BAB II TINJAUAN PUSTAKA 2.1. Perancangan Proses Perancangan yang disusun oleh Seider et al., (1999) merupakan proses kreatif dan interdisiplin untuk memecahkan masalah yang mencakup pendefinisian dan penyelesaian masalah dengan menggunakan prinsip metode ilmiah dan informasi teknis untuk menentukan struktur, mesin, proses atau sistem baru yang memenuhi fungsi yang diinginkan dengan nilai ekonomis dan efisiensi tinggi. Proses perancangan pada intinya merupakan kegiatan yang berurutan secara sistematis dan terpadu dalam bentuk sintesis yaitu bagaimana suatu masalah yang sulit dan komplek diurai menjadi beberapa masalah yang lebih mudah kemudian dilanjutkan dengan menggabungkan dari masing-masing pemecahannya menjadi pemecahan masalah aslinya. Menurut Edgar dan Himmelblau (2001) aliran informasi dalam rancang bangun proses disajikan pada Gambar 1. Analisis dari rancang bangun pabrik meliputi desain proses, pemilihan dari bahan dan peralatan proses, preliminary plant layout dan penentuan lokasi untuk mengestimasi tenaga kerja, bangunan dan harga tanah dan manufacturing cost analysis. Sedangkan menurut Douglas (1988) membagi rancang bangun keteknikan menjadi 5 tingkat dalam engineering design yang meliputi (1) ratio estimate berdasarkan pada data harga awal dengan prosentase kesalahan + 40%, (2) study estimates berdasarkan pengetahuan tentang alat-alat utama dengan prosentase kesalahan + 25%, (3) preliminary estimate berdasar data yang cukup untuk estimasi pada anggaran dengan prosentase kesalahan + 12%, (4) definitive estimate berdasarkan pada keseluruhan data yang lengkap tetapi belum dilengkapi dengan gambar dan spesifikasi alat dengan prosentase kesalahan + 6%, (5) detailed estimate (contractor’s estimate) berdasarkan gambar teknik yang lengkap, spesifikasi alat, survei lokasi dengan prosentase kesalahan + 3%. Perancangan proses dilakukan karena adanya peluang untuk menghasilkan produk yang menguntungkan dan adanya permasalahan langsung dari masyarakat (Seider et al., 1999). Permasalahan dirumuskan secara spesifik berdasarkan informasi dari kajian pustaka. Informasi yang dimaksud berkaitan dengan bahan baku, skala proses, permintaaan pasar, harga jual produk dan lain-lain. Invensi dalam perancangan proses dimulai dengan membuat pernyataan masalah sederhana, kemudian dilanjutkan pembentukan tim perancang, pengumpulan informasi, kreasi proses untuk menyelesaikan masalah spesifik.
6 Tujuan dan spesifikasi dari pengguna
Diagram alir
Sintesis
Flowsheeting: • Penyelesaian neraca massa dan energi
Penelitian, literatur
• Estimasi parameter • Data smoothing dan rekonsiliasi
• Sizing dan Costing Data base Optimasi
Diagram alir optimal
Harga alat dan perhitungan modal Rate of return, NPV, Net B/C
Perhitungan estimasi sifat fisik dan kimia
Kondisi operasi dan rancang bangun optimal
Gambar 1. Aliran informasi dalam rancang bangun proses. Edgar & Himmelblau (2001) Kreasi proses dilakukan setelah permasalahan dirumuskan dan kajian pustaka dilaksanakan seperti pada Gambar 2. Pada Gambar 2 ditunjukkan kreasi proses dilakukan melalui pengumpulan data sekunder hasil penelitian dan melakukan percobaan laboratorium serta sintesis proses. Kreasi proses diakhiri dengan analisis keuntungan pasar. Proses dihentikan ketika harga produk melebihi harga bahan baku. Pengembangan proses dilakukan terhadap proses yang memberikan keuntungan. Tim perancang membuat diagram alir proses yang rinci disertai dengan neraca massa, neraca energi dan daftar peralatan. Inti dari perancangan proses adalah menemukan pilihanpilihan proses yang layak dikembangkan sehingga pemilihan proses merupakan titik awal yang cukup menentukan Mangunwidjaja dan Suryani (1994). Perancangan proses berhubungan erat dengan kegiatan sintesis yang merupakan kegiatan yang berurutan dan terpadu. Dalam sintesis dilakukan pemilihan proses dengan mengikuti kaidah umum seperti
7 mempertimbangkan biaya yang rendah, aman, memenuhi persyaratan lingkungan dan mudah mengoperasikannya. Dua teknik dalam sintesis proses adalah teknik heuristic dan algoritma. Teknik algoritma adalah analisis sederhana untuk menganalisis masalah komplek dengan cara pengamatan susunan terstruktur, sedangkan teknik heuristic adalah teknik pemilihan proses berdasarkan logika dan informasi dasar (Rudd dan Watson, 1968). Sintesis proses secara heuristic merupakan pengambilan keputusan bedasarkan teori dan penyelesaian yang dapat dipercaya: rule of thumb, spekulasi, dan subyektif (Seider et al., 1999). Teknik heuristic dalam sintesis proses adalah proses penjabaran sejumlah langkah praktis untuk mencapai tujuan kegiatan. Beberapa teknik heuristic dalam sintesis proses dikembangkan oleh Rudd dan Watson (1968), Douglas (1988) dan Seider et al., 1999). Sintesis proses menurut Rudd dan Watson (1968) meliputi: (1) pemilihan jalur reaksi proses, (2) alokasi bahan atau pereaksi, (3) pertimbangan teknik pemisahan atau proses hilir, (4) pemilihan operasi pemisahan dan, (5) integrasi atau pemaduan rancangan satu sampai empat. Sedangkan menurut Douglas (1988) sintesis proses meliputi: (1) teknik reaksi/proses, (2) analisis input-output, (3) pengalokasian output dan, (4) operasi pemisahan dan jaringan penukar panas. Sintesis proses menurut Seider et al., (1999) meliputi: (1) penghilangan/memperkecil perbedaan, (2) distribusi bahan, (3) teknik pemisahan, (4) eliminasi dan (5) integrasi. Untuk mendapatkan hasil perancangan yang terbaik maka langkah awal perlu dilakukan perhitungan neraca massa dan neraca energi. Neraca massa adalah dasar dari sebuah process design (rancang bangun proses). Neraca massa yang dibuat untuk seluruh proses akan menentukan jumlah dari bahan baku yang diperlukan dan hasil (produk) yang diperoleh. Kapasitas pabrik biasanya ditentukan berdasarkan permintaan pasar atau kapasitas minimum yang menguntungkan. Dari neraca massa yang sudah dibuat dapat dibuat neraca energi untuk menentukan energi yang harus disediakan dari sebuah sistem utilitas. Selanjutnya dapat dibuat flow sheeting dari peralatan yang dipilih dan dilakukan proses perhitungan dan pemilihan alat. Langkah selanjutnya adalah rancang bangun pipa dan instrumentasi sehingga dapat dibuat Process Engineering Flow Diagram (PEFD). Analisa ekonomi dan penentuan harga dilakukan supaya mendapatkan gambaran kelayakan desain.
8 ANALISIS PELUANG DAN PERMASALAHAN
RANCANGAN PROSES
KREASI PROSES
Pengumpulan data base untuk kreasi proses (Data sekunder hasil penelitian) Melakukan Percobaan
Sintesis Proses
Tidak Apakah ada keuntungan kasar?
Tolak
Sintesis Detail Proses (Metoda Algoritma)
PENGEMBANGAN PROSES
Ya Pembuatan Diagram Alir Kajian Pengendalian Proses
Integrasi Proses (Process Engineering Flow Diagram)
Sintesis struktur pengendalian, Analisis pengendalian, Simulasi dinamik.
Simulasi
Menyusun Detail Data Base
Percobaan Pilot Plant Tidak
Apakah Proses Menjanjikan
Tolak
Ya Detail desain, ukuran peralatan, estimasi biaya modal, analisis keuntungan.
Tidak Apakah Proses Menguntungkan
Tolak
Ya Final Desain
Konstruksi
Startup
Gambar 2. Tahapan Perancangan Proses Kimia (Seider et al.,1999)
Operasi
9 2.2. Probiotik Probiotik telah didefinisikan dalam beberapa pengertian sesuai dengan keunggulan yang dimilikinya, diantaranya probiotik diartikan sebagai sediaan sel mikroba atau komponen dari sel mikroba yang memiliki pengaruh menguntungkan pada kesehatan dan kehidupan inangnya (Salminen et al., 1999). Sejumlah penelitian mengungkapkan beberapa pengaruh positif bagi kesehatan dari probiotik dan asam linoleat. Kelompok peneliti telah menemukan adanya sel probiotik Bifidobacteria memiliki sifat antimutagenik, sedangkan Nagao et al., (2000) menyatakan adanya pengaruh Lactobacillus casei terhadap sistem imunitas tubuh. Penelitian pengaruh terhadap perubahan penurunan kolesterol serum darah telah dilakukan oleh Sugiyama et al., 1997 yang menyatakan bahwa adanya pengaruh omega-6 terhadap penurunan kolesterol serum darah tikus. Penurunan kolesterol terjadi melalui penghambatan aktivitas enzim 3-hidroksi-3-metilglutaril koenzim A reduktase, degradasi kolesterol menjadi senyawa koprostanol dan dekonjugasi garam empedu. Bakteri asam laktat juga dapat memperbaiki keseimbangan flora usus jika dikonsumsi dalam keadaan hidup dan jumlah memadai (Fuller, 1986). Penelitian Sirilun et al., (2010) mengungkapkan adanya kemampuan Lactobacillus plantarum untuk menurunkan kolesterol hingga 25,41 %, sedangkan Guo et al., (2011) menemukan potensi Lactobacillus plantarum dalam menghilangkan kolesterol dalam darah. Upaya mereduksi kolesterol dalam darah juga dilakukan oleh El-shafie et al., (2009) dengan menggunakan galur tunggal Lactobacillus plantarum yang terbukti dapat menurunkan kolesterol dalam darah. Tanpa keberadaan bakteri probiotik manusia tidak akan memiliki keseimbangan mikroflora di dalam saluaran cerna. Dengan menambahkan probiotik yang merupakan kumpulan mikroorganisme yang mampu menguraikan bahan-bahan organik kompleks pada pakan menjadi bahan organik sederhana, sehingga mudah diserap oleh saluran pencernaan ke dalam tubuh sebagai bahan sari-sari makanan untuk membangun tubuh dengan sempurna. Probiotik merupakan produk campuran antara berbagai mikroorganisme lain yang dapat mendegradasi serat maupun protein dan lipid (Haryanto, 2002). Penelitian tentang produk probiotik kebanyakan memanfaatkan isolat klinis bakteri dengan asumsi isolat klinis dapat bertahan pada kondisi di dalam saluran pencernaan manusia. Menurut Chou dan Weimer (1999), stres terhadap probiotik dimulai dari lambung yaitu bakteri ini harus mampu bertahan terhadap pH yang sangat rendah (sekitar 3,0). Waktu yang dibutuhkan mulai masuk sampai keluar lambung adalah 90 menit. Setelah
10 probiotik berhasil melalui lambung, bakteri ini akan memasuki saluran usus bagian atas dimana garam empedu disekresikan. Setelah perjalanan melalui lingkungan yang sulit, probiotik harus mampu mengkolonisasi saluran usus bagian bawah. Beberapa hasil penelitian menunjukkan bahwa Lactobacillus sp. sebagai bibit probiotik mempunyai kemampuan menurunkan kolesterol darah dan dapat menyerang kolesterol di dalam saluran pencernaan hewan percobaan. Salah satu mekanisme penurunan kolesterol tersebut adalah bakteri asam laktat dapat mendegradasi kolesterol menjadi koprostanol yaitu sebuah sterol yang tidak dapat diserap oleh usus. Kemudian koprostanol dan sisa kolesterol dikeluarkan bersama-sama tinja hewan atau manusia. Dengan demikian jumlah kolesterol yang diserap tubuh menjadi rendah. Galur bakteri asam laktat diduga mampu menempel di dinding usus tikus, berkembang biak dan melakukan peran yang menguntungkan kesehatan lewat dekonjugasi garam empedu. Galur bakteri asam laktat juga memproduksi enzim yang disebut bile salt hydrolase (BSH). Dekonjugasi garam empedu akan meningkatkan asam empedu terkonjugasi yang tidak mudah diserap dari usus halus dibanding asam empedu konjugasi. Asam empedu dekonjugasi akan terbuang lewat tinja, sehingga jumlah asam empedu yang kembali ke hati akan berkurang. Untuk menyeimbangkan jumlah asam empedu tubuh akan mengambil kolesterol tubuh sebagai prekursor. Proses itu pada gilirannya akan menurunkan kadar kolesterol darah secara keseluruhan. Makanan dan minuman kesehatan yang memanfaatkan aktivitas probiotik adalah produk kesehatan yang mengandung BAL yang dapat bertahan hidup dalam keasaman lambung dan menghambat mikroba patogen. Minuman probiotik harus mempunyai pH yang rendah maksimal 4,5 dengan kandungan total asam minimal 0,85 % dan jumlah bakteri asam laktat minimal 108 sel/ml (Speck, 1978). Beberapa keuntungan yang dapat diperoleh dengan mengkonsumsi makanan kesehatan probiotik adalah sebagai berikut :
Melawan pertumbuhan mikroflora usus yang tidak menguntungkan.
Mengontrol infeksi usus yang disebabkan oleh bakteri patogen.
Mengurangi kadar kolesterol darah dan gangguan jantung (Ray, 1996; Sanders, 2000)
Mempengaruhi respon imun (Ray, 1996; Sanders, 2000)
Bersifat antimutagenik dan antikarsinogenik (Salminen et al., 1999; Sanders, 2000)
Menurunkan tekanan darah penderita hipertensi (Sanders, 2000)
Mengurangi kanker/tumor usus besar dan organ-organ pencernaan lainnya (Ray, 1996).
11 Kriteria-kriteria yang perlu dipertimbangkan untuk mendapatkan produk probiotik dengan pengaruh positif yang optimal bagi inangnya, antara lain :
Spesies bakteri probiotik sebaiknya merupakan flora normal usus dengan demikian bakteri mudah menyesuaikan diri dengan lingkungan usus.
Memiliki kemampuan untuk menempel dan mengklonisasi sel usus.
Memiliki aktivitas antagonistic terhadap mikroba patogen.
Toleran terhadap asam dan garam empedu.
Memiliki kemampuan untuk bertahan selama proses pengolahan dan selama waktu penyimpanan.
Terbukti memiliki pengaruh yang menguntungkan terhadap kesehatan.
Produk probiotik diharapkan memiliki jumlah sel hidup yang besar (107-109 Cfu/ml). Para kelompok peneliti membagi level pengembangan probiotik menjadi enam
tingkatan. Menurut Saarela et al, (2000) seperti pada Gambar 3 ditunjukkan bahwa semakin tinggi level pengembangan probiotik maka produk pangan yang dihasilkan memiliki manfaat yang lebih besar terhadap kesehatan sebagai pangan kesehatan, sedangkan pada level pengembangan yang bersifat dasar-dasar probiotik maka produk yang dihasilkan masih sebatas sebagai produk pangan yang berfungsi sebagai pemenuhan nutrisi. 6 5 4 3 2 1
Memberikan efek terhadap kesehatan
Meningkatkan daya tahan tubuh
Aktivitas antagonistik mikroba patogen
Resistensi pH rendah dan viabilitas sel pada garam empedu
Viabilitas sel dan aktivitas sel selama produksi dan penyimpanan
Karakteristik sifat strain, spesies dan genus Gambar 3. Level pengembangan probiotik
12 2.3. Bakteri Asam Laktat Istilah bakteri asam laktat (BAL) merujuk pada kelompok mikroorganisme yang memiliki kemampuan tinggi dalam memproduksi asam laktat hasil fermentasi sumber karbohidrat seperti susu, daging, buah dan sayuran (Ray, 1996). BAL termasuk aciduric dan achidophilic, beberapa spesies dapat tumbuh pada kondisi yang sangat jauh berbeda dan produksi asam laktat akan menurunkan pH sehingga menekan pertumbuhan bakteri lain, sehingga mereka mampu bertahan hidup pada berbagai habitat. Bakteri asam laktat (BAL) terutama genus Lactobacillus mempunyai peranan yang penting dalam fermentasi bahan makanan. Bakteri ini mampu memfermentasi karbohidrat dengan menghasilkan asam laktat dan kehadirannya dapat memberikan efek anti mikroba khususnya terhadap bakteri patogen dalam saluran pencernaan sehingga mampu menyeimbangkan mikroflora usus.
Sifat tahan asam dan viabilitas yang tinggi dalam
produk fermentasi menjadi faktor menguntungkan sehingga BAL dijadikan sebagai agensia probiotik dalam minuman kesehatan. Pemanfaatan bakteri sebagai probiotik harus memenuhi syarat antara lain jumlahnya mencapai 108 sel/ml, kadar asam laktat minimal 0,85 % dan pH produk maksimum 4,0. Lactobacillus merupakan bakteri bentuk batang, gram positif, tidak berspora, dan katalase negatif. Lactobacillus plantarum yang digunakan sebagai starter pada produk susu kedelai dan susu sapi termasuk bakteri asam laktat homofermentatif yang memecah glukosa, sebagian besar menjadi asam laktat (90%). Selain itu juga menghasilkan sebagian kecil asam sitrat, diasetil dan asetoin yang semuanya akan berpengaruh terhadap pembentukan flavor Yakult (Speck, 1978). Pertumbuhan maksimal dan rata-rata fermentasi optimum dari BAL tergantung pada faktor lingkungan yang meliputi nutrisi, suhu inkubasi, potensial oksidasi dan reduksi serta pH (Ray, 1996). Lactobacillus plantarum termasuk kelompok bakteri homofermentatif yang mempunyai suhu optimum 30-370 C untuk pertumbuhannya. Peranan BAL sebagai bakteri probiotik sangat ditentukan oleh sifatnya yang tetap dalam keadaan hidup sejak dikonsumsi hingga mencapai usus manusia. Bakteri ini harus dapat melekat pada usus, namun tidak semua bakteri asam laktat mempunyai sifat seperti itu. Beberapa strain BAL yang berpotensi sebagai agensia probiotik karena kemampuannya untuk
menghambat
pertumbuhan
mikroba
enterik
adalah
Lactobacillus
reuteri,
Lactobacillus casei dan Lactobacillus acidhophilus. Bakteri-bakteri ini juga mempunyai kelebihan karena bakteri-bakteri ini juga mampu tumbuh dalam jalur pencernaan. Untuk
13 peningkatan produktivitas bakteri hasil isolasi dapat dicapai dengan mengoptimalkan kondisi pertumbuhan sel dan medium pertumbuhannya. Salah satunya dengan melakukan kultivasi Lactobacillus sp.
pada media campuran susu dan sari buah mengkudu.
Penggunaan media campuran sebagai media optimasi didasarkan selain karena susu merupakan habitat alami bagi Lactobacillus sp. juga mempunyai kandungan nutrisi yang tinggi bagi pertumbuhan BAL. Fermentasi susu terbukti mampu menghasilkan produk yang optimal dan mengandung mikroba yang memenuhi syarat sebagai probiotik. 2.4. Manipulasi Substrat Karbon Fermentasi mikrobial merupakan
proses pembentukan energi, dimana energi
diperoleh dari senyawa-senyawa organik yang berfungsi sebagai donor dan aseptor elektron. Kultivasi yang memanfaatkan mikroorganisme biasanya memiliki enzim-enzim yang akan mengubah hasil oksidase substrat tersebut. Beberapa enzim selalu akan terbentuk tanpa tergantung pada komposisi medium dimana mikroorganisme dapat tumbuh. Tetapi ada beberapa enzim lainnya sebagai enzim induksi yang akan terbentuk apabila tersedia substrat atau senyawa yang strukturnya sama dengan substrat dalam medium (substrat induser) pertumbuhannya. Manipulasi metabolik dengan cara memberikan keragaman media kultivasi seperti kombinasi antara amonium sulfat dan urea juga berimplikasi pada biosintesa produk. Melalui manipulasi metabolik diharapkan pula adanya perubahan mekanisme pembentukan energi, perubahan permeabilitas sel terhadap substrat dan produk serta dapat menyebabkan hanya enzim-enzim tertentu yang berfungsi selama kultivasi. Hal ini tidak seperti pada cara mutasi genetik karena perubahan yang terjadi melalui teknik manipulasi metabolik merupakan perubahan fenotipik. Manipulasi metabolik merupakan salah satu cara dalam teknik kultivasi untuk memperoleh hasil yang optimum. Manipulasi metabolik seringkali dilakukan dengan pemberian substrat media yang bervariasi. Pada lintasan primer metabolik dapat ditemui beberapa senyawa antara yang membentuk lintasan samping. Dalam hal ini modifikasi metabolisme mikroorganisme dengan menggunakan peubah variasi substrat medium diharapkan terjadi pembelokan lintasan metabolisme tersebut kearah pembentukan senyawa atau produk melalui lintasan samping. Melalui teknik manipulasi lingkungan dapat pula dihasilkan produk-produk kultivasi yang karakteristik kimianya berbeda, tetapi proses pembentukannya tetap melalui lintasan metabolisme normal.
14 Rachman (1992) menyatakan bahwa medium kultur yang digunakan merupakan faktor yang penting untuk memperoleh inokulum dan hasil kultivasi yang baik. Untuk itu desain medium tidak hanya ditunjukkan untuk memenuhi kebutuhan nutrisi bagi mikroorganisme tetapi juga untuk memenuhi kebutuhan bagi pembentukan produk kultivasi yang maksimum. Pembentukan produk dalam persiapan inokulum bukan tujuan utama sehingga komposisi medium kultur dimungkinkan akan berbeda. Komposisi medium kultivasi yang digunakan dapat berupa medium sederhana atau medium komplek karena keduanya dapat diperoleh secara sintetis atau medium kasar. Medium sintetis sangat menguntungkan dimana untuk setiap komponen dapat dikurangi dihilangkan atau ditambahkan dan pada umumnya tidak membentuk busa karena tidak mengandung protein dan peptida. Kendalanya medium sintetis kurang begitu optimum untuk skala industri. Pada kultivasi skala besar sumber-sumber nutrien harus mampu membentuk produk atau biomassa dengan hasil maksimum untuk setiap gram substrat yang digunakan. Manipulasi metabolik juga diharapkan dapat memacu pembentukan produk kultivasi dengan laju yang maksimum dan dapat menghambat pembentukan produk yang tidak diinginkan. Aspek lain adalah medium kultivasi harus memiliki mutu yang konsisten, murah dan cukup tersedia sepanjang tahun serta tidak menimbulkan masalah aerasi, agitasi, dan pemurnian hasilnya (Rachman, 1992). 2.4.1. Jagung (Zea mays L) Jagung (Zea mays L.) merupakan salah satu tanaman pangan dunia yang terpenting, selain gandum dan padi. Jagung merupakan salah satu tanaman yang mudah tumbuh hampir di seluruh wilayah Indonesia dan cara pembudidayaannya yang tidak terlalu sulit sangat memungkinkan Indonesia menjadi salah satu produsen jagung dunia. Tanaman jagung dapat dilihat dari Gambar 4.
Gambar 4. Tanaman jagung dan buah jagung Sumber: Anonim.http://id.wikipedia.org/wiki/Jagung
15 Jagung merupakan tanaman semusim. Satu siklus hidupnya diselesaikan dalam 80150 hari. Tinggi tanaman jagung sangat bervariasi, meskipun tanaman jagung umumnya berketinggian antara 1-3 meter dan ada varietas yang dapat mencapai tinggi 6 m. Biji jagung kaya akan karbohidrat, sebagian besar 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 sebagian besar atau seluruh patinya merupakan amilopektin. Perbedaan ini tidak banyak berpengaruh pada kandungan gizi, tetapi lebih berarti dalam pengolahan sebagai bahan pangan. Jagung manis tidak mampu memproduksi pati sehingga bijinya terasa lebih manis ketika masih muda. Komponen penyusun jagung: trigliserida, glikolipid, fosfolipid, vitamin berupa tiamin, niasin, riboflavin, piridoksim. Kandungan vitamin jagung dapat dilihat pada Tabel 1. Tabel 1. Kandungan Vitamin Jagung Kandungan Vitamin A Tiamin Riboflavin Niasin Asam Pentotenat Viamin E
Jumlah (mg/pound) 1990 2,06 0,6 6,4 3,36 11,21
Sumber: Sulantri (1990)
Jagung mengandung lemak dan protein, jagung muda memiliki lemak dan protein lebih kecil dari pada jagung tua. Selain karbohidrat, jagung mengandung serat kasar, gula berupa sukrosa, pentosa; lemak yang terdiri atas lemak jenuh berupa palmitat dan stearat serta asam lemak tak jenuh berupa oleat dan linoleat seperti pada Tabel 2. Tabel 2. Komposisi Kimia Jagung Kandungan Air Protein Minyak/lemak Karbohidrat - Zat tepung - Gula - Pentosa - Serat kasar Abu Zat lain-lain Sumber: Sulantri (1990)
Jumlah (persen) 13,5 10 4 61 1,4 6 2,3 1,4 0,4
16 2.4.2. Sari Buah Mengkudu Buah mengkudu pada awalnya berwarna hijau kemudian menjadi kuning, setelah matang warnanya menjadi putih dan transparan serta lunak. Dagingnya banyak mengandung air, mengeluarkan bau yang tidak sedap. Bau ini timbul karena terjadi percampuran antara bau asam kaproat dan bau asam kaprat yang agak tajam. Jenis produk olahan yang berbahan dasar buah mengkudu sangat banyak. Salah satunya adalah produk yang berbentuk cair yang berfungsi sebagai minuman kesehatan. Kandungan bahan dalam 100 gram serbuk buah mengkudu adalah karbohidrat 52,42 %, serat 33,38 %, air 7,12 % dan protein 0,75 %. Kandungan nutrisi dalam 1.200 mg sari buah mengkudu adalah vitamin A 2,75 IU, vitamin C 2,10 mg, kalsium 3,90 mg, besi 0,1 mg, natrium 4,02 mg, kalium 13,38 mg, protein 9 mg, lemak 18 mg, kalori 2,00 mg dan karbohidrat 620 mg serta beberapa mineral penting lainnya (Solomon, 1998 di dalam Waha, 2000). Mengkudu juga mengandung karbohidrat dari buah mengkudu adalah glukosa, oligosakarida, polisakarida, glukosid dan juga heteropolisakarida (gum arab). Dharmawan et al., (1999) menyatakan bahwa jenis buah yang berpotensi sebagai makanan fungsional adalah buah pace (Morinda citrifolia) yang diyakini dapat memperlancar pencernaan. Menurut Djauhariya dan Tirtoboma (2001), senyawa antraquinon yang terkandung dalam buah mengkudu efektif membasmi bakteri E. coli penyebab diare, Salmonella sp. dan Shigella sp. penyebab disentri dan keracunan serta golongan bakteri penyebab infeksi seperti Pseudomonan aeruginosa, Proteus morginii dan Bacillus subtilis. Sari buah mengkudu juga mampu mengatur keseimbangan pH tubuh, sehingga meningkatkan kemampuan tubuh menyerap vitamin, mineral dan protein. Dharmawan et al., (1999) juga melaporkan bahwa ekstrak buah pace dengan pelarut air pada konsentrasi 16 % efektif menghambat pertumbuhan E. coli sebesar 64,3 % dan S. aureus sebesar 29, 5 %. 2.5. Asam Lemak Esensial Asam-asam lemak esensial adalah asam lemak yang sangat diperlukan oleh tubuh dan tidak dibiosintesis oleh tubuh, tetapi hanya dapat diperoleh lewat makanan sama halnya dengan mineral ataupun vitamin. Asam-asam lemak tersebut terbagi berdasarkan ada tidaknya ikatan rangkap antara atom-atom karbon yang terbagi atas asam lemak jenuh artinya asam lemak yang tidak mempunyai ikatan rangkap disebut juga saturated fatty acid
17 (SAFA) dan asam lemak tak jenuh yaitu asam lemak yang mempunyai satu atau lebih ikatan rangkap. Bila hanya terdapat satu ikatan rangkap maka disebut monosaturated fatty acid (MUFA) dan apabila terdapat dua atau lebih ikatan rangkap disebut polysaturated fatty acid (PUFA). Asam lemak tak jenuh terdiri atas 3 kelompok besar yaitu omega 3, omega 6 dan omega 9 seperti disajikan pada Tabel 3. Asam linoleat (18:3ω3). Asam eikosapentaenoat (20:5ω3) dan dokosaeksaenoat (22:6 ω3) mengandung asam lemak omega 3 yang banyak diperoleh dari makanan. Kelompok asam lemak yang kedua yaitu omega 6 yang tediri dari asam linoleat (18:2 ω6) dan asam arakidonat (20:4 ω6), sedangkan omega 9 terdiri dari asam oleat (18:1 ω9). Tabel 3. Pengelompokkan asam lemak tak jenuh Kelompok
Kelompok
Struktur
ω3
Asam dokosahexanoat Asam eikosanpetanoat Asam linolenat
22:6 ω3 20:5 ω3 18:3 ω3
ω6
Asam linoleat Asam Arakidonat Asam oleat
18:2 ω6 20:4 ω6 18:1 ω9
ω9
Asam linoleat dan asam linolenat merupakan asam lemak essensial karena tubuh tidak dapat mensintesis kedua asam lemak tersebut, selain itu dapat digunakan untuk mensintesis prostaglandin yang mempunyai sifat-sifat hormon serta terlibat dalam banyak fungsi tubuh. (Murray et al., 1996). Asam linoleat bukan asam lemak esensial karena tubuh dapat mensintesis asam tersebut dengan cara menyisipkan ikatan rangkap pada posisi Δ9 ke dalam asam lemak jenuh yang bersesuaian (Murray et al., 1996). Menurut Osman et al., (2001) PUFA khususnya ω3 dan ω6 dipertimbangkan sebagai asam lemak essensial dan memperlihatkan untuk dapat menyembuhkan dan mencegah, penyakit kardivaskuler, perkembangan saraf pada bayi, kanker dan kontrol glikemik lemak. Selain itu omega 3 sebagai molekul dasar dalam struktur dan aktifitas pada membran seluruh sel, sehingga komponen pengatur produksi seluler, diketahui sebagai asam eicosanoid (mempunyai 20 karbon) dan fungsi khususnya dalam jaringan saraf, khususnya pada retina mata, mempengaruhi otot jantung, memproduksi substansi mengontrol respon immun.
18 2.6. Struktur dan Metabolisme Kolesterol dalam Tubuh Kolesterol adalah salah satu lipid tubuh yang berada dalam bentuk bebas dan ester dengan asam lemak. Kadar kolesterol normal dalam plasma yang diperoleh dari orang puasa dianggap oleh kebanyakan laboratorium klinik sebesar antara 3,1 dan 5,7 mmol/L (120 sampai 220 mg/gL). Pada orang dewasa muda sehat, nilai rata-rata kolesterol plasma ialah antara 4,4 dan 4,7 mmol/L (Mongmery et al., 1993). Sedangkan pada tikus kadar kolesterol dan fosfolipid dalam LDL dan kolesterol di dalam HDL meningkat sesuai umur, tetapi gerakan asam empedu dan sekresi asam empedu pada kolesterol menurun sesuai umur tikus. Kurang lebih 65% kolesterol dalam plasma subyek normal berpuasa diesterkan. Plasma darah penderita normal akan tidak mempunyai kilomikron tersisa sesudah masa puasa dan hanya ada sedikit very low density lipoprotein (VLDL). Oleh karena itu lipoprotein utama ialah low density lipoprotein (LDL) dan high density lipoprotein (HDL). Kurang lebih 70% kolesterol total terdapat pada LDL dalam plasma puasa normal, sedangkan di dalam cairan empedu jumlah kolesterol sekitar 390 mg/100ml. Laki-laki mempunyai relatif lebih banyak LDL, sedangkan wanita pramenopause mempunyai relatif banyak HDL, sehingga laki-laki cenderung mempunyai kadar kolesterol plasma lebih tinggi dari pramenopause. Girindra (1998) menyatakan bahwa semua jaringan tubuh mempunyai kemampuan untuk mensintesis kolesterol tetapi yang paling aktif adalah hati. Wirahadikusuma (1985) menyatakan bahwa biosintesis kolesterol berada dalam jaringan hati, kulit, kelenjar anak ginjal, kelenjar kelamin, jaringan lemak, otot, urat nadi dan otak dewasa. Pada tikus normal memiliki kadar kolesterol total bervariasi. Kadar kolesterol total normal dari berbagai hasil penelitian yang telah dilakukan disajikan dalam Tabel 4. Tabel 4. Kadar Kolesterol Total Normal Tikus. No. 1. 2. 3.
Kolesterol total (mg/dl) 40 – 130 50 – 60 65 – 75
Sumber: Purwanti (2004)
19 2.6.1. Hiperkolesterolemia Kolesterol di dalam tubuh diproduksi dalam jumlah yang diperlukan. Kadar kolesterol
yang
melebihi
batas
normal
disebut
sebagai
hiperkolesterolemia.
Hiperkolesterolemia dapat dibagi menjadi 3 berdasarkan kadar kolesterol low density lipoprotein (LDL) dalam darah seperti yang tercantum pada Tabel 5. Tabel 5. Pengelompokan Hiperkolesterolemia. Kategori Normal Hiperkolesterol rendah Hiperkolesterol sedang Hiperkolesterol tinggi
Kolesterol (mg/dl) < 200 200 – 289 240 - 289 > 290
LDL (mg/dl) < 130 130 – 159 169 – 209 > 210
Sumber : Grundy (1991)
Hiperkolesterolemia dapat dibuat pada beberapa spesies hewan yaitu dengan menambahkan lemak dan kolesterol dalam makanan yang disebut dengan induksi eksogen. Biosintesis kolesterol secara endogen prosesnya sangat lambat untuk memperoleh peningkatan kadar kolesterol. Pada tikus pemberian diet kolesterol saja tidak dapat meningkatkan kadar kolesterol plasmanya. Banyak penelitian yang telah dilakukan untuk membuat tikus dewasa hiperkolesterolemia yaitu dengan cara menambahkan lemak dan kolesterol dalam makanannya. Selain itu pada air minumnya perlu ditambahkan propil tiourasil (PTU) yang merupakan suatu zat antitiroid untuk meningkatkan kolesterol darah secara endogen. Penghambatan ekskresi hormon tiroid ke dalam empedu dapat meningkatkan kadar kolesterol darah dengan cara menekan pembentukan reseptor low density lipo-protein (LDL) di hati, yang menyebabkan pengeluaran kolesterol dari sirkulasi meningkat (Ganong, 1998). Mekanisme pencegahan dan penurunan kolesterol di dalam saluran cerna hewan percobaan adalah sebagai berikut. 1.
Bakteri asam laktat dapat mendegradasi kolesterol menjadi “coprostanol” yaitu sebuah sterol yang tidak diserap oleh usus. Selanjutnya “coprostanol” dan sisa kolesterol dikeluarkan bersama-sama tinja hewan atau manusia. Sebuah penelitian menunjukkan bahwa penurunan kolesterol oleh galur bakteri Lactobacillus secara anaerobik dapat mencapai sekitar 27-38%.
2.
Galur bakteri asam laktat memproduksi enzim yang disebut bile salt hydrolase (BSH). Dekonjugasi garam empedu akan meningkatkan asam empedu terkonjugasi yang
20 tidak mudah diserap dari usus halus dibanding asam empedu konjugasi. Asam empedu konjugasi akan terbuang lewat tinja, sehingga jumlah asam empedu yang kembali ke hati berkurang. Untuk mengimbangi asam empedu tubuh akan mengambil kolesterol tubuh sebagai prekusor. Proses itu akan menurunkan kadar kolesterol darah secara keseluruhan (Anonim. http://anandamarga.or.id/imdex.php). 2.6.2. Lipoprotein Kolesterol dalam darah diedarkan dalam bentuk lipoprotein. Lipoprotein dibagi menjadi 5 fraksi berdasarkan ultrasentifugasi. Kelima fraksi tersebut adalah kilomokron, very low density lipoprotein (VLDL), intermediet density lipoprotein (IDL), high density lipoprotein (HDL) kolesterol dan low density lipoprotein (LDL) kolesterol (Murray et al., 1996). Kolesterol dominan terdapat dalam LDL dan HDL kolesterol. HDL terlibat dalam pengangkutan kolesterol ke jaringan dan pengangkutan balik kolesterol, sehingga diharapkan kadar HDL yang tinggi dalam darah. Povey (1994) menyatakan bahwa HDL kolesterol bersifat menguntungkan. HDL kolesterol berfungsi mengumpulkan kelebihan kolesterol dari arteri dan membawanya kembali ke hati, untuk diproses ulang atau diubah menjadi empedu. Wirahadikusumah (1985) menyatakan bahwa jumlah HDL kolesterol yang tinggi akan mempercepat proses pengangkutan kolesterol dari sel tepi yang berarti mengurangi kemungkinan terjadinya penimbunan kolesterol pada dinding pembuluh darah. LDL kolesterol bersifat merugikan karena fungsi utamanya untuk mengumpulkan dan mengalirkan kolesterol dari seluruh tubuh ke dalam sel. Konsentrasi LDL Kolesterol normal pada beberapa hewan dan manusia dapat dilihat pada Tabel 6. Tabel 6. Kadar LDL normal pada manusia dan hewan. Kelompok Manusia Mencit Tikus Marmut Kelinci Monyet Kera besar Domba Sumber: Grundy (1991)
LDL (mg/dl) 79-90 20 24 28 17 42 46 24
21 2.6.3. Metabolisme Trigliserida Trigliserida merupakan ester dari gliserol dan asam lemak. Lemak ini dibawa dalam aliran darah oleh
very low density lipoprotein (VLDL). Seperti halnya kolesterol,
trigliserida dibuat di dalam hati atau berasal dari lemak dalam makanan. Trigliserida merupakan suatu sumber energi penting untuk tubuh, tetapi jika berlebihan dapat meningkatkan kecenderungan pembentukan bekuan dalam darah. Kadar trigliserida yang meningkat (trigliseridemia) cenderung akan mengalami peningkatan Penyakit Jantung Koroner (Povey, 1994). Disamping digunakan sebagai sumber energi, trigliserida dapat dikonversi menjadi kolesterol, fosfolipid dan bentuk lipid lainnya (Heslet, 1991). Jaringan adiposa secara khusus merupakan tempat sintesis, penyimpanan dan hidrolisis trigliserida. Kadar trigliserida normal pada orang dewasa adalah antara 30-170 mg/100 ml. Nilai yang melebihi 250 mg/100 ml dianggap berindikasi hipertrigliseridemia. Heslet (1991) menyatakan trigliseridemia dapat disebabkan oleh karbohidrat dalam makanan yang dikonsumsi. Dalimartha (2001) menyatakan bahwa konsumsi bahan makanan seperti alkohol, makanan manis, santan dan karbohidrat secara berlebihan akan meningkatkan kadar trigliserida. Hipertrigliseridemia sering diikuti dengan penurunan HDL Kolesterol dan meningkatnya kandungan very low density lipoprotein (VLDL) dan Low Density Lipoprotein (LDL) Kolesterol. Masalah kolesterol akhir-akhir ini banyak dibicarakan karena ada hubungannya dengan penyakit arterosklerosis
dan penyakit
kardiovaskuler pada manusia. Banyak penelitian menunjukkan bahwa seseorang dengan diet rendah lemak resiko penyakit jantung koroner (PJK) lebih rendah dibandingkan dengan diet lemak tinggi, khususnya lemak jenuh dan kolesterol. Korelasi positif antara kadar kolesterol plasma dan resiko PJK diakibatkan oleh efek arterosklerosis karena adanya peningkatan kadar kolesterol plasma. Faktor utama resiko penyakit jantung koroner adalah umur, jenis kelamin, rokok, hipertensi, diabetes yang meningkatkan LDL kolesterol (≥ 4,1 mmol/L atau 160 mg/dL) dan menurunkan HDL kolesterol (<0,9 mmol/L atau 35 mg/dL). PJK sangat berhubungan dengan adanya arterosklerosis, yang menggambarkan kemunduran beberapa fenomena meliputi interaksi antar lipid plasma, lipoprotein, monosit, platelet dan endotelium dan otot polos pada dinding arteri yang berangsur-angsur menyempitkan arteri koroner setelah terjadinya trombosit dan koroner. Resiko PJK konstan pada kadar kolesterol 200 mg/dL tapi diatas nilai tersebut akan meningkatkan resiko PJK seiring dengan naiknya kadar kolesterol plasma. Selain PJK, arterosklerosis juga merupakan penyebab naiknya kadar kolesterol
22 plasma dan merupakan faktor utama resiko penyakit jantung yang meliputi suatu kombinasi tepat dan intima (endotelium) dan media (otot polos) yang melapisi pembuluh darah yang menghasilkan dalam mempersempit arteri dan membatasi aliran darah. 2.7. Pertumbuhan Mikrobial Kinetika fermentasi berhubungan dengan laju dan sintesis sel dan atau pembentukan produk dan pengaruh lingkungan. Mikroba tumbuh dalam spektrum yang luas dalam lingkungan fisik maupun kimia, pertumbuhan dan aktivitas biologis merupakan respon terhadap lingkungannya. Dengan mempelajari kinetika fermentasi akan didapatkan gambaran perubahan yang terjadi, yaitu pertumbuhan biomassa dan pembentukan produk oleh mikroba. Di dalam fermentasi mencakup tiga hal penting yang saling berhubungan yaitu kinetika pertumbuhan biomassa, kinetika penggunaan substrat dan kinetika produksi metabolit (Wang et al., 1979). Pada fermentasi curah setelah dilakukan inokulasi tidak dilakukan lagi penambahan media ke dalam fermentor, kecuali pemberian oksigen (proses aerob), antibuih dan asam/basa untuk mengatur pH bila diperlukan, sehingga semakin lama waktu kultivasi, laju pertumbuhan spesifik (μ) mikroba semakin menurun sampai akhirnya berhenti. Penurunan dan berhentinya pertumbuhan disebabkan nutrien berkurang dan terjadi akumulasi metabolit yang mempengaruhi laju pertumbuhannya, sehingga pada kultivasi curah jumlah sel pada fase stasioner merupakan jumlah sel maksimum dan faktor pembatas utama dari luar terhadap pertumbuhan mikroba adalah konsentrasi nutrien dan konsentrasi metabolitmetabolit yang dapat membatasi pertumbuhan. Kinetika merupakan hal yang sangat penting dikaji untuk menetapkan model matematik di dalam industri kultivasi. Model matematik yang dihasilkan dari studi kinetika akan berguna untuk membantu memecahkan persoalan yang mengangkut proses dalam industri fermentasi. Pertumbuhan sel dan pembentukan produk oleh mikroorganisme merupakan proses biokonversi dengan unsur makro dan mikro sebagai sumber nutrien yang digunakan selama kultivasi sehingga akan terjadi biokonversi menjadi biomassa dan metabolit. Setiap tahap biokonversi tersebut dapat dikuantitatifkan dengan suatu koefisien hasil (yield) yang dinyatakan sebagai biomassa yang terbentuk per unit substrat dan produk yang terbentuk per unit substrat yang dinotasikan sebagai Yx/s dan Yp/s. Penentuan nilai Yp/s dapat dihitung dengan metoda linierisasi persamaan dengan cara membuat garis regresi antara jumlah penggunaan substrat (So-S) dengan
jumlah
23 produk yang dihasilkan (P-Po) pada tiap satuan waktu. Menurut Wang et al., (1979) nilai rendemen konsumsi substrat untuk pembentukan produk dihitung dengan rumus empiris (P– Po)=Yp/s (So–S). Cara yang biasa digunakan dalam menghitung hasil adalah dengan mengukur biomassa atau produk yang dihasilkan dan substrat yang dikonsumsi selama periode waktu tertentu. Rendemen penggunaan substrat untuk penggandaan biomassa Yx/s merupakan rasio antara perbedaan jumlah biomassa pada saat t dengan jumlah biomassa pada saat t = 0 dengan selisih antara jumlah substrat pada awal kultivasi dengan sisa substrat pada waktu t. Nilai Yx/s dapat ditentukan dengan cara menghubungkan antara jumlah penggunaan substrat (So-S) dan jumlah biomassa yang terbentuk (X-Xo). Kemiringan garis regresi dari persamaan garis (X–Xo) = Yx/s (So–S) merupakan nilai Yx/s. 2.8. Analisis Kelayakan Finansial Analisis finansial dilakukan untuk mengetahui tingkat kelayakan ekonomis teknologi proses produksi hasil percobaan. Beberapa kriteria kelayakan finansial yang digunakan dalam menentukan kelayakan teknologi proses produksi yaitu NPV (Net Present Value), IRR (Internal Rate of Return), Net B/C (Net Benefit Cost Ratio), PBP (Pay Back Period) dan BEP (Break Even Point). Net Present Value (NPV) Nilai Sekarang Bersih (NPV) adalah selisih antara Present Value (Nilai Sekarang) dari investasi dengan nilai sekarang dari penerimaan-penerimaan kas bersih (aliran kas operasional maupun aliran kas terminal) di masa yang akan datang. Untuk menghitung nilai sekarang perlu ditentukan tingkat bunga yang sesuai. Rumus yang digunakan untuk menentukan nilai NSB adalah : NSB = NS Penerimaan – NS Biaya
Di mana : NSB = Nilai Sekarang Bersih NS = Nilai Sekarang Kriteria Penilaian : Jika NSB > 0, investasi dinyatakan layak Jika NSB < 0, investasi dinyatakan tidak layak
24 Internal Rate of Return (IRR) Laju pengembalian atau Internal Rate of Return (IRR), dari suatu investasi dapat didefinisikan sebagai tingkat suku bunga yang akan menyebabkan nilai ekivalen biaya/investasi sama dengan nilai ekivalen penerimaan. Menghitung IRR pada dasarnya adalah menentukan (i) sedemikian rupa sehingga persamaan berikut berlaku : 1. Nilai Sekarang Bersih = 0 2. Nilai Sekarang Penerimaan – Nilai Sekarang Biaya = 0 Nilai Sekarang Penerimaan =1 Nilai Sekarang Biaya
3.
Nilai ALP dapat dicari dengan cara coba-coba dengan menggunakan rumus : ⎡ − ⎛ NSB + + ⎜ ALP = r + ⎢(r − r ) x ⎜ + − ⎝ NSB − NSB ⎣ +
⎞⎤ ⎟⎟⎥ ⎠⎦
Di mana : ALP = tingkat bunga yang dicari harganya (%) r= Tingkat bunga yang membuat NPV negatif (%) r+ = Tingkat bunga yang membuat NPV positif (%) + = Nilai Sekarang Bersih positif (Rp.) NSB NSB= Nilai Sekarang Bersih negatif (Rp.) Rasio Manfaat Biaya (RMB) atau Benefit Cost Ratio(B/C) Net B/C merupakan perbandingan antara nilai total sekarang dan pendapatan bersih pada periode saat pendapatan bersih bernilai positif dengan nilai total sekarang pendapatan bersih pada periode saat pendapatan bersih negatif. Jika nilai Net B/C lebih besar dari satu maka teknologi proses produksi atau industri dinyatakan layak. Rumus perhitungan B/C adalah sebagai berikut : Rasio Manfaat Biaya (RMB) atau Benefit Cost Ratio merupakan perbandingan antara nilai ekivalen manfaat dengan nilai ekivalen biaya yang dirumuskan sebagai berikut : RMB =
Nilai Sekarang Manfaat Nilai Sekarang Biaya
Kriteria untuk menerima atau menolak suatu teknologi proses produksi / proyek adalah : proyek dinyatakan layak bila RMB > 1 dan ditolak bila sebaliknya.
25 Waktu Pengembalian Modal PBP (Pay Back Periode ) adalah waktu yang diperlukan untuk mengembalikan sejumlah dana yang telah diinvestasikan (Thuesen dan Fabricky, 1993). Satuan dalam perhitungan PBP yang digunakan adalah dalam tahun atau bulan. Semakin pendek PBP, semakin kecil resiko yang dihadapi investor. Perhitungan BEP merupakan cara yang paling sering digunakan untuk mengetahui tingkat penjualan dan produksi dalam keadaan seimbang (tidak untung maupun rugi). Analisis Sensitivitas Analisa kepekaan bertujuan untuk mengetahui pengaruh berbagai faktor internal terhadap kemampuan proyek mencapai jumlah hasil penjualan dan keuntungan. Faktor eksternal misalnya perkembangan harga produk sejenis di pasar. Dengan analisis di atas akan diketahui sejauh mana proyek akan tetap layak jika terjadi perubahan-perubahan pada faktor-faktor tersebut. Dalam analisa sensitivitas setiap kemungkinan harus dicoba, yang berarti bahwa, tiap kali harus diadakan analisa kembali. Ini perlu sekali karena analisa proyek didasarkan pada proyeksi-proyeksi yang banyak mengandung ketidakpastian tentang apa yang akan terjadi dimasa yang akan datang (Kadariah et al., 1976). Faktor yang mempengaruhi adalah adanya perubahan harga, keterlambatan pelaksanaan, kenaikan biaya dan adanya kesalahan dalam perkiraan hasil (Gittinger, 1986).
