MAKALAH KIMIA POLIMER: POLISAKARIDA DAN MODIFIKASINYA

BAB II

TINJAUAN PUSTAKA

A.    Pengertian Polisakarida

Polisakarida merupakan polimer yang disusun oleh rantai monosakarida yang disatukan dengan ikatan glikosida, mempunyai massa molekul tinggi dan tidak larut dalam air atau hanya dapat membentuk emulsi. Hidrolisis lengkap akan mengubah polisakarida menjadi monosakarida (heksosa). Ikatan antara molekul monosakarida yang satu dengan yang lainnya terjadi antara gugus alkohol pada atom C ke-4 molekul yang satu (II) dengan gugus aldehida pada atom C ke-1 molekul monosakarida dengan yang lain.

Polisakarida dibedakan menjadi dua jenis, yaitu polisakarida nutrien dan polisakarida struktural. Polisakarida nutrien berfungsi sebagai materi cadangan yang ketika dibutuhkan akan dihidrolisis untuk memenuhi permintaan gula bagi sel. Sedangkan polisakarida struktural berfungsi sebagai materi penyusun dari suatu sel atau keseluruhan organisme.

Beberapa polisakarida berfungsi sebagai bentuk penyimpan bagi monosakarida dan yang lainnya berfungsi sebagai unsur struktural di dalam dinding sel dan jaringan pengikat. Glikogen dan pati merupakan polisakarida nutrien yang terdapat pada tumbuhan dan manusia sedangkan selulosa merupakan polisakarida strukural yang berfungsi sebagai tulang semu bagi tumbuhan. Pati dan glikogen  dihidrolisa di dalam saluran pencernaan oleh amilase, sedangkan selulosa tidak dapat dicerna. Namun, selulosa mempunyai peran penting bagi manusia karena merupakan sumber serat dalam makanan manusia.

B.     Jenis-jenis Polisakarida

Berdasarkan fungsinya polisakarida dapat digolongkan menjadi dua bagian yaitu polisakarida struktural dan polisakarida nutrien. Sebagai komponen struktural, polisakarida berperan sebagai pembangun dan penyusun komponen organel sel serta sebagai molekul pendukung intrasel. Polisakarida yang termasuk golongan ini adalah selulosa (ditemukan dalam dinding sel tanaman), kitin yang dibangun oleh turunan glukosa yaitu glukosamin diketemukan pada cangkang udang, kepiting dan lainnya.

Polisakarida dibedakan menjadi dua jenis, yaitu polisakarida nutrien dan polisakarida struktural. Berikut ini adalah uraian tentang polisakarida nutrien dan polisakarida struktural.

1.      Polisakarida Nutrien

a.       Pati

Pati adalah polisakarida nutrien dalam tumbuhan. Monomer-monomer glukosa penyusunnya dihubungkan dengan ikatan α 1-4. Bentuk pati yang paling sederhana adalah amilosa, yang hanya memiliki rantai lurus. Sedangkan bentuk pati yang lebih kompleks adalah amilopektin yang merupakan polimer bercabang dengan ikatan α 1-6 pada titik percabangan. Pati terbentuk lebih dari 500 molekul monosakarida.Merupakan polimer dari glukosa. Pati terdapat dalam umbi-umbian sebagai cadangan makanan pada tumbuhan. Jika dilarutkan dalam air panas, pati dapat dipisahkan menjadi dua fraksi utama, yaitu amilosa dan amilopektin. Perbedaan terletak pada bentuk rantai dan jumlah monomernya.

Amilosa adalah polimer linier dari α-D-glukosa yang dihubungkan dengan ikatan 1,4-α. Dalam satu molekul amilosa terdapat 250 satuan glukosa atau lebih. Amilosa membentuk senyawa kompleks berwarna biru dengan iodium.Warna ini merupakan uji untuk mengidentifikasi adanya pati.

Molekul amilopektin lebih besar dari amilosa. Strukturnya bercabang. Rantai utama mengandung α-D-glukosa yang dihubungkan oleh ikatan 1,4'-α. Tiap molekul glukosa pada titik percabangan dihubungkan oleh ikatan 1,6'-α. Hidrolisis lengkap pati akan menghasilkan D-glukosa. Hidrolisis dengan enzim tertentu akan menghasilkan dextrin dan maltosa.

Pati adalah polisakarida nutrien yang tersedia melimpah pada sel tumbuhan dan beberapa mikroorganisme. Pati umumnya berbentuk granula dengan diameter beberapa mikron. Granula pati mengandung campuran dari dua polisakarida berbeda, yaitu amilum dan amilopektin. Jumlah kedua poliskarida ini tergantung dari jenis pati. Pati yang ada dalam kentang, jagung dan tumbuhan lain mengandung amilopektin sekitar 75 – 80% dan amilum sekitar 20-25%.

Komponen amilum merupakan polisakarida rantai lurus tak bercabang terdiri dari molekul D-Glukopiranosa yang berikatan α (1→ 4) glikosida. Struktur rantai lurus ini membentuk untaian heliks, seperti tambang perhatikan Gambar 14.17.

Gambar 14.17. Rantai heliks molekul amilum

Jika kita mereaksikan amilum dengan Iodium akan menghasilkan warna biru terang. Hal ini disebabkan terjadinya kompleks koordinasi antar ion Iodida di antara heliks. Intensitas warna biru akan dihasilkan dari interaksi tersebut dan bergantung pada kandungan amilum yang terdapat dalam pati. Sehingga teknik ini sering digunakan untuk menguji keberadaan amilum dalam sebuah sampel. Amilopektin merupakan polimer yang tersusun atas monomoer D-glukopiranosa yang berikatan α (1→ 4) glikosida dan juga mengandung ikatan silang α (1→6) glikosida. Adanya ikatan silang ini menyebabkan molekul amilopektin bercabang- cabang, perhatikan Gambar 14.18.

Gambar 14.18. Struktur Amilopektin.

Polisakarida yang banyak digunakan dalam industri makanan adalah agar, alginate, carragenan dan Carboxymethyl Cellulose (CMC). Agar merupakan hasil isolasi polisakarida yang terdapat dalam rumput laut dan banyak dimanfaatkan sebagai media biakan mikroba. Agar juga merupakan bahan baku/tambahan dalam industri pangan. Hal ini dikarenakan adanya beberapa sifat dan kegunaan agar seperti; tidak dapat dicerna, membentuk gel, tahan panas serta dapat digunakan sebagai emulsifier (pengemulsi) dan stabilizer (penstabil) adonan yang berbentuk koloid.

Alginat diperoleh dari ekstraksi alga coklat (Phaeophyceae) dalam kondisi alkali. Alginat berfungsi sebagai penstabil dan pembentuk gel.

Carrageenan banyak digunakan untuk menaikkan kekentalan dan menstabilkan emulsi. Sejumlah 0,03 % carrageenan biasanya ditambahkan pada coklat untuk mencegah pemisahan lemak dan menstabilkan suspensi partikel kakao.

Carboxymethyl Cellulose (CMC) merupakan hasil modifikasi selulosa dengan menambahkan gugus karboksi metil, CMC disintesa dari selulosa dengan menambahkan kloroasetat dalam suasana basa. CMC berfungsi sebagai pengikat dan dipergunakan untuk memperbaiki tekstur produk-produk seperti : jelly, pasta, keju, dan ice cream.

b.      Glikogen

Glikogen adalah polisakarida nutrien dalam hewan. Struktur glikogen mirip dengan amilopektin, namun memiliki lebih banyak percabangan. Manusia dan vertebrata lainnya menyimpan glikogen pada sel hati dan sel otot. Glikogen dalam sel akan dihidrolisis bila terjadi peningkatan permintaan gula dalam tubuh. Hanya saja, energi yang dihasilkan tidak seberapa sehingga tidak dapat diandalkan sebagai sumber energi dalam jangka lama.

Polisakarida struktural lainnya seperti glikogen memiliki struktur yang lebih kompleks dan tersusun atas rantai glukosa homopolimer dan memiliki cabang. Setiap rantai glukosa berikatan α (1→ 4) dan ikatan silang α (1→ 6) glikosida pembentuk cabang, dengan adanya cabang bentuk Glikogen menyerupai batang dan ranting pepohonan seperti ditunjukkan Gambar 14.16.

Gambar 14.16. Rantai glikogen membentuk cabang

Polisakarida nutrien merupakan sumber dan cadangan monosakarida. Polisakarida yang termasuk kelompok ini adalah pati, selulosa dan glikogen. Setiap jenis polisakarida memiliki jumlah monomer atau monosakarida yang berbeda, demikianpula dengan ikatan yang menghubungkan setiap monosakarida yang satu dengan yang lainnya, perhatikan Tabel 14.2.

Tabel 14.2. Polisakarida dengan monomer dan jenis ikatan glikosidanya.

c.       Dekstran

Dekstran adalah polisakarida pada bakteri dan khamir yang terdiri atas poli-D-hlukosa rantai α 1-6, yang memiliki cabang α 1-3 dan beberapa memiliki cabnga α 1-2 atau α 1-4. Plak di permukaan gigi yang disebabkan oleh bakteri diketahui kayak akan dekstran. Dekstran juga telah diproduksi secara kimia menghasilkan dekstran sintetis.

2.      Polisakarida Struktural

a.       Selulosa

Selulosa adalah komponen utama penyusun dinding sel tumbuhan. Selulosa adalah senyawa paling berlimpah di bumi, yaitu diproduksi hampir 100 miliar ton per tahun.Ikatan glikosidik selulosa berbeda dengan pati yaitu monomer selulosa seluruhnya terdapat dalam konfigurasi beta. Selulosa sebagai salah satu polisakarida struktural merupakan polimer yang tidak bercabang, terbentuk dari monomer β-D-glukosa yang terikat bersama-sama dengan ikatan β (1 → 4) glikosida. Jumlah rantai atau β-D-glukosa beraneka ragam, untuk beberapa jenis mencapai ribuan unit glukosa. Ikatan β (1→4) glikosida yang dimiliki selulosa membuatnya lebih cenderung membentuk rantai lurus, hal ini disebabkan ikatan glikosida yang terbentuk hanya sejenis yaitu β (1→4) glikosida, perhatikan Gambar 14.15.

Gambar 14.15. Struktur Selulosa cenderung membentuk rantai lurus

Jaringan berserat dalam dinding sel mengandung polisakarida selulosa. Polisakarida ini adalah polimer alam yang paling banyak terdapat dan paling tersebar di alam. Jutaan ton selulosa digunakan setiap tahun untuk membuat perabot kayu, tekdtil, dan kertas. Sumber utama selulosa ialah kayu. Umumnya kayu mengandung sekitar 50% selulosa, bersama dengan penyusun lainnya, seperti lignin. Pemisahan selulosa dari kayu melibatkan pencernaan kayu dengan larutan belerang dioksida dan hidrogen sulfit (bisulfit) dalam air pada proses sulfit. Atau larutan natrium hidroksida dan natrium sulfida dalam air pada proses sulfat (proses Kraft). Pasa kedua proses ini lignin dilarutkan sehingga siperoleh selulosa. Ekstraksi dilakukan dengan mereaksikannnya dengan larutan natrium hidroksida di bawah tekanan, yang kemudian dilanjutkan dengan pengelantangan dengan gas klor atau kalsium hipoklorit. Rumus molekul selulosa ialah (C₆H₁₀O₅)n, an n dapat berupa angka ribuan.

Sangat sukar untuk mengukur massa molekul nisbi selulosa, karena :

1.      Tidak banyak pelarut untuk selulosa

2.      Seulosa cenderung terombak selama proses

3.      Cukup rumit menggunakan selulosa dari sumber yang berbeda

Cara yang seringkali dipilih ialah menitratkan selulosa dengan cara tak merusak, dan massa molekul nisbi bagi selulosa didapaat dari nitratnya. Dengan cara itu diperoleh massa molekul nisbi selulosa kapas sekitar satu juta.

Selulosa dibangun oleh rantai glukosa yang tersambung melalui β-1,4. Untuk memahami peristilahan ini pertama-tama kita harus melihat struktur glukosa itu sendiri. Glukosa mempunyai rumus molekul C₆H₁₂O₆ dan strukturnya diperlihatkan pada gambar 30. Dengan kata lain kita dapat menggambarkan struktur glukosa sebagai rantai lurus ataupun struktur cincin. Struktur cincin dapat terbentuk dari hasil pembentukan hemiasetal internal(gambar 31). Namu, hsl ini menunjukkan bahwa terdapat dua kemungkinan bagi konfigurasi glukosa, bergantung paa cara gugus –OH pada atom karbon nomor 1 (C₁) diarahkan.

Bilamana gugus –OH pada C1 terarah kebawah, glukosa mengambil bentuk α. Bilamana gugus –OH pada C1 terarah keatas, disebut bentuk β. Dalam larutan kedua bentuk itu setimbang. Karena glukosa juga menunjukkan sifat mereduksi seperti aldehid (bereaksi dengan pereaksi Tollens dan larutan Fehling), hal ini membuktikan adanya sejumlah kecil struktur terbuka dan struktur rantai lurus. Telah dikemukakan bahwa polisakarida dibangun dari banyak kesatuan monosakarida yang saling bergabung dengan melepaskan air, dan hasilnya ialah deret ikatan glikosida (jembatan oksigen). Deret ikatan glikosida dalam selulosa antara C1 dari satu kesatuan dan C4 dari kesatuan berikutnya diperlihatkan pada gambar 32.

Hal ini juga menjadi bukti mengapa selulosa tergolong bukan pereduksi, karena titik ikatan adalah pada atom karbon C1 pereduksi(lihat juga gambar 30a).

Ditinjau dari strukturnya, dapat saja diharapkan selulosa mempunyai kelarutan yang besar dalam air, karena banyaknya kandungan gugus hidroksil yang dapat membentuk ikatan hidrogen dengan air (antaraksi yang tinggi antara pelarut-terlarut). Akan tetapi kenyataanya tidak demikian, dan selulosa bukan hanya tak larut dalam air tetapi juga dalam pelarut lain. Penyebabnya ialah kekakuan rantai dan tinggginya gaya antar-rantai akibat ikatan hidrogen antargugus hidroksil pada rantai yang berdekatan. Fakta ini dipandang menjadi penyebab kekristalan yang tinggi dari serat selulosa. Jika ikan hidrogen berkurang, gaya antaraksi pun berkurang, dan oleh karenanya gugus hidroksil selulosa harus diganti sebagian atau seluruhnya oleh pengesteran. Hal ini dapat dilakukan, dan ester yang dihasilkanlarut dalam sejumlah pelarut. Selulosa juga larut dalam larutan tembaga(II)hidroksida beramina. Pembentukan kompleks yang melibatkan gugus hidroksil selulosa, ion Cu2+, dan amonia menjelaskan gejala larutnya selulosa dalam larutan tembaga(II)hidroksida beramonia.

Selulosa merupakan polisakarida yang banyak dijumpai dalam dinding sel pelindung seperti batang, dahan, daun dari tumbuh-tumbuhan.Selulosa merupakan polimer yang berantai panjang dan tidak bercabang. Suatu molekul tunggal selulosa merupakan polimer rantai lurus dari 1,4’-β-D-glukosa. Hidrolisis selulosa dalam HCl 4% dalam air menghasilkan D-glukosa.

Dalam sistem pencernaan manusia terdapat enzim yang dapat memecahkan ikatan α-glikosida, tetapi tidak terdapat enzim untuk memecahkan ikatan β-glikosida yang terdapat dalam selulosa sehingga manusia tidak dapat mencerna selulosa. Dalam sistem pencernaan hewan herbivora terdapat beberapa bakteri yang memiliki enzim β-glikosida sehingga hewan jenis ini dapat menghidrolisis selulosa. Contoh hewan yang memiliki bakteri tersebut adalah rayap, sehingga dapat menjadikan kayu sebagai makanan utamanya. Selulosa sering digunakan dalam pembuatan plastik. Selulosa nitrat digunakan sebagai bahan peledak, campurannya dengan kamper menghasilkan lapisan film (seluloid).

Selulosa mendominasi karbohidrat yang berasal dari tumbuh-tumbuhan hampir mencapai 50% karena selulosa merupakan bagian yang terpenting dari dinding sel tumbuh-tumbuhan. Selulose ditemukan dalam tanaman yang dikenal sebagai microfibril dengan diameter 2-20 nm dam panjang 100-40000 nm).

Selulosa adalah unsur struktural dan komponen utama dinding sel dari pohon dan tanaman tinggi lainnya. Senyawa ini juga dijumpai dalam tumbuhan rendah seperti paku, lumut, ganggang, dan jamur. Serat alami yang paling murni ialah serat kapas, yang terdiri dari sekitar 98% selulosa.

Selulosa merupakan β-1,4 poli glukosa, dengan berat molekul sangat besar. Unit ulangan dari polimer selulosa terikat melalui ikatan glikosida yang mengakibatkan struktur selulosa linier. Keteraturan struktur tersebut juga menimbulkan ikatan hidrogen secara intra dan intermolekul.

Beberapa molekul selulosa akan membentuk mikrofibril yang sebagian berupa daerah teratur (kristalin) dan diselingi daerah amorf yang kurang teratur. Beberapa mikrofibril membentuk fibril yang akhirnya menjadi serat selulosa. Selulosa memiliki kekuatan tarik yang tinggi dan tidak larut dalam kebanyakan pelarut. Hal ini berkaitan dengan struktur serat dan kuatnya ikatan hidrogen.

Aplikasi Selulosa dan Produk Turunannya

Selulosa merupakan pembentuk struktur dinding sel tumbuhan. Selulosa bersifat tidak dapat dicerna oleh manusia sehingga berfungsi sebagai sumber serat yang membantu memperlancar defakasi. Bagi manusia, fungsi selulosa sebagai serat banyak sekali keuntungannya, antara lain memperlancar buang air besar, dan dapat menghindarkan dari berbagai penyakit seperti haemorrhoid (ambeyen), divertikulosis, kanker pada usus besar, appendicitis, diabetes, penyakit jantung koroner dan obesitas.

Penggunaan terbesar selulosa di dalam industri adalah berupa serat kayu dalam industri kertas dan produk kertas dan karton. Pengunaan lainnya adalah sebagai serat tekstil yang bersaing dengan serat sintetis. Untuk aplikasi lebih luas, selulosa dapat diturunkan menjadi beberapa produk, antara lain Microcrystalline Cellulose, Carboxymethyl cellulose, Methyl cellulose dan hydroxypropyl methyl cellulose. Produk-produk tersebut dimanfaatkan antara lain sebagai bahan antigumpal, emulsifier, stabilizer, dispersing agent, pengental, dan sebagai gelling agent. Aplikasi selulosa beserta produk turunannya disajikan pada Tabel 9.

Tabel 9. Aplikasi selulosa beserta produk turunannya

Aplikasi	Cellulose derivative*	Fungsi
Construction materials (plasters, filler, pastes)	MC, HEMC, HPMC, CMC, HEMCMC	water retention capacity, stability under load, adhesive strength
Paints	CMC, HEC, HEMC,HPMC, HEMCMC	stability of suspension, thickening, film formation, wetting
Paper manufacture	CMC, HEC, HEMC, HPMC	agents for binding and suspending, sizing aids and stabilizers
Textile industry (sizes, textile printing dyes)	CMC, MC, HPMC, CMSEC	adhesive and film-forming properties, thickening, soil release
Polymerization	HEC, HPC, HPMC	protective colloid, surface activity
Drilling industry ,mining (drilling fluids)	CMC, CMSEC, HEC, HPC, HPMC	water retention, flow characteristics, surface activity
Detergents	CMC, HEMC, HPMC	anti-redeposition power, wetting ability, suspending and emulsifying agents
Engineering (extrusion, electrode construction, ceramic sintering)	MC, HPC, HPMC	friction reduction, water retention, enhanced ignition processes
Cosmetics (creams, lotions, pharmaceuticals (ointments, gels, shampoos), tablets, coated tablets)	CMC, MC, HEC, HEMC, HPMC	thickeners, binding, emulsifying and stabilizing agents, film formation, tablet disintegrants
Foodstuffs (sauces, milkshakes, bakery products)	CMC, HPMC, MC	thickeners, binding agents, stabilizers and emulsifiers

b.      Kitin

Kitin adalah karbohidrat penyusun eksoskeletonartropoda (serangga, laba-laba, krustase). Kitin terdiri atas monomer glukosa dengan cabang yang mengandung nitrogen. Kitin murni menyerupai kulit, namun akan mengeras ketika dilapisi dengan kalsium karbonat. Kitin juga ditemukan pada dinding sel cendawan. Kitin telah digunakan untuk membuat benang operasi yang kuat dan fleksibel dan akan terurai setelah luka atau sayatan sembuh.

Pati dan glikogen

Pati adalah polimer alam berumus molekul (C6H10O5)n. Pati terdapat dalam terigu, beras, jawawut, kentang, dan tumbuhan hijau. Dalam ekstraksi pati, bahan tumbuhan dihancurkan bersama air, dan bubur dihasilkan kemudian disaring untuk memisahkan jaringan kasarnya, sehingga sisanya suspensi tepung pati. Tepung pati kemudian dikumpulkan dengan cara memutar filtrat itu.

Pati mengandung dua macam polimer yang struktur dan massa molekul nisbinya berbeda, yakni amilosa dan amilopektin. Amilosa yang menyusun 20-50% pati la dibentuk dari kesatuan glukosa yang bergabung melalui ikatan α-1,4 (gambar 34). Massa molekulnya sangat beragam, bergantung pada sumbernya.

Komponen pati lainnya ialah amilopektin, yaitu polimer rantai bercabang yang mempunyai ikatan glikosida α-1,6 disamping α-1,4 (gambar 35).

Dari strukturnya, pati bersifat tidak mereduksi. Dengan iod, pati memberikan zat berwarna biru-hitam. Sifat ini menjadikan larutan pati merupakan indikator yang baik dalam analisis volumetri yang berhubungan dengan iod. Pati digunakan secara besar- besaran dalam industri kertas dan perekat bahan makananatau dihidrolisis lebih lanjut dan menghasilkan glukosa. Pati juga digunakan untuk menghasilkan kanji untuk kertas dan tekstil, dan untuk diragikan menjadi alkohol.

Glikogen merupakan energi simpanan yang penting dalam tubuh, terutama dalam otot dan hati. Glikogen merupakan polimer yang sangat bercabang, mempunyai struktur mirip amilopektin.

Pati terbentuk lebih dari 500 molekul monosakarida. Merupakan polimer dari glukosa. Pati terdapat dalam umbi-umbian sebagai cadangan makanan pada tumbuhan. Jika dilarutkan dalam air panas, pati dapat dipisahkan menjadi dua fraksi utama, yaitu amilosa dan amilopektin. Perbedaan terletak pada bentuk rantai dan jumlah monomernya.

Amilosa adalah polimer linier dari α-D-glukosa yang dihubungkan dengan ikatan 1,4-α. Dalam satu molekul amilosa terdapat 250 satuan glukosa atau lebih. Amilosa membentuk senyawa kompleks berwarna biru dengan iodium.Warna ini merupakan uji untuk mengidentifikasi adanya pati.

Molekul amilopektin lebih besar dari amilosa. Strukturnya bercabang. Rantai utama mengandung α-D-glukosa yang dihubungkan oleh ikatan 1,4'-α. Tiap molekul glukosa pada titik percabangan dihubungkan oleh ikatan 1,6'-α.

Hidrolisis lengkap pati akan menghasilkan D-glukosa. Hidrolisis dengan enzim tertentu akan menghasilkan dextrin dan maltosa.

3.      Glikogen

Glikogen merupakan polimer glukosa dengan ikatan α (1-6). Polisakarida ini merupakan cadangan energi pada hewan dan manusia yang disimpan di hati dan otot sebagai granula. Glikogen serupa dengan amilopektin.

Pati termasuk polisakarida jenis heksosan. Pati merupakan homopolimer glukosa dengan ikatan α-glikosidik. Berbagai macam pati tidak sama sifatnya, tergantung dari panjang rantai C-nya, serta rantai molekulnya lurus atau bercabang. Pati terdiri dari dua fraksi yang dapat dipisahkan dengan air panas. Fraksi terlarut disebut amilosa dan fraksi tidak larut disebut amilopektin. Amilosa mempunyai struktur lurus dengan ikatan α-(1,4)-d-glukosa, sedang amilopektin mempunyai cabang dengan ikatan α-(1,4)-d-glukosa sebanyak 4–5 % dari berat total. Perhatikan struktur amilosa berikut.

Peranan perbandingan amilosa dan amilopektin terlihat pada serealia, contohnya pada beras. Semakin kecil kandungan amilosa atau semakin tinggi kandungan amilopektinnya, semakin lekat nasi tersebut. Beras ketan praktis tidak ada amilosanya (1 – 2%), sedang beras yang mengandung amilosa lebih besar dari 2% disebut beras biasa atau beras bukan ketan. Berdasarkan kandungan amilosanya, beras (nasi) dapat dibagi menjadi empat golongan yaitu (1) beras dengan kadar amilosa tinggi 25 – 33%; (2) beras dengan kadar amilosa menengah 20 – 25%; (3) beras dengan kadar amilosa rendah (9% – 20%); dan (4) beras dengan kadar amilosa sangat rendah (< 9%).

Pati adalah polisakarida nutrien yang tersedia melimpah pada sel tumbuhan dan beberapa mikroorganisme. Pati umumnya berbentuk granula dengan diameter beberapa mikron. Granula pati mengandung campuran dari dua polisakarida berbeda, yaitu amilum dan amilopektin. Jumlah kedua poliskarida ini tergantung dari jenis pati. Pati yang ada dalam kentang, jagung dan tumbuhan lain mengandung amilopektin sekitar 75 – 80% dan amilum sekitar 20-25%.

Komponen amilum merupakan polisakarida rantai lurus tak bercabang terdiri dari molekul D-Glukopiranosa yang berikatan α (1→ 4) glikosida. Struktur rantai lurus ini membentuk untaian heliks, seperti tambang perhatikan Gambar 14.17.

Gambar 14.17. Rantai heliks molekul amilum

Jika kita mereaksikan amilum dengan Iodium akan menghasilkan warna biru terang. Hal ini disebabkan terjadinya kompleks koordinasi antar ion Iodida di antara heliks. Intensitas warna biru akan dihasilkan dari interaksi tersebut dan bergantung pada kandungan amilum yang terdapat dalam pati. Sehingga teknik ini sering digunakan untuk menguji keberadaan amilum dalam sebuah sampel. Amilopektin merupakan polimer yang tersusun atas monomoer D-glukopiranosa yang berikatan α (1→ 4) glikosida dan juga mengandung ikatan silang α (1→6) glikosida. Adanya ikatan silang ini menyebabkan molekul amilopektin bercabang- cabang, perhatikan Gambar 14.18.

Gambar 14.18. Struktur Amilopektin.

Polisakarida yang banyak digunakan dalam industri makanan adalah agar, alginate, carragenan dan Carboxymethyl Cellulose (CMC). Agar merupakan hasil isolasi polisakarida yang terdapat dalam rumput laut dan banyak dimanfaatkan sebagai media biakan mikroba. Agar juga merupakan bahan baku/tambahan dalam industri pangan. Hal ini dikarenakan adanya beberapa sifat dan kegunaan agar seperti; tidak dapat dicerna, membentuk gel, tahan panas serta dapat digunakan sebagai emulsifier (pengemulsi) dan stabilizer (penstabil) adonan yang berbentuk koloid.

Alginat diperoleh dari ekstraksi alga coklat (Phaeophyceae) dalam kondisi alkali. Alginat berfungsi sebagai penstabil dan pembentuk gel.

Carrageenan banyak digunakan untuk menaikkan kekentalan dan menstabilkan emulsi. Sejumlah 0,03 % carrageenan biasanya ditambahkan pada coklat untuk mencegah pemisahan lemak dan menstabilkan suspensi partikel kakao.

Carboxymethyl Cellulose (CMC) merupakan hasil modifikasi selulosa dengan menambahkan gugus karboksi metil, CMC disintesa dari selulosa dengan menambahkan kloroasetat dalam suasana basa. CMC berfungsi sebagai pengikat dan dipergunakan untuk memperbaiki tekstur produk-produk seperti : jelly, pasta, keju, dan ice cream.

Apakah itu Pati?

Pati merupakan senyawa polisakarida yang terdiri dari monosakarida yang berikatan melalui ikatan oksigen. Monomer dari pati adalah glukosa yang berikatan dengan ikatan a(1,4)-glikosidik, yaitu ikatan kimia yang menggabungkan 2 molekul monosakarida yang berikatan kovalen terhadap sesamanya. Pati merupakan zat tepung dari karbohidrat dengan suatu polimer senyawa glukosa yang terdiri dari dua komponen utama, yaitu amilosa dan amilopektin. Polimer linier dari D-glukosa membentuk amilosa dengan ikatan (a)-1,4-glukosa. Sedangkan polimer amilopektin adalah terbentuk dari ikatan (a)-1,4-glukosida dan membentuk cabang pada ikatan (a)-1,6-glukosida. Pati dihasilkan dari proses fotosintesis tanaman yang dibentuk (disintesa) di dalam daun (plastid) dan amiloplas seperti umbi, akar atau biji dan merupakan komponen terbesar pada singkong, beras, sagu, jagung, kentang, talas, dan ubi jalar.


Aplikasi Pati
Pati dan juga produk turunannya merupakan bahan yang multiguna dan banyak digunakan pada berbagai industri antara lain pada minuman dan confectionary, makanan yang diproses, kertas, makanan ternak, farmasi dan bahan kimia serta industri non pangan seperti tekstil, detergent, kemasan dan sebagainya. Kegunaan pati dan turunannya pada industri minuman dan confectionery memiliki persentase paling besar yaitu 29%, industri makanan yang diproses dan industri kertas masing-masing sebanyak 28%, industri farmasi dan bahan kimia 10%, industri non pangan 4% dan makanan ternak sebanyak 1%.
Di dalam industri non pangan seperti tekstil dan kemasan, pati digunakan sebagai bahan pengisi. Pati dapat digunakan sebagai bahan yang mengurangi kerutan pada pakaian dan digunakan untuk busa buatan untuk kemasan "kacang tanah". Pada sektor kimia, pati dan turunannya banyak diaplikasikan pada pembuatan plastik biodegradable, surfaktan, poliurethan, resin, senyawa kimia dan obat-obatan. Pada sektor lainnya, pati dan turunannya dimanfaatkan sebagai bahan detergent yang bersifat non toksik dan aman bagi kulit, pengikat, pelarut, biopestisida, pelumas, pewarna dan flavor. Adapun di dalam industri pangan, pati dapat digunakan sebagai bahan makanan dan flavor baik pati konvensional maupun termodifikasi. Khusus untuk industri makanan, pati sangat penting untuk pembuatan makanan bayi, kue, pudding, bahan pengental susu, permen jelly, dan pembuatan dekstrin.
Pati merupakan polimer glukosa, dimana glukosa merupakan substrat utama pada proses fermentasi. Di dalam fermentasi pati akan dihasilkan berbagai macam produk turunan, seperti asam-asam organik (asam sitrat dan asam laktat), asam amino, antibiotik, alkohol dan enzim.

Karakteristik Pati
a. Struktur Pati Pati adalah karbohidrat yang merupakan polimer glukosa yang terdiri dari amilosa dan amilopektin dengan perbandingan 1:3 (besarnya perbandingan amilosa dan amiloektin ini berbeda-beda tergantung jenis patinya). Amilosa memiliki struktur lurus dengan ikatan a(1,4)-D-glikosidik, lebih mudah larut dalam air karena banyak mengandung gugus hidroksil. Kumpulan amilosa dalam air sulit membentuk gel sehingga kurang kental dibandingkan amilopektin serta lebih mudah membentuk senyawa komplek dengan asam lemak dan molekul organik. Derajat Polimerisasi dari amilosa berkisar antara 500-6000 unit glukosa .
Amilopektin memiliki ikatan a(1,4) dan a(1,6) dengan struktur yang bercabang, memiliki sifat mudah mengembang dan membentuk koloid dalam air. DP amilopektin berkisar antara 105 sampai 3x106 unit glukosa. DP amilosa dan amilopektin ini dipengaruhi oleh jenis-jenis pati. Selain amilosa dan amilopektin, di dalam pati juga ditemukan komponen lain dalam jumlah yang sedikit, yaitu lipid (sekitar 1%), protein, fosfor dan mineral-mineral. Bagian lipid ada yang berikatan dengan amilosa dan ada yang bebas. Bentuk dan ukuran ganula pati berbeda-beda tergantung dari sumber tanamannya. Granula pati beras memiliki ukuran yang kecil (3-8 µm), berbentuk poligonal dan cenderung terjadi agregasi atau bergumpal-gumpal. Granula pati jagung agak lebih besar (sekitar 15 µm), berbentuk bulat ke arah poligonal. Granula tapioka berukuran lebih besar (sekitar 20 µm), berbentuk agak bulat dan pada salah satu bagian ujunnya berbentuk kerucut. Granula pati gandum cenderung berkelompok dengan berbagai ukuran. Ukuran normalnya adalah 18 µm, granula yang lebih besar berukuran rata-rata 24 µm dan granula yang lebih kecil berukuran 7-8 µm. Bentuk granula pati gandum adalah bulat sampai lonjong. Pati kentang berbentuk oval dan sangat besar, berukuran rata-rata 30-50 µm. Distribusi ukuran granula pati berpengaruh terhadap kekuatan pembengkakan pati. Ukuran granula pati yang kecil, maka kekuatan pembengkakannya juga keci Pada struktur granula pati, amilosa dan amilopektin tersusun dalam suatu cincin-cincin. Jumlah cincin dalam suatu granula kurang lebih berjumlah 16, dimana sebagian berbentuk lapisan amorf dan sebagian berbentuk lapisan semikristal. b. Gelatinisasi Pati Amilosa dan amilopektin di dalam granula pati dihubungkan dengan ikatan hidrogen. Apabila granula pati dipanaskan di dalam air, maka energi panas akan menyebabkan ikatan hidrogen terputus, dan air masuk ke dalam granula pati. Air yang masuk selanjutnya membentuk ikatan hidrogen dengan amilosa dan amilopektin. Meresapnya air ke dalam granula menyebabkan terjadinya pembengkakan granula pati. Ukuran granula akan meningkat sampai batas tertentu sebelum akhirnya granula pati tersebut pecah. Pecahnya granula menyebabkan bagian amilosa dan amilopektin berdifusi keluar. Proses masuknya air ke dalam pati yang menyebabkan granula mengembang dan akhirnya pecah disebut dengan gelatinisasi, sedangkan suhu dimana terjadinya gelatinisasi disebut dengan suhu gelatinisasi. Proses gelatinisasi pati menyebabkan perubahan viskositas larutan pati. Dengan menggunakan Brabender Viscoamylograph, terukur bahwa larutan pati sebelum dipanaskan memiliki viskositas 0 unit. Dengan adanya pemanasan, granula pati sedikit demi sedikit mengalami pembengkakan sampai titik tertentu. Pembengkakan pati diikuti denganpeningkatan viskositas. Semakin besar pembengkakan granula, viskositas semakin besar. Setelah pembengkakan maksimum, dan granula pati pecah, dan pemanasan tetap dilanjutkan dengan suhu konstan, maka akan terjadi penurunan viskositas akibat proses degradasi.

Modifikasi Pati

Salah satu sifat pati adalah tidak larut dalam air dingin, karena molekulnya berantai lurus atau bercabang tidak berpasangan, sehingga membentuk jaringan yang mempersatukan granula pati. Selain itu, kesulitan dalam penggunaan pati adalah selain pemasakannya memakan waktu yang cukup lama, pasta yang terbentuk juga cukup keras. Selain itu terjadinya proses retrogradasi dan sineresis pada pati alami sering tidak dikehendaki. Retrogradasi merupakan proses kristalisasi kembali dan pembentukan matrik pati yang telah mengalami gelatinisasi akibat pengaruh suhu. Untuk mengatasi hal tersebut, maka perlu dilakukan modifikasi pati sehingga diperoleh sifat-sifat yang cocok untuk aplikasi tertentu. Modifikasi pati merupakan salah satu upaya untuk mengubah sifat kimia dan atau fisik dari pati alami. Modifikasi pati dapat dilakukan dengan cara pemotongan struktur molekul, penyusunan kembali struktur molekul, oksidasi atau dengan cara melakukan substitusi gugus kimia pada molekul pati. Terdapat beberapa metode modifikasi antara lain modifikasi kimia, fisika maupun dengan hidrolisis.

1. Modifikasi dengan Hidrolisis Modifikasi pati dengan cara hidrolisis dapat dilakukan dengan menggunakan asam dan enzim. Hidrolisis pati dengan enzim dilakukan dalam beberapa tahap, yaitu likuefaksi, sakarifikasi dan isomerisasi. Langkah yang pertama adalah likuefaksi 30-40% suspensi padatan untuk menghasilkan maltodekstrin dengan menggunakan enzim a-amilase. Setelah likuefaksi dilakukan sakarifikasi menggunakan enzim glukoamilase atau pullulanase untuk menghasilkan sirup glukosa atau sirup maltosa. Hasil sakarifikasi dilakukan isomerisasi dengan enzim glukosa isomerase untuk menghasilkan sirup fruktosa. Hidrolisis dengan enzim dapat menghasilkan beberapa produk hidrolisat pati dengan sifat-sifat tertentu yang didasarkan pada nilai DE (ekuivalen dekstrosa). Nilai DE 100 adalah murni dekstrosa sedangkan nilai DE 0 adalah pati alami. Hidrolisat dengan nilai DE 50 adalah maltosa, nilai DE di bawah 20 adalah maltodekstrin, sedangkan hidrolisat dengan DE berkisar antara 20-100 adalah sirup glukosa.
2. Modifikasi Pati secara Kimia Modifikasi pati secara kimia dapat dilakukan dengan 3 metode yaitu substitusi, cross linking dan gabungan antara substitusi dengan cross linking. Metode substitusi menghasilkan pati tersubstitusi. Pati ini dibuat dari pati dalam bentuk granula dan substitusi tingkat rendah akan menginterupsi secara linier, mencegah retrogadasi, meningkatkan water binding capacity (kapasitas mengikat air), menurunkan suhu gelatinisasi dan mengubah kejernihan pasta. Terdapat dua kelompok dalam pati tersubstitusi, yang didasarkan pada senyawa yang mensubstitusinya yaitu pati ester (pati asetat, pati phospat dan pati suksinat) dan pati ether yang meliputi carboxy methyl starch dan hydroxyl propyl starch. Pati asetat merupakan hasil asetilasi pati dimana granula pati diesterkan dengan grup asetat dengan mensubstitusi gugus hidroksil pati. Proses asetilasi dapat meningkatkan kestabilan pasta dan kejernihan, serta dapat mencegah retrogadasi. Tingkat asetilasi juga dapat dibatasi hingga dapat memperbaiki sifat-sifat yang diperlukan. Pati asetat banyak diapliksikan pada persiapan produk-produk beku seperti es krim, cheese cake dan produk lainnya. Pati phospat memiliki dua kelompok, yang pertama termasuk dalam pati tersubstitusi dan yang kedua termasuk dalam cross linked starch. Dalam kelompok pati tersubstitusi, pati phosphat memiliki fungsi yang hampir sama dengan pati asetat, dimana grup phosphat berfungsi untuk mencegah retrogadasi. Adapun pati phosphat dalam kelompok cross linked starch dapat digunakan untuk menstabilkan viskositas. Modifikasi dengan metode suksinilasi merupakan proses suksinilasi pati dengan asam suksinat atau alkenil suksinat. Pati termodifikasi dengan metode ini dapat mencegah retrogradasi, meningkatkan sifat hidrofobik pati serta dapat membantu pembentukan emulsi.

Kelompok pati tersubstitusi dalam kelompok ether, secara umum dikelompokkan sebagai berikut:

• Anionik (Carboxy methyl starches)
• Kationik (Quaternery ammonium)
• Non ionik (Hydroxy alkyl starches)

Pati ether memiliki kejernihan yang lebih baik, lebih resisten terhadap retrogadasi dan memiliki viskositas yang lebih tinggi. Pati ether jenis Carboxy methyl dan Hydroxy prophyl lebih disukai karena memiliki sifat-sifat fungsional yang lebih baik dibandingkan kelompok pati ester (starch acetate and monostarch phosphates). Pati Hydroxy prophyl hampir sama dengan pati asetat hanya saja grup pensubstitusinya lebih besar dan grup Hydroxy prophyl tersebut berfungsi untuk mencegah retrogradasi.
Metode Cross Linking dapat dilakukan dengan berbagai tingkat. Dengan metode ini dapat mengurangi elastisitas pati alami, dan pati yang dihasilkan lebih toleran terhadap adukan yang tinggi dalam pemrosesan. Pati yang dihasilkan juga lebih tahan terhadap panas dan tidak mudah dipengaruhi oleh adanya asam atau gula. 3. Modifikasi Pati secara Fisika Modifikasi pati secara fisik yang umum digunakan adalah pragelatinisasi. Pati pragelatinisasi dibuat dengan cara memasak pati di atas suhu gelatinisasinya dan mengeringkannya dengan cara menggiling lewat rol-rol yang dipanaskan. Pati pragelatinisasi ini jika terkena air maka akan larut dengan mudah tanpa memasaknya kembali. Pati pragelatinisasi telah banyak digunakan dalam berbagai aplikasi industri dimana fasilitas pemasakan tidak tersedia atau kelarutan yang cepat sangat diharapkan. Industri kertas memanfaatkan pati ini dalam campuran pulp agar kertas yang dihasilkan lebih kuat. Pati pragelatinisasi juga digunakan dalam pembuatan makanan instan seperti puding dan dimanfaatkan juga dalam pengeboran minyak sebagai kontrol terhadap viskositas lumpur pengeboran. Dunia industri makanan sudah mulai melirik penggunaan pati termodifikasi ini sebagai bahan penolong bagi produk makanan tertentu Pati termodifikasi berfungsi sebagai bahan pengisi, pengental, pengemulsi dan pemantap bagi makanan. Dengan penambahan pati termodifikasi produk makanan akan mempunyai keunggulan kualitas baik dari penampakan secara fisik, rasa, konsistensi, warna, zat gizi atau pun proses pengolahan yang lebih mudah dan cepat. Adapun industri makanan yang memanfaatkan pati pragelatinisasi adalah dalam pembuatan pie sebgai bahan pengisi, campuran saus, bahan pelapis, persiapan bumbu masak dan dalam pembuatan roti.

Tanaman -Tanaman Penghasil Pati

Pati dapat dihasilkan dari beberapa macam sumber antara lain dari biji-bijian dan umbi-umbian. Pati yang berasal dari biji-bijian dapat berasal dari serealia seperti jagung, gandum, beras, sorghum dan dari kacang-kacangan. Adapun dari umbi-umbian, pati dapat dihasilkan dari singkong, kentang. Selain dari kedua sumber tersebut, pati juga dapat dihasilkan dari batang tanaman, seperti pati sagu, dan dari daging buah muda seperti pisang. Pati umbi-umbian memiliki suhu gelatinisasi berkisar antara 70-80oC, bersifat elastis, mudah rusak dan memiliki penampakan yang translucent ketika dingin. Pati biji-bijian memiliki suhu gelatinisasi yang lebih tinggi, yaitu 95oC, berbentuk gel dan ketika dingin memiliki penampakan yang opaque. Secara umum biji-bijian mengandung 75% karbohidrat dalam bentuk pati, selulosa, hemiselulosa, dan pektin; 10-14% protein; 1-2% lemak; 10% air; dan 1-2% abu (mineral). Selain jenis-jenis pati diatas, dikenal juga pati waxy yang mengandung 99% amilopektin dan pati amilosa tinggi yang mengandung sekitar 70% amilosa.