4

BAB II

TINJAUAN PUSTAKA

2.1 Padi Beras Merah (Oryza sativa L. Var Barak cenana)

Padi beras merah lokal merupakan salah satu padi lokal yang banyak

dibudidayakan pada dataran tinggi. Padi beras merah merupakan padi dengan

umur 185 hari dan hanya berproduksi satu kali dalam setahun dan setelah

berproduksi akan mati. Padi beras merah memiliki batang dengan warna hijau,

warna daun hijau dan posisi daun terkulai (DPPVT, 2007). Berikut merupakan

klasifikasi dari tanaman padi beras merah.

Divisi : Spermatophyta

Sub divisi : Angiospermae

Kelas : Monocotyledone

Bangsa : Polaes

Suku : Gramineae

Marga : Oryza

Jenis : Oryza sativa L. var Barak cenana

(DPPVT, 2007)

Jerami padi atau bagian batang merupakan bagian dari tanaman yang

masih kurang dimanfaatkan. Pemanfaatan jerami padi selama ini digunakan untuk

ternak hanya 31-39%, industri hanya 7-16% dan sisanya dibiarkan sebagai

limbah. Dalam jerami padi mengandung selulosa 28-36%, hemiselulosa 23-28%,

lignin 12-16%, dan abu 15-20% (Jalaludin dan Rizal, 2005).

5

Gambar 2.1 Padi Beras Merah Lokal

Gambar 2.2 Jerami Padi Beras Merah Lokal

Desa Jatiluwih, Kabupaten Tabanan dikenal sebagai desa dengan produksi

padi tertinggi di Bali. Salah satu padi hasil panen dari Desa Jatiluwih yang

terkenal yaitu padi beras merah. Namun hingga saat ini konsumsi dari padi beras

merah masih sedikit karena belum diketahui kandungan gizinya bagi

pertumbuhan. Selain itu padi beras merah juga mengandung pigmen warna merah

pada lapisan perikarpnya hingga lapisan luar endosperm beras (Tang dan Wang,

2001). Warna merah pada beras dapat dimanfaatkan sebagai pewarna alat industri

pangan seperti kue, bubur, biskuit, roti, mie, es krim, dan minuman fermentasi.

6

Kandungan amilosa padi beras merah termasuk dalam kategori tinggi dengan

kandungan amilosanya sekitar 27% - 40,13% (Anhar, 2013; Kristamtini, 2009)

2.2 Delignifikasi

Delignifikasi adalah suatu proses mengubah stuktur kimia biomasa

lignoselulosa (selulosa dan hemiselulosa). Delignifikasi bertujuan untuk

mendegradasi lignin secara selektif sehingga dapat menguraikan ikatan kimianya

secara ikatan kovalen, ikatan hidrogen, maupun ikatan Van Der Walls dengan

komponen kimia lain pada bahan lignoselulosa. Proses degradasi yang terjadi ini

diharapkan komponen lainnya tetap utuh seperti substrat selulosa dan

hemiselulosa yang tersisa akan dengan mudah mengalami proses hidrolisis (Sun

dan Cheng, 2012; Rosgaard et al., 2009). Degradasi lignin penting dilakukan,

mengingat lignin berfungsi sebagai pelindung selulosa. Lignin merupakan suatu

dinding kokoh yang melekat pada serat selulosa dan hemiselulosa pada tanaman

yang menyebabkan tanaman keras dan dapat berdiri kokoh, pada kondisi ini lignin

dapat menghambat penetrasi asam atau enzim sebelum hidrolisis berlangsung

(Gunan dkk, 2010). Proses delignifikasi dapat dilakukan secara kimia dengan

menggunakan larutan NaOH. Larutan NaOH dipilih, karena larutan ini dapat

menyerang dan merusak struktur dari lignin, bagian kristalin dan amorf, dan dapat

memisahkan sebagian lignin dan hemiselulosa yang menyebabkan

penggembungan struktur dari selulosa (Enari, 1983; Marsden dan Grey, 1986;

Gunam dan Antara, 1999).

7

2.3 Hidrolisis

Hidrolisis merupakan suatu proses pemecahan polisakarida yang terdapat

di dalam biomasa lignoselulosa, yaitu: selulosa dan hemiselulosa menjadi

monomer gula penyusunnya. Hasil dari hidrolisis sempurna biomassa

lignoselulosa dari selulosa dapat menghasilkan glukosa, sedangkan hemiselulosa

menghasilkan monomer gula pentosa (C5) dan heksosa (C6) (Rohana, 2013).

Pada proses hidrolisis selulosa dapat dilakukan secara enzimatis dan kimiawi.

Pada proses hidrolisis enzimatis bersifat lebih spesifik dari proses hidrolisa asam

dikarenakan hidrolisis enzimatis menggunakan enzim selulase, sedangkan pada

hidrolisis kimiawi dapat dilakukan dengan penambahan larutan asam encer yang

dapat melarutkan hemiselulosa, mengurangi kristalinitas selulosa (Ye Sun dan

Cheng, 2005).

Proses hidrolisis pada suhu tinggi dilakukan pada kisaran suhu 160-240°C,

sedangkan proses hidrolisis pada suhu rendah dilakukan pada suhu 80-140°C.

Hidrolisis bahan-bahan berlignoselulosa akan menghasilkan senyawa gula

sederhana, seperti glukosa, xilosa, selobiosa dan arabinosa. Hidrolisis dalam

suasana asam menghasilkan pemecahan ikatan glikosida dan berlangsung dalam

tiga tahap. Tahap pertama proton yang berkelakuan sebagai katalisator asam

berinteraksi cepat dengan oksigen glikosida yang menghubungkan dua unit gula

(I), yang akan membentuk asam konjugat (II). Langkah ini akan diikuti dengan

pemecahan yang lambat dari ikatan C-O, dalam kebanyakan hal menghasilkan zat

antara kation karbonium siklis (III). (Fengel dan Wegener, 1995). Mekanisme

reaksi total hidrolisis selulosa secara asam ditampilkan dibawah ini.

8

Gambar 2.3 Reaksi Hidolisis (Fengel dan Wegener, 1995)

Proses hidrolisis dapat dipengaruhi oleh beberapa hal yaitu suhu reaksi,

waktu reaksi, pencampuran pereaksi, konsentrasi asam. Suhu yang tinggi dapat

menyebabkan reaksi berjalan dengan cepat namun apabila suhu yang digunakan.

(Mastuti dan Setyawardhani, 2010).

2.4 Selulosa Mikrokristal

Selulosa mikrokristal dengan pemerian berwarna putih, tidak berbau, tidak

berasa, berbentuk serbuk kristal dan terdiri dari pertikel berpori. Rumus molekul

dari selulosa mikrokristal adalah (C6H10O5)n, dengan jumlah n adalah 220 dengan

berat molekul 36000. Kelarutan selulosa mikrokristal sedikit larut dalam 5% b/v

larutan natrium hidroksida, praktis tidak larut dalam air, asam encer (Rowe et al.,

2009).

Gambar 2.4 Struktur Kimia Selulosa Mikrokristal (Rowe et al., 2009)

9

Selulosa mikrokristal dapat digunakan sebagai adsorben, pensuspensi,

penghancur pada tablet dan kapsul, disintegran pada tablet. Pada tabel dapat

dilihat konsentrasi dalam menggunakan selulosa mikrokristalin sebagai adsorben,

pensuspensi, penghancur atau disintegran (Rowe et al., 2009).

Tabel 2.1 Fungsi Selulosa Mikrokristal (Rowe et al., 2009).

Fungsi Konsentrasi (%)

Adsorben 20-90

Pengikat atau diluent pada kapsul 20-90

Penghancur pada tablet 5-15

Pengikat atau diluent pada tablet 20-90

Selulosa mikrokristal dalam dunia farmasi banyak digunakan sebagai

pengikat atau penghancur pada formulasi tablet dan kapsul serta dapat digunakan

pada metode granulasi basah dan cetak langsung. Selain itu selulosa mikrokristal

juga dapat digunakan sebagai lubrikan dan disintegran tablet (Rowe et al., 2009).

Selulosa mikrokristal bersifat stabil meskipun bahan ini bersifat

higroskopis. Untuk menghindari hal tersebut selulosa mikrokristalin disimpan

dalam wadah tertutup dengan baik, dalam keadaan sejuk dan kering. Selulosa

mikrokristalin dapat diproduksi dengan hidrolisis terkontrol dengan larutan asam

mineral dari selulosa, dari hasil hidrolisis diperoleh bahan seperti bubur yang

berasal dari tanaman berserat. Setelah mengalami proses hidrolisis, hidroselulosa

dimurnikan dengan penyaringan dan dilakukan metode spray-drying untuk

membentuk partikel berpori yang kering dengan distribusi ukuran partikel yang

luas (Rowe et al., 2009).

10

Tabel 2.2 Karakteristik Selulosa Mikrokristal (Rowe et al, 2009).

Sudut diam 40º

Bobot jenis 0,337 g/cm3

Bobot

jenis mampat 0,478 g/cm3

Bobot jenis nyata 1,512-1,668 g/cm3

Waktu alir 1,41 g/detik

Titik lebur 260-270ºC

Kelembaban < 5%

pH 5-7,5

Susut pengeringan < 7%

Kelarutan dalam eter < 0,05%

Kelarutan dalam air < 0,25%

2.5 Uji Sifat Fisika Selulosa Mikrokristal

2.5.1 Uji Organoleptik

Uji organoleptis pada selulosa mikrokristalin meliputi bau, warna dan rasa

selulosa mikrokristal (Lachman dkk, 2008). Selulosa mikrokristal berbentuk

serbuk kristal, berwarna putih, tidak berbau dan tidak berasa (Rowe et al., 2009).

2.5.2 Susut Pengeringan

Uji ini digunakan untuk menetapkan jumlah dari semua jenis bahan yang

mudah menguap dan hilang pada komposisi tertentu (Depkes RI, 1995). Uji susut

pengeringan dilakukan untuk mengetahui kandungan bahan yang mudah menguap

dalam hal ini yaitu kandungan air dan kandungan minyak atsiri. Diketahui bahwa

kandungan kadar air pada selulosa kurang dari 12,23% (Tengah et al., 2011).

Apabila kandungan kadar air yang tinggi dalam suatu bahan maka dapat menjadi

media pertumbuhan mikroorganisme. Sedangkan kandungan minyak atsiri pada

11

...............................(Persamaan 2.1)

selulosa terbilang kecil. Pengujian dilakukan dengan memanaskan selulosa

mikrokristal dalam oven hingga diperoleh kadar yang diinginkan.

Susut pengeringan dihitung dengan persamaan :

a : berat selulosa mikrokristal awal

b : berat akhir selulosa mikrokristal

2.5.3 Uji Kelembaban

Uji Kelembaban dilakukan untuk mengetahui kandungan uap air dalam

selulosa mikrokristal. Kelembaban dapat mempengaruhi kompaktibilitas terhadap

selulosa mikrokristalin sehingga apabila kelembaban yang tinggi maka akan

dihasilkan granul yang melekat pada permukaan die dan punch saat proses

pembuatan tablet. Sedangkan nilai kelembaban yang terlalu rendah

mengakibatkan tablet yang dihasilkan menjadi rapuh. (Lieberman, 1989).

2.5.4 Pengukuran pH

Pengukuran pH dilakukan untuk mengetahui stabilitas dari selulosa

mikrokristal pada kondisi penyimpanan. Pengukuran dilakukan dengan merendam

selulosa mikrokristal dengan 100 ml air bebas CO2 selama 1 menit kemudian

dilanjutkan dengan pengukuran pH dengan alat pH meter. Nilai pH optimal yang

dimiliki selulosa mikrokristal berkisar 5-7,5 (Rowe et al., 2009).

2.5.5 Uji Viskositas

Pengujian viskositas dilakukan untuk menyatakan besarnya tahanan suatu

cairan untuk mengalir. Uji viskositas dilakukan terkait fungsi selulosa

Susut pengeringan (%) = 𝑎−𝑏

𝑎× 100%

12

mikrokristal sebagai disintegrant. Selulosa mikrokristal memiliki sifat sebagai

disintegrant yang baik ditandai dengan cairan yang dihasilkan kental atau

viskositas meningkat. Maka dari itu larutan yang kental pada selulosa mikrokristal

yang dihasilkan akan mengembang dan baik digunakan untuk disintegrant pada

tablet. Viskometer yang dapat digunakan dalam pengujian viskositas dengan

sistem non newton adalah viskometer dengan kontrol shearing stress yang

bervariasi (Martin et al., 1993). Viskometer yang biasa digunakan untuk

mengukur viskositas sistem non newton adalah Viskometer Brookfield DV-E

(Lachman, 2008). Pengukuran viskositas diakukan dengan kontrol terhadap

shearing stress dengan variasi kecepatan. Viskometer Brookfield DV-E dapat

menentukan tahanan yang dialami suatu silinder berputar (spindel) yang

dicelupkan ke dalam bahan kental. Viskositas akan berpengaruh terhadap

tahanannya, apabila viskositas meningkat maka tahanannya akan meningkat (Garg

et al., 2002).

2.5.6 Uji Bobot Jenis dan Kompaktibilitas

Uji Bobot jenis dilakukan untuk menentukan kompaktibilitas selulosa

mikrokristal . Adapun pengujian bobot jenis yang dilakukan untuk penentuan

kompaktibilitas yaitu bobot jenis nyata dan bobot jenis mampat (Lachman, 2008).

a. Bobot Jenis Nyata

Nilai bobot jenis nyata diperoleh dari perbandingan berat selulosa

mikrokristal yang telah dikeringkan sebanyak 50 gram yang kemudian

dimasukkan ke dalam gelas ukur 100 ml dan dicatat volumennya (Voight, 1995).

13

......................(Persamaan 2.2)

..........(Persamaan 2.3)

............................................(Persamaan 2.4)

...............................................................

....(Persamaan 2.5)

.......................

...............................................................

....(Persamaan 2.5)

.......................

...............................................................

....(Persamaan 2.5)

Persamaan bobot jenis nyata sebagai berikut :

b. Bobot Jenis Mampat

Nilai bobot jenis nyata diperoleh dari perbandingan berat selulosa

mikrokristal yang telah dikeringkan sebanyak 50 gram yang kemudian

dimasukkan ke dalam gelas ukur 100 ml dan dilakukan pengetukan pada gelas

ukur hingga volumenya konstan dan dicatat volumennya (Voight, 1995).

Persamaan bobot jenis nyata sebagai berikut

c. Kompaktibilitas

Nilai kompaktibilitas (%) diperoleh dari pengukuran bobot jenis nyata dan

bobot jenis mampat (Voight, 1995). Kompaktibilitas dilakukan untuk menentukan

kemampuan dari serbuk atau selulosa mikrokristal menjadi bentuk yang lebih

stabil bila mendapat tekanan, yaitu dengan mudahnya menyusun diri pada saat

memasuki ruang cetak dan dapat mengalami perubahan bentuk menjadi lebih

mampat hingga menjadi massa yang kompak dan stabil (Lachman, 2008).

Persamaan kompaktibilitas sebagai berikut.

𝐵𝑜𝑏𝑜𝑡 𝐽𝑒𝑛𝑖𝑠 𝑁𝑦𝑎𝑡𝑎 (𝑃𝑜) =𝐵𝑒𝑟𝑎𝑡 𝑆𝑒𝑙𝑢𝑙𝑜𝑠𝑎 𝑚𝑖𝑘𝑟𝑜𝑘𝑟𝑖𝑠𝑡𝑎𝑙 (𝑔𝑟𝑎𝑚)

𝑉𝑜𝑙𝑢𝑚𝑒 𝑠𝑒𝑙𝑢𝑙𝑜𝑠𝑎 𝑚𝑖𝑘𝑟𝑜𝑘𝑟𝑖𝑠𝑡𝑎𝑙 (𝑚𝑙)

𝐵𝑜𝑏𝑜𝑡 𝐽𝑒𝑛𝑖𝑠 𝑀𝑎𝑚𝑝𝑎𝑡 (𝜌1) =𝑏𝑒𝑟𝑎𝑡 𝑠𝑒𝑙𝑢𝑙𝑜𝑠𝑎 𝑚𝑖𝑘𝑟𝑜𝑘𝑟𝑖𝑠𝑡𝑎𝑙 (𝑔𝑟𝑎𝑚)

𝑉𝑜𝑙𝑢𝑚𝑒 𝑚𝑎𝑚𝑝𝑎𝑡 𝑠𝑒𝑙𝑢𝑙𝑜𝑠𝑎 𝑚𝑖𝑘𝑟𝑜𝑘𝑟𝑖𝑠𝑡𝑎𝑙 (𝑚𝑙)

% 𝐾𝑜𝑚𝑝𝑎𝑘𝑡𝑖𝑏𝑖𝑙𝑖𝑡𝑎𝑠 = 𝜌1 − 𝑃𝑜

𝑃𝑜

14

Tabel 2.3 Hubungan kompaktibilitas dengan sifat alir selulosa mikrokristal

(Aulton, 1998).

Kompaktibilitas (%) Sifat Aliran

5 – 15 Sangat baik

12 – 16 Baik

18 – 21 Cukup

23 – 35 Kurang

35 – 38 Sangat kurang

˃ 40 Sangat buruk

2.5.7 Uji Sifat Alir

Dalam pengujian sifat fisik selulosa mikrokristalin hal yang paling penting

dilakukan yaitu uji sifat alir. Uji sifat alir berpengaruh terhadap keseragaman

bobot saat proses pengemasan dan proses pencetakan tablet. Sifat alir dari selulosa

mikrokristal dapat diketahui dengan mengukur waktu alir dan sudut diamnya

(Lachman dkk, 2008).

1. Waktu Alir

Waktu alir merupakan waktu yang diperlukan dalam sejumlah bahan

tertentu untuk mengalir melalui corong. Waktu alir dapat dilakukan dengan

mengalirkan bahan pada corong dan diamati waktu yang diperlukan untuk

mengalir (Fudholi, 1983).

2. Sudut Diam

Sudut diam merupakan sudut tetap yang terjadi timbunan partikel bentuk

kerucut dengan bidang horizontal. Besar kecilnya nilai sudut diam dipengaruhi

oleh gaya tarik dan gaya gesek antar partikel. Apabila gaya tarik dan gaya gesek

yang dihasilkan kecil, maka selulosa mikrokristal akan lebih cepat dan lebih muda

mengalir. Selain dipengaruhi gaya tarik dan gaya gesek, sudut diam juga

dipengaruhi oleh ukuran partikel, semakin kecil ukuran partikel maka kohesivitas

15

partikel makin tinggi dan dapat mengurangi kecepatan alirnya dan sudut diam

yang terbentuk juga besar (Candra, 2008).