Produksi Glukosa Cair dari Pati Ubi Jalar Melalui Proses Likuifikasi dan Sakarifikasi Secara Enzimatis

Produksi Glukosa Cair dari Pati Ubi Jalar Melalui Proses Likuifikasi dan Sakarifikasi Secara Enzimatis 1)

I Wayan Arnata, 1)

1)

Bambang Admadi H.,

2)

Esselon Pardede

Staf Pengajar PS. Teknologi Industri Pertanian, FTP Unud, Bali 2) Alumni PS. Teknologi Industri Pertanian, FTP Unud, Bali Koresponden: [email protected]

Abstrak Penelitian ini bertujuan untuk menghasilkan glukosa cair dari pati ubi jalar melalui proses likuifikasi dan sakarifikasi secara enzimatis. Penelitian dirancang menggunakan Rancangan Acak Kelompok dilakukan dalam dua tahap, yaitu tahap likuifikasi dan sakarifikasi. Pada tahap likuifikasi diperlakukan konsentrasi enzim α-amylase dan suhu hidrolisis. Konsentrasi enzim αamilase terdiri dari tiga level yaitu 0,8 ml/kg pati, 1 ml/kg pati dan 1,2 ml/kg pati sedangkan suhu hidrolisis terdiri dari 3 level yaitu 90oC, 95oC dan 100oC. Pada tahap sakarifikasi diperlakukan Konsentrasi enzim amiloglukosidase dan suhu proses. Konsentrasi enzim amiloglukosidase terdiri dari tiga level yaitu 0,8 ml/kg pati, 1 ml/kg pati dan 1,2 ml/kg pati, sedangkan suhu proses 50oC, 55oC dan 60oC. Parameter yang diamati adalah total gula, dextrose equivalent dan gula reduksi. Data yang diperoleh dianalisis keragamannya dan dilanjutkan dengan uji perbandingan berganda Duncan. Hasil penelitian menunjukkan bahwa total gula dari pati ubi jalar yang dipergunakan adalah 240,39 g/L. Pada proses likuifikasi, dengan konsentrasi enzim α-amylase 1,2 ml/kg dan suhu proses 100oC menghasilkan konsentrasi gula reduksi tertinggi yaitu 57,56 ± 4,81 g/L dengan nilai DE 23,95%. Pada proses sakarifikasi menunjukkan bahwa pada konsentrasi enzim amiloglukosidase 1,2 ml/kg dengan suhu proses 60oC diperoleh konsentrasi glukosa 225,76±2.46 g/l dengan nilai DE 93,92 %. Kata kunci: Glukosa cair, ubi jalar, likuifikasi, sakarifikasi. PENDAHULUAN Gula merupakan salah satu kebutuhan pokok bagi masyarakat Indonesia. Sampai saat ini, setiap tahun, Indonesia hanya memproduksi 2,1 juta ton gula, sementara itu, kebutuhan untuk konsumsi mencapai 3 juta ton atau sekitar 12 kilogram per kapita. Kondisi ini artinya bahwa produksi gula hanya mampu mencukupi sekitar 60 persen dari kebutuhan (Triyatna 2012). Melihat kondisi belum terpenuhinya kebutuhan gula secara nasional ini, menyebabkan pemerintah menerapkan kebijakan mengimpor gula pasir. Badan Pusat Statistik (BPS) memperkirakan impor gula pasir dan gula tebu sampai dengan akhir tahun 2011 mencapai 2,4 juta ton. Kondisi ini berakibat pada kenaikan harga gula pasir. Indonesia kaya akan hasil-hasil alam hayati selain tebu yang bisa dimanfaatkan untuk menghasilkan gula, seperti singkong, ubi jalar, talas gadung dan ganyong (Parwiyanti 2011). Ubi

jalar mengandung kadar air 72,84 %, pati 24,28 %, protein 1,65 %. (Aini 2004). Adanya potensi karbohidrat yang cukup tinggi terutama fraksi pati, menunjukkan bahwa, ubi jalar berpotensi dijadikan sebagai sumber gula, khususnya gula cair. Ini sangat memungkinkan karena pati merupakan homopolimer glukosa yang jika dihidrolisis akan menghasilkan glukosa. Dalam produksi glukosa cair, proses hidrolisis dapat dilakukan secara kimiawi maupun secara enzimatis. Hidrolisis enzimatis dipergunakan dalam penelitian ini karena menghasilkan produk spesifik berupa glukosa, sehingga dapat mengurangi terbentuknya produk-produk sampingan seperti 5-hidroksimetilfurfural dan furfural seperti yang terjadi pada proses hidrolisis secara kimiawi (Lopez et al.(2004). Pembuatan glukosa cair secara hidrolisis enzimatis terjadi melalui dua tahap yaitu likuifikasi dan sakarifikasi. Kedua proses ini dipengaruhi oleh berbagai faktor, seperti konsentrasi enzim, konsentrasi substrat, pH, suhu , waktu proses dan adanya senyawasenyawa penghambat. Jika kondisi-kondisi proses ini dapat diketahui titik optimumnya, maka produksi glukosa cair dari bahan berpati akan dapat dimaksimumkan. Beberapa penelitian telah dilakukan untuk memproduksi gula cair dari bahan berpati. Parwiyanti et al., (2012) melaporkan bahwa produksi gula cair menggunakan pati umbi gadung dengan hanya menggunakan proses hidrolisis menggunakan enzim amilase saja menghasilkan gula cair 10,39 % (b/v) dengan dextrose equivalent (DE) 34,64 %. Rendahnya konsentrasi gula dan nilai DE yang dihasilkan pada penelitian tersebut dapat disebabkan oleh proses hidrolisisnya hanya menggunakan enzim amilase saja, sehingga tidak semua fraksi pati akan terhidrolisis. Pada proses hidrolisis pati dengan hanya menggunakan enzim amilase, secara umum hanya akan menghidrolisis ikatan α, 1,4 glikosidik saja, sedangkan ikatan α 1,6 glikosidiknya tidak bisa dihidrolisis, sehingga masih menghasilkan produk berupa dekstrin. Untuk meningkatkan konsentrasi gula dan DE pada proses hidrolisis pati, maka pada penelitian ini akan dilakukan proses lanjutan berupa proses sakarifikasi dengan menggunakan enzim amiloglukosidase. Dengan penggunaan enzim ini diharapkan ikatan α, 1,6 glikosidik juga akan terhidrolisis sehingga produk dekstrin yang dihasilkan pada tahap pertama akan terkonversi menjadi glukosa. Berdasarkan latar belakang di atas, maka penelitian ini bertujuan untuk menghasilkan glukosa cair dari pati ubi jalar melalui proses likuifikasi dan sakarifikasi secara enzimatis dengan memperlakukan dua faktor yang berpengaruh terhadap hasil hidrolisis yaitu faktor konsentrasi enzim dan suhu. METODOLOGI Bahan dan alat Bahan-bahan yang dipergunakan dalam penelitian ini adalah, ubi jalar diperoleh dipasar tradisional Badung, Bali, enzim α-amilase, amiloglukosidase, buffer sitrat, indikator pati, larutan luff Schoorl. Alat-alat yang dipergunakan dalam penelitian ini adalah timbangan neraca analitik, waterbath, mikro pipet, blender dan alat-alat gelas.

Rancangan percobaan Penelitian dirancang menggunakan Rancangan Acak Kelompok dilakukan dalam dua tahap, yaitu tahap likuifikasi dan sakarifikasi. Pada tahap likuifikasi diperlakukan konsentrasi enzim α-amylase dan suhu hidrolisis. Konsentrasi enzim α-amilase terdiri dari tiga level yaitu 0,8 ml/kg pati (K1), 1 ml/kg pati (K2) dan 1,2 ml/kg pati (K3) sedangkan suhu hidrolisis terdiri dari 3 level yaitu 90oC (S1), 95oC (S2) dan 100oC (S3). Pada tahap sakarifikasi diperlakukan konsentrasi enzim amiloglukosidase dan suhu proses. Konsentrasi enzim amiloglukosidase terdiri dari tiga level yaitu 0,8 ml/kg pati (K1), 1 ml/kg pati (K2) dan 1,2 ml/kg pati (K3), sedangkan suhu proses 50oC (S1), 55oC (S2) dan 60oC (S3). Parameter yang diamati adalah total gula, dextrose equivalent dan gula reduksi. Ekstraksi pati Ubi jalar diparut dan dihancurkan dengan blender dan ditambahkan air dengan perbantingan 1:1. Bubur pati kemudian disaring dengan menggunakan kain saring guna memisahkan ampasnya. Filtrat hasil penyaringan kemudian diendapkan. Endapan yang terbentuk kemudian dipisahkan dengan cara membuang airnya dan di oven pada suhu 50 oC sampai kadar air sekitar 12%. Likuifikasi Pati ubi jalar sebanyak 300 gr dimasukkan ke dalam erlenmeyer dan ditambahkan dengan akuades sampai volumenya mencapai 1000 ml, pH diatur sampai 5 dengan menggunakan buffer sitrat. suspensi pati kemudian dipanaskan dalam water bath sampai tergelatinisasi. Penambahan enzim dan pengaturan suhu proses disesuaikan dengan perlakuan yaitu konsentrasi enzim αamilase 0,8 ml/kg pati, 1 ml/kg pati dan 1,2 ml/kg pati sedangkan suhu hidrolisis 90oC, 95oC dan 100oC. Proses ini dilakukan selama 60 menit. Setelah proses ini dilakukan analisa gula reduksinya. Sakarifikasi Cairan hasil proses likuifikasi selanjutnya disakarifikasi sesuai perlakuan yaitu konsentrasi enzim amiloglukosidase ditambahkan 0,8 ml/kg pati, 1 ml/kg pati dan 1,2 ml/kg pati, sedangkan suhunya diatur menjadis 50oC, 55oC dan 60oC. Waktu proses dilakukan selama 72 jam dan diakhir proses masing-masing perlakuan dianalisa kadar gula reduksinya. Parameter Parameter yang diukur dalam penelitian adalah konsentrasi gula reduksi (Luff Schoorl, AOAC 2000), Dextrose equivalent (DE) yang merupakan persentase rasio dari total konsentrasi gula reduksi dengan total gula yang diperoleh dari ekstraksi pati.

HASIL DAN PEMBAHASAN Likuifikasi Proses likuifikasi adalah proses hidrolisa pati dengan menggunakan enzim α-amilase pada suhu diatas suhu gelatinisasi untuk menghasilkan dekstrin, glukosa, maltosa dan maltotriosa (Yunianta et al., 2010) Kadar total gula dari pati ubi jalar yang dipergunakan dalam penelitian ini adalah 240,39 g/L. Dari hasil analisis keragaman pada proses likuifikasi menunjukkan bahwa interaksi konsentrasi enzim α-amilase α dan suhu proses berpengaruh uh nyata terhadap konsentrasi gula la reduksi (p<0,05). Konsentrasi gula reduksi tertinggi sebesar 57,56 g/L dengan nilai DE 23,95% dihasilkan dari perlakuan K3S3 yaitu penggunaan konsentrasi enzim 1,2 ml/kg dengan suhu 100oC. Perlakuan erlakuan ini berbeda nyata dengan perlakuan lainnya. Konsentrasi Konsentras gula reduksi terendah sebesar 22,96 g/L dengan nilai DE 9,55 % dihasilkan dari perlakuan K1S3 yaitu penggunaan konsentrasi enzim 0,8 ml/kg dengan suhu proses 100oC. Konsentrasi gula reduksi re dan nilai DE yang dihasilkan selama proses likuifikasi liku disajikan pada Gambar 1. 1 dana Tabel 1.

Gambar 1. Konsentrasi gula reduksi yang dihasilkan pada proses likuifikasi. Tabel 1.. Nilai DE pada proses likuifikasi Perlakuan Kons.α-Amilase Amilase (ml/kg )

0,8 1,0 1,2

90 12,06 bc 16,68 bc 12,42 c

Suhu ( °C) 95 13,58 b 10,90 bc 10,05 bc

100 9,55 bc 10,34 bc 23,95 a

Ket: nilai rerata ta yang diikuti huruf yang sama berarti tidak berbeda nyata (p>0,05)

Dari hasil proses likuifikasi dengan enzim amilase menunjukkan bahwa konsentrasi dan nilai DE masih rendah. Ini menunjukkan bahwa pati belum terhidrolisa secara sempurna atau terhidrolis sekitar 23,95 persen dari total total gula yang ada didalam bahan baku. Rendahnya nilai ini diduga disebabkan oleh sifat dari enzim amilase itu sendiri. Enzim α-amilase amilase merupakan endoendo

enzim yang hanya dapat memecah ikatan α-1,4 α 1,4 glikosidik secara acak dibagian dalam molekul baik pada amilosa maupun pada amilopektinnya. Hasil akhir hidrolisis amilosa adalah glukosa dan maltosa dengan perbandingan 13 % dan 17 %, sedangkan hasil akhir hidr hidrolisis amilopektin menghasilkan campuran limit dekstrin bercabang dan tidak bercabang yang terdiri dari hepta, heksa, penta, tetra dan trisakarida juga maltosa dan isomaltosa disertai sedikit glukosa (Tjokroadikoesoemo 1986). Pada penelitian ini ada kecenderungan bahwa dengan peningkatan konsentrasi enzim dan waktu proses, proses menyebabkan semakin meningkatkan konsentrasi gula reduksi dan nilai DE. Hal ini disebabkan oleh semakin banyaknya enzim yang ditambahkan dan semakin lamanya waktu proses maka semakin ban banyak yak pula ikatan pati yang terhidrolisis menjadi glukosa. Sakarifikasi Sakarifikasi merupakan proses hidrolisis atau pemecahan gula komplek menjadi gula sederhana dalam hal ini yaitu pemecahan pati menjadi glukosa. Dari hasil analisis keragaman pada proses sakarifikasi menunjukkan bahwa kombinasi konsentrasi enzim AMG dengan suhu proses berpengaruh nyata terhadap konsentrasi gula reduksi dan nilai DE. Konsentrasi gula tertinggi 225,77 g/L dan DE 93,92% dihasilkan dari perlakuan K3S3 yaitu proses dengan konsentrasi entrasi enzim 1,2 ml/kg dengan suhu proses 60oC,, namun perlakuan ini tidak berbeda nyata dengan hasil gula reduksi dari perlakuan K2S3 yaitu proses sakarifikasi dengan konsentrasi enzim 1,0 ml/kg dengan waktu proses 60oC dengan gula reduksi 219,32 g/L dan nilai DE 91,24%. Konsentrasi gula reduksi terendah sebesar 63,40 g/L dengan nilai DE 26,38 % dihasilkan dari peerlakuan K1S1 yaitu proses sakarifikasi dengan konsentrasi enzim 0,8 ml/kg dengan suhu 50oC. Konsentrasi gula reduksi dan nilai DE yang dihasilkan dihasilk selama proses sakarifikasi disajikan pada Gambar 2 dana Tabel 2.

Gambar 2.. Konsentrasi gula reduksi yang dihasilkan pada proses sakarifikasi.

Tabel 2 . Nilai DE pada proses sakarifikasi Suhu ( °C)

Perlakuan Kons. AMG (ml/kg )

0,8 1,0 1,2

50 26,38 e 36,50 d 41,18 d

55 49,40 c 50,96 c 59,36 b

60 49,17 c 91,24 a 93,92 a

Ket: nilai rerata yang diikuti huruf yang sama berarti tidak berbeda nyata (p>0,05)

Dari hasil proses sakarifikasi menunjukkan bahwa terjadi peningkatan konsentrasi gula reduksi dan nilai DE jika dibandingkan dengan hasil pada proses likuifikasi. Nilai DE sebesar 93,92 % menunjukkan bahwa sekitar 93,92 % total gula yang ada pada pati telah terhidrolisis menjadi glukosa. Adanya peningkatan konsentrasi gula reduksi dan nilai DE ini disebabkan oleh kemampuan dari enzim AMG ini yang tidak hanya mampu memutuskan ikatan α, 1,4 glikosidik tetapi juga mampu menghidrolisis ikatan α, 1,6 glikosidik, sehingga hidrolisis dapat berlangsung secara maksimal (Tjokroadikoesoemo 1986). KESIMPULAN Hasil penelitian menunjukkan bahwa total gula dari pati ubi jalar yang dipergunakan adalah 240,39 g/L. Pada proses likuifikasi, dengan konsentrasi enzim α-amylase 1,2 ml/kg dan suhu proses 100oC menghasilkan konsentrasi gula reduksi tertinggi yaitu 57,56 ± 4,81 g/L dengan nilai DE 23,95%. Pada proses sakarifikasi menunjukkan bahwa pada konsentrasi enzim amiloglukosidase 1,2 ml/kg dengan suhu proses 60oC menghasilkan konsentrasi glukosa 225,76±2.46 g/l dengan nilai DE 93,92 %. DAFTAR PUSTAKA Aini N. 2004. Pengolahan Tepung Ubi Jalar Dan Produkproduknya Untuk Pemberdayaan Ekonomi Masyarakat Pedesaan. Makalah Pribadi Falsafah Sains (Pps 702). Sekolah Pasca Sarjana. IPB Bogor. Lopez M J, Nichols NN, Dien BS, Moreno J. 2004. Isolation of Microorganism for Biological Detoxification of Lignocellulosic Hydrolyzates. J Appl. Microbiol Biotechnol 64 : 125131. Parwiyanti, Filli P. Renti A. 2011. Sifat Kimia Dan Fisik Gula Cair Dari Pati Umbi Gadung (Dioscorea hispida Dents). J. Teknol. Dan Industri Pangan 17 (2) :171-176. Tjokroadikoesoemo PS. 1986. HFS dan Industri Ubi Kayu Lainnya. Gramedia, Jakarta. Triyatna SO. 2012. Produksi Gula Hanya 60 http://bisniskeuangan.kompas.com [diakses 1 November 2012]

Persen

Kebutuhan.

Yunianta, Tri S, Apriliastuti, Teti E., Siti N W. 2010. Hidrolisis Secara Sinergis Pati Garut (Marantha arundinaceae L.) Oleh Enzim Α-Amilase, Glukoamilase, Dan Pullulanase Untuk Produksi Sirup Glukosa. J Teknologi Pertanian 11 (2): 78 – 86