Chemica Volume 3, Nomor 1, Juni 2016, 7-16 ISSN: 2355-8776

## Studi Konversi Pati Ubi Kayu (Cassava Starch) menjadi Glukosa secara Enzimatik
Gita Indah Budiarti 1* , Siswo Sumardiono 2 , Kusmiyati 3
1* Program Studi Teknik Kimia FTI UAD, Kampus III, Jl. Supomo, Janturan, Warungboto, Yogyakarta 55164
1 Program Magister Teknik Kimia, Fakultas Teknik, Universitas Diponegoro Semarang, Jawa Tengah, Indonesia
2 Jurusan Teknik Kimia, Fakultas Teknik, Universitas Muhammadiyah Surakarta *email: gita.indah@che.uad.ac.id

## Abstract
Cassava starch has potential as raw material for production glucose and fructose in Indonesia. Glucose of cassava starch can be used as substitute of cane sugar and synthetic sweetener. Glucose of starch production process  includes  acid  hydrolysis  and  enzymatic  hydrolysis.  Enzymatic  hydrolysis  is  usually  used  because non-corrosive, low reaction temperatures and no contaminate product of hydrolysis. Therefore, the purpose of  this paper is to provide existing knowledge of steps process, factors influencing, kind of enzyme and sugar product from enzymatic hydrolisis of cassava starch.
Keywords: Cassava Starch, Glucose, Hydrolisis Enzymatic

## Pendahuluan
Ubi  kayu  merupakan  tanaman  yang  sangat  penting  di  daerah  tropis  seperti  di  Indonesia.  Di  Indonesia produksi ubi kayu  tahun 2015 sebesar 3,6 juta ton.  Khuusnya di Jawa Tengah produksi ubi kayu tahun 2015 mencapai  21,8  juta  ton  [1].  Di  Indonesia  ubi  kayu  dikenal  sebagai  bahan  pangan  pengganti  nasi.  Ubi  kayu juga  dapat  memiliki  nilai  lebih  selain  sebagai  bahan  makanan.  Pati  yang  dihasilkan  ubi  kayu  banyak dimanfaatkan  di  bidang  pangan,  industri  kertas,  industri  tekstil  dan  di  industri  kimia  sebagai  penghasil bioethanol [2-4].
Pati  ubi  kayu  merupakan  sumber  pati  umbi-umbian  pertama  di  Asia.  Sumber  pati  di  Asia  60%  berupa umbi-umbian seperti ubi kayu 29%, ubi jalar 26 %, dan kentang 5%. Di negara berkembang seperti Indonesia hasil  panen  dari  umbi-umbian  lebih  dominan  sebagai  penghasil  pati  dibandingkan  dengan  hasil  panen  dari biji-bijian.  Kelebihan  pati  ubi  kayu  dibandingkan  pati  yang  sering  digunakan  yaitu  pati  jagung  adalah  nilai konversi  glukosa  pati  ubi  kayu  lebih  besar  dari  pati  jagung  yaitu  sebesar  93,56  %  ,  sedangkan  pati  jagung hanya 91,8% [5-8 ].
Gula  merupakan  kebutuhan  yang  krusial  bagi  masyarakat  Indonesia  terutama  untuk  konsumsi  dan pengolahan  makanan.  Kebutuhan  gula  di  Indonesia  masih  didominasi  oleh  gula  pasir  (sukrosa).  Kebutuhan ekspor gula sampai bulan Mei 2016 mencapai 281 ton/ tahun. Kebutuhan ekspor dan dalam negeri  tersebut masih  diperoleh  dari  impor  sebesar  3,68  juta  ton/  tahun  [1].  Kebutuhan  gula  yang  besar  tersebut, menyebabkan harus mencari pemanis alternatif pengganti gula sukrosa. Pemanis alternatif dibedakan menjadi dua,  yaitu  pemanis  alami  dan  buatan.  Pemanis  buatan  dari  bahan  kimia  antara  lain  siklamat  dan  aspartam. Namun,  dewasa  ini  pemanis  buatan  kurang  diminati  karena  dapat  menimbulkan  penyakit  kanker.  Pemanis alami antara lain glukosa dan fruktosa dari berbagai tanaman yang menghasilkan polisakarida salah satunya adalah pati ubi kayu [68]. Melimpahnya produksi pati ubi kayu di Indonesia membuktikan bahwa ubi kayu berpotensi  sebagai  bahan  baku  glukosa  dan  fruktosa  untuk  memenuhi  kebutuhan  masyarakat  Indonesia [9,10].
Glukosa  dari  pati  dapat  diproduksi  dengan  cara  hidrolisis  asam  maupun  hidrolisis  enzimatik.  Untuk hidrolisis asam, katalis asam yang digunakan adalah asam kuat HCl atau H 2 SO 4 [11-13]. Hidrolisis enzimatik menggunakan enzim α-amilase pada proses likuifikasi, dilanjutkan enzim glucoidase pada tahap sakarifisasi [3,14-16]. Pembuatan glukosa dari pati ubi kayu telah banyak dilakukan antara lain, Silva et al . [17]  meneliti tentang  teknologi  untuk  membuat  glukosa  dan  fruktosa  dari Brazillian  cassava  starch menggunakan  enzim yang diproduksi oleh  mikroorganisme tanah  yang diisolasi dari tanah Brazillian Cerrado .  Ulibarri dan Hall [18]  meneliti  tentang  proses  sakarifikasi  tepung  pati  singkong  menggunakan Hollow-Fiber  Membrane Reactor .  Dalam  penelitian  tersebut  berbagai  metode  digunakan  untuk  memperoleh  konversi  glukosa  yang maksimal.  Dewasa  ini  metode  hidrolisis  enzimatik  lebih  dipilih,  karena  yield  yang  dihasilkan  lebih  baik
dibandingkan  hidrolisis  asam.  Produk  hidrolisis  enzimatik  lebih  aman  untuk  dikonsumsi  dibandingkan dengan  hirolisis  asam.  Artikel  ini  membahas  tentang    tahapan  proses,  faktor-faktor  yang  mempengaruhi, enzim yang digunakan dan gula yang dihasilkan dari hidrolisis enzimatik pati ubi kayu.

## Tinjauan Pustaka

## Karakteristik Ubi Kayu
Ubi kayu adalah pohon tahunan yang hidup di daerah tropis dan subtropis. Ubi kayu ( Manihot Utilissima Phol ) merupakan jenis tanaman berkayu, beruas, panjang dan tinggi pohonnya bisa mencapai sekitar 3 meter atau  lebih.  Akar  dari  ubi  kayu  bisa  mencapai  20-80  cm  dan  diameternya  bisa  mencapai  5-10  cm.  Ukuran diameter dan akar tergantung pada jenis ubi kayu [19].
Ubi  kayu  mengandung  karsiogenik  glukosida  linamarin  dan  lotaustralin  yang  akan  menghasilkan  asam sianida (HCN) apabila terjadi kerusakan pada tanaman.  Ubi kayu dapat digolongkan  menjadi dua  yaitu ubi kayu pahit ( Manihot palmate ) dan ubi kayu manis ( Manihot aipi ), ubi kayu manis mengandung HCN kurang dari  50  mg/kg  sehingga  tidak  beracun.  Ubi  kayu  mengalami  kerusakan  dalam  waktu  48  jam,  yang  diawali dengan  perubahan  secara  enzimatik  dalam  umbi  tersebut  lalu  terjadi  pembusukan.  Tanpa  adanya  perlakuan pascapanen yang tepat ubi kayu tidak dapat disimpan lebih dari dua hari.  Komponen pati dari ubi kayu dapat dilihat pada Tabel 1 [20].
Tabel 1. Komposisi Pati pada Tanaman Ubi Kayu No. Komposisi Persen Berat (%) 1 Karbohidrat 87,87 2 Lemak 0,51 3 Protein 1,60 4 Air 7,80 5 Abu 2,22

## Struktur Pati Ubi Kayu
Pati  tersusun  dari  dua  komponen  utama  yaitu  amilosa  dan  amilopektin.  Amilosa  tersususun  atas  ikatan glukosa 1-4 glukosa. Amilopektin tersusun atas ikatan 1-4 glukosida dan 1-6 glukosida  [19,21,22]. Pati ubi kayu  mempunyai kemampuan untuk  membentuk gel  melalui proses pemanasan pada suhu 90 0 C atau lebih sebagai akibat dari pecahnya struktur amilosa dan amilopektin. Pemecahan tersebut menyebabkan terjadinya perubahan lebih lanjut seperti peningkatan molekul air sehingga terjadi penggelembungan molekul, pelelehan kristal dan terjadi peningkatan viskositas [ 23].
Struktur  granula  pati  ubi  kayu  adalah semi-crystalline yang  terdiri  dari  ikatan  amilopektin  dengan  berat molekul  sebesar  0,7.10 8 dan  amilosa  sebesar  1,03.10 6 .  Gambar  2  adalah  gambar scanning  electron microscopy (SEM)  dari  granula  pati  ubi  kayu  pada  sampel  WTCS  ( Wild  Type  Cassava  Starch) atau  pati singkong  biasa  dan  AMFCS  ( Amylose  Free  Cassava  Starch )  yaitu  pati  singkong  yang  bebas  amilosa  [24]. Karakteristik  pati  pada  ubi  kayu  seperti  komposisi  kimia,  morfologi  granula  pati  dan  sifat  gelatinisasi dipengaruhi oleh komponen yang berada pada akar ubi kayu [25,26].

## Pembuatan Glukosa dan Fruktosa dengan Hidrolisis Pati

## Hidrolisis Asam
Hidrolisis  pati  dengan  katalis  asam  pertama  kali  ditemukan  oleh  Kirschoff  dari  pemanasan  pati  mentah dalam  H 2 SO 4 .  Kemudian  hidrolisis  pati  menggunakan  HCl  pada  temperatur  130-170 0 C  dengan  proses selanjutnya  yaitu  netralisasi.  Faktor  yang  menentukan  pada  hidrolisis  asam  adalah  temperatur,  konsentrasi asam  dan  waktu  hidrolisis  [27].  Wojciechowski,  et  al  [16]  melakukan  hidrolisis  asam  pati  ubi  kayu menggunakan  katalis  HCl  konsentrasi  1%  selama  10  menit  dengan  suhu  120 0 C,  konversi  glukosa  yang diperoleh  sebesar  94,5%.  Yoonan  dan  Kongkiattikajorn  [13]    melakukan  penelitian  hidrolisis  asam menggunakan  katalis  HCl  dengan  konsentrasi  0,1  M,  konsentrasi  pati  1,5%  w/v  selama  90  menit  di  bawah suhu 135 0 C. Kondisi proses tersebut memperoleh konversi sebesar 66,28%.
Proses  hidrolisis  dengan  asam  suhu  yang  digunakan  tinggi  yaitu  antara  140-160 0 C.  Kelemahan  dari hidrolisis asam antara lain peralatan yang digunakan harus tahan korosi karena katalis yang digunakan adalah asam  kuat,  menghasilkan  sakarida  dengan  spektra  tertentu  saja  karena  katalis  asam  menghidrolisis  secara acak,  menyebabkan  terjadinya  degradasi  karbohidrat  maupun  rekombinasi  produk  degradasi  yang  dapat mempengaruhi rasa, warna dan dapat menimbulkan masalah teknis [28].

## Hidrolisis Enzimatis
Dewasa  ini  metode  konvensional  hidrolisis  asam  sudah  diganti  dengan  hidrolisis  enzimatik. Hidrolisis  enzimatik  adalah  proses  hidrolisis  yang  dilakukan  menggunakan  katalis  berupa  enzim.  Enzim tersebut dapat berasal dari bakteri atau fungi. Bakteri atau  fungi yang sering digunakan adalah Bacillus dan Thermomyces  lanuginosus [29].  Enzim  yang  digunakan  berupa  enzim  α-amilase  dan  enzim  glukoamilase (glukosidase).  Enzim  α-amilase  digunakan pada  tahap likuifikasi sedangkan enzim  glukosidase  digunakan pada tahap sakarifikasi. Hidrolisis enzimatik  memberikan banyak kelebihan dibandingkan dengan hidrolisis asam.  Hidrolisis  enzimatik  mencegah  terjadinya  berbagai  efek  samping  karena  sifat  enzim  yang  sangat spesifik, sehingga dapat mempertahankan warna dan rasa dari glukosa yang dihasilkan [28].
Keuntungan  yang diperoleh dari hirolisis enzimatik adalah  yield  yang dihasilkan tinggi.  Degradasi pati dengan enzim memperoleh perhatian besar dari industri enzim karena pentingnya  pati, gula dan produk lainnya di era bioteknologi  modern saat ini [30]. Namun biaya operasional hidrolisis enzimatik lebih tinggi karena  menggunakan  katalis  berupa  enzim.  Hidrolisis  enzimatik  sangat  penting  untuk  memproduksi  sirup glukosa dari pati karena dapat memisahkan ikatan pada pati secara spesifik sesuai dengan karakter sifat kimia dan sifat fisika dari pati tersebut [31]. Faktor yang dapat mempengaruhi hidrolisis enzimatik antara lain :
a. Konsentrasi Pati
Konsentrasi pati yang digunakan biasanya sekitar 30-40% pati kering. Pada konsentrasi enzim yang tetap, konsentrasi  pati  yang  rendah,  kecepatan  pati  linier  terhadap  substrat  dan  reaksinya  mengikuti  reaksi  orde satu.  Konsentrasi  substrat  yang  semakin  tinggi,  maka  kecepatan  reaksi  akan  semakin  besar  dan  akan mendekati konstan. Pada keadaan ini kecepatan reaksi mengikuti persamaan kecepatan reaksi orde nol [32].
b. Konsentrasi enzim
Kecepatan  reaksi  linier  dengan  konsentrasi  enzim.  Pada  umumnya  hal  ini  terjadi  pada  substrat  yang dikonversi  enzim  belum  mencapai  10-20%  substrat  [33].  Konsentrasi  enzim  adalah  salah  satu  yang mempengaruhi  yield  glukosa  dan  fruktosa.  Enzim  memberi  kontribusi  23-40%  dari  total  biaya  proses produksi,  dengan  kata  lain  jumlah  enzim  mempunyai  dampak  yang  signifikan  bagi  kelangsungan  ekonomi pada proses tersebut [34].
c. Waktu hidrolisis
Waktu  yang  diperlukan  untuk  hidrolisis  tergantung  pada  jumlah  enzim  yang  digunakan.  Untuk  enzim glukoamilase 1,25-1,5 liter/ ton pati memerlukan waktu sekitar 48-72 jam. Pada waktu inkubasi 36 jam yield gula pereduksi dari cassava starch sebesar 68,9 mg/g lalu setelah 72 jam yield naik menjadi 200,1 mg/g Jika reaksi lebih lama dari waktu tersebut maka DE pada produk akan berkurang. Hal ini disebabkan oleh adanya resintesis maltosa dan isommaltosa dari glukosa [35].
d. pH
Setiap enzim mempunyai pH optimal untuk setiap aktifitasnya. pH yang tidak sesuai akan menyebabkan penurunan aktifitas enzim. Untuk proses likuifikasi pH yang optimal 6 sedangkan pada sakarifikasi pH yang optimal adalah 4,5 [36].
e. Suhu Aktifitas enzim meningkat seiring dengan bertambahnya suhu sampai mencapai aktifitas optimal, setelah mencapai  aktifitas  optimal  penambahan  suhu  dapat  menyebabkan  turunnya  aktifitas  enzim  tersebut.
Chemica Volume 3, Nomor 1, Juni 2016, 7-16 ISSN: 2355-8776

## α-amilase
glucosidase
Temperatur  untuk  likuifikasi  adalah  105 0 C  kemudian  transisi  dari  proses  likuifikasi  ke  proses  sakarifikasi pada suhu 95 0 C dan proses sakarifikasi pada suhu 60 0 C [37].

## Tahapan Hidrolisis Enimatik
a. Gelatinisasi
Gelatinisasi  merupakan  proses  yang  bertujuan  untuk  memecah  pati  yang  berbentuk  granular  menjadi suspensi yang kental. Pada tahap ini granular pati dibuat bengkak akibat adanya peningkatan volume oleh air dan  tidak  dapat  kembali  lagi  ke  kondisi  awal.  Perubahan  ini  disebut  gelatinisasi.  Suhu  pada  saat  granular tersebut pecah disebut suhu gelatinisasi. Gelatinisasi dapat terjadi dengan adanya panas [38].
b. Likuifikasi
Tahap  likuifikasi  adalah  proses  hidrolisis  pati  menjadi  dekstrin  oleh  enzim  pada  suhu  di  atas  suhu gelatinisasi  dan  pH  optimal.  Proses  likuifikasi  berakhir  ditandai  dengan  larutan  menjadi  encer.  Proses gelatinisasi merupakan bagian dari likuifikasi. Reaksi likuifikasi disajikan pada Persamaan 1 [38].
O H HO H HO H OH H H OH O H O H HO H OH OH H H OH H O H water O HO H CH 2 OH OH H OH H OH H
c. Sakarifikasi
Tahap  sakarifikasi  merupakan  tahap  pemecahan  gula  kompleks  hasil  dari  tahap  likuifikasi  menjadi glukosa  dengan  adanya  enzim glucosidase .  Pada  tahap  ini  dekstrin  diubah  menjadi  glukosa.  Reaksi sakarifikasi digambarkan pada Persamaan 2 [38].
O H H HO H OH H H O H O H HO H OH OH H H OH O H O H OH H H HO H HO OH O H O H HO H H OH H OH HO H O H water O HO OH HO OH HO glucose d. Pemurnian
Untuk tahap terakhir adalah pemurnian glukosa bisa dilakukan dengan absorpsi arang aktif atau dengan evaporasi. Pemurnian glukosa dan fruktosa yang terbentuk dalam skala industri menggunakan ion exchange dengan  adsorben  berupa  zeolite  [39].  Hidrolisis  hidrotermal  dapat  dilakukan  untuk  mengurangi  inhibitor sehingga akan menambah yield glukosa [40].

## Enzim
Enzim  merupakan  protein  yang  berfungsi  sebagai  katalisator  reaksi  biologi  atau  sering  disebut  dengan biokatalisator. Enzim dapat mempercepat suatu reaksi hingga 10 12 sampai 10 20 kali. Umumnya reaksi kimia dalam  sel  yang  hidup  terjadi  sangat  lambat  jika  tidak  ada  katalis  seperti  enzim.  Enzim  dapat  menurunkan energi aktivasi tersebut sehingga reaksi dapat berlangsung dengan cepat. Energi aktivasi adalah energi yang harus diberikan terhadap bahan  yang stabil  untuk  memulai  suatu reaksi. Sebelum  molekul-molekul tersebut bereaksi  harus  melalui  suatu  konfigurasi  aktif.  Pada  keadaan  ini  molekul  tersebut  mempunyai  energi  yang lebih besar daripada molekul dalam keadaan normal. Energi aktivasi yang dibutuhkan setiap enzim berbeda- beda tergantung dari jenis enzimnya [28]. Reaksi antara enzim dan substrat disajikan pada Persamaan 3 [41].
E+S  ES  E + P .................................................................................................. (3)
amilosa maltodextrin + (1) + amilopektin glukosa (2) air air
E  adalah  enzim,  S  adalah  substrat,  ES  adalah  kompleks  yang  terbentuk  dan  P  adalah  produk  yang dihasilkan. Sebelum menjadi produk suatu reaksi terlebih dahulu akan terbentuk kompleks antara katalisator dengan  substrat,  yang  biasa  disebut  kompleks  enzim-substrat.  Kompleks  enzim-substrat  ini  terjadi  akibat enzim  pada  permukaannya  mempunyai  bagian  yang  reaktif  sehingga  dapat  mengikat  substrat.  Setelah kompleks  terbentuk,  maka  ikatan  di  dalam  substrat  akan  pecah  menjadi  beberapa  bentuk  hasil  reaksi. Kemudian  enzim  dilepaskan  kembali  untuk  selanjutnya  menangkap  substrat  yang  baru  dan  mengulangi seperti semula [41].
Kelebihan  enzim  dibandingkan  katalis  lain  adalah:  dapat  meningkatkan  produk,  bekerja  pada  pH  netral dan pada suhu rendah, bersifat selektif pada substrat tertentu [28]. Enzim dapat mempercepat reaksi namun enzim tidak dapat mengubah keadaan normal dari kesetimbangan kimia, atau dengan kata lain enzim hanya mempercepat reaksi pembentukan produk tetapi tidak dapat mengubah yield dari produk [42]. Ada beberapa kondisi yang dapat mempengaruhi aktifitas enzim, diantaranya:
a. Pengaruh suhu
Kecepatan  katalisis  oleh  enzim  akan  naik  apabila  suhu  dinaikkan.Namun  jika  enzim  sudah  mencapai keadaan  optimalnya  suhu  sudah  tidak  berpengaruh  lagi.  Penambahan  suhu  yang  lebih  tinggi  pada  keadaan enzim  yang  sudah  optimal  akan  menyebabkan  penurunan  aktifitas  enzim,  bahkan  bisa  menyebabkan kerusakan pada enzim [31].
b. Pengaruh pH
Enzim  mempunyai  aktifitas  yang  maksimum  pada  kisaran  pH  tertentu  atau  biasa  disebut  pH  optimal. Enzim  merupakan  suatu  protein,  adanya  keadaan  yang  terlalu  asam  akan  menyebabkan  denaturasi  protein atau rusaknya protein. Umumnya kisaran pH optimal dari enzim adalah 4,5-8. pH optimal enzim tergantung pada substratnya [34].
c. Pengaruh konsentrasi enzim
Kecepatan  reaksi  enzimatik  berbanding  lurus  dengan  konsentrasi  enzim.  Semakin  tinggi  konsentrasi enzim, semakin meningkat juga kecepatan reaksinya. Namun saat kecepatan reaksi sudah mencapai keadaan konstan, penambahan konsentrasi enzim tidak mempengaruhi kecepatan reaksi [43].
d. Pengaruh konsentrasi substrat
Kecepatan  reaksi  akan  meningkat  seiring  bertambahnya  konsentrasi  substrat.  Peningkatan  kecepatan reaksi  akan  semakin  kecil  sampai  mencapai  titik  dimana  penambahan  substrat  sudah  tidak  mempengaruhi kecepatan  reaksi  enzim  lagi.  Hal  ini  disebabkan  semua  molekul  enzim  sudah  membentuk  ikatan  kompleks dengan substrat [32].
e. Pengaruh aktivator dan inhibitor
Aktivator  adalah  senyawa  atau  ion  yang  dapat  meningkatkan  kecepatan  reaksi  enzimatik  dari  enzim. Komponen kimia tersebut dapat disebut  kofaktor. Beberapa ion  yang  termasuk  kofaktor antara lain  Zn, Fe, Ca,Mn,  Cu,  dan  Mg.  Kofaktor  dapat  pula  berupa  molekul  organik  kompleks  yang  disebut  koenzim.  Ikatan yang  dibentuk  dengan  koenzim  biasanya  lemah,  jika  ada  ikatan  kuat  disebut  gugus  prostetis.  Kerja  enzim dipengaruhi  juga  dengan  adanya  inhibitor  atau  penghambat.  Inhibitor  merupakan  senyawa  atau  ion  yang dapat menghambat aktifitas enzim. Sifat penghambatan dibagi menjadi tiga [28]:
1. Penghambatan non-spesifik
Enzim  yang  merupakan  protein  akan  mengalami  denaturasi  dalam  keadaan  asam.  Denaturasi  selain disebabkan  adanya  kadar  asam  yang  tinggi  juga  dapat  disebabkan  oleh  timbulnya  endapan  dari  asam trikloroasetat.
2. Penghambatan kompetitif
Penghambatan  kompetitif  terjadi  apabila  inhibitor  dan  substrat  saling  memperebutkan  sisi  aktif  dari enzim.
3. Penghambatan non-kompetitif
Penghambatan ini terjadi jika inhibitor bergabung pada  sisi aktif enzim. Aktifitas enzim  akan terganggu karena sisi aktif ini penting bagi aktifitas enzim.

## Jenis-Jenis Enzim
Enzim mempunyai sifat yang khas yaitu hanya mampu bekerja pada substrat yang cocok. Berikut ini adalah jenis-jenis enzim yang digunakan pada pembuatan glukosa dan fruktosa secara enzimatik:
1. Enzim α-amilase
Amilase adalah  suatu enzim  yang  mampu  memecah ikatan glukosidik  yang  terdapat pada pati.  Amilase dapat  diperoleh  dari  bermacam-macam  sumber.Enzim  α-amilase  adalah  amilase  yang  dapat  menghidrolisis
ikatan  α-1,4  glukosidik  pada  polimer  pati  secara  internal.  Mekanisme  kerja  α-amilase  dibagi  menjadi  dua tahap yaitu tahap degradasi amilosa dan pembentukan glukosa dan maltosa. Tahap pertama degradasi amilosa menjadi maltosa dan maltotriosa yang terjadi secara acak. Degradasi tersebut terjadi sangat cepat dan diikuti dengan penurunan  viskositas. Tahap kedua adalah pembentukan glukosa dan  maltosa sebagai produk, tidak acak dan reaksi terjadi sangat lambat. Kerja enzimα-amilase pada molekul amilosa dapat berlangsung cepat. Hal  ini  disebabkan  pada  rantai  lurus  lebih  mudah  terdegradasi  daripada  rantai  bercabang.Enzimα-amilase didapatkan dari malt, ludah manusia, Aspergillus oryzae , Bacillus subtilis , Bacillus lichenformis [43].
2. Enzim β-amilase
Enzim β-amilase (β-1,4 glukanmaltohidrolase) dapat diisolasi dari kecambah barley, ubi jalar dan kacang kedelai.  Enzim  β-amilase  berperan  dalam  memecah  ikatan  glukosida  β-1,4  pada  pati  dan  glikogen  dengan mengembalikan  konfigurasi  karbon  anomeri  (C 1 )  glukosa  dari  α  menjadi  β,  maka  enzim    tersebut  disebut enzim β-amilase. Cara hidrolisis oleh enzim β-amilase adalah dengan memotong 2 unit glukosa dan secara bertahap pemotongan dari ujung rantai gula yang bukan pereduksi, disebut eksamilase. Enzim β-amilase aktif pada pH 5-6 [43].
3. Enzim glucosidase
Enzim glucosidase atauglukoamilasediperoleh dari Aspergillus dan Rhizopus . Enzim tersebut digunakan utuk  memecah  ikatan  α-1,6  seperti  halnya  ikatan  α-1,4  dalam  likuifikasi  pada  pati  yang  dicairkan  atau gelatin.  Produk  yang  terbentuk  adalah  glukosa  dengan  memecah  substrat  pati  dari  ujung  non-pereduksi. Dextrose equivalent yang dihasilkan mencapai 95-98% dengan konversi mencapai 93-95%. Kondisi operasi enzim glukoamilase adalah suhu 40-60 0 C, pH 4,5 dan waktu reaksi yang diperlukan sekitar 48-96 jam [32].
4. Enzim isomerase
Enzim isomerase merupakan enzim yang digunakan sebagai katalis reaksi perubahan konfigurasi molekul dengan cara pengaturan kembali atom substrat, sehingga menghasilkan molekul baru yang merupakan isomer dari substrat dengan perubahan isomer misalnya merubah aldosa menjadi ketosa [42].

## Jenis-Jenis Gula dari Pati Ubi Kayu
a. Maltodextrins
Maltodextrins merupakan polimer sakarida yang terdiri dari D-glukosil yang mempunyai ikatan utama α- 1,4 dan mempunyai DE ( Dextrose Equivalen ) kurang dari 20% sehingga maltodextrin tidak dikenal sebagai pemanis.  Maltodextrin  didapatkan  dari  pati  kentang.  Pada  tahun  1992,  sudah  lebih  dari    328  juta  pound maltodextrin  dan  glukosa  diproduksi  di  Amerika  Serikat  dari  berbagai  jenis  pati.  Maltodextrin  diproduksi tidak  hanya  dengan  hidrolisis  asam  tetapi  juga  dengan  hidrolisis  enzimatik.  Maltodextrin  yang  diproduksi dengan enzimatik konversinya lebih tinggi. Namun kemampuan bercampur kembali dengan komponen yang tidak larut dengan air lambat,sehingga harus ada perlakuan terlebih dahulu. Perlakuan formasi menyebabkan retrodegradasi  dapat  timbul  oleh  enzim  α-amilase.  Enzim  tersebut  meninggalkan  bagian  terbesar  dari fragmen cabang, sehingga mengurangi kemampuan fragmen untuk bercampur kembali [44].
Pada  proses  katalisis  enzim, slurry (30%  sampai  40%  DS)  dengan  temperatur  80-90 0 C  diperlakukan dengan  panas  dengan  penambahan  bakteri  α-amilase  untuk  proses  likuifikasi.  Enzim  α-amilase  dari B. licheniformis atau B.  stearothermophilus dapat  tahan  sampai  temperatur  90-105°C  selama  30  menit  ketika mencapai keadaan stabil dengan ion kalsium. Waktu 30 menit  cukup untuk proses pemisahan ikatan α-1,4 dan membentuk maltodextrin. Reaksi proses fragmentasi mendapatkan maltodextrin dengan DE 12-15 [44].
Sumber  utama  pati  untuk  memproduksi  maltodextrin  adalah  jagung,  kentang,  dan  beras  tetapi  bisa  juga diperoleh  dari  berbagai  bahan  lain  seperti  tapioka,  gandum,  sorghum,  dan  lain-lain.  Kandungan dextrose equivalent pada  maltodextrin  tergantung  pada  komposisi  dan  sifat  kimia  fisika  dari  pati  yang  digunakan. Berbagai  penelitian  telah  dilakukan  untuk  menentukan  kebutuhan  waktu  pada  hidrolisis  enzimatik  pada reaktor  batch.  Pada  penelitian  tersebut,  tidak  ada  perbedaan  stastistik  yang  signifikan  pada  kandungan kelembaban dan karbohidrat, tetapi terdapat perbedaan pada kandungan komponen lain seperti abu, protein, lemak dan amilosa. Sehingga komposisi kimia dan lemak, protein, amilosa dan fosfor mempunyai pengaruh besar pada kesuksesan pada hidrolisis enzimatik [23].
b. Glukosa
Glukosa  (C 6 H 12 O 6 )  merupakan  monosakarida  yang  banyak  ditemukan  di  alam.  Sirup  glukosa  adalah cairan  jernih  dan  kental  yang  mempunyai  komponen  utama  adalah  glukosa.  Sirup  glukosa  banyak dimanfaatkan  pada  industri  pangan  dan  obat-obatan.  Mutu  dari  sirup  glukosa  ditentukan  dari  warna  sirup, kadar air dan tingkat konversi pati yang dihitung sebagai ekuivalen dekstrosa (DE). Nilai ekuivalen dextrosa (DE) pada sirup glukosa yang tinggi bisa diperoleh dengan optimasi proses likufikasi dan sakarifikasi. Untuk kadar  padatan  kering  dan  warna  pada  sirup  glukosa  agar  memenuhi  standar  (SNI  0418-81  tahun  2001)
didapatkan  dengan  cara  evaporasi.  Evaporasi  berlangsung  pada  keadaan  non-vakum,  proses  ini  dapat menyebabkan warna sirup glukosa menjadi kecoklatan. Syarat mutu sirup glukosa disajikan pada Tabel 2 dan struktur kimia glukosa disajikan pada Gambar 2 [34].
Tabel 2. Syarat Mutu Sirup Glukosa No. Komponen Spesifikasi 1 Air Max 20% 2 Abu (dasar reduksi) Max 1% 3 Gula reduksi sebagai D-Glukosa Min 30% 4 Pati Tidak nyata 5 Logam berbahaya (Pb, CN, Zn) Negatif 6 Pemanis buatan Negatif
O HO OH HO OH HO

## glucose
Gambar 2. Struktur Kimia Glukosa
Polisakarida  terdiri  dari  glukosa,  oligomernya  (polimer  rantai  pendek)  dan  komponen  dari  sirup  yang mempunyai  berat  molekul  dari  180  hingga  mencapai  3000.  Masing-masing  sirup  terdiri  dari  bagian-bagian yang  bervariasi  tergantung  pada  komponen  penyusunnya  yang  mempunyai  sifat  yang  berbeda.  Ciri  utama dari  sifat  glukosa  adalah  pada dextrose  equivalent (DE)  yaitu  ukuran  total  perbandingan  total  gula  reduksi dalam  sirup  dibanding  dengan  dextrosa  yang  dihitung  pada  basis  kering.  Selain  DE  ciri  yang  menentukan lainnya  adalah  komposisi  karbohidratnya.  Sirup  glukosa  yang  mempunyai  DE  yang  sama  tetapi  cara produksinya berbeda dapat menghasilkan profil dan sifat hidrolisis yang berbeda [27].
Pemecahan  gula  pada  suhu  rendah  hanya  akan  menghasilkan  zat-zat  dengan  warna  gelap  yang  akan menurunkan mutu gula. Konversi glukosa dengan enzim dapat menghasilkan glukosa dengan kadar dekstrosa mencapai  95%.  Enzim  sangat  berpengaruh  terhadap  kadar  dekstrosa  yang  dihasilkan,  apabila  enzim  yang digunakan  tidak  murni, dektrosa akan berkurang  karena adanya trans-glukosa. Waktu  konversi  yang terlalu lama dan dosis enzim yang terlalu tinggi menyebabkan terbentuknya maltosa [29].
Kelarutan  dekstrosa  sama  dengan  kelarutan  sukrosa  pada  suhu  60 0 C.  Pada  suhu  dibawah  itu  kelarutan sukrosa lebih tinggi dari kelarutan dekstrosa, sebaliknya pada suhu diatasnya kelarutan dekstrosa lebih tinggi. Suhu transisi untuk dekstrosa adalah 50 0 C,  pada suhu di bawah suhu tersebut glukosa dapat membentuk fasa padat. Dektrosa tidak mudah mengkristal. Larutan dekstrosa mencapai kejenuhan 75% dan pada suhu tinggi inti kristal glukosa dapat terbentuk [29].
c. Fruktosa
Fruktosa adalah monosakarida yang mempunyai rumus kimia C 6 H 12 O 6 sama dengan glukosa. Perbedaan antara  glukosa  dan  fruktosa  adalah  pada  putaran  polarisasi  jika  glukosa  sifat  memutar  polarisasi  ke  arah kanan (+). Fruktosa sifat putarnya kebalikannya yaitu ke arah kiri atau (-). Fruktosa juga tidak dapat dipecah lagi menjadi rumus yang lebih sederhana [44]. Struktur fruktosa disajikan pada Gambar 3 berikut ini.
HO OH HO OH HO O fructose
Gambar 3. Struktur Fruktosa
Fruktosa  merupakan  pemanis  yang  berasal  dari  buah-buahan  yang  sering  digunakan  dalam  industri makanan dan minuman. Selain itu fruktosa khususnya ester fruktosa juga digunakan dalam industri kosmetik dan farmasi, karena fruktosa memiliki stabilitas emulsi antara minyak dan air. Kekuatan penyabunan awaldan
nilai tegangan permukaan pada ester fruktosa  yang lebih tinggi dari sukrosa ester [44]. Fruktosa dapat dibuat dari  isomerisasi  glukosa  menggunakan  enzim  isomerase  [14].  Pada  tahun  1970-2005  kebutuhan  fruktosa sebagai High Fructose Corn Syrup (HFCS) di Amerika meningkat sebagai pengganti gula biasa. Peningkatan konsumsi perkapita HFCS mencapai lebih dari 40 pound rata-rata sampai tahun 2009 [38].

## Kesimpulan
Dari  studi  literatur  yang  telah  dilakukan  diperoleh  kesimpulan  bahwa  tahapan  hidrolisis  enzimatik  pada pati  ubi  kayu  ada  tiga  yaitu  gelatinisasi,  liuifikasi  dan  sakarifikasi.  Faktor-faktor  yang  mempengaruhi hidrolisis  enzimatik  pada  pati  ubi  kayu  adalah  konsentrasi  enzim,  waktu  hidrolisis,  pH,  suhu.  Enzim  yang digunakan  untuk  hidrolisis  enzimatik  pada  umumnya  ada  dua.  Enzim  alpha  amilase  untuk  tahap  liquifikasi dan  enzim  glukosidase  untuk  tahap  sakarifikasi.  Gula  produk  dari  hidrolisis  enimatik  antara  lain maltodextrin, glukosa dan fruktosa. Guladari pati singkong  ini memiliki kualitas yang  hampir sama dengan gula tebu sehingga bisa digunakan untuk mengurangi impor gula dari luar negeri.

## Daftar Pustaka
[1] -, 2016. Ekspor Impor. www.BPS/eksporimpor.go.id, 19 Juli 2016.
[2] Aderibigbe,A.F.,  Anozie,A.N.,  Adejumo,L.A.    and  R.U.  Owolabi,  2012.  Optimization  of  Cassava Starch Hydrolysis by Sorghum Malt. New  Clues in Sciences , 2 (3) ,pp.50-58.
[3] Moretti, M.M.S., Martins, D.A.B., Nunes, C.C.C., Villena, M.A., Perrone, O.M., Silva, R., Boscolo, M., Gomes,  E.,  2014.  Pretreatment  of  Sugarcane  Bagasse  with  Microwaves  Irradiation  and  Its  Effects  on The Structure and on Enzymatic Hydrolysis. Applied Energy , 122, pp. 189-195.
[4] Ulibarri,  R.L.  and  Hall,  G.M.,  1997.  Saccharification  of  Cassava  Flour  Starch  in  A  Hollow-Fiber Membrane Reactor. Elsevier , 0229(97), pp.398–404.
[5] Johnson,  R.  and    Padmaja,  G.,  2013.  Comparative  Studies  on  the  Production  of  Glucose  and  High Fructose  Syrup  from  Tuber  Starches. International  Research  Journal  of  Biological  Sciences ,  2(10), pp.68–75.
[6] Jati, P.W., 2006. Pengaruh Waktu Hidrolisis dan Konsentrasi HCl Terhadap Nilai Dextrose Equivalent (DE)  dan  Karakterisasi  Mutu  Pati  Termodifikasi  dari  Pati  Tapioka  Dengan  Metode  Hidrolisis  Asam , Skripsi, Institut Pertanian Bogor, Bogor, Indonesia.
[7] Putri, L. S. E. dan  Sukandar, D., 2008, Konversi Pati Gayong ( Canna edulis Ker.) Menjadi Bioetanol melalui Hidrolisis Asam dan Fermentasi. Biodiversitas , 9(2), pp. 112-116.
[8] Cecil,  J.E.,  1995.  The  Use  Of  Cassava  Starch  In  The  Artisanal  Production  Of  Maltose,  Food  And Agricultural Industries Service”. Agricultural Services Division . FAO. Rome, Italy. pp. 500-504.
[9] Damajanti, N., Mulyadi,  A.H. dan  Listianingrum, 2012. Bioplastik Poly  Lactic  Acid (PLA) dari Kulit Singkong dengan Variasi Jenis Bakteri Lactobacillus. In Prosiding Seminar Nasional Teknoin .
[10] Saelim, K., Dissara, Y., Kittikum, A.H., 2007. Saccarification of Cassava Starch by Saccharomycopsis fibuligera YCYI Isolated from Loong-Pang (rice cake starter). Songklanakarin Journal of Science and Technology . 30. pp. 65-71.
[11] Putri, W.D.R., Marseno, D.W. dan  Cahyanto, M.N., 2012. Role of  Lactic  Acid Bacteria  on Structural and Physicochemical Properties of Sour Cassava Starch. APCBEE Procedia , 2, pp.104–109.
[12] Souza,  F.H.M.,  Inocentes,  R.F.,  Ward,  R.J.,  Jorge,  J.A.,  Furriel,  R.PM.,  2013.  Glucose  and  Xylose Stimulation  of  a  β-glucosidase  from  The  Thermophilic  Fungus  Humicola. Journal  of  Molecular Catalysis B : Enzymatic , 94, 119-128.
[13] Yoonan,  K.  and  Kongkiattikajorn,  J.,  2004,  A  Study  of  Optimal  Conditions  for  Reducing  Sugars Producton from Cassava Peels by Diluted Acid and Enzymes. Kasetsart Journal (Natural Science) 38, pp. 29- 35.
[14] Baskar,  G.,  Muthukumaran,  C.,  Renganathan,  S.,  2008,  Optimization  of  Enzymatic  Hydrolysis  of Manihot  Esculenta  Root  Starch  by  Immobilize  α-Amylase  Using  Response  Surface  Methodology. International Jurnal of Natural Sciences and Engineering , 1(3), pp. 156-160.
[15] Chamsart, S., Sawangwon, C., Tungkao, S., and  Waiprib, Y., 2006, Enzymatic Hydrolysis of Cassava Starch in a Stirred Tank Lysis Reactor. In Proceeding of the 15th Thailand Chemical Engineering and Applied Chemistry, Chonburi , 28-29.
[16] Wojciechowski, A.L., Nistsche, S., Pandey, A. and Socco, C. R., 2002. Acid and Enzymatic Hydrolysis to  Recover  Reducing  Sugars  from  Cassava  Bagasse  :  An  Economic  Study. Brazilian  Archives  of Biology and Technology. 45(3), pp.393-400.
[17] Singh,  V.,  Tiwari,  A.,  Kumari,  P.,  Tiwari,  S.,  2006.  Microwave-Promoted  Hydrolysis  of  Plant  Seed Gums on Alumina Support. Carbohydrate Research , 341, pp. 2270-2274.
[18] Miraglia, S., 2009. Alpha Amylase and High Fructose Corn Syrup [artikel online].
[19] Zulaidah,  A.,  2011. Modifikasi  Ubi  Kayu  Secara  Biologi  Menggunakan  Starter  Bimo-CF  Menjadi Tepung Termodifikasi Pengganti Gandum [TESIS]. Universitas Diponegoro Semarang.
[20] Widiasa,  I.N.,  Susanto,  H.,  2009.  Ultrafiltration  Fouling  of  Amylose  Solution  :  Behavior  , Characterization and Mechanism. Journal of Food Engineering , 95(3), pp.423-431.
[21] Ramachandran,  V.,  Pujari,  N.,  Matey,  T.,  Kulkarni,  S.  and  Rice,  A.,  2013.  Enzymatic  Hydrolysis  for Glucose-A  Review. International  Journal  of  Science,  Engineering  and  Technology  Research ,  2(10), pp.1937-1942.
[22] Gomand,  S.  V.,Lamberts,  L.,  Derde,  L.J.,  Goesaert,  H.,  Vandeputte,  G.E.,  Goderis, B., Visser,  R.G.F. and Delcour, J  A 2010. Structural Properties and Gelatinisation  Characteristics of Potato and Cassava Starches and Mutants Thereof. Food hydrocolloids , 24(4), pp.307–317.
[23] Charonenkul, N., Uttapap, D., Pathipanawat, W., Takeda, Y., 2011. Physicochemical Characteristic of Starches and Flour from Cassava Varieties Having Different Cooked Root Textures. LWT Food Science and Technology , 44, pp. 1774-1781.
[24] Zhu,  F.,  2014.  Review  :  Composition,  Structure,  Physicochemical  Properties  and  Modifications  of Cassava Starch. Carbohydrate Polymers , xxx, pp. xxx-xxx.
[25] Celebi, İ., 2006. Color Formation in Wheat Starch Based Glucose Syrups and Use of Activated Carbons for  Sugar  Decolorization .  The  Graduate  School  Of  Natural  And  Applied  Sciences  Of  Middle  East Technical University.
[26] Rochmawatin,  N.,  2010. Pengaruh  Konsentrasi  Enzim  dan  Lama  Sakarifikasi  pada  Hidrolisis Enzimatis  terhadap  Produksi  Sirup  Glukosa  dari  Pati  Ubi  Kayu  (Manihot  Esculenta) [SKRIPSI]. Universitas Islam Negeri (UIN) Maulana Malik Ibrahim Malang.
[27] Kunamneni, A. and Singh, S., 2005. Response Surface Optimization of Enzymatic Hydrolysis of Maize Starch for Higher Glucose Production., pp.14–16.
[28] Dincbas, S. and Demirkan, E., 2010. Comparison of Hydrolysis Abilities onto Soluble and Commercial Raw  Starches  of  Immobilized  and  Free  B. amyloliquefaciens α-Amylase. Journal  Biol.Environ.Sci , 4(11), pp.87–95.
[29] Ayoola,  A.A.,  Adeeyo,  O.A.,Efeovbokhan,  V.C.  and  Ajileye,  O.,    2012.  A  Comparative  Study  on Glucose  Production  from  Sorghum  Bicolor  and  Manihot  Esculenta  Species  in  Nigeria. International Journal of Science and Technology , 2(6), pp.353–357.
[30] Scholz,  M.J.,  Riley,  M.R.  and  Cuello,  J.L.,  2012.  Acid  Hydrolysis  and  Fermentation  of  Microalgal Starches to Ethanol by The Yeast Saccharomyces cerevisiae . Biomass and Bioenergy , 48, pp.59–65.
[31] Triyono, A., 2008. Karakteristik Gula Glukosa dari Hasil Hidrolisa Pati Ubi Jalar ( Ipomoea Batatas , L .) dalam Upaya Pemanfaatan Pati Umbi – Umbian. In Seminar Nasional Teknoin Bidang Teknik Kimia dan Tekstil ., pp. 7–10.
[32] Omemu,  A.M.,  Akpan,  I.,  Bankole,  M.O.,  Tenida,  O.D.,  2005.  Hydrolisis  of  Raw  Tuber  Starches  by Amylase of Aspergillus niger AMO7 Isolated from The Soil. African Journal of Biotechnology , 4 (1), pp. 19-25.
[33] Olasimbo, A.,Ayoola, A., Adeeyo, O. and Efeovbokhan, V., 2013. Optimum Hydrolysis Conditions of Cassava  Starch  for  Glucose  Production. International  Journal  of  Advanced  Research  in  IT  and Engineering , 2(1), pp.93–101.
[34] Rahmayanti,  D.,  2010. Pemodelan  dan  Optimasi  Hidrolisa  Pati  Menjadi  Glukosa  dengan  Metode Artificial Neural Network-Genetic Algorithm (ANN-GA) [SKRIPSI]. Universitas Diponegoro Semarang.
[35] Kuhn,  R.C.,  Mazutti,  M.A.,  Filho,  F.M.,  2012.  Kinetic  and  Mass  Transfer  Effect  for  Adsorption  of Glucose,  Fructose,  Sucrose  and  Fructooligosaccarides  into  X-zeolite. LWT  Food  Science  and Technology , 48, pp. 127-133.
[36] Orozco,  R.L.  Redwood,  M.D.,  Leeke,  G.A.,  Bahari,  A.,  Santos,  R.C.D.  and  Macaskie,  L.E.,  2012. Hydrothermal  Hydrolysis  of  Starch  with  CO 2 and  Detoxification  of  The  Hydrolysates  with  Activated Carbon for Biohydrogen Fermentation . International Journal Hydrogen Energy , (1), pp.1–17.
[37] Garneau, S., Tsodikova, Shkel, I.A., Tsodikov, O.  A., 2009. Exact and User Friendly Kinetic Analysis of Two Step Rapid Equilibrium Michaelis-Menten Mechanism. Analytical Biochemistry , 387, pp. 276- 279.
[38] Risnoyatiningsih,  S.,  2011.  Hydrolysis  of  Starch  Saccharides  from  Sweet  Potatoes  Using  Enzyme. Jurnal Teknik Kimia , 5(4), pp.417–424.
[39] Saraswati, Rosidah, I. dan Hapsari, D.Y., 2004. Pembuatan Glukosa Secara Enzimatik dari Bahan Baku Pati Sagu. Jurnal Teknik Kimia Indonesia , 3, pp.56–63.
[40] El-fallal, A., Dobara, M.A., El-sayed, A. and Omar, N., 2012. Starch and Microbial α -Amylases : From Concepts to Biotechnological Applications. Intech , pp.459–488.
[41] Hobbs, L., 2009. Sweeteners from Starch : Production , Properties and Uses Third., Elsevier Inc.
[42] Indah, S., 2009. Pra Rancangan Pabrik Pembuatan Glukosa Dari Pati Jagung dengan Proses Hidrolisa Dengan Kapasitas 12000 Ton/Tahun [SKRIPSI]. Universitas Sumatera Utara Medan.
[43] Nguyen,  H.M.,  Ha,  S.H.,  Koo,  Y.M.,  2008.  Optimization  of  Lipase-Catalyzed  Fructose  Palmitate Synthesis in Ionic Liquid. Jurnal of Biotechnology, 136s, pp. s356-s401.
[44] Curcio, S.Iorio, G.,Ricca, E. and Calabro, V., 2009. Fructose Production by Chicory Inulin Enzymatic Hydrolysis : A Kinetic Study and Reaction Mechanism. Process Biochemistry , 44, pp.466–470.