TOPIK TEKNOLOGI DAN REKAYASA PROSES
WITH AGAR
S.P.Abrina Anggraini1), Fenni Suryanti1) 1)
Program Studi Teknik Kimia, Fakultas Teknik, Univeritas Tribhuwana Tunggadewi Jl. Telaga Warna Blok C Tlogomas Malang
[email protected] ABSTRAK
Proses fermentasi yang biasa dilakukan secara umum di masyarakat adalah secara batch, namun proses ini konsentrasi etanol yang dihasilkan cukup rendah karena produksi etanol yang terakumulasi akan meracuni mikroorganisme pada proses fermentasi. Selain itu produktivitas etanol dari proses batch sangat kecil karena membutuhkan waktu yang lama sekitar 72 jam. Pemanfaatan bakteri yang hanya mampu dipakai sekali dalam setiap fermentasi juga merupakan kelemahan proses batch. Untuk mencari solusi terhadap kelemahan tersebut, maka pada produksi etanol dari molases ini dapat dilakukan dengan proses fermentasi secara semikontinyu dengan sistem fermentasi fluidisasi. Efektivitas proses fermentasi merupakan hal yang perlu diperhatikan untuk mendapatkan kadar etanol optimal. Tinggi rendahnya kadar etanol ditentukan salah satunya oleh kadar gula dalam substrat. Penelitian ini bertujuan untuk mengetahui hasil yang maksimal dari bukaan laju alir aliran dan konsentrasi glukosa terhadap efisiensi proses dan kualitas ethanol. Metode penelitian ini menggunakan sistem fermentasi fluidisasi semikontinyu dengan menggunakan Saccharomyces Cerevisiae yang diamobilisasi dengan agar. Hasil penelitian menunjukkan bahwa proses fermentasi fluidisasi semikontinyu yang teramobilisasi dengan agar dilakukan selama 1 hari dengan konsentrasi gula 15%, 20%, 25%, 30% diperoleh kadar etanol sebesar 6%, 10%,16%, 18% pada bukaan laju alir 300. Kadar etanol juga diperoleh sebesar 8%, 12%, 18%, 20% pada bukaan laju alir 600 . Kadar etanol diperoleh pula sebesar 6%, 13%, 19%, 21% pada bukaan laju alir 900 .Untuk mengetahui kadar etanol dilakukan uji kadar etanol pada tiap variabel dengan menggunakan GC (Gas Chromatography).
Kata kunci : fermentasi, fluidisasi, amobilisasi, etanol. ABSTRACT
The fermentation process is usually done in general in society is to batch , but the process is the concentration of ethanol produced is quite low due to the production of ethanol that accumulates will poison the microorganisms in the fermentation process . Besides ethanol productivity of batch processes is very small because it takes a long time about 72 hours . Utilization of bacteria which can only be used once in each fermentation is also a weakness of batch process. To find solutions to these weaknesses , then the production of ethanol from molasses can be done with the semikontinue fermentation process with fluidization fermentation system . Effectiveness of the fermentation process is of particular interest to obtain optimal levels of ethanol . High or low levels of ethanol is determined in part by the sugar levels in the substrate. This study aims to determine the most out of the opening flow of flow rate and the concentration of glucose to ethanol process efficiency and quality . This research method using a semicontinue fluidized fermentation system using Saccharomyces cerevisiae immobilized with agar. The results showed that the semicontinue fluidization fermentationprocessis immobilized with agar for 1 day with a sugar concentration of 15 % , 20 % , 25 % , 0 % ethanol content acquired by 6 % , 10 % , 16 % , 18 % at openings of a flow rate 300 . Ethanol content was also obtained by 8 % , 12 % , 18 % , 20 % at openings of a flow rate 600 . Ethanol also obtained by 6 % , 13 % , 19 % , 21 % at openings of a flow rate 900 . To determine the concentration of ethanol use the ethanol test for each variable by using GC (Gas Chromatography).
PENDAHULUAN
Alkohol atau etanol adalah bahan kimia yang banyak digunakan dalam industri baik sebagai pelarut atau solvent dan juga sebagai bahan baku industry kimia yang lain seperti pembuatan etil asetat. Hampir semua industry memerlukan etanol antara lain farmasi, industri minuman/makanan, bidang kedokteran, industri kimia dan lain- lain.
Produksi etanol yang dikembangkan saat ini dapat dibuat dari bahan baku yang mengandung glukosa, pati, dan selulosa. Glukosa dapat berasal dari kandungan molases yang dikonversi secara langsung menjadi etanol. Pada penelitian ini bahan baku yang digunakan adalah molases karena lebih ekonomis, ditinjau dari harga bahan baku yang relatif murah karena merupakan hasil samping dari pembuatan gula, serta untuk memanfaatkan hasil samping dari pembuatan gula dalam berbagai produk.
Efektivitas proses fermentasi merupakan hal yang perlu diperhatikan untuk mendapatkan kadar etanol optimal. Tinggi rendahnya kadar etanol ditentukan salah satunya oleh kadar gula dalam substrat. Proses fermentasi yang biasa dilakukan secara umum di masyarakat sifatnya adalah secara konvensional yaitu yang dijalankan dengan proses batch sebagai upaya untuk memudahkan kontrol proses fermentasi dari kontaminasi mikroorganisme, namun proses ini mempunyai kendala yaitu konsentrasi etanol yang dihasilkan cukup rendah karena produksi etanol yang terakumulasi akan meracuni mikroorganisme pada proses fermentasi. Selain itu produktivitas etanol dari proses batch sangat kecil karena membutuhkan waktu yang lama sekitar 72 jam untuk menghasilkan etanol, pemanfaatan bakteri yang hanya mampu dipakai sekali dalam setiap fermentasi juga merupakan kelemahan proses batch yang harus dicari solusinya.
Untuk mencari solusi terhadap kelemahan tersebut, maka pada produksi etanol dari molases ini dapat dilakukan dengan proses fermentasi secara semikontinyu dengan sistem fermentasi fluidisasi yang merupakan teknik modifikasi alat pada proses fermentasi
dengan menggunakan enzim
teramobilisasi, sehingga mampu meningkatkan efektivitas proses pembuatan etanol kurang dari 72 jam lebih cepat dari pada fermentasi konvensional, dan diharapkan etanol yang dihasilkan memiliki konsentrasi yang tinggi. Penelitian ini bertujuan untuk mengetahui hasil yang maksimal dari bukaan laju alir aliran dan konsentrasi glukosa terhadap efektivitas proses dan kualitas ethanol.
Amobilisasi terfluidisasi memiliki aplikasi yang luas karena karakteristik perpindahan panasnya yang sangat baik. Fluidisasi adalah suatu fenomena berubahnya sifat suatu padatan (bed) dalam suatu reactor menjadi bersifat seperti fluida dikarenakan adanya aliran fluida ke dalamnya, baik berupa liquid maupun gas. Jika suatu aliran udara melewati partikel unggun yang ada dalam tabung, maka aliran tersebut akan memberikan gaya seret (drag force) pada partikel dan menimbulkan pressure drop sepanjang unggun. Pressure drop akan naik jika kecepatan superficial naik. Hal ini didukung oleh berubahnya sifat dari amobilisasi tersebut menjadi seperti fluida sehingga perpindahan panas yang terjadi adalah secara konveksi. Dengan demikian, partikel dan gas yang memasuki amobilisi terfluidisasi segera mencapai suhu unggun dan partikel dalam unggun bersifat isothermal pada semua situasi. Keadaan isothermal disebabkan oleh pencampuran yang merata dan area kontak yang luas antara gas dan partikel.
Gambar 1 Unggun diam
Bila suatu fluida cair atau gas dialirkan melalui unggun (tumpukan partikel), penurunan tekanan (pressure drop) fluida akibat dari hambatan padat, dimana P2<P1, ΔP = P1-P2. Fenomena ini disebut fenomena fixed bed, terjadi ketika laju alir fluida kurang dari laju minimum yang dibuthkan untuk proses awal fluidisasi. Pada kondisi ini partikel padatan tetap
Gambar 2. Unggun terfluidakan
Jika laju alir (aliran gas) dinaikkan maka pressure drop oleh tahanan partikel padat juga meningkat , ΔP meningkat. Fenomena ini disebut fenomena minimum, terjadi ketika laju alir fluida mencapai laju alir minimum yang dibutuhkan untuk proses fluidisasi. Pada kondisi ini partikel –partikel padat mulai terekspansi
Gambar 3. Unggun fluidized bed
Jika laju alir fluida terus ditingkatkan, partikel padat mulai bergerak dan terangkat sampai terjadi suspense sempurna (fluidized bed), ΔP konstan. Fenomena ini disebut fenomena smooth terjadi saat kecepatan dan distribusi aliran fluida merata, densitas dan distribusi partikel dalam amobilisasi sama atau homogeny sehingga ekspansi pada setiap partikel padatan seragam.
Dengan menggunakan system fluidisasi pada proses fermentasi ini diharapkan hasil etanol yang tinggi dan lebih efektif selama proses fermentasi berlangsung, dimana jika menggunakan secara konvensional atau secara bacth butuh waktu selama 72 jam. Untuk mendasari penelitian ini ada beberapa peneliti yang menghasilkan kadar etanol secara batch selama porses fermentasi lebih dari 24 jam antara lain adalah Jepriyadi, dkk (2011) menyatakan bahwa kadar etanol tertinggi 5,6% dihasilkan pada komposisi 12 gram khamir dilakukan dalam waktu 72 jam. Rido, dkk (2012) menyimpulkan juga bahwa konsentrasi gula larutan molases yang optimal adalah 18%, dengan kadar etanol yaitu 13,85% dan lama fermentasi 72 jam.
Produksi etanol dilakukan dengan proses fermentasi menggunakan bakteri Saccharomyces cerevisiae, karena
Saccharomyces cerevisiae memiliki toleransi suhu yang rendah sehingga relatif mudah diatur pada suhu ruang. Saccharomyces cerevisiae dikenal sebagai salah satu spesies ragi yang mempunyai daya konversi gula menjadi etanol yang cukup tinggi antara 8-12%. Saccharomyces cerevisiae mempunyai laju fermentasi dan laju pertumbuhan cepat, tahan terhadap etanol tinggi, tahan terhadap garam tinggi, pH optimum fermentasi rendah, temperatur optimum fermentasi sekitar 25-300C serta tahan terhadap stress fisika dan kimia. Penemuan Saccharomyces cerevisiae mampu mengubah glukosa menjadi etanol secara efisien dan cepat, merupakan peluang yang penting untuk meningkatan produktivitas pada proses pembuatan etanol.