PrtlSiding Pertemuan lbniah lbnu Pengetahuan dan Teknologi Bahan 2002 Serpong, 22 -23 Oktober 2002
ISSN1411-2213
MODIFIKASI TAPIOKA MENGGUNAKAN ENZIM ALFA AMILASE Zubaidi Kaelani, Rifaida Eriningsih, daD Sujana Balai Besar Penelitian clan Pengembanganlndustri Tekstil JI. Jenderal.A. Yani 390, Bandung 40272
ABSTRAK MODIFIKASI TAPIOKA MENGGUNAKAN ENZIM ALFA AMILASE. Modifikasi tapioka menggunakanenzim alfa ami/ase tetah dilakukan dalam rangka perbaikan mutu gel tapioka sebagai bahan baku kanji benllng lusi pada industri tekstil. Gel tapioka asli yang merupakan kanji atam mempunyai beberapakelemahan terutama dalam hatviskositas yang terlalu tinggi, kurang stabil, penetrasiyang rendah, dan beberapakelemahan lainnya. Berdasarkan struktur kimia, tapioka adalah polimer glukosa yang terdiri atas rantai lurus amilosa (20-25%) dan rantai eabangamilopektin (75-80°4). Enzim alia amilase diharapkan dapatmemotong ~bagian rantai cabang daD menurunkan kandungan amilopektin sehingga dapat mcmperbaiki mutu gel tapioka sebagai kanji benang lusi. Penelitian modifikasi dilakukan menggunakan 2 maeamenzim alia amilasc yang berbeda. Karakter enzim, viskositas, kestabilan,dan penetrasitapioka termodifikasi padabenang kapas,poliesterdan campurannyadilakukan analisa,Dapat disimpulkan hahwa penggunaanenzim alfa amilase perlu diseleksidengan cermatkarena aktivita.~nyatcrhadap kondisi suhu dan pH. Modiiikasi tapioka dengan enzim alfa amilase sangat efektif untuk menurunkan viskosi:as dan meningkatkan kcstabilannya. Modifikasi disaraJlkandilakukan pada suhu yang tidak optimum yaitu pada suhu suhu 40.C untuk mcnghindari degradasitotal pada tapioka. penetrasi tapioka termodifikasi lebih baik dibanding tapioka asli. Penetrasi gel tapioka pada benang selulosa (kapas)jauh lebih tinggi 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 alpha amylase enzyme have beenstudied to improve quality of tapioca gel for warp sizing in textile industries, The original tapioca gel is not convenient to be used as warp sizing because of its higher viscosity, lo\\'er !.1abilityand lower penetrations etc. According to the chemical structure, starchis 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 and improve quality of tapioca gel as warp sizing, The modification is carried out using 2 kind of different alpha amylase. The enzymes characters, viscosity, stability, and gel penetrations into warp yam of cotton, polyester and cotton-polyester blended yam were analyzed. The use of alpha amylase should be selected becauseof its actiVIty in temperature and pH conditions. Alfa amylaseenzyme is very effective to reduce viscosity and improve stability. The modification is recommended in lower temperature at 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
PENDAHULUAN Tapioka mempunyai beberapa kelemahan untuk bahan kanji pacta proses pertenunan temtama untuk alat tenun mesin yang mempunyai kecepatan sangat tinggi. Kelemahan geltapioka untuk bahan kanji tersebut temtama viskositas terlalu tinggi, kestabilan rendah, penetrasi kecil, dan sifat adesifnya relatif kurang sehinggaperlu dilakukan modjfikasi. Kanji ialah JX>limer glukosa dengan mmus kimia (CSHloOS)n ' mempakan senyawa koloid yang mempunyai rantai polimer liniar daD rantai cabang. Dalam polimer tapioka kandungan raptai yang limIS (amilosa)jumlahnya kurang lebih 200/0, seaangkan rantai yang bercabang (amilopektin)
276
jumlahnya kurang lebih 80 % [1,2,3]. Oleh karena kandunganamilopektin lebih mendominasisifat sifat kanji. Amilopektin merupakanrnntai polimer bercabang yang mempunyai banyak gugus hidrofil dan dengan molekol-molekul hidroksil dari air dapat membentuk gel dengan viskositas yang sangat tinggi. Berat molekul gel amilopektin dcngan gugus hidroksilnya yang besar tentu mempunyai banyak resiko terhadap perubahan baik dari dalam maupun dari loaf sehingga cenderung tidak stabil. Pengaruh penguapan akan meningkatkan viskositas gel dan sebaliknya, pengaruh bakteri dari
~
Modiflkasi TapiokaMenggunakanEnzim Alfa Amila.\'e(Zubaidi Kaelani) --
udara akan menurunkan viskositas gel. Pacta proses penganjian, diharapkan gel kanji dapat masuk kedalam pori-pori benang dengan sempurna, akan tetapi besarnya molekul amilopektin yang beTaslebih sukar mengadakan penetrasi kedalam benang. Diharapkan, modifikasi dengan enzim dapat melakukan pemotongan sebagian rantai cabang amilopektin sehingga dapat menurunkan viskositas, memperbaiki kestabilan dan meningkatkan penetrasigel kedalam pori -pori benang. Enzim ialah suatu zat organik kompleks yang terbentuk dalam sel-sel hewan dan tumbuh-tumbuhan yang dapat berperan sebagaikatalis pactareaksi kirnia dalam proses hayati. Pacta kondisi yang tepat enzim dapat melakukan degradasi secara efektif, misalnya Thielatia terrestris yang bekerja efektif pada suhu tinggi. Pemilihanjenis enzimjuga sangat menentukan aktivitasnya. Sebagaicontoh, cellulase yang dihasilkan daTi fungi Aspergillu.\' niger dan Trichoderma viride sangat efektifuntuk mendekomposisibahan-bahandaTi polisakarida. Demikian juga enzim alpha ami laseadalah salah satudaTiratusanjenis enzim yang dapat merubah kanji menjadi gula. Dalam industri pertenunan, kanji adalah bahan baku yang sangatpenting serta dibutuhkan dalamjumlah yang sangat besar. Penganjian benang lusi adalah proses yang tidak dapat ditinggalkan karena dengan melakukan penganjian benang lusi akan dapat meningkatkan efisiensi produksi dan sekaligus meningkatkan mutu kain. Pada proses pertenunan, semuabenang lusi akan mengalami hentakan-hentakan secara berulang dan gesekan-gesekan yang kesemuanya dapat menyebabkan putus benang. Apabila salah satu benang lusi putus, proses pertenunan barns berhenti dan dilakukan penyambunganyang memerlukan cukupwaktu sehingga mengurangi efisiensi produksi. Selain itu, benang yang tidak dikanji akan mudah menimbulkan elektrostatikdan terjadi nep pacta benang yang apabila masuk pada anyaman kain akan menyebabkan cacatpactakain. ~
PERCOBAAN Bahan
enzim sebanyak19/L. PenyesuaianpH dilakukan dengan penambahan asam asam atau natrium karbonat. Kemudian dilanjutkan dengan penetralan, pembilasan clanpenyaringan dengankertas saring. Hasil modifikasi dibuat gel pada konsentrasi 10% dengan cara pemanasansecara perlahan-lahan diikuti pengadukan sampai berubah menjadi gel kira-kira pada suhu 70°C. Perubahanlarutan kanji menjadi gel diamati clan dicatat sebagai titik gel. Pengujian kekentalan (viskositas) dilakukan menggunakan viskometer Brookfield menggunakan spindel clan kecepatan yang sesuai dengan viskositas kanji. Kestabilan viskositas diujidengan penyimpanan larutan kanji pada suhu kamarclan selama waktu tertentu diuji perubahanviskositasnya. Penganjian dengan tapioka asli, tapioka modifikasi dilakukan pada benang dan serat kapas, poliester clan campuran poliester-kapas. Hasilpenganjian dilakukan pengujian terhadappenetrasikanjike dalam benang. Penganjian dilakukan dengan perendamam clan pemerasan menggunakan mesinpad dengan wpu 80% untuk mendapatkan perlakuan yang sarna. Penetrasi diuji denganrnenghitung selisih bobot sesudahpenganjian saat kering dengan berat sebelurnpenganjian dibanding robot sebelurnpenganjian dalarnpersen.
BASIL DAN PEMBABASAN Pengamh Suhu Pengaruh suhu terhadap persen aktivitas keduaenzim disajikanpactaGambarI. Suhuyang tetbaik untuk a/fa ami lase1 pacta suhu sekitar 75°C daD di alas suhu tersebut aktifitasnya cenderung turun. Pacta a/fa ami lase 2 dapat melakukan aktifitas secara baik pacta suhu yang lebih tinggi daD sampai suhu 90°C masih mempunyai kecenderungan yang meningkat. Dapat disimpulkan bahwa kedua enzim kurang aktif pactasuhurendah, makin tinggi suhunya keaktifannya makin bertambah sampai pacta suhu tertentu. Enzim a/fa ami lase1 pactasuhu75°C mencapai titik puncaknya daD ~ diatas suhu tersebut mulai turun. Enzim a/fa ami lase 2 lebih tahan pacta suhu tinggi yaitu pacta suhu 90°Ckeaktifannya masih cenderung meningkat.
Sampel yang digunakan adalah tapioka yang diambil dari pasarbebasdan untuk melakukan modifikasi digunakan 2 macam enzim a/fa ami lase daTi somber
120 100
yang berbeda, ,Benang dari kapas, ~oliester, da~
~
80
campuran pol1ester-kapas yang dlperoleh perusahaanpertenunan di dalam negeri,
~ ~
60 40
dart
Cara Kerja
I-.-Amlase11 I-.-Amlase2!
20
Aktivitas enzim ditentukan dengan melakukan variasi suhu antara 30°C sampai 90°C serta variasi pH antara 4 samp ai 9, Modifikasi dilakukan dengan , perbandingan
,/"
020 G
am
lamtan
(vlot)
1
: 20
denganpenambahan
amilasel
b
ar
40 1 P ,
engaru
dan
alfa
60 Suhu (q h
su
80
100
h t h da aku' ' t u
er
a
p
VI
' as
enzlrn
'1:
/. a'Ja
ami/.a,ye2
277
120
Prosiding Pertemuan llmiah llmu Pengetahuan dan Teknologi Bahan 2002 Serpong, 22 -23 Oktober 2002
40
suhu tersebut belum mencapai aktifitas yang optimum. Pada 40°C penurunan viskositas sudah cukup besar mencapai viskositas kurang daTi 10.000 cps dan diharapkan tidal sampai menghilangkan suat gelnya. Demikian juga pada suhu 50°C yang tidal jauh berbeda dengan proses pada suhu 40°C. Pada tapioka asli mempunyai viskositas yang sangat tinggi terutama sesudahsatujam pertama. Hal tersebut mungkin disebabkan masih berlangsungnya penyesuaian dan penyempurnaan pembentukan gel. Pada konsentrasi yang sarna nilai viskositas pada tapioka dapat mencapai 60.000 cps. Selama pengujian sampai 6 jam tersebut viskositas mengalami fluktuasi yang relatif lebih besar dibanding tapioka termodifikasi. Hal tersebut mungkin disebabkan faktor luar seperti penguapanmaupunkerusakanmolekul amilopektin pada gel tapioka. Penguapan air pada gel tapioka alan menyebabkan konsentrasi meningkat sehingga dalam pengujian viskositas memberikan basil viskositas yang lebih tinggi. Sebaliknya, pengaruh bakteri daTi udara bebas alan merusak amilopektin sehingga viskositas gel turun. Resiko daTikedua faktor tersebut lebih banyak dimiliki oleh gel tapioka asli yang kandungan amilopektinnya lebih besar.
20
Modifikasi Dengan a1fa amilase 2
Pengaruh pH Pengaruh pH terhadap aktivitas enzim alfa ami lase disajikan pada Gambar 2. alfa ami lase1 kurang aktif pada pH rendah daDkeaktifannya akan mencapai puncak pada pH 8 dan di atas pH tersebut kembali kurang aktif. Alfa ami lase 2 menunjukkan cukup aktif pada pH rendah maupun pH tinggi. Selain itu, aktifitas pada suhu 60°C maupun pada suhu 80°C relatif tidak banyak perbedaan. Dari Gambar 1 dan 2 dapat disimpulkan bahwapenggunaanenzim alfa ami laseperlu dipilih dengan cermat karena sifatnya yang sensitif terhadap suhu dan pH. Yang termasuk sensitif adalah alfa amilase1 sedangkanalfa amilase2 termasuk enzim yang moderatdan dapatbekerja aktif pada semuakondisi sehingga penggunaannya tidak memerlukan pengendalian secaracermat.
100
~
80
~
60
D
" ~
ISSN1411-2213
I
0
Modifikasi dengan alfa amilase 1 Modifikasi menggunakan enzim alfa amiJase1 dilakukan dengan variasi suhupada suasananetral dan hasilnya dibuat gel. Hasil pembuatan gel diamati viskositasnya untuk dibandingkan dengantapioka asli. Pengujianviskositasdilakukan setiap I jam sekali selama waktu 6 jam pada masing-masingsampel.Hasil pengujian disajikan pada Gambar 3.
Modifikasi dengan enzim a/fa amiJase 2 yang kurang sensitifterhadap suasanaproses disajikan pada Gambar 7. Gambar tersebut mempunyai banyak kesamaan dengan a/fa amiJa~el temtama dalam hal penurunan viskositas dan kestabilannya yang lebih baik dibanding tapioka gel daTi tapioka asli. Hal tersebut menguatkan anggapanbahwa molekul yang sederhana akan memberikan kestabilan yang lebih baik dibanding struktur molekul yang komplek.
-+- Alii -.-Suhu 40C -6-Suhu sac -*-Suhu 6OC
Gambar 4. Viskositas tapioka termodifikasi dengan aktivitas enzim alfa amilase2 dalam variasi suhu modifikasi.
Gambar 3. Viskositas tapioka termodifikasi dengan aktivitas alfa amilasel dalam variasi suhu modifikasi.
Pactasuhu 60°C modifikasi sudah mengalami penunman viskositas yang sangatbesar meskipun pacta
278
Dapat disimpulkan bahwa kedua enzim tersebut dapatdigunakan untuk modifikasi tapioka secaraefektif. Untuk menghindari terjadinya degradasi yang berlebihan, modiflkasi perlu dilakukan pactasuhurendah dimana aktifitasenzim rendah. Untuk enzim a/fa amilase1
~ ;., J'",
Modifika.\"iTapiokaMenggunakanEnzim 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 secaratotal, atauproses biofinishing lainnya diperlukan pemilihan enzim dengan kondisi yang optimal.
Kestabilan Penelitian kestabilan dalam waktu yang relatif lama terhadap gel tapioka asli dan.tapioka modifikasi juga telah dilakukan selama waktu 4 ban. Hal tersebut dirasa perlu untuk mengetahui proses terminasi dengan cara pembilasan berulang dapat berjalan dengan sempurna. Hasil pengujian disajikan pactaGambar 5.
selanjutnya akan membentuk amilosa hidroksil (- OR) dan ikatan rangkap aldehida (- CR=O) yang selanjutnya denganoksidasi daTiudara akan membentuk karboksilat (- COOR). Pemotongan rantai tersebut akan memperkecil molekul sertamenunmkari viskositaspada waktu pembentukan gelatin. Pengujian dengan FrIR pada tapioka asli dan tapioka termodifikasi disajikan pada Gambar 6. Pada tapioka asli dan tapioka termodifikasi terdapat sedikit perbedaan puncak barn pada bilangan gelombang antara 1600 dan 1800 yang dimungkinkan gugus gula yang berinteraksi dalam bentuk rantai lurns. Tabell. Pertambahanbobot benangkanji dengantapioka asli daDtapioka termodifikasi
70000 60000
Vi'50000
8-e-Amilase1 AsI
! 40000 -.-Amilase2
30000 20000 10000
0
1
2
3
4
Keslabilan(han)
Gambar 5. Kestabilan termodifikasi
gel tapioka
asli dan tapioka
Gambar 5 rnenunjukkan bahwa pada hari ke dua atau selama 24 jam, tapioka termodifikasi keduanya sarnasarna rnengalarni penurnnan viskositas rneskipun tidak terlalu signifikan.
Hal yang sarna juga dialarni
oleh
tapioka asli, sehingga dapat disirnpulkan bahwa terminasi 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"
80
~ 6u ~,:
V',
\
OJ'
j¥
'
~\\ '"t, "';\ : ;. : ; ~~,f"\
\,
'000
4000 3000
ZOOO
I~OO
1000
Penetrasi Gel Kedalam Benang Uji penetrasi kanji ke dalam benang dilakukan dengan cara penganjian dengan kanji tapioka asli dan tapioka modifikasi pactaviskositas yang sarna terhadap benang kapas, poliester-kapas, dan poliester. Hasil penganjian dikeringkan, ditimbang, dan dihitung pertambahan bobotnya. Pertambahan bobot tersebut merupakan banyaknya kanji yang dapat diserap (berpenetrasi) kedalam benang. Pertambahan bobot % = (bobot benang kanji -bobot awal)/ bobot awal x 100%. Hasil perhitungan disajikan pactaTabell. Tabell menunjukkan bahwa pertambahanbobot semuabenang yang dikanji dengan tapioka termodifikasi lebih besar dibanding tapioka asli. Hal tersebut menandakanmolekul kanji yang lebih kecillebih mudah berpenetrasikedalam benang. Selain itu, kanji tapioka lebih mudah berpenetrasi ke dalam benang selulosa (kapas) dibanding benang poliester. Hal tersebut disebabkan karena serat kapas mempunyai kesamaan dengan kanji alam yaitu banyak mengandung gugus hidroksil. Kandungan air (moisture regain) pacta serat kapas kurang lebih 8%, sedangkanpacta serat poliester hanya 0,4%.
Analisis denganFfIR
KESIMPULAN
Proses degradasi diperkirakan terjadi pemotonganrantai cabangpactaguguseter (-0-) yang
Modifikasi tapioka menggunakan 2 jenis enzim a/fa amilase telah dilakukan untuk meningkatkan mutu 179
.
PrtJ.fidlngPm~nwan IbrUahllnw Pengdahuan dan TeknologiBahan 21)02 ISSN 1411-2213
S~rp4Jng, 22 -23 Oktober 2002
geJtapioka sebagaibahanbaku kanji pada industri tekstil. ~ pcrcobaandan pengujian dapatdisimpulkan sebagai bcrikut : 1. Penggunaanenzim a/fa ami/aseperlu dipilih dengan cennat karena berdasarkan aktifitas kerjanya ada yang sensitifterhadap kondisi (suhu dan pH) daD ada yang moderat terhadap kondisi. 2. Enzim a/fa ami/ase dapat digunakan untuk
~
Jawaban
I.
2
tapioka danuntukDtC2lghindari terjadinya
Keduanya sarna-sarnat;tektif, tapi disarankan menggunakanenzimaJfaami/ase2 (bekerjapada pH 5 sampai dengan pH 8) sehingga pengontrolannyarelatif mudah.Sedangkanenzim aJfaami/ase1 hamsmengontrolpadapH 7,5. DapatdiketahuidaTiaktivitas enzimpadalarutan kanji dengan variasi pH. Indikasinya dapat digunakanJ<XIium (Kj).
degradasi yang berlebihan, modifikasi dilakukan
~
suhuyangtidak optimumyaitupadasuhu
suhu 4O"C. 3. Dari basil modifikasi terseblt, diperoleh ~an dafi tapioka asli yaitu penurunan viskositas, kest3bilan yang Jebih bait, dan penetrasi kedalam benang lebih bait. ;&. Apaikasi penganjian pada benang kapas, poiiester, t:tm C'<m\puran kaplS-poliester ~unjukkan bahwa Jx:netrasitapioka tennOOifikasi1ebihbaik dll:IaI¥ting tapioka asli, daD kanji tapioka lebih mudab ~tpene:trasi kcdalam benang selulosa (kapas) dibanding benang poiiester,
~
Co.Ltd..
WHlmERR.L
and PASCHALL E.F,.SlO1!dl:
CAe.~,~tr;\' @nd Tecklt@fog\',. FuDdamcntal
A~s' 1,.A~mic PressNa\' York, () %5). WHISnER R.L and PASCHALL E.F,.SiIiln:/r:
).
(:Iktet1IIk.'Jt!Jfy -'Fe~Atnot"'8)!,
I~
~
1. A~~~Y~(1967).
~
ANWARMARYONO d1it ~~ timNh Padat 1~ Tapioka Untut: ~osa Secara EuilDlitis. l£apot'Qlt Pen.el'it!itJB. Ba:laiP~lIiibid'fl;1ti PeltgelltlfJ'Cllrtgan IlRl.st,..f J!Je[fJ(4J!tIIl1IIl!fl ?el'itlditstrian' (I ~i}~.
Spe(.:;iaJl AcrytK ~
$,
PI~,
Sejauhmana peIUlmbahan kanji yang di enzymase dapat meningkatkan mutu benang
1. V1skositas y-aDgoptimumbiasanyasekitar400-500
re(;..i~QIM~aJ P TextilePrintfRlg.Sumitomo
1
mcnem~padabagj.,.nluar 4.
Jaw*-
DAFfAR PUSTAKA l
Oewi Sekar P.,P3TIR -BAT AN Pa1anyaan I. Berapa viskositas optimum (bila bahan kanji diturunkan viskositasnya dengan enzim) untuk mendapatkanbel13ngdengan kekuatan optimum 2 Perubahan apa yang terjadi pada ami/osa daD am.vlopectinyang diberi enzim 3. Bagaimana mengetahui bahwa kanji tersetmtbenarbenar terpenetrasi pada benang, tidak hanya
~ bergaotnng jenisbarangnya 2. Secaratisik sr;beIumdibuat gd bampir tidak ada perbcd3an Setelah dibuat gel penambabannya adaIah\isknsitasdan titik gd saIikit adaperbedaan 3.. Dan.g;.mmr mikroskop biasa basil pemocretan pciW)1pang wdintang benangyangdiberi kanji 4.. Pet~ kanji ~ baiksehinggak~~ ~g
~ nmngi:at, hal ini terjadikarenaadanya kanji ~ be.n;mg dapatmeniugkatkan friksi antar seratsebjngg'/& kekuatanbenangmeniDPat..
Se".OIJra1Jlg,
f0l Vise:In Sizmg..Ittd
"~JnI?O8i1tm! Bal'ai &Sat' PenelitiM -
Peng~~.' l/IfdJ1.Jt1ri 'Few,t~fu~~,. (1~). GISELABUso-ILE DILLER, ft. :tit.,E~
6.
~hjag
Lf~
F~~
{j1ucose ~
TextlikR~~achJclJrnal, 11. (W(:)1);,JD,
TANYAJAWAB
~-
l!'n ~lifaJli., Fisika;~A
-UNIIL6\
1:. marii2:euzD aifayaogdl~ ~ IJnDJk meJI~ In~
2.
waaa~ lebih yangseInpIJmJa
dati, tapiOka, Sagai!mana:Cat'ci! ~eleksian!
enzim aJfri;ami~;
dan, ~
_at
pH!11!eJ!ap8i ~
Ke Daftar Isi 2:80
