atau bahan peledak, sedangkan selulosa kualitas dibawahnya digunakan sebagai bahan baku pada industri kertas dan industri tekstil. Selulosa merupakan komponen tanaman yang terbesar dan merupakan komponen penting yang digunakan sebagai bahan baku pembuatan kertas dan merupakan polimer linear dengan berat molekul tinggi yang tersusun seluruhnya atas ß-D-glukosa dan dapat memenuhi fungsinya sebagai komponen struktur utama dinding sel tumbuhan karena sifat-sifat kimia dan fisiknya maupun struktur molekulnya (Fengel, 1995). Menurut Sjostrom (1995), selulosa merupakan homopolisakarida yang tersusun atas unit ß-D-glukopironosa yang terikat satu sama lain dengan ikatan glikosida.

2.5 Selulosa Kristal Rendah

Selulosa kristalinitas rendah (LCC) adalah bahan yang memiliki tingkat substansial berkurang kristalinitas, biasanya berkisar antara 15 dan 45%. LCC dapat disiapkan baik oleh mesin pemisah dari sumber selulosa (penggilingan kering atau basah) atau dari reaksi kimia antara asam selulosa dan mineral terkonsentrasi (misalnya 37-42% asam klorida pekat pada suhu 50oC, 65-75%


asam sulfat pada suhu 35 – 45oC selama 10 menit, dan campuran asam klorida dan sulfat atau asam fosfat pada suhu <50o C (Doelker, 1987). Dibandingkan dengan selulosa asli dan diregenerasi, kristalinitas selulosa rendah menunjukkan peningkatan dispersi dalam air, meningkatkan kompaktibilitas dengan bahan seperti pati, protein, dan lipid dan berguna sebagai exipient dalam penyusunan tablet dan produk panganan (Blaschek, 1990).

Tabel 2.4 Beberapa Sifat Fisikokimia AC-CC dan LCC-CC UJI

AC-CC dan LCC-CC Organoleptik Tidak berbau, putih dan hambar Identifikasi Warna ungu-biru titrasi iodin dengan ZnCl 2 Kotoran Organik Warna merah dengan phloroglucinol yang diasamkan Pati dan Dextrin Warna biru/ warna coklat kemerahan dengan larutan iodine pH 8,4 (AC-CC) dan 7,6 (LCC-CC) Kelarutan (dalam larutan Lengkap dan tidak ada residu amoniak dari tetrammine tembaga) Air – Substansi larutan <0.2% Total abu (%) 2,4 (0,14) (AC-CC) dan 0,9 (0,08) (LCCCC) Mikroskop Partikel berserat, bentuk tidak teratur yang campuran partikel primer dan agregat (ACCC) lebih banyak serat seperti di alam dan sebagian besar partikel primer (LCC-CC) Tabel 2.5 Sifat Serbuk dari AC-CC dan LCC-CC Parameter Densitas (g/mL) Porositas (%) Indeks Hausner index Indeks Compressibilitas (%) Kapasitas Hidrasi (%) Kapasitas Swelling (%) Diameter rata rata partikel (µm)

AC-CC 0,34 (0,08) 81,7 1,42 29,41

LCC-CC 0,41 (0,01) 77,3 1,41 29,27

4,47 (0,07) 70,1 (3,57) 196,4

2,66 (0,01) 35,76 (0,03) 149,3


2.6 Analisa Fourier Transfor Infrared (FTIR)

Instrumen yang digunakan untuk mengukur resapan radiasi infra merah pada berbagai panjang gelombang disebut spektrometer inframerah. Pancaran inframerah umumnya mengacu pada bagian spektrum elektromagnet yang terletak diantara daerah tampak dan daerah gelombang mikro. Pancaran inframerah yang kerapatannya kurang dari pada 100 cm-1 (panjang gelombang lebih dari 100 µm) diserap oleh seluruh molekul. Penyerapan itu tercatu dan demikian spektrum rotasi molekul terdiri dari garisgaris yang tersendiri (Hartomo, 1986).

2.7 Analisa Thermogravimetri (TGA)

TGA merupakan teknik mengukur perubahan berat suatu sistem bila temperaturnya berubah dengan laju tertentu (Khopkar, 2007). Metode TGA yang paling banyak dipakai didasarkan pada pengukuran berat yang kontinu terhadap suatu neraca sensitif ketika suhu sampel dinaikkan dalam udara atau dalam suatu atmosfer yang inert. Data dicatat sebagai termogram berat versus temperatur. Hilangnya berat bisa timbul dari evaporasi lembab yang tersisa atau pelarut, tetapi pada suhu-suhu yang lebih tinggi terjadi dari terurainya polimer (Stevens, 2001).

2.8 Analisa X-Ray X-radiasi (sinar-X) adalah bentuk radiasi elektromagnetik. Kebanyakan sinar-X memiliki panjang gelombang dalam kisaran 0,01 sampai 10 nm, sesuai dengan frekuensi di kisaran 30 petahertz sampai 30 exahertz (3 × 1016 Hz sampai 3 × 1019 Hz) dan energi dalam kisaran 100 eV sampai 100 keV. Namun, sinar-X energi tinggi banyak yang bisa dihasilkan untuk keperluan medis dan industri, misalnya radioterapi, yang memanfaatkan akselerator linear untuk menghasilkan sinar-X dalam rentang 6-20 MeV. Panjang gelombang sinar-X lebih pendek daripada sinar UV dan biasanya lebih lama daripada sinar gamma. Dalam banyak


bahasa, X-radiasi disebut dengan istilah yang berarti radiasi Röntgen, Wilhelm Röntgen sebagai penemunya, dan yang telah menamakannya X-radiasi untuk menandakan jenis yang tidak diketahui radiasi. Ejaan X-ray (s) dalam bahasa Inggris termasuk varian x-ray (s), xray (s) dan sinar X (s). Sinar-X memiliki panjang gelombang yang lebih pendek daripada cahaya tampak, yang memungkinkan untuk menyelidiki struktur jauh lebih kecil daripada apa yang dapat dilihat dengan menggunakan mikroskop biasa. Hal ini dapat digunakan dalam mikroskop sinar-X untuk memperoleh gambar resolusi tinggi, tetapi juga dalam kristalografi sinar-X untuk menentukan posisi atom dalam kristal (X-ray, 2005).

2.9 Hidrolisa Hidrolisa adalah proses antara reaktan dengan menggunakan air supaya suatu persenyawaan pecah atau terurai. Reaksi hidrolisa yaitu : (C 6 H10 O 5 ) n + nH2 O Selulosa

air

nC 6 H12 O 6 Glukosa

Beberapa faktor yang mempengaruhi proses hidrolisa, antara lain : a.

Jumlah kandungan karbohidrat pada bahan baku Jumlah kandungan karbohidrat pada bahan baku sangat berpengaruh terhadap hasil hidrolisis asam, dimana bila kandungan karbohidrat sedikit maka jumlah gula yang terjadi juga sedikit, dan sebaliknya bila kandungan karbohidrat terlalu tinggi mengakibatkan kekentalan campuran akan mengikat, sehingga tumbukkan antara olekul karbohidrat dan molekul air semakin berkurang dengan demikian kecepatan reaksi pembentukan gluosa semakin berkurang pula.

b.

pH Hidrolisa pH berpengaruh terhadap jumlah produk hidrolisis, pH ini erat hubungannya dengan konsentrasi asam, dimana pH makin rendah bila konsentrasi asam yang digunakan lebih besar, pH optimum adalah 2-3.


c.

Waktu hidrolisa Semakin lama pemanasan, warna semakin keruh dan semakin besar pula konversi pati yang dihasilkan. Waktu yang dibutuhkan untuk proses hidrolisa asam ini yaitu 1 sampai dengan 3 jam.

d.

Suhu Semakin besar suhunya semakin besar pula konversinya karena konstata kecepatan reaksi juga semakin besar. Suhu yang digunakan untuk mencapai konversi selulosa adalah antara 120oC – 180oC.

e.

Tekanan Tekanan berpengaruh terhadap jumlah produk hidrolisis. Tekanan yang digunakan untuk titik didih 120oC, tekanan atmosfernya adalah 1 atm. (Tina Jeoh, 1998).


BAB 2 TINJAUAN PUSTAKA

Recommend Documents