Kristalisasi Gula Tebu
-
Upload
widya-astari -
Category
Documents
-
view
1.144 -
download
98
description
Transcript of Kristalisasi Gula Tebu
KRISTALISASI GULA TEBU
(Laporan Praktikum Satuan Operasi II)
Oleh
Devi Hanafiarti 1114051014Elfrida Enzelina 1114051016Ferdiansyah 0814051054Herliawan Dimas A. 0914051058Isnaini Rahmadi 1114051028Miswanto 0854051009Novena Caesilia 0914051062Nur Anisa H. T. F. 1114051036Putri Eka Wijaya 1114051042Ria Amurwani 1114051046Rosi Mauliana Sari 1114051050Ryan Ajie Nugroho 1014051074Widya Astari 1114051064Yoan Martian Sari 1114051066
LABORATORIUM BIOKIMIA/KIMIA HASIL PERTANIAN
JURUSAN TEKNOLOGI HASIL PERTANIAN
FAKULTAS PERTANIAN
UNIVERSITAS LAMPUNG
2013
I. PENDAHULUAN
A. Latar Belakang
Tebu (Saccharum officinarum) merupakan tanaman penghasil gula yang telah
lama dibudidayakan di Indonesia. Nira tebu merupakan cairan hasil perasan yang
diperoleh dari penggilingan tebu yangmemiliki warna coklat kehijauan. Nira
tebuselain mengandung gula, juga mengandungzat-zat lainnya (zat non gula).
Gula kristal yang dikonsumsi diproses dari sukrosa yang terbentuk di batang tebu.
Kadar sukrosa yang ada dalam batang tebu bervariasi antara 8 – 13 % pada tebu
segar yang mencapai kemasakan optimal. Sukrosa adalah senyawa disakarida
dengan rumus molekul C12H22O11. Sukrosa terbentuk melalui proses fotosintesis
yang ada pada tumbuh-tumbuhan. Pada proses tersebut terjadi interaksi antara
karbondioksida dengan air didalam sel yang mengandung klorofil. Gula tebu
adalah disakarida, gula tersebut tersusun atas gabungan dua gula yang sederhana,
yaitu glukosa dan fruktosa (monosakarida). Penggabungan dari dobel unit karbon
monosakarida menjadi C12H22O11 yang selanjutnya dinamakan sukrosa atau
saccharose. Selain sukrosa didalam batang tebu terdapat zat-zat lain. Dalam
proses produksi gula, zat – zat ini harus dihilangkan sehingga dihasilkan gula
yang berkualitas (Jacobs, 2007).
Gula sebagai sukrosa diperoleh dari nira tebu, bit gula, atau aren. Meskipun
demikian, terdapat sumber-sumber gula minor lainnya, seperti kelapa. Sumber-
sumber pemanis lain, seperti umbi dahlia, anggur, atau jagung juga menghasilkan
semacam gula/pemanis namun bukan tersusun dari sukrosa. Proses untuk
menghasilkan gula mencakup tahap ekstrasi (pemerasan) diikuti dengan
pemurnian melalui distilasi (penyulingan). Nira tebu adalah cairan yang
diekstraksi dari batang tamanan tebu. Cairan inimengandung gula antara 10~20 %
(b/v).Nira tebu dapat diolah menjadi minuman ringan, minuman beralkohol, sirup
tebu, gula tebu (saka) dan nata de saccha. Gula yang paling umum diproduksi di
dunia adalah gula kristal mentah, gula kristal putih dan gula kristal rafinasi.
Dalam perdagangan internasional, gula kristal mentah dinamakan raw sugar, gula
kristal putih dikenal sebagai plantation white, sedangkan gula kristal rafinasi
adalah white sugar. Di seluruh dunia tidak banyak negara yang mengkonsumsi
langsungplantation white. Gula putih yang dikenal sebagai gula meja adalah white
sugar atau gula rafinasi (Kaseno, 2000). Pembuatan gula putih dari tebu dilakukan
dengan beberapa tahapan, oleh karenanya dilakukan praktikum ini agar
mahasiswa dapat memahami prinsip dan teknik dasar pembuatan gula, terutama
pada proses kristalisasi.
B. Tujuan
Tujuan praktikum mengenai kristalisasi ini adalah sebagai berikut.
1. Mengetahui dan memahami bagaimanaproses kristalisasipada gula tebu.
2. Mempelajari hubungan antara suhu larutan gula tebu yang dipanaskan dan
kekerasan kristal yang dihasilkan
3. Mendeskripsikan pengaruh faktor-faktor kristalisasi larutan gula tebu.
II. METODE DAN BAHAN
A. Waktu dan Tempat
Praktikum kali ini dilaksanakan pada Hari Jumat, Tanggal 31 Mei 2013 pukul
13.00-15.00 WIB di Laboratorium Biokimia/Kimia Hasil Pertanian, Jurusan
Teknologi Hasil Pertanian, Fakultas Pertanian, Universitas Lampung.
B. Alat dan Bahan
Alat yang digunakan pada praktikum ini adalah kompor, wajan, sutil, termometer,
hand refractometer, neraca digital, pengaduk, beaker glass, dan sendok.
Sedangkan bahan yang digunakan pada praktikum ini adalah gula tebu (nira tebu),
gula halus dan air.
Disiapkan alat dan bahan
Ditimbanggula tebusebanyak20 g
Dilarutkan dalam air 100 ml
Diukur jumlah padatan terlarut dengan hand refractometer
Dipanaskan larutan gula menggunakan api kecil hingga mengental
Diukur kembali jumlah padatan terlarut dengan hand refractometer
Ditaburkan gula halus di atas caairan gula yang mengental
Didiamkan hingga suhu konstan dan terbentuk kristal
Dihaluskan menggunakan saringan
C. Diagram alir
III. HASIL DAN PEMBAHASAN
A. Hasil Pengamatan
Berdasarkan praktikum yang telah dilakukan, diperoleh hasil pengamatan sebagai
berikut :
No
.
Bahan Derajat Brix
(sebelum dipanaskan)
Derajat Brix
(Setelah dipanaskan)
1. Gula Tebu 39 88
B. Pembahasan
Kristalisasi adalah proses pembentukan bahan padat dari pengendapan larutan ,
melt (campuran leleh), atau pengendapan langsung dari gas. Kristalisasi juga
merupakan teknik pemisahan kimia antara bahan padat-cair, dimana terjadi
perpindahan massa (mass transfer) dari suat zat terlarut (solute) dari cairan larutan
kefase kristal padat.Kristalisasi juga dapat didefinisikan sebagai proses yang
membentuk kristal padat, baik dari gas, cairan atau molekul. Langkah kristalisasi
adalah dengan cara memisahkan komponen kemudian mentransfer molekul cair
kefasa padat terhadap kristal yang mengendap. Terdapat banyak contoh dari
proses alami yang melibatkan kristalisasi. Seperti proses geologi meliputi:alam
(mineral) pembentukan kristal;stalaktit/stalakmit, cincin formasi.Contoh skala
waktu proses yang biasa mencakup salju serpih formasi;kristalisasi madu.
Proses kristalisasi terdiri dari dua nukleasi utama, peristiwa dan pertumbuhan
kristal. Nukleasi adalah langkah dimana molekul-molekul zat terlarut terdispersi
dalam pelarut awal untuk mengumpulkan ke dalam kelompok, pada skala
nanometer (meninggikan konsentrasi zat terlarut dalam suatu daerah kecil), yang
menjadi stabil dibawah kondisi operasi saat ini. Kelompok ini stabil merupakan
inti atom. Namun, ketika kelompok tidak stabil maka akan larut kembali. Oleh
karena itu, kelompok harus mencapai ukuran kritis agar menjadi inti stabil.
Ukuran kritis tersebut ditentukan oleh kondisi operasi (suhu, jenuh, dan lain-lain).
Hal ini pada tahap nukleasi bahwa atom mengatur secara jelas dan periodik yang
mendefinisikan struktur kristal - dicatat bahwa struktur kristal adalah istilah
khusus yang mengacu pada pengaturan relatif dari atom, bukan sifat makroskopik
dari kristal (ukuran dan bentuk), meskipun atom-atom tersebut adalah akibat dari
struktur kristal internal.
Pertumbuhan kristal adalah pertumbuhan berikutnya dari inti yang berhasil
mencapai ukuran kluster kritis. Nukleasi dan pertumbuhan terus terjadi secara
bersamaan saat jenuh ada. Jenuh adalah kekuatan pendorong kristalisasi tersebut,
maka laju nukleasi dan pertumbuhan didorong oleh jenuh yang ada dalam larutan.
Tergantung pada kondisi, baik nukleasi atau pertumbuhan mungkin dominan atas
yang lain, dan sebagai hasilnya, kristal dengan berbagai ukuran dan bentuk yang
diperoleh (kontrol ukuran dan bentuk kristal merupakan salah satu tantangan
utama dalam industri manufaktur, seperti untuk obat-obatan ). Setelah jenuh sudah
habis, sistem padat-cair mencapai keseimbangan dan kristalisasi selesai, kecuali
kondisi operasi yang dimodifikasi dari kesetimbangan sehingga supersaturate
solusi lagi.
Banyak senyawa memiliki kemampuan untuk mengkristal dengan struktur kristal
yang berbeda, fenomena yang disebut polimorfisme. Setiap polimorf sebenarnya
adalah termodinamika berbeda solid state dan kristal polimorf dari pameran sifat
senyawa yang sama fisik yang berbeda, seperti laju disolusi, bentuk (sudut antara
aspek dan tingkat segi pertumbuhan), titik leleh, dll Untuk alasan ini,
polimorfisme adalah utama pentingnya dalam pembuatan industri produk kristal.
Kristalisasi dipengaruhi oleh beberapa faktor antara lain derajat lewat jenuh;
jumlah inti yang ada atau luas permukaan total dari kristal yang ada; viskositas
larutan; jenis dan banyaknya pengotor dan pergerakan antara larutan dan kristal.
Selain itu kristalisasi juga dipengaruhi oleh suhu, vakum, proses penguapan
sebelumya dan kerataan kristal.
Pada praktikum kali ini, gula tebu (sukrosa) sebanyak 20 gram, dilarutkan
kedalam air 100 ml sebelum dipanaskan. Larutan gula tebu ini kemudian
dipanaskan selama beberapa menit sampai mengental. Sukrosa yang akan
dikristalkan dipanaskan sampai mendekati suhu masak, selanjutnya pemekatan
atau pengentalan dimulai. Dengan demikian koefisien kejenuhannya berangsur-
angsur meningkat. Pada keadaan lewat jenuh akan terbentuk suatu pola kristal
sukrosa. Proses kristalisasi dijaga pada suhu rendah karena molekul sukrosa akan
mudah rusak pada suhu tinggi. Pemekatan tidak boleh melewati daerah metastabil,
karena akan terjadi inti baru berupa kristal-kristal halus.
Selama proses pemanasan dilakukan pengadukan secara intensif agar tidak gosong
dan timbul kerak pada dasar wajan, selain itu agar panas merata. Untuk
mempercepat proses pembentukkan kristal, dapat ditambahkan bibit seperti pada
praktikum ini dengan menembahkan tepung gula. Setelah mengental proses
pemanasan dihentikan, kemudian dituang kedalam loyang dan tetap terus diaduk
hingga dingin sampai terbentuk kristal. Kristal yang telah terbentuk kemudian
disaring hingga diperoleh kristal dengan ukuran yang kecil. Ada beberapa tahapan
yang salah selama praktikum ini seperti tidak diaturnya suhu pemanasan, terlalu
lamanya pemanasan, dan pemberian tepung gula yang seharusnya sewaktu
pemanasan akan tetapi kami tambahkan setelah pemanasan.
Dalam praktikum ini terdapat beberapa kesalahan. Kesalahan yang terjadi pada
praktikum ini disebabkan praktikan kurang memahami prosedur yang digunakan
dalam praktikum. Kesalahan yang terjadi yaitu proses pemanasan bahan(gula)
terlalu lama yang menyebabkan terbentuknya kristal-kristal gula lebih cepat. Oleh
karena itu, diperlukan pengaturan suhu dan waktu pemanasan agar dapat diketahui
waktu terbentuknya kristal . Selain itu, kesalahan juga disebabkan karena
penambahan gula halus dilakukan setelah larutan gula dikeluarkan dari
pemanasan. Seharusnya penambahan gula halus dilakukan pada saat proses
pemanasan. Hal tersebut menyebabkan tidak tebentuknya kristal-kristal gula yang
diinginkan.
Untuk melanjutkan proses kristal berikutnya maka sampel tersebut harus
memenuhi Syarat utama terbentuknya kristal dari suatu larutan adalah larutan
induk harus dibuat dalam kondisi lewat jenuh (supersaturated). Yang dimaksud
dengan kondisi lewat jenuh adalah kondisi dimana pelarut (solven) mengandung
zat terlarut (solute) melebihi kemampuan pelarut tersebut untuk melarutkan solute
pada suhu tetap (Farida, 2012). Jadi Kristal dapat terbentuk karena suatu larutan
dalam keadaan atau kondisi lewat jenuh (supersaturated).
Kondisi tersebut terjadinya karena pelarut sudah tidak mampu melarutkan zat
terlarutnya, atau jumlah zat terlarut sudah melebihi kapasitas pelarut. Sehingga
kita dapat memaksa agar kristal dapat terbentuk dengan cara mengurangi jumlah
pelarutnya, sehingga kondisi lewat jenuh dapat dicapai. Proses pengurangan
pelarut dapat dilakukan dengan empat cara yaitu, penguapan, pendinginan,
penambahan senyawa lain dan reaksi kimia. Pemisahan dengan pembentukan
kristal melalui proses penguapan merupakan cara yang sederhana. Karena itu
dilakukan proses kristalisasi dari bahan gula tebu dengan proses pemanasan dan
penambahan bibit Kristal (gula halus) dengan cara kejutan (shock seeding). (Irma,
2013).
Karena larutan/sampel tidak berisi padatan, maka pembentukan inti terjadi
sebelum kristal tumbuh. Inti-inti baru secara kontinyu terbentuk, sementara inti-
inti yang sudah ada tumbuh menjadi kristal. Driving force kedua langkah tersebut
adalah supersaturasi, artinya kedua langkah tersebut tidak dapat terjadi pada
larutan jenuh atau undersaturated.
Untuk terbentuknya Kristal harus melalui dua mekanisme pembentukan Kristal
dalam industri yaitu :
1. membentuk inti kristal primer, yang akan merangsang pembentukan
kristal. Untuk membentuk inti kristal primer, jika dibuat dari larutan
induk, maka beda konsentrasi larutan lewat jenuh dengan konsentrasi
jenuh (C-C*) sebagai driving force proses kristalisasi harus dibuat besar.
Dan ini membutuhkan energi yang sangat besar. Sehingga untuk skala
industri, tidak efisien. Lebih disukai cara penambahan kristal yang sudah
jadi, untuk menginisiasi pembentukan inti kristal primer. (farida, 2012).
2. Mekanisme nukleasi sekunder. Pada fase ini, kristal tumbuh dikarenakan
kontak antara kristal dan larutan. Terjadi pada kondisi supersaturasi yang
lebih rendah yang memungkinkan kristal tumbuh dengan optimal.
Nukleasi sekunder membutuhkan bibit atau kristal yang sudah jadi untuk
merangsang pertumbuhan kristal yang baru. (farida, 2012)
Dalam praktikum ini hampir sama proses kristalisasi yang terjadi di industri yaitu
dengan penambahan bibit kristal, hanya saja bahannya dari gula tebu. Selama
proses pemanasan sampai kondisi lewat jenuh, larutan diuapkan hingga kental
agar pelarutnya habis dan membantu proses pembentukan kristal. Setelah itu,
proses pembentukan Kristal primer yaitu inti kristal secara murni tanpa ada
kontak dengan senyawa lain. Dimulai dari setelah sampel (larutan sukrosa) jenuh
atau undersaturated. Ketiga teknik yang lain pendinginan, penambahan senyawa
lain dan reaksi kimia pada prinsipnya adalah sama yaitu mengurangi kadar pelarut
didalam campuran homogeny dan membantu proses pembentukan kristal. (Irma,
2013).
Pada keadaan lewat jenuh akan terbentuk suatu pola kristal . Proses kristalisasi
dijaga pada suhu rendah karena molekul glukosa dan fruktosa akan mudah rusak
pada suhu tinggi. Pemekatan tidak boleh melewati daerah metastabil, karena akan
terjadi inti baru berupa kristal-kristal halus. Setelah Larutan gula dikentalkan
sampai daerah intermediate (daerah Larutan yang terletak pada daerah konsentrasi
dimana molekul glukosa dan fruktosa dalam larutan telah mampu membentuk inti
kristal apabila terdapat atau hadir kristal glukosa dan fruktosa dalam larutan)
(Learn, 2009) kemudian ditambahkan secukupnya atau ditaburkan gula halus
sedikit demi sedikit pada saat kondisi larutan dipanaskan sehingga akan
mendorong proses pembesaran kristal. Kondisi terus dipertahankan dengan cara
mengatur pemanasan dan pengadukan secara seimbang. Mekanisme yg terjadi
melalui kontak antara satu kristal dengan kristal lainnya dibantu dengan
pengadukan. Pembentukan inti kristal heterogen berlangsung sebelum
pembentukan inti kristal homogen.
Setelah kristal mencapai ukuran tertentu, penguapan diteruskan hingga mencapai
brix tertentu. Campuran kristal dan larutan gula (mother liquor) dinamai masakan
(Learn, 2009). Fungsi penambahan gula halus untuk memberi gesekan dan
membentuk kaki-kaki kristal pada inti kristal sehingga terbentuk kristal. Maka
gula halus berperan untuk mempercepat proses pembentukan kristal. Bila kristal
telah terbentuk dan terlihat besar kristal merata maka dikembalikan lagi ke daerah
metastabil. Daerah metasatbil adalah daerah dimana Larutan yang terletak pada
daerah konsentrasi diatas kosien kejenuhan 1,00 (KK > 1,00) dimana molekul
glukosa dan fruktosa dalam larutan hanya dapat menempelkan diri pada kristal
yang telah ada. Daerah ini juga disebut daerah pembesaran kristal. Pada langkah
pembesaran kristal diusahakan untuk menempelkan sebanyak mungkin molekul
glukosa dan fruktosa pada kristal yang telah jadi dalam waktu yang singkat.
Apabila pembesaran dirasa telah cukup dengan kristal yang kuat, maka
selanjutnya adalah merapatkan inti kristal. Tujuannya adalah supaya jarak antara
kristal yang satu dengan yang lain berdekatan sehingga kecepatan kristalisasi
tidak berkurang (Learn, 2009).
Setelah itu suhu diturunkan dan didinginkan sambil diaduk. proses kristalisasi
tetap berlanjut, dengan dilakukan penurunan suhu pemanasan dan nilai kejenuhan
naik sehingga dapat mendorong menempelnya glukosan dan fruktosa pada kristal
yang telah terbentuk. Untuk lebih menyempurnakan dalam proses kristalisasi
maka proses pendinginan dilengkapi pengaduk agar dapat sirkulasi (Learn, 2009).
Penurunan suhu akan menginduksi pembentukan kristal secara cepat. Semakin
dingin larutan waktu induksi (waktu yg diperlukan sampai inti kristal terbentuk)
akan semakin pendek. Jumlah kristal yg terdapat dalam satu unit volume yg
terdapat dalam larutan akan berpengaruh pada tingkat pertumbuhan setiap kristal.
Ketika viskositas meningkat akibat menurunnya suhu dan meningkatnya
konsentrasi larutan, proses pembentukan inti kristal akan terbatasi. Hal ini
disebabkan berkurangnya pergerakan molekul pembentuk inti kristal dan
terhambatnya pindah panas sebagai energi pembetukkan inti kristal. Pendingingan
yg cepat akan menghasilkan inti kristal yg lebih banyak dibandingkan
pendinginan lambat. Proses pengadukan mampu meningkatkan laju pembentukan
inti kristal. Pengadukan menyebabkan pindah massa dan pindah panas berjalan
lebih efisien. Pada saat proses pendinginan ini ruang gerak kristal mejadi sempit
dan Kristal - kristal mudah bersatu sehingga terbentuk kristal .Tetapi dalam
praktikum ini terlambat pemberian bibit halusnya dan larutan belum jenuh,
sehingga tidak terbentuk kristal secara sempurna.
IV. KESIMPULAN
Dari hasil praktikum yang telah dilakukan dapat diambil kesimpulan sebagai
berikut :
1. Praktikum ini menggunakan proses kristalisasi yaitu proses pemurnian dari
larutan, yang dilakukan dengan memekatkan larutan atau menguapkan air.
2. Gula tebu yang dikristalisasi pada percobaan ini mengalami pengkristalan
jika diberikan perlakuan panas.
3. Ketika suhu dinaikkan atau ditambahkan kalor/panas, gula tebu yang
direkristalisasi menghasilkan kristal yang berwarna putih bersih.
4. Proses pengukuran menggunakan refraktometer bertujuan untuk
mengetahui jumlah padatan terlarut atau derajat brix yang ada pada larutan
gula sebelum dan sesudah pemanasan.
5. Penambahan bubuk gula tebu pada saat pemanasan yang seharusnya
dilakukan bertujuan untuk mempercepat proses kristalisasi pada gula tebu.
6. Berbagai faktor yang dipandang dapat mempengaruhi proses pemasakan
atau proses kristalisasi,antara lain yaitu suhu, vakum, proses penguapan
sebelumya, kerataan kristal, kadungan kotoran dalam larutan, viskositas
larutan dan pencampuran atau sirkulasi larutan.
7. Waktu pemanasan yang terlalu lama akan menyebabkan larutan gula
menjadi mudah mengkristal.
8. Sebalikny jika waktu pemanasan terlalu singkat akan menyebabkan larutan
gula sulit untuk mengkristal kembali.
DAFTAR PUSTAKA
Farida. 2012. Kristalisasi. http://farida.net78.net/ diakses pada Tanggal 13 Juni
2013.
Irma, 2013. Kristalisasi. http://irma-teknikkimia.blogspot.com/ diakses pada
Tanggal 13 Juni 2013.
Jacobs, Jaffrin.M.Y. 2007. Purification of Brown Cane Sugar Solutions
byUltrafiltration with Ceramic Membranes:Investigation of Membrane
Fouling.Journal Separation Science andTechnology.ITB.
Kaseno, Walyoadi. 2000. PenerapanTeknologi Ultrafiltrasi Membran
PadaPemurnian Nira Tebu pada Pabrik Gula. Balai PengkajianBioteknologi
BPPT. Tanggerang.
Learn, 2009. Proses Kristalisasi Gula. http://pradhity.blogspot.com/ diakses pada
Tanggal 13 Juni 2013.