Skripsi TRI AMBAR NUR HIDAYAT

3
BAB II
TINJAUAN PUSTAKA
A. Tinjauan Tumbuhan Nipah (Nypa fruticans Wurmb)
Tinjauan mengenai tumbuhan nipah yang akan digunakan terdiri dari
klasifikasi tumbuhan, morfologi tumbuhan, dan penggunaan tumbuhan nipah.
1. Taksonomi Tumbuhan
Klasifikasi tumbuhan nipah adalah sebagai berikut :
Kerajaan
: Plantae
Divisi
: Magnoliophyta
Kelas
: Liliopsida
Ordo
: Arecales
Familia
: Arecaceae
Genus
: Nypa
Spesies
: Nypa Fruticans Wurmb
(Backer & Brink, 1968)
2. Morfologi Tumbuhan
Nipah tumbuh pada substrat yang halus, pada bagian tepi atas dari
aliran air. Memerlukan masukan air tawar tahunan yang tinggi. Jarang
terdapat di luar zona pantai. Biasanya tumbuh pada tegakan yang
berkelompok. Memiliki sistem perakaran yang rapat dan kuat yang
tersesuaikan lebih baik terhadap perubahan masukan air, ketimbang
sebagian besar jenis tumbuhan mangrove lainnya. Serbuk sari lengket dan
penyerbukan tampaknya dibantu oleh lalat Drosophila. Buah yang berserat
serta adanya rongga udara pada biji membantu penyebaran mereka melalui
air dan juga dapat bersifat vivipar (http://wetlands.or.id/mangrove/spesies).
Daun tersusun seperti daun kelapa. Panjang gagang daun 4 - 9 m.
Terdapat 100 - 120 pinak daun pada setiap gagang daun, berwarna hijau
mengkilat di permukaan atas dan berserbuk di bagian bawah. Berbentuk
3
Pembuatan Etanol dari..., Tri Ambar Nur Hidayat, Fak. Farmasi UMP 2010
4
lanset, ujung meruncing, ukuran 60-130 x 5-8 cm. Tandan bunga biseksual
tumbuh dari dekat puncak batang pada gagang sepanjang 1-2 m. Bunga
betina membentuk kepala melingkar berdiameter 25-30 cm. Bunga jantan
kuning cerah, terletak di bawah kepala bunganya. Buah berbentuk bulat,
warna coklat, kaku dan berserat. Pada setiap buah terdapat satu biji
berbentuk telur. Ukuran diameter kepala buah sampai 45 cm, diameter biji
4-5 cm. Penyebaran tumbuhan ini Asia Tenggara, Malaysia, seluruh
Indonesia, Papua New Guinea, Filipina, Australia dan Pasifik Barat
(http://wetlands.or.id/mangrove/species).
3. Penggunaan nipah
Nipah memiliki banyak kegunaan; daun yang dikeringkan dapat
dimanfaatkan sebagai atap, dinding, tikar, topi dan aneka keranjang
anyaman. Buahnya langsung dapat dimakan atau dimanfaatkan sebagai
bahan baku minuman. Nipah dapat disadap niranya, nira ini dapat
dimanfaatkan untuk pembuatan gula nipah. Seperti pada gula kelapa, gula
nipah juga memiliki rasa manis namun ada rasa asinnya (Santoso et al,
2005).
Di daerah Papua nipah banyak digunakan sebagai bahan minuman
dan menghasilkan sumber ekonomi. Bagian yang sering dimanfaatkan
adalah bagian buahnya (Rumbiak dan Charlie, 2001).
4. Nira Nipah
Nira adalah cairan yang diperoleh dari tumbuhan yang mengandung
gula (sukrosa) pada konsentrasi 7,5 sampai 20,0 %. Nira nipah diperoleh
dari bunga nipah yang belum masak, dari ujung bekas potongan akan
menetes cairan nira yang mengandung gula. Nira dapat dipanaskaan untuk
menguapkan airnya sehingga konsentrasi gula meningkat dan kental.
Cairan ini akan mengeras bila didinginkan dan ini yang disebut dengan
gula nipah. Nira juga dapat dikemas sebagai minuman ringan
(http://www.ristek.go.id).
Pembuatan Etanol dari..., Tri Ambar Nur Hidayat, Fak. Farmasi UMP 2010
5
Adapun cara penyadapan nira nipah adalah sebagai berikut :
a. Persiapan
1) Pembersihan tongkol yaitu ijuk yang ada disekitar tongkol bunga
disingkirkan agar tidak mengganggu proses penyadapan.
2) Pemukulan tongkol yaitu setelah pembersihan, tongkol bunga
jantan diayun-ayun dan dipukul-pukul secara ringan tanpa
menyebabkan tongkol luka dan memar. Pemukulan dilakukan
sekali 2 hari pada pagi dan sore hari selama 3 minggu.
3) Penentuan kesiapan tongkol disadap. Setelah itu, tongkol ketika
untaian bunga melekat ditoreh, jika torehan mengeluarkan cairan
nira, berarti tongkol sudah siap untuk disadap. Jika tidak
mengeluarkan nira, proses pengayunan dan pemukulan harus
dilanjutkan.
4) Persiapan penyadapan bumbung yang akan digunakan untuk
penyadapan dicuci sampai bersih. Bagian dalam bumbung disikat
dengan penyikat bertangkai panjang.
b. Penyadapan
1) Jika tongkol sudah siap untuk disadap, tongkol dipotong pada
bagian yang ditoreh untuk penentuan kesiapan tongkol disadap.
2) Di bawah luka pada bagian tongkol yang dipotong, diletakkan
bumbung. Ke dalam bumbung dimasukkan kapur sirih satu sendok
makan. Bumbung ini diikatkan secara kuat pada tangkai.
3) Penyadapan berlangsung selama 12 jam. Bumbung yang telah terisi
nira di ambil.
4) Setelah itu tongkol harus diiris tipis kembali untuk membuang
jaringan yang mengeras dan tersumbat pembuluh kapilernya. Di
bawah irisan baru tersebut diletakkan lagi bumbung yang bersih
(http://www.ristek.go.id).
Pembuatan Etanol dari..., Tri Ambar Nur Hidayat, Fak. Farmasi UMP 2010
6
B. Etanol
Etanol adalah campuran etil alkohol dan air. Etanol memiliki rumus
empirik C2H5OH Cairan ini tidak berwarna, jernih, mudah menguap dan
mudah bergerak. Etanol memiliki bau yang khas dan rasa yang panas. Etanol
juga mudah terbakar dan memberikan warna biru yang tidak berasap (DepKes
RI, 1979).
Etanol hasil fermentasi adalah etanol yang encer karena sel-sel
khamir akan mati pada kadar etanol 12-15 %. Untuk mendapatkan etanol
dengan kadar yang lebih tinggi dapat dilakukan dengan penyulingan
bertingkat. Dengan penyulingan ini dapat menghasilkan etanol dengan kadar
95%. Etanol yang telah disuling tersebut masih mengandung minyak arak,
yaitu campuran amilalkohol yang toksik. Apabila disuling kembali maka akan
mendapat etanol murni, akan tetapi kadarnya tidak lebih dari 95,5 %. Untuk
mendapat etanol mutlak 100 % air yang 4,5 % dapat diikat dengan CaO. Atau
dengan penyulingan ”Azeotrop” pada etanol 95,5 % ditambah benzen dan
disuling (Sa’id, 1987).
Etanol berdasarkan asalnya dapat digolongkan menjadi dua yaitu
etanol sintesis dan bioetanol. Etanol sintesis yaitu etanol yang terbuat dari
etilena, salah satu derivat minyak bumi atau batu bara. Bahan ini diperoleh
dari sintesis kimia yang disebut hidrasi, sedangkan bioetanol diperoleh dari
biomassa (tanaman) melalui proses biologi (enzimatik dan fermentasi).
Adapun bahan baku yang dapat digunakan untuk pembuatan bioetanol adalah :
1. Bahan berpati seperti singkong, ubi jalar, tepung sagu, biji jagung, biji
sorgum, gandum, kentang, ganyong, garut dan lain-lain.
2. Bahan bergula, berupa molase (tetes tebu), nira tebu, nira kelapa, nira
batang sorgum manis, nira aren (enau), nira nipah, gewang, nira lontar dan
lain-lain.
3. Bahan berselulosa, berupa limbah logging, limbah pertanian seperti jerami
padi, ampas tebu, tongkol jagung, onggok (limbah tapioka), batang pisang,
serbuk gergaji (gerjen), dan lain-lain (Prihandana et al, 2008).
Pembuatan Etanol dari..., Tri Ambar Nur Hidayat, Fak. Farmasi UMP 2010
7
Etanol juga merupakan senyawa yang sering digunakan dalam
industri kimia antara lain sebagai pelarut (40%), untuk membuat asetaldehid
(36%), eter, glikol eter, etil asetat dan klorida (9%) (Putri dan Sukandar,
2008).
Etanol mempunyai macam-macam kegunaan salah satu diantaranya
adalah sebagai bahan baku senyawa-senyawa organik lain seperti asam asetat.
Selain asam asetat juga dapat digunakan dalam pembuatan eter, kloroform,
iodoform, dan juga ester. Alkohol merupakan pelarut pada pembuatan pernis,
juga pelarut bagi bahan organik lain seperti minyak wangi, iodium tingtur,
kamper spirtus, bran spirtus. Di laboratorium digunakan sebagai pelarut
senyawa yang bersifat polar tetapi diharapkan tidak terjadi hidrolisa.
Kegunaan lain adalah sebagai bahan bakar yang sebelumnya telah
didenaturasikan terlebih dahulu (Sa’id, 1987).
Etanol dapat digunakan dari berbagai macam kadar. Ada beberapa
cara penetapan kadar etanol.
1. Penyulingan
Metode penyulingan ini dilakukan apabila tidak dinyatakan lain. Metode
ini dilakukan dengan menyuling sampel dengan labu suling. Ukuran labu
suling umumnya 2 sampai 4 kali volume cairan uji. Kecepatan
penyulingan diatur sedemikian rupa sehingga diperoleh sulingan yang
jernih. Jika sulingan berkabut kocok dengan talk P atau kalsium karbonat
hingga jernih. Setelah diperoleh sulingan yang jernih tetapkan densitas
relatif cairan dan kemudian hitung kadar etanol dengan daftar bobot jenis
dan kadar etanol.
2. Kromatografi Gas
Metode kromatografi gas dapat dilakukan untuk sediaan uji yang memiliki
jumlah yang sedikit berupa larutan jernih dan kadar etanol yang rendah
(DepKes RI, 1979).
Pembuatan Etanol dari..., Tri Ambar Nur Hidayat, Fak. Farmasi UMP 2010
8
C. Khamir (Saccharomyces cerevisiae)
Khamir (khamir) termasuk fungi, tetapi berbeda dari kapang karena
bentuknya yang terutama uniseluler. Reproduksi vegetativ pada khamir
terutama adalah pertunasan. Khamir tumbuh dan berkembang biak lebih cepat
dibanding dengan kapang yang tumbuh dengan pembentukan filamen. Khamir
juga lebih efektif dalam memecah komponen kimia dari pada kapang karena
memiliki luas permukaan dan volume yang lebih besar dari pada kapang.
Khamir berbeda dari ganggang karena khamir tidak melakukan proses
fotosintesis. Sel khamir mempunyai ukuran yang bervariasi, yaitu dengan
panjang 1-1,5 µm sampai 20-25 µm, dan lebar 1-10 µm. Bentuk sel khamir
bermacam-macam yaitu bulat, oval, silinder, ogival yaitu bulat panjang
dengan salah satu ujung runcing, segitiga melengkung (triangular), berbentuk
botol bentuk apikulat atau lemon membentuk pseudo miselium dan
sebagainya (Fardiaz, 1992).
Khamir dapat dibedakan menjadi dua kelompok berdasarkan sifat
metabolismenya, yaitu yang bersifat fermentatif dan oksidatif. Khamir yang
bersifat fermentatif dapat melakukan fermentasi alkohol yaitu memecah
glukosa melalui jalur glikolisis. Khamir fermentatif salah satunya adalah
Saccharomyces. Saccharomyces merupakan khamir fermentatif kuat. Apabila
ada oksigen S. cerevisiae juga dapat melakukan respirasi yaitu mengoksidasi
gula menjadi karbon dioksida dan air. Oleh karena itu tergantung dari kondisi
pertumbuhan, S. cerevisiae dapat mengubah sistem metabolismenya dari
fermentatif menjadi oksidatif (respirasi) (Fardiaz, 1992).
S. cerevisiae adalah khamir yang bersifat anaerob yang mampu
mengubah asam piruvat menjadi alkohol melalui proses fermentasi. S.
cerevisiae juga merupakan khamir yang paling sering digunakan dalam
produksi alkohol karena memenuhi syarat sebagai khamir untuk fermentasi
alkohol. S. cerevisiae mampu menghasilkan enzim yang diperlukan dalam
proses fermentasi (Fardiaz, 1992)
Khamir selain dapat menghasilkan alkohol dan karbon dioksida juga
memproduksi metabolit-metabolit lain dalam jumlah kecil yaitu, gliserol,
Pembuatan Etanol dari..., Tri Ambar Nur Hidayat, Fak. Farmasi UMP 2010
9
asam suksinat, alkohol rantai panjang, 2,3-butana-diol, dan sedikit aldehid,
asam asetat dan asam laktat (Fardiaz, 1992).
Kondisi pertumbuhan khamir yang baik adalah :
1. Memiliki persediaan air yang cukup, untuk khamir bir aktivitas air
terendah adalah 0,94.
2. Suhu optimum untuk pertumbuhan khamir adalah berkisar 25-30º C
3. pH yang cocok untuk khamir adalah berkisar 4-4,5
S. cerevisiae telah banyak digunakan dalam proses fermentasi karena
dari S. cerevisiae dapat memperoleh etanol dalam jumlah yang besar karena
memiliki toleransi alkohol yang tinggi (Elevri dan Putra, 2006).
D. Fermentasi
Fermentasi berasal dari bahasa latin yang dalam arti sempit berarti
transformasi sari anggur menjadi minuman anggur (wine). Kata ”ferverve”
yang berarti ”mendidih” dan digunakan untuk menggambarkan penampakan
menarik dari sari anggur yang terfermentasi. Penjelasan secara ilmiah pertama
kali diungkapkan oleh Luis Pasteur yaitu proses penguraian gula menjadi
alkohol dan karbon dioksida yang disebabkan oleh sel-sel khamir. Pasteur
mendapatkan bahwa penguraian gula dilakukan oleh sel-sel khamir tanpa
suplai udara sehingga menyebutkan fermentasi alkohol sebagai ”kehidupan
tanpa oksigen” (Sa’id, 1987).
Proses fermentasi sering juga diartikan sebagai proses pemecahan
karbohidrat dan asam amino secara anaerobik yaitu tanpa oksigen. Senyawa
yang bisa dipecah dalam proses fermentasi adalah karbohidrat (Fardiaz, 1992).
Fermentasi pada umumnya diartikan untuk semua kegiatan yang
menunjuk pada aksi berbagai aksi mikrobial, tetapi mikrobiologi ”fermentasi”
dimaksudkan sebagai aksi mikrobial yang tertentu dan jelas. Dalam sitologi
organisme
tinggi,
fermentasi
berarti
proses-proses
biokimia
yang
karakteristiknya sama dengan fermentasi mikrobial. Dalam hal-hal tertentu
terjadi salah kaprah antara kata ”fermentasi” dan ’respirasi” hal ini sering
terjadi pada para ahli mikrobiologi dan ahli sitologi organisme tingkat tinggi.
Pembuatan Etanol dari..., Tri Ambar Nur Hidayat, Fak. Farmasi UMP 2010
10
Supaya memudahkan semua kegiatan mikrobial dikelompokkan di dalam
pertumbuhan, asimilasi, biosintesis dan disimilasi (Sa’id, 1987).
Fermentasi adalah suatu reaksi oksidasi-reduksi dalam sistem biologi
yang menghasilkan energi, dimana donor dan akseptor elektron digunakan
senyawa organik. Senyawa yang biasa digunakan adalah karbohidrat dalam
bentuk glukosa. Senyawa tersebut akan di ubah oleh reaksi oksidasi-reduksi
dengan katalis enzim menjadi suatu bentuk lain misalnya aldehid, dan dapat
dioksidasi menjadi asam (Winarno dan Fardiaz, 1981).
Fermentasi atau disebut juga pekhamiran adalah proses senyawa
kimia secara enzimatis menghasilkan gas, dalam hal ini adalah penguraian
karbohidrat menghasilkan etanol dan CO2 tanpa dilibatkannya oksigen.
Fermentasi alkohol yaitu dimana glukosa dioksidasi menghasilkan etanol dan
CO2 oleh oleh beberapa jasad renik seperti khamir (Wirahadikusumah, 1985).
Pada sumber yang berbeda fermentasi adalah proses produksi energi
dalam sel dalam keadaan anaerobik (tanpa oksigen). Secara umum fermentasi
adalah salah satu bentuk respirasi anaerobik, atau dapat lebih jelasnya yaitu
sebagai proses respirasi dalam lingkungan anaerobik dengan akseptor elektron
eksternal. Gula merupakan salah satu faktor dalam fermentasi, sehingga
perbedaan reaksi fermentasi tergantung dari gula yang digunakan dan hasil
dari produk. Glukosa (C6H12O6) yang merupakan gula paling sederhana,
melalui fermentasi akan menghasilkan dua molekul etanol (C2H5OH) dimana
reaksi fermentasi ini dilakukan oleh khamir, dan digunakan pada produksi
makanan. Persamaan reaksi kimia :
C6H12O6
2C2H5OH + 2CO2 + 2 ATP
Pada awalnya gula yang disakarida akan di pecahkan menjadi
monosakarida terlebih dahulu. Proses penguraian sukrosa dilakukan dengan
bantuan enzim sukrase (invertase). Sukrosa yang dipecahkan menghasilkan
glukosa dan fruktosa (Wirahadikusumah ; 1985). Adapun reaksinya adalah
sebagai berikut ;
Pembuatan Etanol dari..., Tri Ambar Nur Hidayat, Fak. Farmasi UMP 2010
11
Gambar 1. Reaksi penguraian sukrosa (Wirahadikusumah, 1985)
Dari sumber lain disebutkan Sukrosa pada bahan mula-mula
dihidrolisa menjadi glukosa dan fruktosa oleh enzim invertase kemudian oleh
aktivitas beberapa enzim glukosa dan fruktosa dirubah menjadi alkohol.
Dalam proses fermentasi ini akan diperoleh ikutan berupa gliserol, asam
laktat, asam asetat, asetaldehid, dan 2,3 butilen glikol (Sa’id, 1987).
Jalur biokimia yang terjadi sebenarnya bervariasi tergantung jenis
gula yang terlibat, tetapi umumnya melibatkan jalur glikolisis, yang
merupakan tahap awal dari respirasi aerobik pada sebagian besar organisme.
Jalur terakhir akan bervariasi tergatung dari hasil akhir yang dihasilkan.
Beberapa contoh hasil fermentasi adalah etanol, asam laktat, dan hidrogen.
Akan tetapi dapat juga dihasilkan asam butirat, dan aseton.
Fermentasi glukosa pada prinsipnya terdiri dari dua tahap, yaitu ;
1. Pemecahan rantai karbon dari glukosa dan pelepasan paling sedikit dua
pasang atom hidrogen, menghasilkan senyawa karbon lainnya yang lebih
teroksidasi dari pada glukosa
2. Senyawa yang teroksidasi tersebut kemudian direduksi kembali oleh atom
hidrogen yang dilepaskan dalam tahap pertama, membentuk senyawasenyawa lain sebagai hasil fermentasi. Reaksi oksidasi tidak dapat
berlangsung tanpa reaksi reduksi yang seimbang. Oleh karena itu jumlah
atom hidrogen yang dilepaskan dalam tahap pertama fermentasi selalu
seimbang dengan jumlah yang digunakan dalam tahap kedua.
Dalam tahap pertama fermentasi glukosa selalu terbentuk asam
piruvat dan pada tahap kedua fermentasi, asam piruvat akan dirubah menjadi
Pembuatan Etanol dari..., Tri Ambar Nur Hidayat, Fak. Farmasi UMP 2010
12
produk-produk akhir yang spesifik untuk berbagai proses fermentasi. Produkproduk tersebut terbentuk oleh reaksi-reaksi yang dikatalisis oleh enzim-enzim
tertentu. Salah satu contoh adalah fermentasi glukosa oleh khamir melalui
jalur EMP, menghasilkan alkohol dengan reaksi sebagai berikut ;
C6H12O6
Glukosa
2 NAD+
EMP
2 CH3COCOOH
Asam Piruvat
2 NADH + H+
2CH3CH2OH
Etanol
CO2
2 CH3CHO
Asetaldehid
Gambar 2. Fermentasi glukosa (Fardiaz, 1992)
Dalam reaksi diatas asetaldehid bertindak sebagai penerima hidrogen
dalam proses fermentasi, dimana hasil reduksinya oleh NADH2menghasilkan
etanol, dan NAD yang teroksidasi kemudian dapat digunakan lagi untuk
menangkap hidrogen (Fardiaz, 1992).
Bagan proses fermentasi alkohol yang terjadi berdasarkan jalur
metabolisme juga dapat digambarkan sebagai berikut :
Pembuatan Etanol dari..., Tri Ambar Nur Hidayat, Fak. Farmasi UMP 2010
13
glukosa
Fermentasi asam laktat
ATP
NADH
Fermentasi alkohol
piruvat
laktat
Asetaldehid
ATP
NADH
Etanol + CO2
asetat
Daur
krebs
CO2 + H2O
Gambar 3. Metabolisme karbohidrat : fermentasi alkohol
(Wirahadikusumah, 1985)
Jalur metabolisme proses ini sama dengan glikolisis sampai dengan
terbentuknya piruvat menjadi asetaldehid, dan reaksi di reduksi asetaldehid
menjadi alkohol. Pada reaksi pertama piruvat didekarboksilasi diubah menjadi
asetaldehid dan CO2 oleh piruvat dekarboksilase, suatu enzim yang tidak
terdapat dalam hewan. Reaksi dekarboksilasi ini merupakan reaksi yang
Pembuatan Etanol dari..., Tri Ambar Nur Hidayat, Fak. Farmasi UMP 2010
14
ireversibel, membutuhkan ion Mg²+ dan koenzim tiamin pirofosfat. Reaksi
berlangsung melalui beberapa senyawa antara yang terkait secara kovalen
pada koenzim. Dalam reaksi yang terakhir, asetaldehid direduksi oleh NADH
dengan enzim alkohol dehidrogenase, menghasilkan etanol. Dengan demikian
maka etanol dan CO2 merupakan hasil akhir fermentasi alkohol dan jumlah
energi yang dihasilkan sama dengan glikolisis anaerob, yaitu 2 ATP
(Wirahadikusumah, 1985).
Fermentasi dapat digunakan untuk berbagai macam senyawa.
Fermentasi selain cara untuk mendapatkan alkohol juga dapat digunakan
sebagai cara untuk mendapatkan jenis-jenis asam organik, keju, produk bio
gas dan juga jamur pangan. Jamur pangan yang dibuat diantaranya adalah
jamur merang, jamur kayu, dan jamur champignon (Sa’id, 1987).
Pembuatan Etanol dari..., Tri Ambar Nur Hidayat, Fak. Farmasi UMP 2010