BAB II TINJAUAN PUSTAKA
2.5 Hal - Hal yang Mempengaruhi Fermentasi
Faktor-faktor yang mempengaruhi proses fermentasi untuk menghasilkan etanol adalah: sumber karbon, gas karbondioksida, pH substrat, nutrien, temperatur, dan oksigen. 2.5.1 pH
pH dari media sangat mempengaruhi pertumbuhan mikroorganisme. Setiap mikroorganisme mempunyai pH minimal, maksimal, dan optimal untuk pertumbuhannya. Untuk yeast, pH optimal untuk pertumbuhannya ialah berkisar antara 4,0 sampai 4,5. Pada pH 3,0 atau lebih rendah lagi fermentasi alkohol akan berjalan dengan lambat
2.5.2 Nutrien
Dalam pertumbuhannya mikroba memerlukan nutrient. Nutrien yang dibutuhkan digolongkan menjadi dua yaitu nutrien makro dan nutrien mikro. Nutrien makro meliputi unsur C, N, P, K. Unsur C didapat dari substrat yang mengandung karbohidrat, unsur N didapat dari penambahan urea, sedang unsur P dan K dari pupuk NPK. Unsur mikro meliputi vitamin dan mineral-mineral lain yang disebut trace element seperti Ca, Mg, Na, S, Cl, Fe, Mn, Cu, Co, Bo, Zn, Mo, dan Al.
2.5.3 Temperatur
Mikroorganisme mempunyai temperatur maksimal, optimal, dan minimal untuk pertumbuhannya. Temperatur optimal untuk yeast berkisar antara 25-30 oC dan temperatur maksimal antara 35-47 oC. Beberapa jenis yeast dapat hidup pada suhu 0oC. Temperatur selama fermentasi perlu mendapatkan perhatian, karena di samping temperatur mempunyai efek yang langsung terhadap pertumbuhan yeast juga mempengaruhi komposisi produk akhir. Pada temperatur yang terlalu tinggi akan menonaktifkan yeast. Pada temperatur yang terlalu rendah yeast akan menjadi tidak aktif. Selama proses fermentasi akan terjadi pembebasan panas sehingga akan lebih baik apabila pada tangki fermentasi dilengkapi dengan unit pendingin
18 2.5.4 Oksigen
Berdasarkan kemampuannya untuk mempergunakan oksigen bebas, mikroorganisme dapat diklasifikasikan menjadi tiga, yaitu: aerob apabila untuk pertumbuhannya mikroorganisme memerlukan oksigen, anaerob apabila mikroorganisme akan tumbuh dengan baik pada keadaan tanpa oksigen, dan fakultatif apabila dapat tumbuh dengan baik pada keadaan ada oksigen bebas maupun tidak ada oksigen bebas. Sebagian besar yeast merupakan mikroorganisme aerob. Yeast dari kultur yang memakai aerob akan menghasilkan alkohol dalam jumlah yang lebih besar apabila dibandingkan dengan yeast kultur yang tanpa aerasi. Akan tetapi efek ini tergantung yeast yang dipergunakan [42].
2.5.5 Lama Fermentasi
Waktu yang dibutuhkan dalam proses fermentasi adalah 2 - 3 hari. Waktu yang sesuai akan menghasilkan etanol yang optimum. Semakin lama fermentasi kadar alkohol yang dihasilkan akan optimum dan akhirnya akan menurun. Hal ini karena kadar etanol dipengaruhi oleh waktu fermentasi. Pada tahap awal sel khamir mulai memasuki fase eksponensial dimana etanol sebagai metabolit primer dihasilkan, sedangkan tahap selanjutnya sel khamir mulai memasuki fase stasioner dan kematian sehingga alkohol yang dihasilkan menurun
2.6 RAGI
Ragi dikenal sebagai bahan yang umum digunakan dalam fermentasi untuk menghasilkan etanol dalam bir, anggur dan minuman beralkohol lainnya. Ragi adalah anggota dari keluarga jamur bersel satu. Ragi roti serta ragi bir termasuk species
Saccharomyces cerevisiae [5]. Saccharomyces cerevisiae efisien mengubah glukosa dan
mannosa menjadi etanol, tetapi tidak dapat mengubah xilosa menjadi etanol.
Tabel 2.6 Efisiensi penggunaan ragi tape dengan S.cereviceae untuk 500 mL fermentasi hasil hidrolisis ampas tebu menjadi bioetanol [36]
No Jenis Mikroba Ragi Tape Saccharomyces cerevisiae
1 Jumlah mikroba 50 g 50 mL kultur fasa akhir
logarithmic
2 Waktu fermentasi 1 hari 3 hari
3 Hasil ( Rendemen) 175 mL/Kg 160 mL/Kg 4 Uji kualitatif Alkohol primer Alkohol primer 5 Perkiraan harga mikroba Rp. 4.500 Rp. 88.500
19 2.7 ANALISIS EKONOMI
Dalam penelitian ini, dilakukan suatu analisis ekonomi yang sederhana terhadap pembuatan bioetanol dari ampas tebu dengan cara yang konvensional. Rincian biaya diberikan dalam Tabel 2.7 berikut.
Tabel 2.7 Rincian Biaya Pembuatan Bioetanol dari Ampas Tebu Bahan dan Peralatan Jumlah Harga (Rp) Biaya Total (Rp)
Ampas tebu 1 kg 200,-/1 kg 200,- Air proses 25 L 1,25,-/L 31,25,- Ragi Roti 87,5 gr 4000,-/12 g 29.166,- Urea 0,005 kg 2000/ kg 10,- Listrik - 33.000,- 33.000,- Total biaya 62.407,25,-
Dari rincian biaya yang telah dilakukan di atas maka total biaya yang diperlukan untuk pembuatan bioetanol per kilogram ampas tebu adalah sebesar Rp. 62.407,25- meskipun bioetanol yang dihasilkan masih rendah kemurniannya dan diperlukan adanya tahap purifikasi lanjutan untuk menjadikan produk tersebut menjadi lebih tinggi kemurniannya.
20
BAB III
METODOLOGI PENELITIAN
3.1 BAHAN DAN PERALATAN 3.1.1 Bahan Penelitian
Bahan-bahan yang digunakan dalam penelitian ini adalah : 1. Ampas tebu
2. Ragi tape 3. Ragi roti
4. Asam Sulfat (H2SO4)
5. Urea
6. Natrium Hidroksida (NaOH) 7. H2O (Aquadest)
3.1.2 Peralatan Penelitian dan Analisa
Peralatan yang digunakan dalam penelitian ini adalah:
1. Beaker glass
2. Bunsen
3. Statif dan klem holder 4. Labu leher tiga
5. Refluks 6. Termometer 7. Hot Plate 8. Neraca analitik 9. Gelas ukur 10. Erlenmeyer 11. Blender 12. Digester 13. pH meter
14. Kertas saring Whatman 15. Distilasi vakum
16. Shaker
17. Toples plastik 18. Furnace 19. Oven
21 3.2 RANCANGAN PENELITIAN
Penelitian ini menggunakan metode percobaan dengan 3 faktor yaitu pH fermentasi, jenis ragi, dan waktu fermentasi sehingga diperoleh 30 kombinasi perlakuan seperti terlihat pada tabel 3.1.
Tabel 3.1 Rancangan Penelitian
Run % Berat ampas tebu pH Jenis Ragi Waktu Fermentasi (Hari) 1 4% 4 Roti Tape 2 4 6 8 10 2 4,5 Roti Tape 3 5 Roti Tape 3.3 PROSEDUR PENELITIAN 3.3.1 Tahap Preparasi Ampas Tebu
Ampas tebu dikeringkan dalam oven pada suhu 105oC selama 1 jam dan diblender sampai berbentuk serbuk. Tepung ampas tebu akan menjadi bahan baku, dan disimpan dalam plastik kedap udara agar tidak mempengaruhi kandungan air dan komposisi senyawa di dalamnya.
3.3.2 Analisa Bahan Baku
3.3.2.1 Analisa Lignin dan Selulosa
Analisis selulosa dan lignin dilakukan dengan metode Chesson. Adapun tahapannya sebagai berikut: sebanyak 1 g (a) sampel kering ditambahkan 150 mL akuades, direfluks pada suhu 100 oC dengan hotplate selama 1 jam. Hasilnya disaring, residu dicuci dengan air panas (300 mL). Residu kemudian dikeringkan dengan oven sampai konstan kemudian ditimbang (b). Residu ditambahkan 150 mL H2SO4 1 N kemudian direfluks dengan hotplate selama 1 jam pada suhu 100 oC. Hasilnya disaring dan dicuci dengan akuades sampai netral (300 mL) lalu
22
dikeringkan (c). Residu kering ditambahkan 10 mL H2SO4 72% dan direndam pada suhu kamar selama 4 jam.
Ditambahkan 150 mL H2SO4 1 N dan direfluks pada hotplate selama 1 jam pada pendingin balik. Residu disaring dan dicuci dengan akuades sampai netral (400 mL) kemudian dipanaskan dalam oven pada suhu 105 oC dan hasilnya ditimbang sampai bobot tetap (d), selanjutnya residu diabukan dan ditimbang (e) [34].
Perhitungan kadar selulosa dan kadar lignin sebagai berikut: Kadar selulosa = �−�
� x 100% ………..(1) Kadar lignin = �−�
� x 100% ………...(2) 3.3.3 Proses Hidrolisis dan Fermentasi
Serbuk ampas tebu sebanyak 200 gram dimasukkan kedalam digester. Kemudian kedalam digester tersebut dimasukkan media hidrolisis berupa air sebanyak 4800 mL sehingga diperoleh perbandingan ampas tebu air sebesar 4% berdasarkan persen berat. Selanjutnya digester yang berisi sampel dipanaskan selama 1 jam dan temperatur 150 oC. Temperatur aktual didalam reaktor dibaca oleh thermocouple yang dipasang di digester.
Bubur ampas tebu ditambahkan ragi roti/ tape sebanyak 17,5 gram dan urea sebanyak 1 gram. Difermentasi dalam keadaan anaerob dengan variasi waktu 2 sampai 10 hari pada suhu 30 °C dan variasi pH 4; 4,5; 5 lalu didistilasi. Sisa hasil distilasi yang menunjukkan kadar etanol terbaik kemudian difermentasi kembali. 3.4 ANALISIS KADAR ETANOL
3.4.1 Analisis Kuantitatif
Parameter uji yang dilakukan adalah 1. Jumlah bioetanol,
2. Densitas, 3. Viskositas 4. Derajat API,
5. Specific gravity,
23 3.5 FLOWCHART PENELITIAN
3.5.1 Flowchart Tahap Prep arasi Ampas Tebu Sebagai Bahan Baku Utama
Gambar 3.1 Flowchart Tahap Preparasi Ampas Tebu Selesai
Mulai
Ampas tebu dikeringkan dan diblender sampai berbentuk serbuk
24
3.5.2 Analisa Lignin dan Selulosa dengan Metode Chesson
Gambar 3.2 Flowchart Analisa Lignin dan Selulosa dengan Metode Chesson Sebanyak 1 g (a) sampel kering ditambahkan 150 mL akuades, direfluks pada
suhu 100 oC dengan hotplate selama 1 jam
Residu ditambahkan 150 mL H2SO4 1N kemudian direfluks dengan hotplate selama 1 jam pada
Selesai Mulai
Residu kemudian dikeringkan dengan oven sampai konstan kemudian ditimbang (b)
Hasilnya disaring, residu dicuci dengan air panas (300 mL)
Hasilnya disaring dan dicuci dengan akuades sampai netral (300 mL) lalu dikeringkan (c)
Residu kering ditambahkan 10 mL H2SO4 72% dan direndam pada suhu kamar
Residu disaring dan dicuci dengan akuades sampai netral (400 mL) kemudian dipanaskan dalam oven pada suhu 105 oC dan hasilnya ditimbang
i b b t t t (d)
Ditambahkan 150 mL H2SO4 1 N dan direfluks pada hotplate selama 1 jam pada
25 3.5.3 Fermentasi
Mulai
Ampas tebu sebanyak 200 gr dimasak dengan air 4800 mL selama 1 jam dalam digester dengan suhu 150 oC
Didistilasi
Tidak
Selesai
Ya Dipindahkan wadah plastik 3 L untuk difermentasi
Ditambahkan ragi roti/ tape sebanyak 17,5 gram
Ditambahkan urea sebanyak 1 gram
Difermentasi dalam keadaan anaerob dengan variasi waktu 2, 4, 6, 8, dan 10 hari pada suhu 30 °C dan variasi pH 4, 4,5, 5
Apakah sudah terben tuk Apakah ada amp as Tidak Ya
26
Gambar 3.3 Flowchart Tahap Proses Fermentasi
3.5.4 Penentuan Jumlah Bioetanol (ml)
1. Destilat hasil destilasi yang ditampung (bioetanol) diukur dengan meggunakan gelas ukur.
2. Volume dicatat untuk tiap-tiap perlakuan.
3.5.5 Densitas
Densitas ditentukan dengan cara, mula-mula botol piknometer 25 ml yang kosong ditimbang. Setelah itu ke dalam piknometer tersebut dituangkan sampel sampai penuh dan ditimbang kembali. Densitas dihitung dengan persamaan:
�= �
�
Dimana :
m = massa sampel ={(massa piknometer+sampel) – (massa piknometer kosong)} V = volume piknometer = 25 ml [63].
3.5.6 Spesific gravity dan API gravity
Specific gravity dan API gravity adah suatu pernyataan yang menyatakan densitas (kerapatan) atau berat per satuan volume dari suatu bahan. Hubungan antara specific gravity (sg) dan API gravity (G) adalah sebagai berikut:
� =141,5
�� −131,5
�� = 141,5
�+ 131,5
Besarnya harga dari API gravity berkisar dari 0-100, sedangkan specific gravity merupakan harga relatif dari densitas suatu bahan terhadap air. Hubungan antara densitas dan specific gravity adalah sebagai berikut:
��= ������� (�� �3)
���������� (�� �3)
Nilai densitas, spesific gravity dan API gravity kemudian digunakan untuk menghitung nilai kalor [63].
27 3.5.7 Nilai Kalor
1. Nilai kalor dihitung dengan persamaan:
�� =2,2046226
3,9673727× {18.650 + 40 × (� −10)}����/��
2. Dicatat semua nilai kalor yang diperoleh untuk tiap-tiap perlakuan [63]. 3.5.8 Analisis Kadar Bioetanol dengan Metode Berat Jenis
1. Nilai densitas yang diperoleh sebelumnya di cocokkan pada tabel 3.2
2. Kadar etanol dihitung dengan menginterpolasi data densitas dan kadar etanol pada tabel.
Tabel 3.2 Konversi Berat Jenis - Kadar Etanol [32]. Kadar Larutan Etanol Berat Jenis Larutan Etanol (Pada suhu 30oC) Kadar Larutan Etanol Berat Jenis Larutan Etanol 0 0,99568 25 0,95607 1 0,99379 26 0,95442 2 0,99194 27 0,95272 3 0,99014 28 0,95098 4 0,98839 29 0,94922 5 0,98670 30 0,94741 6 0,98507 31 0,94557 7 0,98347 32 0,94370 8 0,98189 33 0,94180 9 0,98031 34 0,93986 10 0,97875 35 0,93790 11 0,97723 36 0,93591 12 0,97573 37 0,93390 13 0,97424 38 0,93186 14 0,97278 39 0,92979 15 0,97133 40 0,92770 16 0,96990 41 0,92558 17 0,96844 42 0,92344 18 0,96697 43 0,92128 19 0,96547 44 0,91910 20 0,96395 45 0,91692 21 0,96242 46 0,91472 22 0,96087 47 0,91250 23 0,95929 48 0,91028 24 0,95769 49 0,90805
28
BAB IV
HASIL DAN PEMBAHASAN
4.1 HASIL ANALISIS BAHAN BAKU
4.1.1 Hasil Analisa Kadar Selulosa Dan Lignin Pada Ampas Tebu
Penelitian ini dilakukan dengan menggunakan bahan baku ampas tebu. Analisa kadar selulosa dan lignin dilakukan dengan metode Chesson [34]
Perhitungan kadar selulosa dan kadar lignin sebagai berikut: Kadar selulosa = �−�
� x 100% ………..(1) Kadar lignin = �−�
� x 100% ………....(2)
Dari hasil analisa diperoleh (a) = 1 gram; (b) = 0,6 gram; (c) =0,565 gram; (d) = 0,26; dan (e) = 0,001 gram. Dari hasil perhitungan diperoleh kadar selulosa sebesar 30,5 % dan kadar lignin 25,9 %. Komponen utama ampas tebu adalah lignin (22%), selulosa (30%), dan hemiselulosa (23%) [14]. Sehingga ampas tebu dapat digunakan untuk pembuatan bioetanol dengan cara hidrolisis dan fermentasi
Untuk mengubah biomassa menjadi etanol, selulosa harus tersedia dan terurai dari ikatan hemiselulosa dan lignin. Karenanya, dengan menghilangkan lignin, selulosa menjadi mudah diserang dan mengizinkan yeast untuk mengubah glukosa menjadi etanol selama fermentasi [14].
4.1.2 Hasil Analisa Moisture Content Pada Ampas Tebu
Moisture content dianalisa menggunakan pengukur moisture content merk Adam yang tersedia di laboratorium proses industri kimia (PIK) USU. Dari hasil pengukuran yang dilakukan hasil moisture content sebesar 13,76%. Gambar 4.1 memperlihatkan alat pengukur yang digunakan
29
Gambar 4.1 Alat Pengukur Moisture Content
4.2 HASIL ANALISA KADAR GLUKOSA SETELAH HIDROLISIS TERMAL
Keberadaan glukosa merupakan indikator awal untuk proses fermentasi bioetanol. Proses hidrolisis adalah tahapan penting karena menentukan jumlah glukosa yang diproduksi sebagai substrat untuk difermentasikan menjadi etanol [54]. Tabel 4.1 menunjukkan hasil konsentrasi glukosa dari ampas tebu.
Tabel 4.1 Hasil Analisa Glukosa Dari Ampas Tebu Dengan Spektrofotometer Uv-vis Sampel Konsentrasi (g/L)
Sampel 1 25,84
Sampel 2 22,53
Sampel 3 21,66
Hidrolisa adalah suatu proses antara reaktan dengan air agar suatu senyawa pecah dan terurai [59]. Hidrolisis termal adalah sebuah proses dimana campuran antara padatan organik dan air dipanaskan dan diberi tekanan udara dengan tujuan mereduksi padatan organik untuk membuatnya lebih mudah dibiodegradasi [58]. Pada penelitian ini digunakan hidrolisis termal sebagai variabel tetap pada proses pemasakan selama 1 jam pada suhu 150oC.
Reaksi hidrolisa yang terjadi adalah sebagai berikut:
(C6H10O5)n + n H2O→ n (C6H12O6) [59]
Perlakuan pemasakan dan tekanan akan menyebabkan longgarnya ikatan kompleks sehingga memberikan efek memperluas komponen-komponen lignoselulosa dan lignohemiselulosa, sehingga akan meningkatkan kemampuan enzim selulase yang dihasilkan mikrobia [61]. Faktor-faktor yang berpengaruh pada hidrolisis selulosa diantaranya adalah suhu reaksi dan waktu reaksi.
1. Suhu
Dari kinetika reaksi, semakin tinggi suhu reaksi makin cepat pula jalan reaksinya. Tetapi kalau proses berlangsung pada suhu yang tinggi, konversi akan menurun. Hal ini disebabkan adanya glukosa yang pecah menjadi arang
30
Semakin lama waktu hidrolisis, konversi yang dicapai makin besar dan pada batas waktu tertentu akan diperoleh konversi yang relatif baik dan apabila waktu tersebut diperpanjang, pertambahan konversi kecil sekali [59].
Analisa kadar glukosa dilakukan menggunakan spektrofotometer uv-visible dengan menggunakan panjang gelombang glukosa 560 nm. Kadar glukosa dalam sampel sebesar 23,34 g/L.
4.3 PENGARUH VARIABEL PERCOBAAN TERHADAP KADAR BIOETANOL SELAMA PROSES FERMENTASI
4.3.1 Pengaruh pH Fermentasi Terhadap Kadar Bioetanol
Penelitian ini bertujuan untuk melihat pengaruh pH pada proses fermentasi yang berlangsung selama waktu pemeraman. Keberlangsungan proses fermentasi dapat diamati dari kadar yield etanol hasil distilasi selama selang waktu 2 hari sampai 10 hari . Pada setiap etanol hasil distilasi dilakukan pengukuran volume dan densitas kemudian dilakukan interpolasi dengan hubungan konversi berat jenis dan kadar etanol [32].
Hubungan antara pH terhadap yield etanol yang dihasilkan pada waktu fermentasi antara 2 sampai 10 hari dapat dilihat pada gambar 4.2. Profil perubahan waktu terhadap kadar etanol dievaluasi setiap 2 hari (berdasarkan pH) dengan menghitung kadar rata-rata dan error bar.
Gambar 4.2 Pengaruh pH Terhadap Kadar Etanol 0 5 10 15 20 25 30 35 2 4 6 8 10 K ad ar E tan ol ( % ) Hari pH 4,0 pH 4,5 pH 5,0
31
Dari gambar 4.2 diperoleh bahwa kadar etanol selama rentang waktu 2 sampai 10 hari mengalami fluktuasi. Secara umum mengalami peningkatan pada hari ke-4, penurunan pada hari ke-6, peningkatan kembali pada hari ke-8 dan terakhir penurunan pada hari ke-10. Derajat keasaman (pH) merupakan salah satu faktor penting yang perlu untuk diperhatikan pada proses fermentasi. pH mempengaruhi laju pertumbuhan Saccharomyces cerevisae [65]. Pada kondisi pH lingkungan yang sesuai Saccharomyces cerevisiae mampu memberikan pengaruh yang signifikan pada produksi etanol [56]. Dari penelitian ini diperoleh kondisi terbaik adalah pH 5 dengan waktu fermentasi 4 hari memiliki yield etanol yang maksimum sebesar 24,26%. Hal ini sesuai dengan penelitian yang telah dilakukan Liu (2014) menggunakan beras Cina dengan Saccharomyces cerevisiae. Selama rentang waktu 0 sampai 100 jam (4 hari) mengalami peningkatan kadar etanol [57].
Etanol adalah reaksi yang berlanjut setelah diperoleh etanol akan mempengaruhi kondisi yeast apabila tidak langsung dipanen. Sehingga akan berubah menjadi asam asetat. Selain itu
4.3.2 Pengaruh Jenis Ragi Terhadap Kadar Bioetanol
Pada penelitian ini dilakukan perbandingan jenis ragi yang digunakan dalam proses fermentasi. Ragi yang digunakan adalah ragi roti merk Fermipan dan ragi tape yang diperoleh dari pasar Pancur Batu. Gambar 4.3 menunjukkan perolehan kadar etanol berdasarkan kedua jenis ragi ini.
0 5 10 15 20 25 30 2 4 6 8 10 K ad ar E tan ol ( % ) Hari Ragi Roti Ragi Tape
32
Gambar 4.3 Pengaruh Jenis Ragi Terhadap Kadar Etanol
Dari rentang waktu 2-6 hari ragi roti menghasilkan kadar etanol yang lebih tinggi, namun setelah waktu 6 hari kadar etanol menggunakan ragi tape menghasilkan hasil yang lebih baik. Sesuai dengan pendapat Pelczar dan Chan (1998), yang menyatakan bahwa ragi roti merupakan khamir jenis Saccharomyces
cerevisiae yang telah diseleksi sebelumnya untuk tujuan komersil. Saccharomyces
cerevisiae yang dipilih adalah Saccharomyces cerevisiae yang memiliki kemampuan memfermentasi gula dengan baik di dalam adonan dan dapat tumbuh dengan cepat [65]. Sehingga dengan menggunakan ragi roti lebih optimal dilakukan fermentasi dalam waktu singkat.
Sedangkan dalam ragi tape kurang optimal, hal tersebut disebabkan ragi yang digunakan bukanlah biakan murni, melainkan merupakan campuran dari genus- genus, memiliki spesies seperti Aspergilus, S. cerevisiae, Candida dan Hansenula, serta Acetobacter. Genus tersebut hidup bersama-sama secara sinergetik dan bekerja berkesinambungan. Dimana, Aspergilus dapat menyederhanakan gula; S. cerevisiae,
Candida dan Hansenula dapat menguraikan gula menjadi alkohol; sedangkan
Acetobacter menguraikan alkohol menjadi asam asetat [66]. Jadi, ketika sudah terbentuk etanol, acetobacter yang terkandung di dalam ragi akan merubahnya menjadi asam asetat.
Penelitian ini tidak sesuai dengan yang dilakukan Johnprimen (2012) menggunakan biji durian dengan ragi roti maupun tape. Hasil penelitian tersebut menunjukkan bahwa penggunaan ragi tape lebih optimal karena lebih banyak mikrorganisme yang dapat menguraikan glukosa menjadi gula-gula yang lebih sederhana dan pada waktu fermentasi mikroba pada tape lebih cepat beradaptasi dan tumbuh [60].
4.3.3 Pengaruh Waktu Fermentasi Terhadap Kadar Bioetanol
Adapun hasil penelitian pembuatan bioetanol dari ampas tebu dengan menggunakan hidrolisis termal dengan variasi waktu fermentasi dapat dilihat pada gambar 4.4.
33
Gambar 4.4 Pengaruh Waktu Fermentasi Terhadap Kadar Bioetanol
Dari grafik dapat dilihat bahwa terjadi fluktuasi selama rentang waktu 2-10 hari. Secara umum mengalami peningkatan pada hari ke-4, penurunan pada hari ke-6, peningkatan kembali pada hari ke-8 dan terakhir penurunan pada hari ke-10. Kadar etanol terbaik diperoleh pada waktu 4 hari sebesar 22,63%.
Hal ini sesuai dengan teori yang menyatakan bahwa, semakin lama fermentasi berlangsung maka jumlah mikroba yang dibutuhkan dalam proses tersebut juga akan semakin bertambah, sehingga dengan semakin meningkatnya jumlah mikroba maka semakin banyak pula karbohidrat yang terurai menjadi alkohol, sehingga alkohol yang dihasilkan juga semakin banyak. Proses ini akan terhenti jika kadar alkohol sudah meningkat sampai tidak dapat ditolerir lagi oleh mikroba [64]. Disisi lain Sari et al (2008), menyatakan bahwa lama fermentasi yang paling optimal untuk proses pembuatan bioetanol adalah 3 hari. Jika fermentasi dilakukan lebih dari 3 hari, justru kadar alkoholnya dapat berkurang. Berkurangnya kadar alkohol disebabkan telah dikonversi menjadi senyawa lain misalnya ester [65]. Untuk membuat analisa perkembangan yeast dibuat variasi waktu etanol selama 12 jam diperoleh hasilnya seperti pada gambar 4.5.
0 5 10 15 20 25 30 2 4 6 8 10 K ad ar E tan ol ( % ) Hari
Kadar alkohol setelah distilasi
34
Gambar 4.5 Variabel Pembanding Waktu Fermentasi
Pertumbuhan dapat diamati dari meningkatnya kadar etanol yang menunjukkan produktivitas saccharomyces cerevisiae. Lama fermentasi juga berkaitan dengan pertumbuhan S.cerevisiae. seperti mikroorganisme yang lain, pertumbuhan dari S.cerevisiae dapat digambarkan dengan kurva pertumbuhan yang menunjukkan masing- masing fase pertumbuhan. Ada 4 fase pertumbuhan yang meliputi fase adaptasi, fase tumbuh cepat, fase stationer, dan fase kematian [65].
4.3.4 Daur Ulang Vinnase
Pemanfaatan sisa distilasi ampas tebu hasil distilasi dilakukan untuk mengetahui sisa kandungan etanol yang masih ada dalam substrat fermentasi. Gambar 4.6 menampilkan hasil recycle pada media dengan variabel pH 5 selama 2 hari fermentasi. 0 5 10 15 20 25
12 jam 24 jam 36 jam 48 jam 60 jam
K ad ar E tan ol ( % ) Waktu Fermentasi
35
Gambar 4.6 Grafik Hubungan Antara Daur Ulang Proses Fermentasi Dengan Kadar Etanol yang Dihasilkan
Dari gambar 4.6 berdasarkan hasil optimum kadar etanol diperoleh pada waktu 4 hari dengan pH 5 menggunakan ragi roti digunakan selanjutnya untuk menganalisis hasil daur ulang menggunakan kondisi yang sama. Pada hasil daur ulang diperoleh densitas 1,012 dan viskositas 0,854 cP. Apabila dibandingkan dengan kadar etanol pada sampel sebelum daur ulang jauh lebih tinggi disebabkan jumlah gula yang terkonsumsi lebih banyak dan didalam substrat belum terlalu banyak senyawa inhibitor yang dapat menghambat pertumbuhan Saccharomyces cerevisiae [34].
Hasil daur ulang menunjukkan kadar etanol yang sangat sedikit. Hal ini menunjukkan daur ulang vinnase kurang memberikan pengaruh yang signifikan terhadap yield etanol.
0 5 10 15 20 25 30 2 4 K ad ar E tan ol ( % ) Waktu (Hari) Daur Ulang
36 4.4 ANALISA SIFAT BIOETANOL 4.4.1 Densitas
Densitas adalah perbandingan antara massa dengan volume sampel larutan. Gambar 4.7 menunjukkan hubungan antara waktu terhadap densitas etanol yang dihasilkan.
Gambar 4.7 Grafik Pengaruh Jenis Ragi dan Waktu Terhadap Densitas Bioetanol pada pH 4,5
Dari gambar 4.7 terlihat bahwa densitas etanol terhadap waktu sangat berfluktuasi. Densitas bioetanol terendah diperoleh sebesar 0,956 gr/ml dimana densitas tersebut melebihi dari densitas bioetanol absolut yaitu sebesar 0,789 gr/ml [6]. Hal ini menunjukkan bahwa etanol yang dihasilkan masih belum murni karena bercampur dengan air. Hal ini disebabkan oleh distilasi yang dilakukan hanya distilasi vakum bukan distilasi azeotrop serta kurang telitinya dalam menjaga kestabilan temperatur distilasi sehingga uap yang keluar bukan hanya bioetanol melainkan bercampur dengan air. 0,95 0,952 0,954 0,956 0,958 0,96 0,962 0,964 0,966 0,968 0,97 2 4 6 8 10 D en si tas (g/ m L ) Waktu ( Hari)
37 4.4.2 Viskositas
Analisa viskositas menunjukkan tingkat kepekatan sampel. Gambar 4.8 menampilkan grafik hubungan kadar etanol terhadap viskositas yang diperoleh dari hasil penelitian.
Gambar 4.8 Grafik Pengaruh Jenis Ragi dan Waktu Terhadap Viskositas Bioetanol pada pH 4,5
Dari gambar 4.8 menunjukkan grafik yang mengalami fluktuasi selama waktu fermentasi 10 hari. Viskositas bioetanol tertinggi diperoleh sebesar 0,874 cP dimana viskositas tersebut lebih rendah dari viskositas etanol pada suhu 30oC yaitu sebesar 0,93 cP [6]. Hal ini menunjukkan bahwa etanol yang dihasilkan masih sedikit. Sesuai pendapat ChoKyun (1999), bahwa viskositas larutan tergantung pada viskositas zat terlarut dan pelarut serta konsentrasi zat terlarut. Semakin tinggi konsentrasi dan viskositas zat terlarut maka viskositas larutan semakin tinggi [62].
0 5 10 15 20 25 30 0,814 0,859 0,833 0,873 0,816 K ad ar E tan ol (% ) Viskositas (cP)
38 4.4.3 Nilai Kalor Bioetanol
Gambar 4.9 menampilkan hubungan antara waktu terhadap nilai kalor etanol.
Gambar 4.9 Grafik Pengaruh Nilai Kalor Terhadap Waktu pada pH 4,5
Berdasarkan gambar 4.9 nilai kalor bioetanol berkisar antara 86,98- 161,59 kkal/kg. Nilai kalor yang diperoleh pada bioetanol yang dihasilkan dari ampas tebu dengan proses hidrolisis termal masih sangat kecil dibandingkan dari bioetanol dari bahan baku berbeda, diantaranya nilai kalor dari sampah organik berkisar antara