PENGARUH WAKTU FERMENTASI LIMBAH PADAT TAPIOKA TERHADAP
PRODUKSI BIOHIDROGEN MELALUI PHOTOFERMENTATION DENGAN
KULTUR Rhodospirillum Rubrum
EFFECT OF FERMENTATION TIME ON TAPIOCA RESIDUE FERMENTATION
TO PRODUCE
BIOHYDROGEN THROUGH PHOTOFERMENTATION USINGRhodospirillum Rubrum
Donny A. Wibisono* dan Rudiana Agustini
Department of Chemistry, Faculty of Mathematics and Natural sciences State University of Surabaya
Jl. Ketintang Surabaya (60231), Telp. 031-8298761 *Corresponding author, email: donnyardiyanto@outlook.com
Abstrak. Telah dilakukan penelitian tentang pengaruh lama fermnetasi limbah padat tapioka terhadap produksi biohidrogen melalui photofermentaton dengan kultur Rhodospirillum rubrum. Penelitian ini bertujuan untuk mengetahui pengaruh variasi waktu fermnetasi terhadap produksi biohidrogen melalui proses photofermentation dengan kultur Rhodospirillum rubrum. Tahap penelitian menerapkan metode fermentasi dengan sistem batch yang diakukan melalui pencahayaan outdoor conditions dan menggunakan instrumen kromatografi gas dalam mengukur kadar biohidrogen. Variabel yang diujikan adalah waktu fermentasi 1, 2, 3, 4 dan 5 jam Analisa data berdasarkan uji statistik anova satu jalur memperlihatkan nilai signifikasnsi sebesar 0.000 atau kurang dari 0,05 yang berarti waktu fermentasi mempengaruhi kadar produksi biohidrogen. Waktu fermentasi optimum untuk menghasilkan bohidrogen adalah Selama 2-4 jam dengan kadar biohidrogen sebesar 14,86% - 18,35 %.
Kata kunci:Biohidrogen, Limbah padat tapioka, Fotofermenasi, Rhodospirillum rubrum
Abstract. The effect of fermentation time on tapioca residue fermentation to produce biohydrogen through photofermentation using Rhodospirillum rubrum were investigated. This study aimed to assign effect of light intensity to produce biohydrogen through photofermentation using Rhodospirillum rubrum. The process of research used a fermentation method in batch system with outdoor conditions irradiance. Hydrogen concentration were determined by using gas chromatoghraphy method. Variable test were fermentation time for 1, 2, 3, 4 and 5 hour. The result of statiscal annova one way showed the significance point (p = 0.000 < 0.05), it was mean the fermentation time has affect to biohydrogen production. The fermentation time optimum to produce biohydrogen was 2-4 hour with biohydrogen yield are 14,86% - 18,35 %
PENDAHULUAN
Energi fosil seperti minyak bumi, gas alam dan batu bara masih memegang porsi besar dari total konsumsi energi global [1]. Energi fosil merupakan jenis energi tak terbarukan yang bila terus digunakan akan mengancam
ketahanan energi di masa depan, disamping itu, energi fosil menghasilkan emisi karbon yang dapat menimbulkan permasalahan lingkungan.
Pola ketergantungan manusia terhadap energi fosil harus dminimalisir dengan memanfaatkan jenis energi terbarukan, salah satu yang bisa dikembangkan adalah energi berbasis biomassa. Biomassa
merupakan sumber daya biologi yang dapat dikonversi menjadi sumber daya energi (SDE). Bioidrogen adalah salah satu produk yang bisa dihasilkan dari proses fermentasi biomassa [2]. Hidrogen sangat potensial sebagai energi masa depan, karena selain tergolong energi
yang bersih dan efisien, hidrogen juga memiliki kandungan energi tinggi [3].
Limbah padat tapioka (onggok) merupakan limbah pertanian yang termasuk dalam ragam klasifikasi biomassa. Onggok masih memiliki kandungan
karbohidrat yang tinggi, serta sedikit protein, serat kasar, amilum dan kadar air, kandungan karbohidrat
kompleks onggok dapat dihdirolisis menjadi karbohidrat sederhana, sehingga mampu
dimanfaatkan sebagai substrat fermentasi
hidrogen [4]. Produksi
fermentasi
hidrogen dapat dilakukan dengan 2 metode, yakni fermentasi gelap (dark
fermentation) dan fermentasi terang (photofermentatio n), kedua metode ini dibedakan atas ketergantungannya terhadap cahaya. Proses
fotofermentasi secara normatif menghasilkan 12
molekul hidrogen dari 1 molekul glukosa, berbeda halnya dengan fermnetasi gelap
yang hanya
menghasilkan 4 molekul hidrogen dari 1 mol glukosa, sehingga taraf efektifitas
fermentasi terang dinilai lebih baik dibandingkan fermentasi gelap [5].
Mikroorgani sme yang kerap digunakan dalam metode
fotofermentasi adalah dari jenis purple bacteria seperti
Rhodospirillum rubrum atau Rhodobacter sphaeroides. R.rubrum dapat memanfaatkan cahaya dengan spektrum panjang gelombang yang luas (373-805 nm) [6].
Hasil kadar biohidrogen dapat dipengaruhi oleh beberapa faktor seperti jenis mikroorganisme, substrat, suhu dan waktu fermentasi. Lamanya
fermentasi akan
mempengaruhi kondisi medium fermentasi dan berdampak pada jumlah
biohidrogen yang dihasilkan. Oleh karena itu pada penelitian ini proses
fotofermentasi dilakukan dengan variasi waktu fermentasi untuk mengetahui kadar biohidrogen optimum yang dihasilkan.
BAHAN DAN
METODE
Bahan
Bahan yang digunakan dalam proses photofermentation adalah sebagai berikut: Aquades, limbah padat tapioka, NB (natrium brot), yeast, alkohol 70%, spiritus, agar pasar, biakan Rhodospirillum rubrum
Alat
ukur 100 ml, beakerglass 1 liter dan 250 mL, kompor penangas listrik, kasa, termometer, sentrifudge 50 ml dan 20 ml, laminar, pembakar spiritus, plastic warp. Botol fermentor yang terbuat dari kaca berukuran 500 ml dilengkapi dengan penutup karet,
PROSEDUR KERJA
Proses Persiapan Sampel
Tahap persiapan sampel diawali dengan pengambilan limbah pada tapioka yang berada di home industry
pembuatan tepung tapioka desa tawangrejo,
kecamatan
ngadiluwih kediri, sebelumnya onggok sudah dikeringkan selama 2 hari di bawah matahari langsung. Onggk kering kemudian di giling dan di ayak dengan ayakan 100 mesh. Onggok
yang lolos ayakan adalah sampel
yang akan
digunakan pada tahap selanjutnya.
Proses Preparasi Hidrolisat
Tepung limbah onggok yang sudah diayak, dimasukkan ke dalam oven selama 30 menit pada suhu 1500 C. Tepung onggok yang ssudah di oven ditimbang 35
gram dan
dimasukkan ke dalam botol. Botol yang terisi tepung onggok
dimasukkan air aquades sebanyak 100 ml dengan suhu 680 C, kemudian diaduk rata dan ditutup dengan rapat. Hasil hidrolisat ini akan digunakan pada proses selanjutnya.
Pembiakan bakteri Rhodosirillum rubrum
Tahap
awal yang
dilakukan adalah meremajakan starter
Rhodospiirllum
rubrum pada media padat ayang dibuat dari campuran 1,5 gram agar, 2,3 gram NB (nutrienth broth) dan 0,5 gram yeast. Sebelum tahap permajaan, bahan-bahan tersebut disterilisasi
terlebih dahulu menggunakan autoklaf selama 15 menit pada set temperatur 1210C.
Media padat yang telah siap dibiarkan lebih dahulu selama 48 jam, untuk memastikan apakah terdapat adanya
kontaminan, setelah dipastikan bebas kontaminan, dilakukan
inokulasi dengan memindahkan dalam media padat kemudian
menginkubasinya pada suhu 300 C selama 48 jam
Biakan Rhodospirillum rubrum yang ada
pada media padat kemudian
dipindahkan ke dalam media cair yang terbuat dari campuran 0,5 gram yeast, 2,3 gram NB dan 100 mL akuades. Proses pemindahan atau peremajaan ini dilakukan pada laminar flow. R.rubrum yang sudah di remajakan pada media cair didiamkan selama 15 menit sebelum dimasukkan ke dalam hidrolisat onggok.
Tahap Penetuan Kadar Hidrogen Proses fermentasi Tahap fermentasi diawali dengan Hidrolisat onggok yang
diinokulasikan biakan R.rubrum (media cair) sebanyak 2 mL Botol kemudian ditutup dan diisolasi, kemudian botol fermentasi diletakkan pada salah satu sudut pencahayaan ruang yang berasal dari
lampu LED
selama 1, 2, 3, 4 dan 5 jam. Hidrolisat yang telah difermentasi akan diuji melalui instrumen gas kromatografi yang akan menghasilkan data berupa peak area gas hidrogen
sampel. Luas peak area sampel ini akan dibandingkan dengan luas peak gas hidrogen murni untuk
mendapatkan nilai persentase kadar biohidrogen dari fermentasi HASIL DAN
PEMBAHASAN
Pengaruh waktu fermentasi
terhdapa produksi biohidrogen
Proses fermentasi yang
berlangsung telah dilakukan dengan 5 variasi waktu yang berbeda yakni 1, 2, 3, 4 dan 5 jam. Hasil data biohidrogen menunjukkan waktu fermentasi tertinggi diperolah
pada waktu
fermentasi 3 jam dengan rata-rata kadar hidrogen
18,35 %,,
perolehan ini lebih tinggi
dibandungkan waktu fermentasi 1, 2, 3, 4 dan 5 jam yang menghasilkan rata-rata hidrogen sebesar 1,27 %,
berdasarkan anova satu jalur (tabel 2) mennampilkan nilai signifikansi 0,000 atau kurang dari 0,05 yang berarti
menunjukkan bahwa terdapat perbedaan kadar hidrogen yang sginfikan antar perlakuan lama fermentasi atau dengan kata lain waktu fermentasi dapat
mempenagaruhi
diperoleh pada waktu fermentasi 2-4 jam
Data hasil dari perlakuan setelah 3 jam menunjukkan adanya penurunan kadar biohidrogen, hal ini tak lepas kaitannya dari perubahan kondisi medium akibat aktivitas metabolik bakteri,
Rhodospirillum rubrum
menghasilkan senyawa samping seperti asam asetat dan format dalam kondisi anaerob [7], keberadaan asam organik menyebabkan potensi penurunan pH pada medium dan menghambat produksi
biohidrogen [8], keterhambatan ini berhubungan dengan aktivitas enzim nitrogenase yang terganggu akibat penurunan pH.
Tabel 1. Kadar Biohidrogen dalan
variasi waktu fermentasi
waktu fermentasi
(jam)
Pengamatan Kadar Biohidrogen (%)
1
1 1.52 1,28
2 12,98 18,46 17,22 3 17,28 19,45 18,32 4 16,32 12,44 15,82 5 5,94 8,32 6,98
Tabel 2. Kadar Biohidrogen dalam
variasi waktu fermnetasi
Tabel 3. Notasi Perbedaan kadar Biohidrogen dalam
Variasi Waktu Fermentasi
Nitrogenas e merupakan enzim essensial yang mengakatalis perubahan N2 menjadi Hidrogen dan amoniak.
Enzim pada
umumnya
memiliki rentang pH yang sempit, sehingga
penuranan pH dibawah kondisi optimalnya akan mempengaruhi waktu fermentasi tidak hanya mempengaruhi
kondisi pH
medium, tapi juga ada potensi Sum of
Squares df
Mean
Square F Sig.
Between
Groups 613.992 4
153.49
30.758 10 3.076
Total 644.750 14
Waktu fermentasi
(jam)
Kadar
penurunan nutrien akibat digunakan bakteri sebagai
sumber zat
metabolik.
Fermentasi yang terus berlangsung, akan
mengakibatkan penurunan kadar glukosa akibat aktivitas mikrobial bakteri,
berkurangnya kadar glukosa sebeagai nutrien mengakibatkan pennuruanan akitiviatas
nitrogenase yang ditunjukkan dengan penurunan kadar hidrogen [8] [9].
Kesimpulan Analisis data yang telah dilakukan melaui uji statistik annova satu jalur untuk penentuan
optimum intensitas cahaya melalui fermentasi terang dengan kultur Rhodospirillum rubrum adalah sebesar 0,000 yang berarti kurang dari 0,05. Berdasarkan nilai signifikasi tersebut dapat
disimpulkan
bahwa ada
pengaruh waktu fermentasi
terhadap produksi biohidrogen dari limbah padat tapioka melalui proses
Photofermentation dengan kultur Rhodospirillum rubrum. Waktu fermentasi
optimum untuk produksi
biohidrogen dari limbah padat tapioka melalui photofermentation menggunakan kultur
Rhodospirillumn rubrum 2-4 jam dengan kadar rata-rata biohidrogen 14,86 % - 18,35 %
hingga-2035/.
Diakses pada tanggal 4 maret 2014
2. Yokoyama, S 2008. Buku panduan biomassa asia. The Japan Institute of
4. Agustini, Rudiana., Suyatno., Aisyah E.P., Amaria. 2009. Pengembangan Biofuel Ramah Lingkungan
penelitian tidak
dipublikasikan. Production of Hydrogen From Biomass. Energy Conversion And
Management 52:1778-1789 Hydrogen from Waste Water of
a Sugar
Refinery by
Biotechnology. 23:147-151
7. Schultz, E,J and Weaver, P.F. 1981.
onas capsulate. Solar Energy Research Institutte, Golden, Colorado
8. Budiarmi, M dan Gulton, T. 2011. Pengaruh Variasi Waktu Fermentasi dan Berat Ragi Terhadap Kadar Alkohol Pada
Pembuatan Bioetanol Limbah Padat Tapioka
(onngok). Yogyakarta. Jurusan pendidikan Kima, Fakultas
dan Ilmu
Pengetahuan Alam, Universitas Negeri Yogyakarta
9. Reungsang, A, et.al. 2006. Biohydrogen Production from Cassava Starch
