(Makalah) Kimia Bahan Alam tentang Karbohidrat

Contoh Makalah Kimia Bahan Makanan

BAB I

PENDAHULUAN

1.        Latar Belakang Masalah

Karbohidrat memegang peranan penting dalam alam karena merupakan sumber energi utama bagi manusia dan hewan yang harganya relatif murah. Semua karbohidrat berasal dari tumbuh-tumbuhan. Melalui fotosintesis, klorofil tanaman dengan bantuan sinar matahari mampu membentuk karbohidrat dari karbondioksida (CO₂) berasal dari udara dan air (H₂O) dari tanah. Karbohidrat yang dihasilkan adalah klarbohidrat sederhana glukosa. Di samping itu dihasilkan oksigen (O₂) yang lepas di udara.

Karbohidrat dalam bentuk gula dan pati melambangkan bagian utama kalori total yang  konsumsi  manusia  dan  bagi  kebanyakan  kehidupan  hewan,  seperti  juga  bagi berbagai mikroorganisme. Karbohidrat juga merupakan pusat metabolisme tanaman hijau dan organisme fotosintetik lainnya yang menggunakan energi solar untuk melakukan sintesa karbohidrat dari CO2 dan H₂O menjadi energi pokok sumber karbon bagi sel non- fotosintetik pada hewan, tanaman dan dunia mikrobial.

Di negara-negara sedang berkembang kurang lebih 80% energi makanan berasal dari karbohidrat. Di negara-negara maju seperti Amerika Serikat dan Eropa Barat, angka ini lebih rendah, yaitu rata-rata 50%. Nilai Begitu pentingnya peranan karbohidrat dalam tubuh mahluk hidup, maka pada makalah ini kita akan mengamati struktur, sifat-sifat, dan funsi dari karbohidrat.

2.        Rumusan Masalah

Berdasarkan latar belakang, dapat diambil rumusan masalah :

1.      Apa definisi karbohidrat?

2.      Apa saja jenis-jenis karbohidrat?

3.      Apa saja  jenis karbohidrat pada durian (Durio Zibethinus)?

4.      Bagaimana Teknik analisis bioetanol (alkohol) pada biji durian (Durio Zibethinus)?

3.        Tujuan Penulisan

1.      Memberikan informasi tentang definisi karbohidrat.

2.      Memberikan wawasan tentang  jenis-jenis karbohidrat beserta contoh.

3.      Memberikan informasi tentang jenis karbohidrat pada durian.

4.      Menjelaskan Teknik analisis bioetanol (alkohol) pada biji durian (Durio zibethinus).

  

BAB II

PEMBAHASAN

1.        Pengertian Karbohidrat

Karbohidrat ('hidrat dari karbon', hidrat arang) atau sakarida (dari bahasa Yunani σάκχαρον, sákcharon, berarti "gula") adalah segolongan besar senyawa organik yang paling melimpah di bumi. Karbohidrat memiliki berbagai fungsi dalam tubuh makhluk hidup, terutama sebagai bahan bakar (misalnya glukosa), cadangan makanan (misalnya pati pada tumbuhan dan glikogen pada hewan), dan materi pembangun (misalnya selulosa pada tumbuhan, kitin pada hewan dan jamur). Pada proses fotosintesis, tumbuhan hijau mengubah karbon dioksida menjadi karbohidrat. Sedangkan secara ilmu kimia, karbohidrat adalah polihidroksil-aldehida atau polihidroksil-keton, atau senyawa yang menghasilkan senyawa-senyawa ini bila dihidrolisis. Hidrolisis dapat  diartikan sebagai reaksi yang terjadi antara suatu  zat dengan air (H₂O)  sehingga zat tersebut akan mengalami   penguraian.  Karbohidrat mengandung gugus fungsi karbonil (sebagai aldehida atau keton) dan banyak gugus hidroksil.

2.        Klasifikasi Karbohidrat

Bentuk molekul karbohidrat paling sederhana terdiri dari satu molekul gula sederhana yang disebut monosakarida, misalnya glukosa, galaktosa, dan fruktosa. Banyak karbohidrat merupakan polimer yang tersusun dari molekul gula yang terangkai menjadi rantai yang panjang serta dapat pula bercabang-cabang, disebut polisakarida, misalnya pati, kitin, dan selulosa. Selain monosakarida dan polisakarida, terdapat pula disakarida (rangkaian dua monosakarida) dan oligosakarida (rangkaian beberapa monosakarida).

a.         Monosakarida

Monosakarida ialah gula ringkas dan merupakan unit yang paling kecil (yang tidak dapat dipecahkan oleh hidrolisis asid kepada unit yang lebih kecil). Monosakarida terdiri atas 3-6 atom C. Beberapa molekul monosakarida mengandung unsur nitrogen  dan  sulfur.  Monosakarida  yang  penting  dalam  fisiologi yaitu  D-glukosa, D-galaktosa, D-fruktosa, D-ribosa, dan D-deoksiribosa. Monosakarida digolongkan berdasarkan jumlah atom karbon yang dikandungnya (triosa, tetrosa, pentosa, dan heksosa) dan gugus aktifnya, yang bisa berupa aldehida atau keton. Ini kemudian bergabung, menjadi misalnya aldoheksosa dan ketotriosa.

b.        Disakarida

  Disakarida adalah senyawa yang terbentuk dari dua molekul monosakarida yang sejenis atau tidak. Disakarida dapat dihidrolisis oleh larutan asam dalam air sehingga terurai menjadi dua molekul monosakarida

Disakarida terdiri atas unit sukrosa, maltosa, dan laktosa. Ketiga disakarida ini mempunyai rumus molekul sama (C₁₂H₂₂O₁₁) tetapi struktur molekulnya berbeda. Disakarida disusun oleh dua unit gula, seperti sukrosa disusun oleh glukosa dan fruktosa, maltosa dibangun oleh dua   unit glukosa, dan laktosa dibangun oleh glukosa dan galaktosa.

c.         Polisakarida

Polisakarida merupakan  kelas karbohidrat  yang mempunyai  lebih daripada delapan unit monosakarida. Pada umumnya polisakarida mempunyai molekul besar dan lebih kompleks daripada monosakarida dan oligosakarida. Polisakarida dapat dihidrolisis menjadi banyak molekul monosakarida. Polisakarida yang terdiri atas satu macam monosakarida saja disebut homopolisakarida (contohnya kanji, glikogen dan selulusa), sedangkan yang mengandung senyawa lain disebut heteropolisakarida (contohnya heparin). Rumus kimia polisakarida adalahn (C₆H₁₀O₅)n. Molekul ini dapat digolongkan menjadi polisakarida struktural seperti selulosa, asam hialuronat, dan sebagainya.

Contoh polisakarida secara umum yaitu amilusa, selulosa dan glikogen di mana pembentuknya utamanya merupakan glukosa bercabang yang membentuk gugus yang panjang dan kompleks.

a.       Amilum

Amilum atau pati terdapat pada biji-bijian, umbi-umbian. Amilum merupakan polimer dari ɑ-D-glukosa, dengan dua struktur, yaitu amilosa dan amilopektin. Amilopektin memberikan sifat lengket pada beras. Semakin banyak amilopektinnya, semakin lengket nasi yang dihasilkan oleh beras tersebut. Semakin banyak amilosa pada beras, semakin keras nasi yang dihasilkan. Beras pada umumnya mengandung amilosa lebih dari 20%, sedangkan keton mempunyai kandungan amilosa hanya sekitar 1-2%. Amilosa terdiri atas 250-3000 unit D-glukosa. Sedangkan amilopektin terdiri atas lebih dari 1000 unit glukosa.

b.      Selulosa

         Selulosa adalah polimer alam yang tersusun dari gabungan glukosa yang membentuk rantai panjang yang dibuat dengan menghubungkan molekul yang lebih kecil. dalam rantai selulosa adalah jenis gula: ß-D-glukosa. Dua molekul tidak tertaut ß-D-glukosa digambarkan pada gambar dibawah. Unit gula terkait ketika air dihilangkan dengan menggabungkan -OH dan H yang disorot dalam dengan warna abu-abu.

Menurut Akad dalam jurnal Pembuatan Bioetanol dari Biji Durian (Durio Zibethinus) dikatakan bahwa selulosa yang merupakan pembagian dari polisakarida ternyata banyak digunakan oleh peneliti untuk dimanfaatkan sebagai baha baku pembuatan biodisel. Salah satu bahan yang mengandung selulosa tinggi adalah biji durian. Biji durian (pongge) memiliki kandungan pati yang cukup tinggi sehingga dapat digunakan sebagai pengganti bahan makanan dan dapat dimanfaatkan sebagai bioetanol (Primadony, dkk, 2013). Biji durian adalah limbah biomassa yang kurang dimanfaatkan oleh masyarakat, padahal setelah dilakukan penelitian biji durian mengandung karbohidrat 43,6 g – 46,2 g tiap 100 g biji durian yang diubah menjadi glukosa (Jhonprimen, dkk, 2012).

3.      Teknik analisis bioetanol (alkohol) pada biji durian (Durio Zibethinus)

Sebelum melakukan analisis alkohol pada biji durian (Durio Zibethinus)) maka dilakukan dulu preparasi sampel, fermentasi kemudian dianalisis alkohol yang dihasilkan.

            a.       Preparasi sampel

Sampel biji buah durian dicuci bersih dan dikeringkan, kemudian ditimbang sebanyak 1000 gram. Starter dibuat dengan menambahkan air secukupnya pada biji durian yang telah ditimbang kemudian diblender dan hasilnya disaring dengan kain bersih untuk diambil filtratnya. Filtrat yang diperoleh dimasukan ke dalam gelas kimia dan disterilisasi dalam autoklaf pada suhu 121°C dan tekanan 1 atm selama 15 menit, lalu didinginkan. Autoklas sendiri dalam hal ini berfungsi untuk mensterilkan suatu benda menggunakan uap bersuhu dan bertekanan tinggi. Filtrat biji buah durian yang sudah dingin tersebut dibagi ke dalam empat buah erlenmeyer, setiap erlenmeyer diisi sebanyak 20 mL filtrat biji durian. Kemudian masing-masing erlenmeyer ditambahkan 0,3 gram pupuk urea dan 0,08 gram pupuk NPK sebagai sumber nutrien, masing-masing campuran dalam erlenmeyer dikocok hingga semua larut dan ditambahkan lagi 10 mL pasta ragi. Pasta ragi dibuat dengan cara mencampurkan 10 gram ragi tape dan 40 mL aquades ke dalam gelas kimia kemudian diaduk hingga semua ragi larut. Setelah pasta ragi dicampurkan ke dalam masing-masing erlenmeyer, kemudian masing-masing starter ditutup dengan alumunium foil dan diinkubasi selama 2 hari. Starter ini merupakan media pembiakan ragi bertujuan untuk dibiakkannya ragi dalam stater adalah mengadaptasikan sel terhadap media fermentasi. Kemudian dilakukan fermentasi selama 5, 8, 11 dan 14 hari dan dianalisis etanol yang dihasilkan.  Setelah dilakukan pengukuran kadar etanol hasil distilasi, ternyata ditemukan beberapa perbedaan kadar etanol.

b.      Fermentasi

Fermentasi adalah suatu proses metabolisme yang menghasilkan energi dari gula dan molekul organik lain serta tidak memerlukan oksigen. Pada fermentasi alkohol akan terbentuk NAD untuk glikolisis. Asam piruvat diubah menjadi etanol atau etil alkohol melalui dua langkah reaksi. Langkah pertama adalah pembebasan CO₂ dari asam piruvat yang kemudian diubah menjadi asetaldehida. Langkah kedua adalah reaksi reduksi asetaldehida oleh NADH menjadi etanol. NAD yang terbentuk akan digunakan untuk glikolisis.

Starter yang telah dibuat dibagi menjadi 4 bagian dan masing-masing dimasukkan ke dalam 4 buah erlenmeyer. Kemudian starter tersebut difermentasi selama 5 hari, 8 hari, 11 hari, dan 14 hari. Selanjutnya larutan tersebut disaring dengan menggunakan pompa vakum untuk diambil filtratnya, lalu dievaporasi untuk mendapatkan etanol yang diinginkan. Fermentasi dilakukan selama 4 hari dengan rentang waktu berbeda untuk mengetahui waktu optimum yang dibutuhkan untuk mendapatkan hasil fermentasi yang paling baik. Evaporasi dilakukan dengan  menggunakan penangas air dan destilasi dilakukan pada suhu 78,5°C sesuai dengan titik didih etanol.

Fermentasi adalah suatu proses perubahan kimia yang disebabkan oleh aktivitas mikroba ataupun oleh aktivitas enzim yang dihasilkan mikroba. Jalur metabolisme karbohidrat yang pernah diselidiki adalah sistem fermentasi etanol oleh khamir. Salah satu jenis khamir yang produktif dan sering digunakan ialah Saccharomyces cerevisiae. Dalam fermentasi ini glukosa didegradasi menjadi etanol dan CO₂ melalui suatu jalur metabolisme yang disebut glikolisis.

c.       Analisis alkohol yang dihasilkan

Alkohol (bioetanol) yang dihasilkan dianalisis kadarnya dengan cara mengisi alkohol tersebut ke dalam gelas ukur dan mengukur kadarnya dengan alkoholmeter. Uji yang kedua yaitu uji kualitatif dengan logam Na dengan cara memasukan sepotong kecil logam Na ke dalam cawan petri yang berisi larutan etanol hasil distilasi. Pada uji kedua ini, Logam Na dengan etanol pada fermentasi yang baik ditandai bereaksi dengan baik  dengan terjadinya asap yang ditimbulkan ketika logam Na dimasukan ke dalam etanol hasil distilasi, hal ini disebabkan karena etanol yang dihasilkan bereaksi hebat dengan asam menghasilkan garam dan gas hidrogen.

Uji yang ketiga yaitu uji kelarutan dalam air dengan cara mengambil 2 mL larutan etanol hasil distilasi, kemudian dilarutkan ke dalam gelas kimia yang berisi 4 mL air. Diamati apakah terjadi pencampuran atau tidak. Etanol yang diperoleh dari hasil distilasi dilarutkan ke dalam air murni. Dari hasil pengamatan, diperoleh bahwa etanol larut dalam air dan membentuk campuran yang homogen dimana tidak terlihat adanya bidang batas antara air murni dan etanol hasil distilasi tersebut. Etanol larut sempurna dalam air karena air bersifat polar dan pada etanol terdapat gugus –OH yang bersifat polar, rantai gugus alkil pada etanol tidak terlalu panjang sehingga lebih mudah membentuk ikatan hidrogen. Etanol hasil distilasi diukur berat jenisnya, dari hasil pengukuran berat jenis diperoleh berat jenis.

Uji yang keempat adalah etanol yang diperoleh dari hasil distilasi dimasukkan kedalam gelas kimia lalu diukur pHnya dengan menggunakan alat pHmeter. Uji yang terakhir adalah penentuan berat jenis etanol hasil distilasi diukur berat jenisnya dengan menggunakan alat piknometer, dilakukan dengan prosedur: (i) piknometer dicuci dan dikeringkan kemudian ditimbang bersama penutupnya pada neraca dengan ketelitian 0,01 g (c); (ii) aquades diisi ke dalam piknometer sampai tanda batas dan ditimbang bersama penutupnya (a + d); (iii) memasukan larutan uji ke dalam piknometer sampai tanda atas dan ditimbang bersama penutupnya (a+ b); (iv) berat jenis larutan uji dapat dihitung dengan menggunakan rumus berat jenis larutan (Minarni, dkk, 2013). Pengukuran pH etanol hasil distilasi diperoleh pH etanol pada fermentasi hari ke-5 yaitu 3,35, hari ke-8 yaitu 3,11, hari ke-11 yaitu 3,45, dan hari ke-14 yaitu 3,40. pH etanol hasil distilasi tertinggi 3,45 yaitu terjadi pada hari ke-11. Sedangkan pada hari ke-8 pH etanol yang dihasilkan mengalami penurunan menjadi 3,11. Hal ini disebabkan etanol pada hari ke-8 telah berubah menjadi asam akibat keterlibatan oksigen, sehingga etanol teroksidasi menjadi asam asetat. Terjadinya selisih pH yang dihasilkan kemungkinan disebabkan karena adanya zat-zat pengotor dalam etanol

yang tidak sempat terpisah pada saat distilasi dilakukan.

BAB III

KESIMPULAN

A.    Kesimpulan

Berdasarkan materi di atas dapat disimpulkan bahwa :

1.      Karbohidrat adalah polihidroksil-aldehida atau polihidroksil-keton, atau senyawa yang menghasilkan senyawa-senyawa ini bila dihidrolisis. Hidrolisis dapat  diartikan sebagai reaksi yang terjadi antara suatu  zat dengan air (H₂O)  sehingga zat tersebut akan mengalami   penguraian.

2.      Biji durian dapat diolah menjadi bahan baku pembuatan etanol melalui proses fermentasi.

3.      Fermentasi terbaik ditandai dengan glukosa telah terurai sempurna menjadi etanol.

4.      Biji durian (pongge) memiliki kandungan pati yang cukup tinggi sehingga dapat digunakan sebagai pengganti bahan makanan dan dapat dimanfaatkan sebagai bioetanol.

DAFTAR PUSTAKA

Akad, J .Kim. Pembuatan Bioetanol dari Biji Durian (Durio zibethinus). Jurnal Akademika Kimia, Vol. 4, No.3, Agustus 2015. ISSN 2302-6030. h. 110-115.

Campbell, R. 2002. Biologi. Edisi Kelima Jilid 1. Jakarta : Erlangga.

Ganjar, dkk. Mikologi Dasar dan Terapan.  Edisi Pertama. Jakarta: Yayasan Obor Indonesia.

Lehninger, L Albert.1982.Dasar-Dasar Biokimia.Erlangga:Surabaya

Kuchel, Philip dan Gregory B. Ralston. 2006. Biokimia.  Jakarta : Erlangga.