Model Optimasi Fermentasi Curah Aseton - Butanol - etanol oleh Clostridium acetobutylicum Menggunakan Substrat Hidrolisat Tandan Kosong Kelapa Sawit

(1)

MODEL OPTlMASl FERMENTASI

CUR

AH

ASETON-BUT AM

01-ETANOL

QLEH

e b o s r r i d i u m a c e t c b u t y l i c u r n

MEMGGUNAKAN SUBSTRAT

HIDROLlSAT TANDAN KOSQNG KELAPA SAWIT

Qleh

HER1 SAMTOSA

F 24.0976

1995

FARULTAS

TEKNOLOGI PERTANIAN

(2)

HER1 SANTOSA. F24.0976. Model Optimasi Fer~nentasi Curali Aseton-Butanol- Etanol oleh Clostridilrii~ urelobui~licuin Menggunakan Substrat Hidrolisat Tatidall Kosong Kelapa Sawit. Di bawall bimbingan Djumali Mangunwidjaja dan Pramono D. Fewidarto.

RINGKASAN

Tandan kosong kelapasawit (TKKS) adalah lirnbah Iignoselulosik yang terdapat

dalam jumlali yang melimpah di Indonesia dan berpotensi sebagai bahan baku industri.

Salali satu pemanfaatan TKKS adalah dengan menghidrolsisnya sehingga diperoleh

liidrolisat yang kemudian digunakan sebagai substrat fermentasi untuk memproduksi

pelarut aseton, butanol dan etanol menggunakan mikroba Clostridium acetobutylicun~.

Dengan adanya beberapa keterbarasan produksi pelarut, antara lain mahalnya

biaya proses awal evaporasi hidrolisat dan pemurnian. maka perlu dipilili proses

fermentasi yang optimal sehingga diperoleli bahan pelarut maksimal

Penelitian ini bertujuan untuk menentukan model matematik proses fermentasi

aseton-butanol-etanol (ABE). optimasi model tersebut. Fungsi tujuan optimasi tersebut

adalah memaksimumkan perolehan bahan pelaruc dan meminimumkan sisa substrat.

Optimasi fermentasi ABE ini didasarkan atas data hasil penelitian Setyawati.

(1994, Wibowo (1994), dan Siregar (1995).

Dari hasil pemodelan yang dikembangkan oleh Votruba et. al. (1986) dari

Voleskp dan Votruba (1992). diperoleh sebuah model umum proses fermentasi ABE.

Optimasi dilakultan dengan metoda nurnerik pencarian langsung (Direct Search

(3)

Nilai parameter model mate~natik umuln fermentasi A B E yaitu

k , = 0.086 /jam, k 2 = 0.004 I/g.jam, k j = 0,033 I/g.jam, k, = -0,574 /jam. k, = 0,004 l/g.jam, k, = 0,025 !jam, k, = 0,002 I/g.jam, k, = 0.242 /jam,

k, = 0,062 Ija~n, k,,, = 0,O 18 /jam, dan k , , = 0,007 /jam,

Nilai optimum hasil optimasi untuk bio~nassa adalah 1,508 gll, substrat

sisa 15,317 g/l, aseton 3.876 g/l, butanol 9.102 g/l, etanol 1,503 gll, asam

asetat 2,522 g/l, asam butirat 1,533 g/l dan total pelarut 14.481 gll, dengan

(4)

MODEL OPTIMASI FERMENTASI CURAH ASETON-BUTANO1,-ETANOI, OLEH Clostridiurn ucetob~~tyficrirn MENGGUNAKAN SUBSTRAT

HIDROLISAT TANDAN KOSONG KELAPA SAWIT

Oleh

HER1 SANTOSA F 24.0976

SKRIPSI

Sebagai salah satu syarat untuk memperoleh gelar

SARJANA TEKNOLOGI PERTANIAN pada Jurusan Teknologi Industri Pertanian

Fakultas Teknologi Pertanian

Institut Pertanian Bogor

1995

JURUSAN TEKNOLOGI INDUSTRI PERTANIAN FAKULTAS TEKNOLOGI PERTANIAN

(5)

INSTITUT PERTANIAN BOGOR

FAKULTAS TEKNOLOGI PERTANIAN

- - -- -

MODEL OPTIMASI FERMENTASI CURAH ASETON-BUTANOL-ETANOL

OLEH Clostridium acetobutylicum MENGGUNAKAN SUBSTRAT

HIDROLISAT TANDAN KOSONG KELAPA SAWIT

SKRIPSI

Sebagai salah satu syarat untuk memperoleh gelar sarjana

pada Jurusan TEKNOLOGI INDUSTRI PERTANIAN

Fakultas Tekllologi Pertanian

Oleh

HER1 SANTOSA F 24.0976

Dietujui,

(6)

K A T A P E N C A N T A R

Puji syukur penulis panjatkan ke hadirat Allah Subhanallahu ta'ala.

karena atas segala rahmat dan hidayah-Nyalah, sehingga penulis dapat

inenyelesaikan skripsi ini de~igan baik. Shalawat dan salam senantiasa tercurah

kepada Nabi Besar Muhammad Shalallahu Alaihi Wassalam.

Pada kesempatan ini penulis mengucapkan terima kasih yang tak

terhingga kepada semua pihak yang telah membantu dalam penyusunan skripsi

ini. Ucapan terima kasih yang tak terhingga penulis ucapkan kepada Dr. Ir.

Djumali M., DEA, selaku dosen pembimbing pertama yang telah memberikan

bimbingan dan saran-saran dalam penyusunan skripsi ini. Ucapa~i terima kasih

yang sebesar-besarnya juga penulis ucapkan kepada Ir. Pramono D.F.. MS..

selaku dosen pembimbing kedua atas segala bimbingan dan saran-saran yang

telah diberikan dalam penyusunan skripsi ini. Terima kasih juga penulis

ucapkan kepada rekan-rekan LP3 Studia yang telah memberikan dorongan dan

fasilitas komputer untuk menyelesaikan skripsi ini.

Penulis menyadari bahwa penyusunan skripsi ini masih belum

sempurna, oleh karena itu kritik yang membangun dari pembaca sangat penulis

hargai.

Bogor. Dese~nber 1995

(7)

DAFTAR IS1

...

. . .

K A T A P E N G A N T A R 1 1 1

. . .

D A F T A R I S I iv

D A F T A R T A B E L . . . vi

D A F T A R G A M B A R . . . vii

...

DAFTAR LAMPIRAN

. . .

V I I I

. . .

.

I PENDAHULUAN i

A . L A T A R B E L A K A N G

. . .

1

B . T U J U A N

. . .

2

11 . TINJAUAN PUSTAKA

. . .

3

A

.

POTENSI D A N MANFAAT TANDAN KOSONG KELAPA

. . .

SAWIT 3

B

.

HIDROLISIS BAHAN LIGNNOSELULOSIK

. . .

6

C . _{FERMENTASI ASETON BUTANNOL ETANOL (ABE)} . . . 7

1

.

Mikroba yang Berperan

. . .

7

. . .

2

.

Tahapan Proses d a l a ~ n Fermentasi ABE 9

3

.

Sumber Karbon dan Ko~nposisi Media

. . .

10

4 . Pengaruh pH Media . . . 12

. . . .

5 _{Pengaruh Agitasi} ₁₃

6 . _{Pengaruh Butanol dan Asam} . . . 14

. . .

(8)

v

. . . .

E M O D E L MATEMATIK D A N OPTIMASI FERMEN'TASI 16

1 . Kinetika Proses . . . 16

2 . Identifikasi Model Matelnatik . . . 19

3

.

Penerapan Model Matematik d a l a ~ n Silnulasi dan Optimasi Proses . . . 4 . Teknik Optimasi

. . .

21

a

.

Metoda Logika. Teknik Pencarian Lanzsung (Direct Search Method)

. . .

22

. . .

. 5 Model Matematik Proses Fermentasi ABE 24 Ill . METODOLOGI . . . 27

IV

.

HASIL D A N PEMBAHASAN

. . .

30

A

.

PEMBENTUKAN M O D E L

. . .

30

1

.

Penentuan Parameter Model

. . .

34

. . .

2 . Pembentukan Model Umum 46 B

.

OPTIMASI MODEL MATEMATIK FERMENTASI ABE

. . . .

49

V . KESIMPULAN D A N SARAN

. . .

5 4 A . KESIMPULAN

. . .

54

(9)

DAFTAR TABEL

Tabel I . Produksi dan perkiraan minyak kelapa sawit dan ininyak inti kelapa

sawit. luas lahan serta jumlah TKKS th. 1979 - 1998 . . . ₄

Tabel 2. Nilai parameter dan kepekaan model matematik fer~nentas~ ABE . . 37

Tabel 3 . _{Hasil penentuan parameter model umum serta analisis kepekaan}

absolut (APS) dan relatif (RPS)

. . .

16

Tabel 4. Nilai konsentrasi optimum masing-masing hasil fermentasi

beserta nilai konsentrasi awalnya

. . .

50

Tabel 5 . _{Hasil otpimasi fermentasi}_{ABE dibandingkan dengan data hasil}

(10)

Gambar 1. Grafik produksi dan perkiraan cninyak kelapa sawit dan

~ninyak inti kelapa sawit, luas lalian dan junilah TKKS . . .

.

. . 5

Garnbar 2. Jalur reaksi bioki~niawi konversi gula menjadi pelarut organik

oleh Clostridium acetobutylicunz (Votruba et al.. 1986) . . .

. .

. 8

Gambar 3. Pengaruh penghambatan metabolisme gula oleh butanol secara

intraseluler (Yerushalrni et al.. 1986)

.

. . .

. .

. . .

.

15

Gambar 4. Bagan alir pembentukan model optimasi fermentasi ABE

.

. .

. 28

Gambar 5. Diagram alir program optimasi fermentasi aseton butanol etanol

.

29

Gambar 6. Data (sandi) dan pelnodelan fermentasi ABE menggunakan data

Siregar (1995)

. . .

.

. . . .

. .

. . .

.

. . .

.

. . .

. 39

Gambar 7. Data (sandi) dan pemodelan ferme~itasi ABE menggunakan data

Wibowo (1994)

. .

. . . .

.

. . .

. .

. . . .

. .

. . .

.

4 1

Gambar 8. Data (sandi) dan pemodelan fermentasi ABE menggunakan data

Setyawati (1994) .

. . . .

.

. . .

. .

. . .

. .

. . .

. 42

Gambar 9. Data (sandi) dan pemodelan (garis) fermentasi ABE dari hidrolisat

TKKS

. . .

47 [image:10.602.105.537.173.548.2]

(11)

(12)

(13)

(14)

(15)

(16)

(17)

(18)

(19)

(20)

(21)

(22)

(23)

(24)

(25)

(26)

(27)

(28)

(29)

(30)

(31)

(32)

(33)

(34)

(35)

(36)

(37)

(38)

(39)

(40)

(41)

(42)

(43)

(44)

(45)

(46)

(47)

(48)

(49)

(50)

(51)

(52)

(53)

(54)

(55)

(56)

(57)

(58)

(59)

(60)

(61)

(62)

(63)

(64)

(65)

(66)

(67)

(68)

(69)

(70)

(71)

(72)

(73)

(74)

(75)

(76)

(77)

(78)

(79)

(80)

(81)

(82)

(83)

(84)

MODEL OPTlMASl FERMENTASI

CUR

AH

ASETON-BUT AM

01-ETANOL

QLEH

e b o s r r i d i u m a c e t c b u t y l i c u r n

MEMGGUNAKAN SUBSTRAT

HIDROLlSAT TANDAN KOSQNG KELAPA SAWIT

Qleh

HER1 SAMTOSA

F 24.0976

1995

FARULTAS

TEKNOLOGI PERTANIAN

(85)