5
BAB II TINJAUAN PUSTAKA
A. Nanas 1. Definisi Nanas (Ananas sativus) adalah sejenis tumbuhan tropis yang berasal dari Brazil, Bolivia dan Paraguay. Tumbuhan ini termasuk dalam familia nanasnanasan (Famili Bromeliaceae). Perawakan tumbuhannya rendah, dengan 30 atau lebih daun yang panjang, berujung tajam, tersusun dalam bentuk roset mengelilingi batang yang tebal (Wikipedia, 2010). Tanaman nanas yang berusia satu sampai dua tahun, tingginya 50- 150 cm, mempunyai tunas yang merayap pada bagian pangkalnya. Daun berkumpul dalam roset akar, dimana bagian pangkalnya melebar menjadi pelepah. Daun berbentuk seperti pedang, tebal dan liat, dengan panjang 80-120 cm dan lebar 2-6 cm, ujungnya lancip menyerupai duri, berwarna hijau atau hijau kemerahan. Buahnya berbentuk bulat panjang, berdaging, dan berwarna hijau, jika masak warnanya menjadi kuning, rasanya asam sampai manis (Dalimartha, S, 2001). 2. Klasifikasi Klasifikasi buah nanas adalah sebagai berikut: Kingdom : Plantae Divisio
: Spermatophyta
Kelas
: Angiospermae
5
6
Ordo
: Bromeliales
Famili
: Bromiliaceae
Genus
: Ananas
Species
: Ananas sativus
(Wikipedia Indonesia, 2010). 3. Jenis-Jenis Nanas Berdasarkan habitat tanaman, terutama bentuk daun dan buah dikenal 4 jenis golongan nanas, yaitu: a. Cayenne : Daun halus, ada yang berduri dan ada yang tidak berduri, ukuran buah besar, silindris, mata buah agak datar, berwarna hijau kekuning-kuningan, dan rasanya agak masam. b. Queen
:
Daun pendek dan berduri tajam, buah berbentuk lonjong mirip kerucut sampai silindris, mata buah menonjol, berwarna kuning kemerah-merahan dan rasanya manis. c. Spanyol : Daun panjang kecil, berduri halus sampai kasar, buah bulat dengan mata datar. d. Abacaxi : Daun panjang berduri kasar, buah silindris atau seperti piramida.
7
Varietas nanas yang banyak ditanam di Indonesia adalah golongan Cayyene dan Queen. Golongan Spanish dikembangkan di Kepulauan India Barat, Puerto Riko, Meksiko dan Malaysia. Golongan Abacaxi banyak ditanam di Brazilia (Santoso, H. B, 2010).
B. Kulit dan Bonggol Nanas Nanas merupakan salah satu jenis buah-buahan yang banyak dihasilkan di Indonesia. Menurut data statistik, produksi nanas di Indonesia untuk tahun 2009 adalah sebesar 1.558.196 ton (Badan Pusat Statistik Indonesia, 2009). Semakin meningkatnya produksi nanas, maka limbah yang dihasilkan akan semakin meningkat pula. Pada umumnya buah nanas memiliki bagian-bagian yang bersifat buangan, bagian-bagian tersebut antara lain daun, kulit luar, mata dan hati (bonggol). Pada bagian kulit merupakan bagian terluar, memiliki tekstur yang tidak rata, dan banyak terdapat duri kecil pada permukaannya. Bagian mata memiliki bentuk yang agak rata dan banyak terdapat lubang-lubang kecil menyerupai mata. Bagian terakhir yang juga merupakan bahan buangan adalah bonggol yaitu bagian tengah dari buah nanas, memiliki bentuk memanjang sepanjang buah nanas, memiliki tekstur yang agak keras dan rasanya agak manis (Tahir, Iqmal; Sumarsih, Sri; Dwi Astuti, Sinta, 2008).
8
C. Kandungan Gizi Buah Nanas Menurut Wirakusumah (2000) kandungan gizi dalam 100 gram buah nanas adalah sebagai berikut: Unsur Gizi
No.
Jumlah
1.
Kalori (kal)
50,00
2.
Protein ( g )
0,40
3.
Lemak ( g )
0,20
4.
Karbohidrat (g)
13,00
5.
Kalsium (mg)
19,00
6.
Fosfor (mg)
9,00
7.
Serat (g)
0,40
8.
Besi (g)
0,20
9.
Vitamin A (IU)
20,00
10.
Vitamin B1 (mg)
0,08
11.
Vitamin B2 (mg)
0,04
12.
Vitamin C (mg)
20,00
13.
Niacin (g)
0,20
D. Fermentasi 1. Definisi
Fermentasi ialah proses perubahan senyawa-senyawa kompleks dari suatu bahan menjadi senyawa sederhana dengan disertai bau yang spesifik akibat aktivitas mikroba. Fermentasi dalam sel terjadi dalam keadaan anaerobik
9
dan sel khamir memperoleh energi dari hasil pemecahan molekul gula (Said, E. G, 1987). Fermentasi merupakan proses yang relatif murah dan telah lama dilakukan oleh nenek moyang kita secara tradisional dan produknya sudah biasa dikonsumsi manusia sampai sekarang seperti tape, tempe, oncom, dan lain-lain (Nurhayani, 2000 ). Gula adalah bahan yang umumnya digunakan dalam fermentasi. Glukosa (C6H12O6) merupakan gula yang paling sederhana, melalui fermentasi akan menghasilkan etanol (C2H5OH). Reaksi fermentasi ini dilakukan oleh Saccharomyces cerevisiae dan sering digunakan pada produksi makanan (Wikipedia, 2010). 2. Reaksi Kimia Dalam Proses Fermentasi Zimase C6H12O6
2 C2H5OH
+
2 CO2
+
2 ATP
Karbon dioksida
Energi
Saccharomyces cerevisiae Glukosa
Etanol
Fermentasi timbul sebagai hasil metabolisme tipe anaerobik. Untuk hidup semua organisme membutuhkan sumber energi-energi diperoleh dari metabolisme bahan pangan dimana organisme berada didalamnya. Bahan baku energi yang paling banyak digunakan diantara mikroorganisme adalah glukosa. Adanya oksigen menyebabkan beberapa mikroorganisme mampu mencerna glukosa serta menghasilkan air, karbondioksida dan sejumlah besar energi (ATP), ini disebut metabolisme tipe aerobik. Akan tetapi beberapa mikroorganisme mampu mencerna glukosa tanpa adanya oksigen serta menghasilkan energi rendah, karbon dioksida, air dan produk akhir metabolik organik lain seperti asam laktat, asam asetat, etanol serta alkohol dan ester.
10
Pertumbuhan yang terjadi tanpa adanya oksigen sering dikenal sebagai fermentasi (Buckle, K. A, 1987). Skema dasar biokimia dan fermentasi tertera pada jalur Embden Meyerhoof Parnas (EMP) atau glikolisis pada gambar 1. Glukosa Fosforgliseraldehid Asam pyruvat Aerobik
Anaerobik
Energi tinggi + CO2 + H2O
Asam laktat Etanol Asam asetat Asam-asam lainnya Alkohol Ester Keton
Gambar 1 Jalur EMP atau Glikolisis (Buckle, K. A, 1987). Fermentasi etanol meliputi dua tahap yaitu: a. Pemecahan rantai karbon dari glukosa dan pelepasan paling sedikit dua pasang atom hidrogen melalui jalur EMP, menghasilkan senyawa karbon lainnya yang lebih teroksidasi daripada glukosa. b. Senyawa yang teroksidasi tersebut direduksi kembali oleh atom hidrogen yang dilepaskan dalam tahap pertama, membntuk senyawa-senyawa hasil fermentasi yaitu etanol (Fardiaz, 1992).
11
3. Faktor-Faktor Yang Mempengaruhi Fermentasi a. Spesies Sel Khamir Pemilihan mikroorganisme biasanya berdasarkan jenis karbohidrat yang digunakan sebagai medium, untuk memproduksi alkohol dari pati dan gula digunakan Saccharomyces cerevisiae. Pemilihan khamir bertujuan agar didapatkan mikroorganisme yang mampu tumbuh dengan cepat dan mampu menghasilkan alkohol dalam jumlah banyak. b. Jumlah Sel Khamir Jumlah sel khamir yang diinokulasikan merupakan faktor yang sangat mempengaruhi proses fermentasi. Mikroba yang diinokulasikan kedalam medium fermentasi disebut inokulum. c. Derajat Keasaman (pH) Derajat keasaman optimum untuk pertumbuhan khamir yang digunakan pada fermentasi etanol adalah 4,5-5,5. Pada umumnya sel khamir dapat tumbuh dan memproduksi etanol pada pH 3,5-6,0. d. Suhu Khamir mempunyai kisaran toleransi tertentu terhadap suhu untuk pembentukan selnya, suhu optimum untuk khamir adalah 25-30oC. Peningkatan suhu sampai 40oC dapat mempertinggi kecepatan awal produksi etanol, tetapi produktivitas fermentasi secara keseluruhan menurun karena
meningkatnya
pertumbuhan sel khamir.
jumlah
etanol
menyebabkan
terhambatnya
12
e. Oksigen Selama fermentasi alkohol berlangsung, diperlukan sedikit oksigen yaitu sekitar 0,05-0,10 mmHg tekanan oksigen, yang diperlukan sel khamir untuk biosintesa lemak tak jenuh dan lipid. Jumlah oksigen yang tinggi dapat merangsang pertumbuhan sel khamir, sehingga produksi alkohol menjadi lebih rendah. Persediaan oksigen yang besar penting untuk kecepatan perkembangbiakan sel khamir, namun produksi alkohol terbaik pada kondisi anaerob (Mahasiswa ITP-FTP UB, 2010).
E. Saccharomyces cerevisiae 1. Definisi Saccharomyces cerevisiae merupakan khamir sejati tergolong eukariotik (memiliki membran inti), ukuran 6-8 mikron, berbentuk bulat telur, melakukan reproduksi dengan cara bertunas dan dapat hidup di lingkungan aerob maupun anaerob. Kata Saccharomyces cerevisiae berasal dari kata Saccharo artinya gula dan myces artinya makan sedangkan cerevisiae artinya berkembang biak yang secara keseluruhan berarti ragi hidup dan berkembang biak dengan memakan gula. 2. Klasifikasi Klasifikasi Saccharomyces cerevisiae adalah sebagai berikut : Kingdom : Fungi Divisio
: Ascomycota
Kelas
: Saccharomycetes
13
Ordo
: Saccharomycetales
Famili
: Saccharomycetaceae
Genus
: Saccharomyces
Spesies
: Saccharomyces cerevisiae
(Wikipedia Indonesia, 2010). Khamir sejak dulu berperan dalam fermentasi yang produk utama metabolismenya adalah etanol. Saccharomyces cerevisiae adalah jenis utama yang berperan dalam produksi minuman beralkohol seperti bir, anggur dan digunakan untuk fermentasi adonan dalam perusahaan roti (Buckle, K. A, 1987). 3. Ragi Roti Dalam proses fermentasi untuk menghasilkan etanol salah satunya dapat memakai ragi roti. Ragi roti ialah produk yang dibuat dengan membiakkan khamir jenis Saccharomyces cerevisiae dalam media serelia atau bahan lain yang sesuai, dikeringkan, serta mempunyai kemampuan meragikan adonan tepung pada pembuatan roti dan kue-kue (Standar Nasional Indonesia Departemen Pertanian, 1992). Ragi roti mengandung enzim yang langsung berkaitan dengan fermentasi ada 3 yaitu maltase, invertase dan zimase. Maltase mengubah maltosa menjadi glukosa. Invertase mengubah sukrosa menjadi fruktosa dan glukosa. Zimase mengubah fruktosa dan glukosa menjadi gas karbondioksida.
14
Keuntungan menggunakan ragi roti antara lain adalah : a. Hemat biaya b. Mudah digunakan c. Memiliki kemampuan fermentasi tinggi d. Dosis pemakaian rendah (P.T Sangra Ratu Boga, 2008).
F. Etanol 1. Definisi Etanol disebut juga etil alkohol, alkohol murni, alkohol absolut, atau alkohol saja, yaitu sejenis cairan yang mudah menguap, mudah terbakar dan tidak berwarna. Etanol termasuk ke dalam alkohol rantai tunggal dengan rumus kimia C2H5OH dan rumus empiris C2H6O, berat molekul 46,07 g/mol, titik leleh -114,30C, dan titik didih 78,040C, dan larut dalam air (Wikipedia, 2010). Apabila suatu larutan etanol dalam air didestilasi, maka akan membentuk suatu azeotrop titik didih rendah, suatu campuran yang bila di destilasi komposisinya tidak berubah. Campuran azeotrop etanol dan air, mengandung 95% etanol dan 5% air, mendidih pada 78,15 0C, sedikit lebih rendah dari alkohol murni (titik didih 78,50C) ataupun air murni (titik didih 1000C). Oleh karena titik didih ini, etanol murni tidak dapat dibuat dengan cara destilasi dari air sehingga, etanol yang dipakai sebagai pelarut atau
15
bahan bakar biasanya etanol 95% (Fessenden, R. J. & Fessenden, J. S, 1997). Etanol adalah senyawa organik golongan alkohol primer. Reaksi yang dapat terjadi pada etanol antara lain dehidrasi, dehidrogenasi, oksidasi, dan esterifikasi (Rizani, 2000). Menurut Fardiaz (1992) etanol atau alkohol dimanfaatkan untuk berbagai keperluan, antara lain: 1. Bahan baku industri, contoh: industri minuman beralkohol, industri asam asetat 2. Pelarut dalam industri, contoh: industri farmasi, kosmetika dan plastik 3. Bahan desinfektan, contoh: peralatan kedokteran, rumah tangga dan peralatan di rumah sakit 4. Bahan bakar kendaraan Etanol yang dibuat dari bahan baku yang bersifat dapat diperbarui (alami) disebut bioetanol. Bioetanol biasanya diproduksi secara fermentasi dari bahan yang mengandung glukosa atau polisakarida. Hampir 93% etanol di dunia merupakan bioetanol yang merupakan hasil fermentasi secara anaerobik, sedangkan sisanya adalah etanol yang disintesis secara kimia. Bioetanol dapat dimanfaatkan untuk meningkatkan angka oktan pada bensin karena angka oktan etanol cukup tinggi yaitu 135 sedangkan angka oktan premium yang dijual sebagai bahan bakar adalah 98. Semakin tinggi bilangan oktan, maka menghasilkan kestabilan pada proses pembakaran. Proses pembakaran dengan daya yang lebih sempurna akan mengurangi emisi gas karbon monoksida.
16
Penggunaan etanol sebagai bahan bakar mempunyai beberapa keunggulan dibanding dengan bahan bakar minyak, yaitu kandungan oksigen yang tinggi sebesar 35%, sehingga jika dibakar sangat ramah lingkungan karena emisi gas karbon monoksida yang dihasilkan lebih rendah yaitu 1925% dibandingkan dengan bahan bakar minyak. Sehingga tidak memberikan kontribusi pada akumulasi karbon dioksida di atmosfer dan bioetanol bersifat dapat diperbaharui, sedangkan bahan bakar minyak akan habis karena bahan bakunya adalah fosil (Aisyah, S. N; Sembiring, K. C, 2010). 2. Pembuatan Alkohol Alkohol dapat dibuat dengan beberapa cara antara lain: a. Reaksi Substitusi Nukleofilik Yaitu reaksi antara suatu alkil halida dan ion hidroksida kalor -
CH3CH2CH2OH + Br -
CH3CH2CH2Br + OH 1- Bromopropana
1- Propanol
Alkil Halida Primer
Alkohol Primer
b. Hidrasi Alkena Yaitu bila suatu alkena diolah dengan air dan suatu asam kuat yang berperan sebagai katalis, unsur-unsur air (H+ dan
OH-) mengadisi
(ditambahkan ke dalam) ikatan rangkap dalam suatu reaksi hidrasi, produknya adalah alkohol. H+ CH2 = CH2 + H2O Etilena
CH3CH2OH Etanol
17
c. Etanol dari Peragian Etanol yang digunakan dalam minuman diperoleh dari peragian karbohidrat yang berkataliskan enzim mengubah glukosa menjadi etanol. enzim C6H12O6
CH3CH2OH
Glukosa
Etanol
(Fessenden, R. J. & Fessenden, J. S, 1991)
G. Analisis Etanol 1. Uji Kualitatif Etanol Uji kualitatif etanol digunakan untuk mengetahui ada tidaknya kandungan etanol di dalam suatu zat. Uji kualitatif etanol perlu diterapkan pada penetapan kadar etanol metode bobot jenis karena untuk mengetahui kapan destilasi harus dihentikan, hal ini penting untuk mengetahui bahwa etanol
yang
didestilasi
sudah
benar-benar
habis
dan
mencegah
bercampurnya destilat dengan air. a. Prinsip : Terbentuknya warna dan timbulnya bau b. Cara : Etanol + Asam salisilat + Asam sulfat pekat
Timbul bau
harum dari etil salisilat Etanol + Asam sulfanilat HCl + NaNO2 + NaOH warna merah frambus (Departemen Kesehatan Republik Indonesia, 1989).
Terbentuk
18
2. Uji Kuantitatif Etanol Metode yang digunakan untuk menetapkan kadar etanol antara lain metode bobot jenis yang merupakan metode konvensional dan kromatografi gas yang merupakan metode instrumental. a. Metode Bobot Jenis Definisi : Suatu metode penetapan etanol dengan perbandingan massa dari suatu zat terhadap massa sejumlah volume air yang sama pada temperatur yang tertentu (Mardoni; Tjandrawati, Yetty, 2005). Prinsip : Sampel didestilasi kemudian destilat yang diperoleh ditetapkan bobot jenisnya. Dari bobot jenis destilat maka dapat ditetapkan kadar etanolnya dengan menggunakan daftar bobot jenis (T. M, Endang; Yusrin; Mukaromah, A. H, 2005). b. Metode Kromatografi Gas Definisi : Suatu metode penetapan etanol dengan teknik kromatografi yang
analisisnya
berdasarkan
pada
teknik
pemisahan
campuran atas dasar perbedaan distribusi zat-zat tersebut diantara fase diam (cairan) dan fase gerak (gas), yang bisa digunakan untuk memisahkan senyawa organik yang mudah menguap. Prinsip : Fase diam dimasukkan kedalam kolom kemudian sampel disuntikkan kedalam kolom. Senyawa akan terpisah dari campuran diantara fase gerak dan fase diam sehingga zat tidak
19
bercampur karena perbedaan kelarutan, dimana kelarutan dalam satu pelarut lebih mudah dibanding dengan pelarut lainnya.
Hasil
akan
keluar
berupa
puncak-puncak
(kromatogram). Setiap puncak mewakili satu senyawa. Kadar etanol ditetapkan dengan mengukur waktu retensi dan membandingkan luas puncak sampel dengan luas puncak baku (Takeuchi, Yoshito, 2009).
20
H. Kerangka Teori Skema kerangka teori tertera pada gambar 2. Kulit nanas
Bonggol nanas Dipotong kecil-kecil Dihaluskan Ditambah aquadest ad 100 ml pH diatur menjadi 5 Dipanaskan 70-800C selama 15 menit Didinginkan
Ditambah Saccharomyces cerevisiae 1,1 % Inkubasi selama 4 hari Suhu
210C
240C
270C
300C
Etanol Disaring Destilasi Destilat ditimbang Kadar Etanol Gambar 2 Skema Kerangka Teori.
330C
21
I. Kerangka Konsep Suhu Inkubasi
Kadar Etanol
Variabel Bebas
Variabel Terikat
J. Hipotesa Ho : “Variasi suhu inkubasi tidak berpengaruh terhadap kadar etanol hasil fermentasi kulit dan bonggol nanas.” Ha : “Variasi suhu inkubasi berpengaruh terhadap kadar etanol hasil fermentasi kulit dan bonggol nanas.”
