KRISTALOGRAFI

APLIKASI KRISTAL PADA MAKANAN:

PEMBAHASAN KRISTAL GULA

Disusun oleh:

ANDIRA MUTTAKIM

0700044

PROGRAM STUDI FISIKA

JURUSAN PENDIDIKAN FISIKA

FAKULTAS PENDIDIKAN MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM

UNIVERSITAS PENDIDIKAN INDONESIA

2010

i

KATA PENGANTAR

Puji dan syukur saya panjatkan kehadirat ilahi rabbi yang telah memberi

kesempatan kepada penulis untuk menyelesaikan pembuatan makalah “Aplikasi

Kristal pada Makanan: Pembahasan Kristal Gula”. Tak lupa shalawat dan salam

semoga tetap tercurah kepada Nabi Muhammad SAW.

Makalah ini tidak dapat penulis selesaikan tanpa bantuan dari berbagai pihak,

maka dari itu penulis mengucapkan rasa terimakasih sebesar-besarnya kepada

teman-teman yang selalu memberikan dukungan penuh kepada penulis dan

kepada semua pihak yang telah memberikan dorongan dan semangat kepada

penulis dalam menyelesaikan penulisan karya tulis ini.

Penulis menyadari bahwa makalah ini masih jauh dari sempurna, oleh karena itu

penulis memohon saran dan kritiknya untuk perbaikan makalah ini. Akhir kata

semoga makalah ini dapat bermanfaat bagi penulis khususnya dan pembaca

umumnya.

Bandung, 19 Mei 2010

Andira Muttakim

ii

DAFTAR ISI

KATA PENGANTAR ............................................................................................ i

DAFTAR ISI .......................................................................................................... ii

BAB I PENDAHULUAN ................................................................................. 1

A. Latar Belakang Penulisan ................................................................ 1

B. Perumusan Masalah ......................................................................... 1

C. Batasan Masalah .............................................................................. 1

D. Metode Penulisan ............................................................................ 2

E. Manfaat Penulisan ........................................................................... 2

BAB II PEMBAHASAN .................................................................................... 3

A. Sejarah ............................................................................................. 3

B. Properti Gula ................................................................................... 3

1. Properti Kimia .......................................................................... 4

2. Properti Fisika dan Kristalografi .............................................. 4

C. Larutan Gula .................................................................................... 6

1. Air sebagai Pelarut ................................................................... 6

2. Prinsip Dingin dan Panas ......................................................... 7

D. Kristalisasi Gula .............................................................................. 8

1. Kristal Gula .............................................................................. 9

2. Kristal pada Permen Gula ......................................................... 9

BAB III KESIMPULAN ................................................................................... 11

DAFTAR PUSTAKA .......................................................................................... 12

1

BAB I

PENDAHULUAN

A. LATAR BELAKANG PENULISAN

Gula merupakan istilah tidak baku untuk sebuah kristal yang mengandung

sukrosa, laktosa, dan fruktosa (IUPAC, 2009) yang ditandai dengan rasa yang

manis. Pada makanan, jenis gula yang sering dipakai adalah sukrosa. Beberapa

jenis gula lain yang sering digunakan adalah glukosa, fruktosa, atau jenis gula

yang berasal dari buah-buahan. Sukrosa merupakan jenis gula yang paling sering

dipakai sehari-hari. Kita dapat menggunakan sukrosa saat ingin membuat teh,

kopi, dan sebagainya.

B. PERUMUSAN MASALAH

Berdasarkan deskripsi diatas, adapun rumusan masalah yang ingin penyusun kaji

adalah:

1. Seperti apa susunan kristal gula itu?

2. Bagaimana dengan properti kimia, fisika, dan kristalografinya?

3. Apa yang terjadi saat gula larut dalam air?

C. BATASAN MASALAH

Batasan masalahnya meliputi:

1. Di sini hanya akan dibahas gula jenis sukrosa saja, agar lebih mudah

dipahami.

2. Pembahasan literatur lebih menitikberatkan pada sifat fisika dari gula,

walaupun tidak bisa lepas dari sifat kimianya.

2

D. METODE PENULISAN

Metode penulisan yang penulis gunakan dalam karya tulis ini adalah metode

deskriptif, dimana dalam penulisan kali ini penulis hanya memaparkan apa yang

didapat melalui berbagai media, tanpa melakukan observasi langsung dan hanya

didukung oleh beberapa literatur/ kajian pustaka.

E. MANFAAT PENULISAN

Sebagai bahan pengetahuan bagi penulis dan pembaca pada umumnya.

Mengetahui sifat dan properti kristalografi dari gula sebagai referensi bagi

yang membutuhkan.

3

BAB II

PEMBAHASAN

A. SEJARAH

Gula diproduksi di India sejak zaman kuno. Pada awalnya gula ini berharga sangat

murah, karena orang sering menggunakan madu sebagai pemanis. Di India,

Alexander terkejut dengan rasa gula yang sangat manis dan berbeda dari madu.

Awalnya, orang-orang mengunyah tebu untuk merasakan manisnya gula. India

menemukan cara untuk mengkristalkan gula pada masa dinasti Gupta, sekitar 350

Masehi (Adas, 2001). Tebu berasal dari Asia Selatan dan Asia Tenggara yang

beriklim tropis (Sharpe, 1998). Spesies yang berbeda berasal dari lokasi yang

berbeda, S. barberi berasal di India dan S. edule dan S. officinarum dari Papua

New Guinea (Sharpe, 1998).

Namun, gula tetap relatif tidak berguna sampai India menemukan metode untuk

mengubah air tebu menjadi butiran kristal yang lebih mudah untuk disimpan dan

diangkut (Adas, 2001). Metode kristalisasi gula telah ditemukan oleh Imperial

Guptas, seorang pelaut India. Dia membawa serta gula tersebut saat pergi melaut,

sampai ke negeri Cina (Kieschnick, 2003).

B. PROPERTI GULA

Sukrosa merupakan gula dapur biasa, mungkin merupakan kimia organik

terbanyak di dunia dan banyak dikenal oleh orang yang bukan kimiawan. Sukrosa

merupakan disakarida yang tersusun dari glukosa dan fruktosa (Harrison,

Molecule of the Month, 1996).

4

1. Properti Kimia

Sukrosa merupakan perpaduan antara glukosa dan fruktosa dengan perbandingan

1:1. Sukrosa memiliki 12 atom karbon, 22 atom hidrogen, dan 11 atom oksigen

(C12H22O11). Seperti kompon lainnya yang tersusund ari tiga unsur, gula

merupakan salah satu bentuk karbohidrat (Exploratorium).

Gambar 1. Sukrosa (Exploratorium).

Gambar 2. Sukrosa (Behner, 1998).

2. Properti Fisika dan Kristalografi

Formula : Sukrosa (C12H22O11)

IUPAC : β-D-fructofuranosyl-(2→1)-α-D-glucopyranoside

Massa molar : 342.30 g/mol

Berat jenis : 1.587 g/cm3

Titik lebur : 160-186 oC

Kelas kristal : monoclinic spenoidal

5

Gambar 3. Kristal gula, dengan ukuran sekiar 10 mm. Gambar diambil dengan cahaya terpolarisasi

(Behner, 1998).

Gambar 4. Kristal gula (Behner, 1998).

Kristal gula (sukrosa), termasuk dalam kristal molekul. Kristal tersebut dikenal

dengan struktur molekulnya. Kristal ini memiliki ikatan nonkovalen, seperti gaya

Van der Waals atau ikatan hidrogen. Kristal ini cenderung lembut dan relatif

lemah dengan titik lebur yang relatif rendah (Helmenstine).

6

C. LARUTAN GULA

1. Air sebagai Pelarut

Air memiliki formula H2O, gabungan dari 2 atom hidrogen dan sebuah atom

oksigen. Sering digunakan oleh para ilmuwan sebagai pelarut. Air dapat ditemui d

alam dalam tiga kondisi, yakni: padat, cair, dan gas (Harrison, Molecule of the

Month, 2006).

Gambar 5. Molekul air (Harrison, Molecule of the Month, 2006).

Salah satu sifat penting air adalah sifat polarnya. Terdapat sudut antara oksigen

dan hidrogen pada molekul air. Oksigen memiliki tingkat keelektronegatifan yang

lebih tinggi dibandingkan hidrogen, maka bagian oksigen memiliki muatan listrik

lebih negatif. Molekul yang memiliki perbedaan muatan listrik disebut dipol.

Bagian yang memiliki muatan yang berlawanan jenis akan saling berinteraksi

tarik-menarik dengan molekul polar yang lainnya. Interaksi ini sering disebut

dengan ikatan hidrogen. Ikatan hidrogen ini lebih lemah dibandingkan dengan

ikatan kovalen yang mengikat O dan H. Untuk dapat mematahkan ikatan hidrogen

dibutuhkan energi (misalkan energi panas). Hal yang unik di sini adalah ketika air

mendekati titik bekunya, ikatan hidrogen akan membentuk heksagonal, dimana

bentuk ini akan menambah densitas dari air tersebut. Sehingga es akan

mengapung di atas air (Harrison, Molecule of the Month, 2006).

7

Air juga merupakan pelarut yang baik karena polaritasnya. Ketika kompon ionik

ataupun polar masuk ke dalam air, kompon tersebut akan dikelilingi oleh molekul

air. Ukuran molekul air yang relatif kecil memungkinkan untuk banyak molekul

air yang mengelilingi sebuah molekul terlarut. Dipol negatif air akan tertarik ke

muatan positif larutan, dan begitu pula yang terjadi pada dipol positif air yang

tertarik ke muatan negatif larutan. Pada molekul nonpolar larut bersama dalam air,

karena ternyata molekul lebih senang memiliki ikatan hidrogen dengan lainnya

dibandingkan pada ikatan Van der Waals dengan molekul nonpolar. Contoh, pada

bahan ionik seperti garam NaCl, pada saat dikelilingi oleh molekul air, Na+ dan

Cl- berpisah. Ion tersebut dapat dengan mudah berpindah pada kisinya (NaCl,

FCC). Contoh untuk bahan nonpolar seperti gula. Dipol air membuat ikatan

hidrogen dengan daerah polar dari molekul gula (grup OH) dan memungkinkan

untuk dibawa dalam larutan (Harrison, Molecule of the Month, 2006). Karena

NaCl membentuk ion saat larut dengan air, maka larutan NaCl dapat

menghantarkan arus listrik, sedangkan sukrosa tidak (Why Does, 2009).

2. Prinsip Dingin dan Panas

Ketika gula ditambahkan ke air, gula larut ke dalam air. Tapi tidak semua gula

dapat larut (dalam jumlah sangat banyak). Ketika sangat banyak gula yang

ditambahkan pada air sampai tidak bisa larut lagi, larutan ini dikatakan jenuh.

Tingkat kejenuhan ini berbeda pada setiap temperatur. Semakin tinggi temperatur,

akan semakin banyak gula yang terlarut. Ketika temperatur sangat tinggi, akan

semakin banyak pula gula yang terlarut keadaan ini dinamakan keadaan sangat

jenuh. Keadaan ini merupakan keadaan yang tidak stabil, sedikit saja gangguan

pada larutan tersebut, kristal akan kembali dalam bentuk padat (Exploratorium).

8

Grafik 1. Grafik kelarutan gula dalam gram setiap 100 gram air (Behner, 1998).

D. KRISTALISASI GULA

Kristalisasi merupakan cara untuk membuat atom lebih rapat pada susunan kristal,

dengan kata lain kristalisasi merupakan cara untuk membuat kristal lebih teratur.

Dalam istilah yang lain, kristalisasi merupakan teknik untuk memisahkan padat

dari cairan. Ini merupakan solusi untuk memisahkan larutan yang homogen.

Larutan kristal yang akan dikristalisasi harus jenuh. Hal ini dapat dicapai dengan

berbagai metode, seperti: penguapan, pendinginan, reaksi kimia, dan teknik

drowning yang sering di pakai (Julian Trubin, 2006).

9

1. Kristal Gula

Untuk membuat kristal gula, kita menggunakan semangkuk air yang ditambahkan

gula pasir. Gula terus ditambahkan sampai jenuh (tidak ada lagi gula yang dapat

larut). Untuk menambahkan tingkat kejenuhan air, penambahan gula dapat

dilakukan pada air mendidih, karena semakin tinggi temperatur, akan semakin

banyak gula yang dapat larut. Ketika temperatur larutan mencapai kesetimbangan

dengan temperatur ruang, tingkat kelarutan gula menurun dan 'kelebihan gula'

akan menjadi kristal. Proses ini pada dasarnya menggambarkan teknik drowning

(Julian Trubin, 2006).

Gambar 6. Kristal gula setelah 24 jam proses drowning (The Exploration Station, 2009).

2. Kristal pada Permen Gula

Pembentukan kristal pada gula sangat berperan dalam pembuatan permen. Permen

ini ada dua jenis, yakni permen kristal dan permen nonkristal (amorf). Permen

kristal contohnya: fudge dan fondant. Permen nonkristal contohnya: loli pop, taffy,

karamel. Permen nonkristal dibuat agar tidak ada penumbuhan kristal pada saat

pembuatan permen, yakni dengan penambahan tekstur (Exploratorium).

10

Salah satu cara untuk menahan kristalisasi pada kristal dari sukrosa adalah dengan

cara memastikan adanya bahan lain yang dicampurkan. Kristal gula terbentuk

karena adanya sistem yang berpasangam (glukosa dan fruktosa), untuk mencegah

kristalisasi, cara yang paling sederhana dengan menambahkan asam ke dalam

larutan. Asam seperti lemon, dapat menyebabkan patahnya sukrosa menjadi

monosakarida (glukosa dan fruktosa) sehingga akan mencegah terbentuknya

kristal. Selain menambahkan asam, cara lain yang dapat digunakan adalah dengan

menambahkan gula jagung, lemak, dan sebagainya (Exploratorium).

11

BAB III

KESIMPULAN

Kristal gula (sukrosa) tersusun dari 12 atom C, 22 atom H, dan 11 atom O

(C12H22O11) yang merupakan paduan dari glukosa dan fruktosa.

Gula memiliki kelas kristal monoclicic spenoidal dengan titik lebur 160-186

oC dan memiliki ikatan molekular.

Saat gula larut dalam air, bagian yang memiliki muatan lebih negatif (OH)

akan (seolah-olah) berikatan dengan muatan yang lebih positif pada dipol air

(H). Sehingga fasa gula (sukrosa) berubah menjadi cair.

12

DAFTAR PUSTAKA

Adas, M. (2001, January). Agricultural and Pastoral Societies in Ancient and

Classical History. In Temple University Press. (p. 311). ISBN

1566398320.

Behner, U. J. (1998). Crystal Growing. Retrieved May 16, 2010, from Recipes for

Growing Sugar Crystals: http://www.crystalgrowing.com/alte-

version/recipes/SUGAR/SUGAR.HTM

Exploratorium. (n.d.). Candy. Retrieved May 16, 2010, from Exploratorium:

http://www.exploratorium.edu/cooking/candy/sugar.html#

Harrison, K. (1996, December). Molecule of the Month. Retrieved May 16, 2010,

from 3dchem: http://www.3dchem.com/molecules.asp?ID=59#

Harrison, K. (2006, January). Molecule of the Month. Retrieved May 16, 2010,

from 3dchem: http://www.3dchem.com/molecules.asp?ID=234#

Helmenstine, A. M. (n.d.). Types of Crystals: Shapes and Structures. Retrieved

May 16, 2010, from About Chemistry:

http://chemistry.about.com/cs/growingcrystals/a/aa011104a.htm

IUPAC. (2009, September 7). IUPAC Gold Book - sugars. Retrieved May 16,

2010, from IUPAC: http://goldbook.iupac.org/S06088.html

Julian Trubin. (2006). Discover if sugar crystals grow bigger in a certain type of

liquid. Retrieved May 16, 2010, from Science Fair Project:

http://www.projects.juliantrubin.com/science_fair_project/chemistry/cryst

al_growth_1.html

Kieschnick, J. (2003). The Impact of Buddhism on Chinese Material Culture.

ISBN 0691096767.

Sharpe, P. (1998). Sugar Cane: Past and Present. Retrieved May 16, 2010, from

Southern Illinois University: http://www.siu.edu/~ebl/leaflets/sugar.htm

The Exploration Station. (2009, July 5). Growing Crystals – Sugar. Retrieved

May 16, 2010, from The Exploration Station:

http://theexplorationstation.wordpress.com/2009/07/05/growing-crystals-

sugar/

Why Does. (2009, September 5). Why Does Sugar Dissolve in Water? Retrieved

May 17, 2010, from Why Does: http://www.whydoes.org/why-does-sugar-

dissolve-in-water