BAB IISELEKSI PROSES

II.1.Macam-macam prosesHigh Fructose Syrup dapat dihasilkan dari berbagai bahan baku yaitu pati. Misalnya pati tapioka, jagung, gandum, sagu, kentang dan sebagainya. HFS dari pati jagung merupakan pemekatan dari pati terhidrolisa dengan proses asam dan enzim. Sedangkan syrup maple diproduksi dengan menguapkan getah pohon maple menjadi larutan pekat yang kemudian dibiarkan mengkristalkan selama pendinginan. Pembuatan HFS dari bahan baku pati lainnya hampir sama dengan proses pembuatan dari pati jagung. Prinsip dasar dalam proses dalam pembuatan fruktosa adalah menghidrolisa pati dengan suatu katalis sehingga dihasilkan fruktosa. Ada beberapa cara untuk menghidrolisa pati menjadi fruktosa yaitu:1. Hidrolisis dengan katalis asam2. Hidrolisis dengan katalis asam-enzim3. Hidrolisis dengan enzim-enzim

II.2.Pemilihan ProsesII.2.1.Hidrolisa dengan katalis asamProses hidrolisa dilakukan menggunakan tangki khusus yang terbuat dari baja tahan karat atau tembaga, serta dilengakapi dengan pipa saluran uap pemanas dan pipa saluran udara yang akan dihubungkan dengan kompresor untuk mengatur tekanan udara didalamnya. Hidrolisat akan keluar melewati pipa pengeluaran pada bagian bawah tangki. Konversi dilakukan pada kondisi: pH: 2,3 Suhu: 120-135C Tekanan: 3 kg/cm2 Waktu : sesuai dengan kebutuhan, biasanya sekitar 2-3menit DE: sesuai dengan permintaanSetelah konversi selesai, hidrolisat yang ditampung didalam suatu tangki (holding tank) untuk memberi kesempatan reaksi hidrolisis berlangsung sempurna. Dextrose Equivalent (DE) umumnya terbatas sampai DE55. Dextrose Equivalent (DE) sekitar 50 sebagai pemanis. Selanjutnya dikirim ke tangki perlakuan karbon. Tangki untuk perlakuan karbon adalah sebuah tangki terbuka dilengkapi dengan pengaduk dan sistem pengatur panas (suhu optimum untuk perlakuan karbon sekitar 80-85C). Dosis karbon aktif pada umumnya berkisar 1,5-2,0 kg karbon aktif per ton bahan kering.Proses selanjutnya adalah dilakukan proses filtrasi dengan pressure filter. Proses ini dilakukan pada suhu 80-85C. Filtrat akan dialirkan kedalam bed penukar kation dan anion untuk menghilangkan sisa-sisa ion yang masih terkandung didalam sirup. Sirup diuapkan sampai mencapai bahan kering sekitar 70-75%. Pati dapat dimodifikasi melalui hidrolisis parsial secara kimia atau enzimatis menghasilkan thin boiling starch, dekstrin dan maltodekstrinThin boiling starch adalah produk hidrolisis parsial pati menggunakan asam dan pH tertentu dan pemanasan pada suhu tertentu sampai diperoleh derajat konversi yang diinginkan. Karena sebagian pati terhidrolisis menjadi komponen berantai lurus yang berukuran lebih pendek dari asalnya, maka porsi fraksi polimer rantai lurus tersebut menjadi lebih rendah, serta peluang untuk terjadinya retrogasi semakin besar.Dekstrin adalah produk hasil hidrolisis pati secara parsial menggunakan asam atau enzim. Dekstrin yang dibuat dengan hidrolisis asam (HCl) secara komersial dibedakan menjadi tiga jenis: dekstrin putih, kuning dan gom Inggris (Wurzburg, 1996). Rumus umum dekstrin adalah ()n. Produk komersial dari hidrolisis pati diklasifikasikan berdasarkan Dextrose Equivalent (DE). Maltodekstrin didefinisikan sebagai produk hidrolisis pati yang mengandung -D-glukosa unit yang sebagian besar terikat melalui ikatan 1,4 glikosidik dengan DE kurang dari 20. Rumus umum maltodekstrin adalah [()n] (Kennedy et. al. dalam Kearsley dan Diedzic, 1995)

Reaksi yang terjadi:1. Reaksi utama

2. Reaksi samping

Keuntungan menggunakan hidrolisis asam antara lain adalah : Proses operasi singkat. Asam yang digunakan untuk hidrolisis mudah didapat dan tersedia di dalam negeri.Kekurangan menggunakan hidrolisis asam antara lain adalah : Menghasilkan konversi yang cukup rendah (DE sekitar 40 45%) Diperlukan peralatan yang tahan korosi. Menghasilkan sakarida dengan spektra-spektra tertentu saja karena proses hidrolisis secara acak. Dapat menyebabkan degradasi karbohidrat maupun kombinasi produk degradasi yang mempengaruhi warna, rasa, dan masalah teknis lainnya.

II.2.2.Hidrolisa menggunakan katalis asam-enzimHidrolisis dengan katalis gabungan ini diperkenalkan pertama kali oleh Langlois & Dale pada tahun 1940. Dalam proses hidrolisis dengan katalis kombinasi ini, pada awalnya dilakukan hidrolisis parsial dengan menggunakan enzim amilolitik (Tjokroadikoesoemo,1986).Hidrolisis dengan menggunakan asam (preliminary) dan enzim (secondary) menyebabkan range nilai DE naik turun. Setelah hidrolisis dengan asam (preliminary), temperatur diturunkan dan pH dinaikkan, disesuaikan dengan enzim yang akan digunakan, biasanya pH antara 4 6 dan temperatur antara 600 700C. Jika ingin menghasilkan kandungan glukosa yang tinggi, penting untuk mengendalikan tahapan hidrolisis asam sehingga dihasilkan DE antara 10 20. DE yang lebih tinggi dapat menurunkan yield glukosa selama hidrolisis dengan enzim (keberadaan asam menghambat konversi enzimatik), sementara dengan DE lebih rendah dari 10 dapat menyebabkan starch retrogradation yang dapat menyebabkan permasalahan dalam proses penguraian. Jika kandungan glukosa maksimum bukan merupakan tujuan, nilai DE yang lebih tinggi biasanya dipilih dan Syrup dapat diuraikan dengan cepat setelah hidrolisis asam tanpa menghilangkan komponen tidak terlarut selama konversi enzimatik. Jika komponen tidak terlarut dihilangkan, hidrolisis asam tidak diperlukan karena hidrolisis asam dapat dikonversi secara enzimatik secara kontinyu. Reaksi yang terjadi pada hidrolisis pati dengan asam-enzim adalah sebagai berikut : Reaksi dengan asam (primary):

asam

asam(C6H10O5)n + n H2O nC6H12O6

asam2(C6H10O5)n + n H2O nC12H22O113(C6H10O5)n + n H2O nC18H32O16

Reaksi dengan enzim (secondary):

enzim

enzimC12H22O11 + H2O C6H12O6C18H32O16 + H2O C6H12O6Keuntungan menggunakan hidrolisis asam-enzim antara lain adalah : Menghasilkan DE yang tinggi daripada hidrolisis dengan asam saja (sekitar 95%). Pemakaian enzim lebih sedikit.Kekurangan menggunakan hidrolisis asam-enzim antara lain adalah : Penggunaan dua jenis katalis (asam dan enzim) yang berbeda menyebabkan pengaturan kondisi operasi yang berbeda. Penyediaan bahan baku asam dan enzim dapat meningkatkan biaya produksi dan peralatan produksi.

II.2.3.Hidrolisa dengan katalis enzimPenggunaan enzim dalam industri gula dari pati mulai dirintis sejak penemuan enzim -amilase dari Bacillus Subtilis oleh Fukumoto pada tahun 1940. Hidrolisis pati dengan menggunakan enzim dilakukan dengan dua jenis enzim yaitu enzim -amilase dan gluokoamylase (amilglukosidase).Enzim -amilase digunakan pada proses likuifikasi, sedangkan enzim glukoamilase digunakan pada proses sakarifikasi. Enzim -amilase tahan pada suhu tinggi yang dibutuhkan untuk proses gelatinasi pati secara sempurna. Enzim -amilase yang tahan terhadap suhu tinggi ditambahkan pada slurry pati disertai kalsium sebagai stabilizer enzyme yang telah diatur pH nya (6 6,5). pH < 6,3 lebih dipilih untuk mencegah pembentukan maltosa yang tidak dapat dikonversi secara enzimatik menjadi glukosa, dimana pembentukan maltosa akan mengurangi yield glukosa. Selain itu, telah diperkenalkan kondisi operasi baru bahwa enzim -amilase mampu melikuifikasi pati pada pH 4,5 tanpa membutuhkan penambahan kalsium, hal tersebut mampu mengurangi biaya bahan kimia dan pemurnian. Prosesnya adalah slurry dipanaskan, biasanya dengan injeksi steam secara langsung pada 1030 1070C selama 5 10 menit untuk likuifikasi pati secara sempurna, kemudian 1 2 jam pada 950C untuk meningkatkan nilai DE antara 10 15. Temperatur dan pH diatur dan disesuaikan dengan enzim yang digunakan untuk secondary conversion (proses sakarifikasi). Hidrolisis enzim-enzim dapat meningkatkan yield glukosa dan menurunkan kebutuhan pemurnian. Kandungan glukosa maksimum selama proses sakarifikasi juga ditentukan oleh kandungan solid pada slurry, dengan kandungan solid 30% wt biasanya glukosa yang dihasilkan adalah 96% db. Dengan menurunkan kandungan solid 10 12 % wt akan meningkatkan glukosa yang didapat menjadi 98 99% wt db. Reaksi yang terjadi pada hidrolisis pati dengan enzim - enzim adalah sebagai berikut :

glukoamylase-amilase(C6H10O5)n n(C6H10O5)xn(C6H10O5)xx n C6H12O6

Kelebihan dari hidrolisis enzim-enzim adalah sebagai berikut : Menghasilkan konversi glukosa yang lebih besar yaitu 97%. Dapat mengurangi kerusakan produk yang timbul dari reverse reaction selama proses konversi. Dapat mempertahankan rasa dan aroma bahan dasar. Tidak menyebabkan korosi pada peralatan. Biaya energi untuk konversi lebih rendah. Menghasilkan yield 20% lebih tinggi daripada yang dihasilkan dengan hidrolisis asam-enzim. Mengurangi discoloration. Mengurangi biaya purifikasi Syrup.Kekurangan hidrolisis enzim-enzim adalah sebagai berikut : Membutuhkan kondisi operasi yang berbeda untuk setiap enzim. Kebutuhan enzim banyak.Kebutuhan enzim dipenuhi dengan impor enzim yang dibutuhkanBerikut ini adalah uraian singkat tentang aspek teknis dan ekonomi dari ketiga proses hidrolisa pati di atas.Tabel II.2 Perbandingan kondisi operasi pada proses hidrolisaUraianHidrolisa

AsamAsam-enzimEnzim-enzim

Aspek teknis1. Operasi Tekanan(kg/cm2) Suhu (0C ) pH2. Proses DE Reaksi samping Daya korosi

3140-1602,3

30-55%AdaTinggi

1-360-1401,8-2

63-30%Adatinggi

160-1054,5-6

90-95%-Rendah

Aspek Ekonomi1. Kebutuhan asam2. Biaya peralatan3. Energi4. InvestasiBanyakMahalBesarTinggiBanyakMahalBesartinggiSedikitMurahKecilRendah

Setelah mencermati kelebihan dan kekurangan proses hidrolisis pati di atas, maka dipilih proses hidrolisis dengan menggunakan enzim dengan pertimbangan pertimbangan sebagai berikut : Konversi glukosa tinggi, yaitu 97%. Nilai DE tinggi, yaitu antara 95 98%. Kondisi operasi pada suhu dan tekanan yang rendah sehingga membutuhkan energi yang lebih sedikit. Tidak terjadi reaksi samping. Kemungkinan korosi kecil. Dapat mempertahankan rasa dan aroma bahan dasar.

II.3Potensi dan Spesifikasi Bahan BakuII.3.1.Tepung TapiokaPada pabrik HFS ini, bahan baku yang digunakan adalah tepung tapioka yang dihasilkan dari singkong (cassava). Tapioka adalah pati yang diperoleh dari umbi kayu, dalam perdagangan lebih dikenal sebagai tapioka flour atau tepung tapioka. Nama lain dari tapioka adalah pati kanji, pati singkong, pati pohong sesuai dengan sebutan untuk ubi kayu di beberapa daerah. (Muljoharjo, 1997)Tepung tapioka yang dibuat dari ubi kayu ini mempunyai banyak kegunaan, antara lain sebagai bahan pembantu dalam berbagai industri. Berikut ini adalah penjelasan dariberbagai macam fungsi atau kegunaan dari tepung tapioka dalam industri :a. Tepung untuk konsumsi manusiaBentuk paling sederhana dan paling umum pada proses pengolahannya, digunakan secara luas di Indonesia, adalah dengan cara mengupas akar, mencuci, mengiris dan kemudian menjemur selama 2-3 hari untuk memproduksi keripik singkong yang di Indonesia dikenal sebagai gaplek. Gaplek bisa disimpan dan diperdagangkan di pasar.Bila diperlukan, potongan singkong ditumbuk menjadi tepung, yang diletakkan pada layar bambu dengan ditambahkan air untuk menghasilkan butiran yang disebut tiwul.Ukuran dan bentuk dari butiran mirip dengan butiran beras dan tiwul sering dimasak bersama-sama dengan beras.Saat ini, pabrik pengolahan singkong di Indonesia membeli singkong untuk diolah langsung menjadi tepung berbagai campuran (dilengkapi dengan vitamin dan rasa) serta dimasak menjadi tiwul instan.Ini ditujukan untuk konsumen perkotaan.b. Chips dan pelet untuk pakan ternak.Sampai baru-baru ini, chip dan pelet adalah andalan perdagangan Thailand "tapioka", terutama untuk ekspor ke Eropa. Pada tahun 2003, Thailand mengekspor hanya sekitar 1,9 juta ton pelet singkong ke Eropa, turun dari 6,0 juta ton pada tahun 1989, tapi tidak seperti tahun 1989 itu diekspor dalam jumlah besar chip kering, hampir 2 juta ton, sebagian besar ke China, di mana ia digunakan untuk produksi pakan ternak komersial, dan alkohol.c. Pati untuk makanan dan industriPati singkong dapat dibagi menjadi tepung dan pati asli dimodifikasi. Produksi asli pati adalah proses yang relatif sederhana, yang dapat dilakukan pada skala banyak, baik di tingkat rumah tangga, seperti di beberapa desa di utara Vietnam, Kamboja, dan di pulau Jawa di Indonesia, sampai dengan skala pabrik, seperti di Thailand, Vietnam selatan dan di Propinsi Lampung dari Indonesia. Kadang-kadang pada skala kecil hanya menghasilkan pati basah, sedangkan yang skala pabrik dapat membeli tepung basah untuk diolah lebih lanjut menjadi tepung kering kualitas tinggi.Pati pabrik biasanya lebih memilih untuk mengolah singkong segar, tapi setiap kali musim panen terkonsentrasi menjadi hanya beberapa bulan dalam setahun, pabrik tepung juga dapat memproses chip kering atau tepung basah. Secara umum, proses kurang efisien dan kualitas pati yang dihasilkan lebih rendah daripada ketika singkong segar diolah menjadi pati. Satu ton singkong segar biasanya menghasilkan 250-300 kg pati.Teknologi untuk memodifikasi pati melibatkan proses fisik, kimia atau mikro-biologi, teknologi ini sangat maju dan berkembang pesat. Dengan demikian, karakteristik pati asli, yang tergantung pada sumber pati (terutama jagung, kentang, gandum atau singkong), dapat diubah agar sesuai dengan kebutuhan untuk penggunaan tertentu.Namun, untuk mengurangi biaya atau untuk mengurangi kekhawatiran kontaminasi bahan kimia dalam makanan, beberapa perusahaan akan menggunakan pati asli dari sumber tertentu yang sesuai dengan persyaratan. Sebuah contoh yang baik adalah produksi makanan yang sensitif seperti makanan bayi, konsumen dapat memilih yang "alami".Selain dimanfaatkan untuk produksi pati dimodifikasi, pati asli juga dapat digunakan untuk produksi pemanis, seperti glukosa, dekstrosa, sirup fruktosa tinggi dan sorbitol, yang semua memiliki berbagai aplikasi, serta untuk produksi alkohol, asam organik, asam amino-dan MSG.d. Asam organikAsam organik yang terbuat dari pati singkong termasuk asam sitrat, asam asetat, dan asam laktat, yang digunakan dalam industri makanan serta untuk produksi plastik, resin sintetik, produk karet, dll dihasilkan oleh fermentasi pati dengan Lactobacillus amylovorus (Wang Xiaodong et al., 2000).e. Degradable plastikBerbagai jenis pati yang digunakan untuk produksi bio-degradable atau fotoplastik, baik dengan pencampuran tepung atau pati dimodifikasi dengan hidrokarbon polivinil, atau dengan polimerisasi pati, yang kemudian dicampur dengan polimer lain masih memerlukan banyak penelitian.f. Pemanis yang TerhidrogenasiIni termasuk sorbitol, mannitol dan maltol.Mereka diproduksi dengan memperlakukan pati dengan gas hidrogen dalam tekanan tinggi tangki, menggunakan katalis khusus dan pertukaran ion resin.Sorbitol digunakan terutama untuk produksi vitamin C dan sebagai kondisioner kelembaban di pasta gigi (Jin Shuren, 2000).f. Pati berbasis pemanisPati singkong dapat digunakan untuk produksi berbagai jenis pemanis setelah dihidrolisa baik oleh asam atau enzim, atau keduanya.Pemanis ini termasuk maltosa, sirup glukosa, glukosa dan fruktosa, yang dapat diproses lebih lanjut ke dalam berbagai oligosakarida (Jin Shuren, 2001).g. Modifikasi patiPati singkong dapat dimodifikasi dengan proses kimia atau proses enzimatik, yang menghasilkan berbagai bentuk pati "dimodifikasi" dengan sifat berbeda dan kegunaan yang berbeda. Pati yang dimodifikasi digunakan dalam berbagai jenis makanan serta industri, terutama untuk produksi kertas berkualitas tinggi, untuk ukuran tekstil dan beberapa pakan ternak.

II.3.2.AirSifat-sifat air (Perry, 1997) antara lain :1. Berat molekul: 18,016 gr/mol2. Titik lebur: 0C (1 atm)3. Titik didih: 100C (1 atm)4. Densitas: 1 gr/ml (4C)5. Spesific gravity: 1,00 (4C)6. Indeks bias: 1,333 (20C)7. Viskositas: 0,8949 cp8. Kapasitas panas: 1 kal/gr9. Panas pembentukan: 80 kal/gr10. Panas penguapan: 540 kal/gr11. Tekanan kritis: 22,604 MPa12. Suhu kritis: 374C

II.4Target Produk (Kualitas)Produk dari pabrik ini yaitu High Fructose Syrup diharuskan sesuai dengan standar baku mutu yang ditetapkan. Berikut persyaratan mutu High Fructose Syrup mengacu pada SNI 01-3544-1999. Tabel II. Persyaratan Mutu High Fructose SyrupNo.ParameterSatuanPersyaratan

1Keadaan:

1.1Aroma -Normal

1.2Rasa -Normal

2Gula jumlah (dihitung sebagai sukrosa)% b/bMin 65

3Bahan tambahan makanan:

3.1Pemanis buatan -Tidak boleh ada

3.2Pewarna tambahan Sesuai SNI01-0222-1987

3.3Pengawet Sesuai SNI01-0222-1987

4Cemaran logam

4.1Timbal (Pb)mg/kgMaks 1,0

4.2Tembaga (Cu)mg/kgMaks 10

4.3Seng (Zn)mg/kgMaks 25

5Cemaran Arsen (As)mg/kgMaks 0,5

6Cemaran Mikrobia:

6.1Angka Lempeng TotalCFU/mlMaks 5 x 102

6.2Coliform MPN/mlMaks 20

6.3Escherichia coliKoloni/ml