RANCANGAN PROSES FERMENTASI
KELAS : B
KELOMPOK : 1 NAMA (NIM) :
1. Alifah Rifdah Rosyidah (H0919003) 2. Anindita Nagamustika Mahayati (H0919010) 3. Anisatun Lathifah (H0919012)
4. Ayu Dwi Utami (H0919021)
5. Aziza Jasmine (H0919023)
PROSES PEMBUATAN BIOETANOL DARI KULIT PISANG KEPOK (Musa acuminata B.C) SECARA FERMENTASI
Bioetanol adalah etanol yang bahan utamanya dari tumbuhan dan umumnya menggunakan proses fermentasi. Etanol atau etil alkohol C2H5OH, merupakan cairan bening yang tidak berwarna, larut dalam air, eter, aseton, benzene, dan semua pelarut organik, memiliki bau khas alkohol serta terurai secara biologis (biodegradable), toksisitas rendah dan tidak menimbulkan polusi udara yang besar bila bocor. Etanol yang terbakar menghasilkan karbondioksida (CO2) dan air (Skadrongautama, 2009). Sifat-sifat kimia dan fisis ethanol sangat tergantung pada gugus hidroksil. Pada tekanan > 0,114 bar (11,5 kPa) etanol dan air dapat membentuk larutan azeotrop. Etanol banyak digunakan sebagai pelarut, germisida, minuman, bahan anti beku, bahan bakar, dan senyawa antara untuk sintesis senyawa-senyawa organik lainnya. Etanol sebagai pelarut banyak digunakan dalam industri farmasi, kosmetika, dan resin maupun laboratorium.
Bioetanol merupakan salah satu biofuel yang hadir sebagai bahan bakar alternatif yang lebih ramah lingkungan dan sifatnya terbarukan. Bioetanol (C2H5OH) adalah cairan biokimia dari proses fermentasi gula dari sumber karbohidrat menggunakan bantuan mikroorganisme. Bioetanol diartikan juga sebagai bahan kimia yang diproduksi dari bahan pangan yang mengandung pati, seperti ubi kayu, ubi jalar, jagung, dan sagu. Bioetanol merupakan bahan bakar dari
minyak nabati yang memiliki sifat menyerupai minyak premium. Produksi bioetanol (alkohol) dengan bahan baku tanaman yang mengandung pati atau karbohidrat, dilakukan melalui proses konversi karbohidrat menjadi gula (glukosa) larut air. Sebagai alternatif digunakan campuran bioetanol dengan bensin. Sebelum dicampur, bioetanol harus dimurnikan hingga 100%. Campuran ini dikenal dengan sebutan gasohol (Skadrongautama, 2009). Bioetanol mempunyai manfaat untuk dikonsumsi manusia sebagai minuman beralkohol. Manfaat bioetanol dapat dijadikan bahan bakar, maka bioetanol merupakan salah satu biofuel yang hadir sebagai bahan bakar alternatif yang lebih ramah lingkungan dan sifatnya yang terbarukan. Selain dari tumbuhan bioetanol juga dapat dibuat dari kayu atau limbah kertas karena kandungan selulosa didalamnya. Alasan kami memilih produk bioetanol karena bioetanol memiliki sifat yang lebih ramah lingkungan dibandingkan etanol sebagai campuran bahan bakar. Bioetanol aman digunakan sebagai bahan bakar, titik nyala etanol tiga kali lebih tinggi dibandingkan bensin.
Selain itu, emisi hidrokarbon yang dibentuk lebih sedikit.
TIPE FERMENTASI
Tipe fermentasi yang digunakan pada rancangan fermentasi untuk menghasilkan produk bioetanol dari kulit pisang kepok adalah fermentasi fed-batch dengan agitasi, yaitu fermentasi dalam bioreaktor tangki berpengaduk. Yeast pada fermentasi bioetanol secara fed-batch tumbuh dan berkembangbiak selama fermentasi yang ditandai dengan adanya peningkatan jumlah populasi hingga kurun waktu tertentu. Yeast pada fermentasi bioetanol secara fed-batch berada pada fase logaritmik 24 jam fermentasi. Menurut Suwasono, dkk. (2002), berdasarkan perbandingan produk dan pertumbuhan sel, fermentasi alkohol termasuk tipe fermentasi pertumbuhan terpadu (associated growth), yaitu suatu proses dengan pertumbuhan sel dan pembentukan produk berjalan seiring. Tipe fermentasi secara fed-batch dipilih karena dilakukan penambahan substrat ketika konsentrasi gula pada media fermentasi mulai menurun sehingga kebutuhan sumber karbon bagi yeast dapat dipenuhi untuk melakukan pertumbuhan dan perkembangan hingga
kurun waktu tertentu (Fifi dkk., 2016). Pada pengadukan saat proses fermentasi juga berfungsi untuk meratakan kontak sel dan substrat, menjaga agar mikroorganisme tidak mengendap di bawah, dan meratakan temperatur diseluruh bagian bioreaktor (Kurniawan, 2011). Semakin cepat pengadukan pada proses fermentasi, maka konsentrasi etanol yang dihasilkan akan semakin banyak. Berikut merupakan diagram alir proses pembuatan Bioetanol dari Kulit Pisang Kepok.
Gambar 1. Diagram Alir Pembuatan Bioetanol dari Kulit Pisang Kepok
Ilustrasi gambar fermentasi kulit pisang kepok untuk menghasilkan bioetanol adalah sebagai berikut:
Gambar 2. Fermentasi Kulit Pisang Kepok dengan Bioreaktor Tangki Berpengaduk
MIKROORGANISME
Mikroba yang kita jadikan starter dalam pembuatan bioetanol ini adalah Saccharomyces cereviceae. Saccharomyces cereviceae merupakan bakteri yang termasuk dalam family Saccharomycetales dengan genus Saccharomyces bentuknya sel khamir bundar, memanjang seperti benang dan menghasilkan psedomiselium. Khamir ini hidup pada kondisi pH 3-6 dengan temperature maksimal 40-50°C dan minimal 0°C (Moeksin, 2015). Mikroorganisme yang digunakan sebagai starter dalam fermentasi kulit pisang kepok dengan tipe fermentasi Fed-Batch menggunakan bioreaktor tangki berpengaduk adalah Saccharomyces cereviceae. Saccharomyces cerevisiae dipilih karena merupakan yeast yang mampu membentuk flok atau gumpalan sel yang mengendap secara cepat dalam medium pertumbuhannya, yang berperan penting dalam produksi bioetanol karena mempermudah proses purifikasi yaitu meniadakan proses sentrifugasi sehingga dapat menurunkan biaya produksi (Kida dkk., 1991).
Mikroorganisme ini dipilih karena Saccharomyces cerevicae yang dapat memproduksi alkohol dalam jumlah besar dan mempunyai toleransi pada kadar alkohol yang tinggi. Kadar alkohol yang dihasilkan sebesar 8- 20% pada kondisi optimum. Saccharomyces cereviceae yang bersifat stabil, tidak berbahaya atau menimbulkan racun, mudah di dapat dan malah mudah dalam pemeliharaan.
Saccharomyces cerevicae lebih banyak digunakan untuk memproduksi bioetanol secara komersial bila dibandingkan dengan bakteri atau jamur. Sedangkan untuk bakteri tidak banyak digunakan untuk memproduksi alkohol secara komersial, karena bakteri tidak dapat tahan pada kadar alkohol yang tinggi. Secara umum mikroorganisme dapat tumbuh dan memfermentasi gula menjadi etanol secara efisien pada pH 3,5-6,0 dan suhu 28-35°C (Sudarmadji K., 1989).
MEDIA
Media adalah suatu bahan yang terdiri dari campuran zat-zat hara (nutrient) yang digunakan untuk membiakkan mikroba. Media terdapat bermacam-macam yang dapat digunakan untuk isolasi, perbanyakan, pengujian sifat-sifat fisiologis dan perhitungan jumlah mikroba maupun untuk transport spesimen dari suatu tempat ke tempat pemeriksaan mikrobiologi. Mikroorganisme memanfaatkan nutrisi media berupa molekul-molekul kecil yang dirakit untuk menyusun komponen sel. Media kultivasi mikroorganisme adalah suatu bahan yang terdiri dari campuran zat-zat makanan (nutrisi) yang diperlukan mikroorganisme untuk pertumbuhannya. Mikroorganisme memanfaatkan nutrisi media berupa molekul- molekul kecil yang dirakit untuk menyusun komponen sel. Komposisi media kultivasi yang digunakan dalam pembuatan bioetanol ini yaitu dengan komposisi aquades, larutan gula 14%, urea 0.5% dari kadar gula, dan KH2PO4 sebanyak 0.1%
dari kadar gula yang digunakan. Alasan penggunaan aquades yaitu karena kita menggunakan media cair, sehingga digunakan sebagai pencampur. Alasan dari penggunaan gula (glukosa), urea, KH2PO4 adalah sebagai sumber nutrisi untuk perkembangan starter, yaitu Saccaromycess Cereviciae. Gula sebagai sumber karbon, urea sebagai sumber karbon dan nitrogen, KH2PO4 serta sebagai sumber phosphate. Sumber karbon dan nitrogen yang dibutuhkan untuk metabolisme mikroorganisme biasanya tersedia dalam bentuk senyawa komplek. Yeast mampu menggunakan bermacam-macam senyawa komplek yang tersedia. Hal ini disebabkan adanya enzim yang dapat membantu mendegradasi dan mencerna untuk dimetabolisme oleh sel mikroba. Nitrogen merupakan salah satu makromolekul di dalam sel mikroorganisme yang memiliki peran yang sangat besar dalam penyusunan struktur sel dan fungsinya (Wang et al. 2012). Mikroorganisme memiliki mekanisme yang mengontrol penyediaan suplai nitrogen secara kontinyu.
Urea dapat digunakan sebagai sumber nitrogen pada media pertumbuhan yeast.
Komposisi media fermentasi yaitu 300 gr kulit pisang kepok dan HCl 5%.
Alasan penggunaan kulit pisang kepok adalah karena di Indonesia terdapat banyak pohon pisang, termasuk pisang kepok sehingga kulitnya bisa dimanfaatkan. Selain itu, kulit pisang kepok digunakan karena mengandung karbohidrat. Karbohidrat
tersebut diurai terlebih dahulu melalui proses hidrolisis kemudian di fermentasi dengan menggunakan starter menjadi alkohol (bioetanol). Sedangkan alasan dari penggunaan HCl yaitu sebagai katalisator yang dapat mempercepat hidrolisis pati pada kulit pisang. Proses hidrolisis merupakan tahap penting dalam pembuatan bioetanol, karena proses hidrolisis ini menentukan jumlah glukosa yang dihasilkan untuk kemudian dilakukan fermentasi menjadi bioetanol. Prinsip hidrolisis pati adalah pemutusan rantai polimer pati menjadi unit-unit dekstrosa atau monosakarida yaitu glukosa (Bahri dkk., 2018).
KONDISI FERMENTASI
Proses fermentasi dilakukan untuk mengubah karbohidrat pada kulit pisang kepok menjadi produk yang memiliki nilai guna, yaitu diproses menjadi alkohol atau bioetanol. Proses fermentasi akan mempengaruhi tinggi rendahnya alkohol pada produk karena aktivitas khamir. Lama fermentasi juga mempengaruhi volume etanol yang dihasilkan, serta penggunaan ragi yang berlebih dapat menyebabkan etanol yang dihasilkan semakin rendah
(Wusnah, dkk. 2016).
Fermentasi dipengaruhi oleh banyak hal. Faktor pertama adalah suhu.
Proses fermentasi dilakukan dengan suhu yang diatur agar tetap memenuhi persyaratan optimal pertumbuhan dari mikroorganisme yang digunakan
(Azizah, dkk. 2012). Proses fermentasi untuk mengubah karbohidrat menjadi etanol ini menggunakan khamir dari genus Saccharomyces sp. Khamir tersebut tumbuh optimum untuk menghasilkan etanol pada suhu kamar. Hidayat, dkk (2018) menuliskan bahwa suhu optimum pertumbuhan Saccharomyces sp. adalah 30-35 C.
Sedangkan Sukadarrumidi, dkk (2018) berpendapat bahwa suhu optimum fermentasi adalah 28–32 C. Oleh karena pertimbangan tersebut, maka kami membuat kondisi fermentasi dikontrol pada suhu 30°C.
Kondisi berikutnya yang perlu diperhatikan adalah waktu. Semakin lama waktu fermentasi, maka akan menyebabkan konsentrasi karbohidrat semakin menurun, sedangkan konsentrasi bioetanol akan semakin meningkat. Hal ini dikarenakan seiring dengan waktu kontak yang terjadi semakin intens,
pengonversian glukosa menjadi bioetanol akan meningkat (Kurniawan, 2011).
Menurut Yuniar, dkk (2018), waktu fermentasi optimum adalah 32 jam. Karena mikroorganisme yang digunakan berada pada fase stasioner pada jam tersebut.
Apabila waktu fermentasi diperpanjang dapat menyebabkan terjadinya proses oksidasi lanjutan, yaitu perubahan etanol menjadi asam asetat (Kurniawan, 2011).
Oleh karena itu, kami mengontrol lama fermentasi alkohol selama 32 jam untuk mendapatkan volume bioetanol yang optimal.
Kondisi lain yang perlu dikontrol adalah pH atau derajat keasaman. Derajat keasaman optimum untuk proses fermentasi adalah berkisar antara 4-5. PH optimum menyebabkan pertumbuhan mikroorganisme menjadi optimum sehingga proses berfermentasi juga dapat berjalan optimal (Ferdaus, dkk. 2008). PH yang terlalu rendah atau asam dapat menyebabkan proses pertumbuhan mikroorganisme kurang optimal atau lambat, sedangkan pH yang terlalu tinggi atau basa bisa menyebabkan dorman hingga kematian pada mikroorganisme tersebut (Dompeipen dan Dewa. 2015). Menurut Sukadarrumidi, dkk (2018), pH optimum untuk pertumbuhan Saccharomyces berkisar antara 4,5-5,5. Oleh karena itu, kami memutuskan mengontrol derajat keasaman pada pH 5.
Untuk membantu mempercepat proses fermentasi, maka kami menambahkan kondisi tambahan pada proses fermentasi, yaitu perlakuan agitasi atau pengadukan. Pengadukan berfungsi untuk meratakan kontak sel dan substrat, menjaga agar mikroorganisme tidak mengendap di bawah dan meratakan temperatur di seluruh bagian bioreaktor (Yuniar, dkk. 2020). Peran lain proses agitasi adalah menaikan kecepatan kelarutan oksigen, mempercepat transfer nutrien dan oksigen ke dalam sel, sehingga agitasi perlu dilakukan untuk mengoptimalkan potensi pembentukan produk fermentasi (Cempaka, 2015). Kecepatan agitasi perlu diatur agar tidak menyebabkan buih pada sampel yang akan menghambat pertumbuhan mikroorganisme sehingga menurunkan etanol yang dihasilkan (Jayus, dkk. 2016). Yan et al. (2009), melaporkan bahwa produksi etanol menggunakan S.
cerevisiae pada kondisi fermentasi dengan perlakuan agitasi 200 rpm dan aerasi 4 mg/L dapat menghasilkan etanol yang lebih tinggi yaitu 143,8 g/L dibandingkan dengan kondisi fermentasi tanpa agitasi dan aerasi yaitu 75,8 g/L. Yanuar, dkk
(2020) melaporkan bahwa produksi etanol dengan perlakuan agitasi 300 rpm menghasilkan etanol yang lebih tinggi dan lebih banyak dibandingkan 200 rpm, tetapi agitasi 200 rpm masih lebih tinggi dibandingkan 100 rpm dan 400 rpm. Oleh karena itu, kami menggunakan agitasi dengan kecepatan pengadukan 200 rpm untuk dapat menghasilkan etanol dengan volume yang lebih besar dan konsentrasi yang lebih tinggi.
Selain itu, hal lain yang perlu diperhatikan adalah keberadaan oksigen.
Ketersediaan oksigen dapat mempengaruhi secara positif maupun negatif. Pengaruh positif oksigen terkait dengan proses metabolisme sel adalah mempercepat produksi etanol. Ketersediaan oksigen juga dapat berpengaruh negatif pada mikroorganisme yang lain terutama pada konsentrasi yang tinggi dan akan berpengaruh pada mikroorganisme yang bersifat anaerob (Choiron, dkk., 2013). Pada kondisi mikro aerob (0,1; 0,2 dan 0,4 vvm) produksi etanol oleh Fusarium oxysporum terjadi lebih cepat (72 jam) dibandingkan pada kondisi anaerob yang membutuhkan waktu fermentasi 120 jam (Xiros dan Christakopoulos, 2009). Oleh karena itu, kami menggunakan kondisi oksigen sebesar 0,4 vvm untuk dapat menghasilkan etanol dengan waktu yang lebih cepat.
DAFTAR PUSTAKA
Azizah, N., Al Baarri, A. N., dan Mulyani, S. 2012. PENGARUH LAMA FERMENTASI TERHADAP KADAR ALKOHOL, pH, DAN PRODUKSI GAS PADA PROSES FERMENTASI BIOETANOL DARI WHEY DENGAN SUBSTITUSI KULIT NANAS. Jurnal Aplikasi Teknologi Pangan, vol. 1(2): 72-77
Bahri, Amri Aji, Fadlina Yani. 2018. Pembuatan Bioetanol dari Kulit Pisang Kepok dengan Cara Fermentasi menggunakan Ragi Roti. Jurnal Teknologi Kimia Unimal. 7(2):85-100
Cempaka, Laras. 2015. Pengaruh Variasi Kecepatan Agitasi pada Produksi B- Glukan dari Saccharomyces cerevisiae. Jurnal Biologi, vol. 8(1): 21-26.
Choiron, M., Jayus dan Sony Suwasono. 2013. PENGARUH KETERSEDIAAN OKSIGEN PADA PRODUKSI EPIGLUKAN OLEH Epicoccum nigrum MENGGUNAKAN MEDIA MOLASES. AGROINTEK, 7(1): 11-20.
Ferdaus, F., Wijayanti, M. O., Retnoningtyas, E. S., dan Irawati, W. 2008.
PENGARUH pH, KONSENTRASI SUBSTRAT, PENAMBAHAN KALSIUM KARBONAT DAN WAKTU FERMENTASI TERHADAP PEROLEHAN ASAM LAKTAT DARI KULIT PISANG. Widya Teknik, vol. 7(1): 1-14
Fifi Dewi Kadita, Jayus, Nurhayati. 2016. Produksi Bioetanol Menggunakan Ragi Komersial New Aule Instant Dry Yeast Pada Media Molases Secara Fed- Batc. Prosiding Seminar Nasional Apta.
Hidayat, N., Meitiniarti, I., Setyahadi, S., Pato, U., Susanti, E., Padaga, M. C., Wardani, A. K., Purwandari, U., Srianta, I., Ristiarini, S. 2018. Mikrobiologi Industri Pertanian. Malang: UB Press
Jayus. J., Noorvita, I. V., dan Nurhayati. 2016. PRODUKSI BIOETANOL OLEH Saccharomyces cerevisiae FNCC 3210 PADA MEDIA MOLASES DENGAN KECEPATAN AGITASI DAN AERASI YANG BERBEDA.
Jurnal Agroteknologi, vol. 10(02): 184-192
Kida, K., Morimura, S., Kume ,K., Suruga, K. dan Sonoda, Y. 1991. Repeated batch ethanol fermentation by a flocculating yeast Saccharomyces cerevisiae IR- 2. Journal of Fermentation and Bioengineering 71: 340–344.
Moeksin, dkk. (2015). Pembuatan Bioetanol Dari Kulit Pisang Raja (Musa sapientum) Menggunakan Metode Hidrolisis Asam dan Fermentasi. Jurnal Teknik Kimia No. 2, Vol. 21.
Skadrongautama, 2009. Bahan Bakar Nabati (Bioetanol). Yogyakarta: Khalifah Niaga Antabura.
Sudarmadji, S., Haryono, B., dan Suhardi. 1989. Prosedur analisa untuk bahan makanan dan pertanian. Edisi ketiga. Yogyakarta: Liberty.
Sukandarrumidi, Kotta, H. Z., dan Wintolo, D. 2018. Energi Terbarukan: Konsep Dasar Menuju Kemandirian Energei. Yogyakarta: Gadjah Mada University Press
Suwasono, S., Fauzi, M., Lindriati, T. 2002. Teknologi Fermentasi. Fakultas Teknologi Pertanian Jurusan Teknologi Hasil Pertanian Universitas Jember, Jember.
Wang K, Mao Z, Zhang C, Zhang J, Zhang H, Tang L (2012) Influence of nitrogen sources on ethanol fermentation in an integrated ethanol-methane fermentation system. Bioresour Technol 120:206-11.
Wusnah, Bahri, S., dan Hartono, D. 2016. PROSES PEMBUATAN BIOETANOL DARI KULIT PISANG KEPOK (Musa acuminata B.C) SECARA FERMENTASI. Jurnal Teknologi Kimia Unimal, vol. 5(1): 57-65
Yan, L., Tiansheng, Q., Naikun, S., Mingzhe, G., Yanling, G., dan Hai, Z. 2009.
Improvement of ethanol concentration and yield by initial aeration and agitation culture in very high gravity fermentation. Chin J Appl Environ Biol., 15 (4): 563-567.
Yuniar, Aznury, M., dan Resky. 2020. PENGARUH AGITASI DAN WAKTU FERMENTASI PADA PEMBUATAN BIOETANOL DARI PATI SINGKONG KARET (Manihot glaziovii). Jurnal Kinetika, vol. 11(01): 51- 54.
