http://jurnal.fkip.uns.ac.id/index.php/jkpk
ISSN 2503-4154 (online)
1
OPTIMASI HASIL DAN KADAR BIOETANOL TONGKOL
JAGUNG (Zea mays L.) DITINJAU DARI NISBAH KO-KULTUR
RAGI DAN PENGADUKAN
Tiara Osa Meutia
*, A. Ign. Kristijanto, dan Sri Hartin
Program Studi Kimia Fakultas Sains dan MatematikaUniversitas Kristen SatyaWacana, Salatiga
* Keperluan korespondensi, email: meutiaosa@gmail.com
Received: July 22, 2016 Accepted: August 15, 2016 Online Published: August 31, 2016
ABSTRAK
Penelitian ini bertujuan untuk memperoleh hasil dan kadar bioetanol dari tongkol jagung dengan yield dan kadar yang optimal (Zea mays L.) ditinjau dari nisbah ko-kultur (ragi tape dan ragi roti), dengan pengadukan dan tanpa pengadukan, serta interaksi antara keduanya.Data dianalisis dengan rancangan perlakuan Faktorial (4x2) dan rancangan dasar Rancangan Acak Kelompok (RAK) dengan 4 kali ulangan. Sebagai faktor pertama adalah nisbah ko-kulturragi tape danragi roti yang terdiridari 4 arasyaitu, 7,5% : 7,5% ; 10% ; 5% ; 15% : 5% ; dan 20% : 5%. Sebagai factor kedua adalah pengadukan yang terdiri dari 2 aras yaitu dengan pengadukan dan tanpa pengadukan. Fermentasi dilakukan selama 24 jam pada suhu ruang, dengan penambahan ragi tape terlebih dahulu, kemudian setelah 24 jam ditambah dengan ragi roti dan fermentasi dilanjutkan sampai 72 jam. Berdasarkan hasil penelitian diperoleh hasil (yield) sebesar 19,80 % dan kadar etanol hasil distilasi yaitu 8,19 % yang paling optimal pada nisbah ragi tape 10% dan ragi roti 5% dengan perlakuan pengadukan. Bioetanol diuji sesuai parameter SNI 7390:2012 tentang Standar dan Bahan Bakar Nabati Jenis Bioetanol. Bioetanol belum memenuhi SNI, tetapi sudah memenuhi beberapa parameter seperti keasaman sebagai
CH3COOH, kandungan sulfur, tembaga (Cu), dan ion klorida.
Kata Kunci: bioetanol, lignoselulosa, tongkoljagung, ragi tape, ragi roti.
ABSTRACT
This research aims to get results and the levels of bioetanol from corncob with optimal levels and yield (Zea mays l.) in terms of ratio of ko-kultur (yeast bread yeast and tape), with stirring and without stirring, as well as the interaction between the two. Data were analyzed with Factorial treatment design (4 x 2) and draft the basic design of Random groups (RAK) with 4 replicates. As the first factor is the ratio of co-culture of yeast and yeast bread tape consists of 4 levels,4, 7.5%: 7.5%; 10%; 5%; 15%: 5%; and 20%: 5%. As the second factor is the stirring consists of 2 levels with churning and without stirring. Fermentation is carried out during 24 hours at room temperature, with the addition of yeast tape first, and then after 24 hours plus with yeast bread and fermentation continued until 72 hours. Based on the research results obtained results (yield) of 19.80% and the rate of ethanol distillation results i.e. 8.19% the most optimal ratio of yeast tape 10% and 5% with bread yeast treatment stirring. Bioetanol tested according the parameters of the SNI 7390:2012 about standards and the Biofuel Types Bioetanol. Bioetanol has not met the SNI yet, but already fulfill some parameters such as the
acidity as CH3COOH, sulphur, copper (Cu), and chloride ion.
PENDAHULUAN
Kebutuhan energi bahan bakar yang berasal dari eksplorasi fosil terus meningkat seiring dengan meningkatnya pertumbuhan industri dan ekonomi. Hal tersebut dapat menjadi masalah besar ketika negara belum bisa mengurangi ketergantungan terhadap bahan bakar fosil atau bahan bakar minyak (BBM), sedangkan cadangan sumber energi tersebut makin terbatas [1].
Sudah saatnya penggunaan sumber energi terbarukan berupa bahan bakar
nabati atau bioenergi ditingkatkan,
menggantikan bahan bakar fosil yang semakin menipis seperti dalam Inpres No 1/2006 dan Perpres No 5/2006 tentang kebijaksanaan energi nasional. Contoh bahan bakar nabati (BBN) cair yaitu pengganti bensin yang bernama bioetanol. Bioetanol dapat dihasilkan dari bahan bergula (molase, aren, nira dan lainnya), bahan berpati (singkong, jagung, sagu, dan jenis umbi lainnya), dan bahan berserat seperti lignoselulosa[2]. Penggunaan bahan baku yang jauh lebih murah dan tersedia banyak, yakni bahan lignoselulosa dari limbah industri pertanian dan kehutanan perlu terus dikembangkan. Salah satu limbah pertanian yang banyak ditemukan adalah tongkol jagung.
Karakteristik kimia dan fisika dari
tongkol jagung sangat cocok untuk
pembuatan tenaga alternatif (bioetanol), kadar senyawa kompleks lignin dalam tongkol jagung adalah 6,7-13,9 %, untuk hemiselulosa 39,8 %, dan selulosa 32,3-45,6 %[3].
Beberapa hal yang perlu diperhatikan dalam pembuatan bioetanol adalah proses
hidrolisis dan fermentasi. Untuk dapat mengoptimalkan kedua proses tersebut,
dapat digunakan teknik ko-kultur.
Penggunaan teknik ko-kultur dalam proses fermentasi untuk memproduksi bioetanol ternyata memberikan hasil yang lebih baik
daripada penggunaan kultur murni
S.cerevisae maupun kultur tunggal ragi
tape[4].
Berdasarkan latar belakang diatas maka tujuan penelitian adalah memper-olehhasil (yield) dan kadar bioetanol optimal dari tongkol jagung (Zea mays L.) ditinjau dari nisbah ko-kultur (ragi tape dan ragi roti), dengan pengadukan dan tanpa pengaduk-an, dan interaksi antara keduanya.
METODE PENELITIAN
Bahan dan Piranti
Bahan yang digunakan dalam
penelitian ini adalah tongkol jagung, molase, ragi tape dibeli dari pasar di Salatiga, dan ragi roti dibeli dari toko roti di Salatiga.
Bahan kimia yang digunakan antara
lain NaOH, H2SO4, Nutrient Broth, standar
glukosa, reagensia DNS, dan KNa Tartrat. Piranti yang digunakan antara lain
drying cabinet, autoclave, inkubator Autonics TC45, bejana fermentasi, magnetic
stirrer, waterbath Memmert,
spektrofoto-meter UV-VIS, 1 set peralatan distilasi, alkoholmeter.
Metode
Delignifikasi dan Hidrolisis
Serbuk tongkol jagung dideliginifikasi
dengan NaOH0,25 M (1:8) (b/v) dengan
autoclave 1210C selama 30 menit kemudian dicuci sampai pH netral dan dikeringkan
dalam drying cabinet suhu 500C selama 24 jam [5]. Serbuk tongkol jagung delignifikasi
dihidrolisis dengan H2SO4 15% (1:10) (
b /v)
dalam refluks 1000C selama 120 menit[6].
Fermentasi
Filtrat hasi lhidrolisis dinetralkan sampai pH 4,6 lalu ditambah molase dan akuades dengan perbandingan substrat: molase:akuades (6:2:2). Larutan difermen-
tasi dengan nisbah ragi tape:ragi roti (%;v/v)
7,5:7,5 ; 10;5 ; 15:5 ; 20;5 dengan penam-bahan ragi tape terlebih dahulu kemudian setelah 24 jam ditambah dengan ragi roti dan fermentasi dilanjutkan sampai 72 jam.
Semua nisbah diberi perlakuan pengadukan dan tanpa pengadukan.
Distilasi
Larutan hasilfermentasididistilasi pada
suhu 78,5oC selama ±4 jam sampai tidak
ada yang menetes lalu diukur kadar etanol dengan alkoholmeter.
HASIL DAN PEMBAHASAN
Hasil (Yield) Bioetanol
Purata yield etanol hasil distilasi (% ± SE) hasil interaksi nisbah ko-kultur ragi dan pengadukan berkisar antara 14,191 ± 0,509 sampai 14,760 ± 0,339 (Tabel1).
Tabel 1. RataanYield Etanol (% ± SE) Dari Hasil Interaksi Antara Nisbah Ko-Kultur Ragi dan Proses Pengadukan.
Keterangan : *W = BNJ 5%;
*P1 = Tanpa Pengadukan ; P2 = Pengadukan
*Angka-angka yang diikuti oleh huruf yang sama antar baris atau lajur yang sama menunjukkan antar perlakuan tidak berbeda secara bermakna sebaliknya angka yang diikuti oleh huruf yang tidak sama antar baris atau lajur yang sama menunjukkan antar perlakuan berbeda bermakna.
Berdasarkan Tabel1. Dapat dilihat bahwa hasil (yield) etanol meningkat pada nisbah ragi tape 10 % :ragi roti 5 % dengan perolehan hasil 19,802 ± 0,809 % dengan pengadukan, sedangkan hasil etano lyang tidak diaduk pada semua nisbah lebih rendah. Hasil (yield) etanol dar inisbah ragi tape 15 % :ragi roti 5% maupun ragi tape 20% :ragi roti 5% lebih sedikit karena kadar etano llebih rendah. Rendahya kadar etanol terkait dengan glukosa yang digunakan dalam fermentasi (Tabel 3). Semakin
banyak glukosa yang digunakan dalam fermentasi, maka semakin meningkat kadar etanol sehingga semakin banyak yield yang diperoleh.
Kadar Etanol
Purata kadar etano ltongko ljagung hasil distilasi (% ± SE) hasil interaksi nisbah ko-kultur ragi dan pengadukan berkisar antara 4,683 ± 0,121 sampai 8,190 ± 0,019 (Tabel 2).
Pengadukan NisbahRagi Tape : Ragi Roti (%)
7,5 : 7,5 10 : 5 15 : 5 20 : 5
P1 15,991 ± 0,245 (a) 18,070 ± 0,730 (a) 16,376 ± 0,486 (a) 14,191 ± 0,509 (a)
W = 0,167 (b) (d) (c) (a)
P2 17,297 ± 1,260 (b) 19,802 ± 0,809 (b) 17,778 ± 1,161 (b) 14,760 ± 0,339 (a)
W = 0,167 (b) (d) (c) (a)
Tabel 2. Rataan Kadar Etanol Hasil Distilasi (% ± SE) Ditinjau dari Interaksi Antar Nisbah Ragi dan Proses Pengadukan
Pengadukan NisbahRagi Tape : Ragi Roti (%)
7,5 : 7,5 10 : 5 15 : 5 20 : 5 P1 5,740 ± 0,062 (a) 6,830 ± 0,073 (a) 5,633 ± 0,065 (a) 4,683 ± 0,121 (a)
W = 0,138 (b) (c) (b) (a) P2 6,658 ± 0,087 (b) 8,190 ± 0,019 (b) 6,878 ± 0,200 (b) 5,543 ± 0,081 (b) W = 0,138 (b) (d) (c) (a) W = 0,103 W = 0,103 W = 0,103 W = 0,103 Keterangan : *W = BNJ 5% *P1 = TanpaPengadukan ; P2 = Pengadukan
*Angka-angka yang diikutiolehhuruf yang sama antar baris atau lajur yang sama menunjukkan antar perlakuan tidak berbeda secara bermakna sebaliknya angka yang diikuti oleh huruf yang tidak sama antar baris atau lajur yang sama menunjukkan antar perlakuan berbeda bermakna.
Berdasarkan Tabel 2 dapat dilihat bahwa kadar etanol meningkat pada nisbah ragi tape 10 % :ragi roti 5 % dengan pengadukan sebesar 8,19 % maupun tanpa pengadukan 6,830 %. Kadar etanol pada nisbah ragi tape 10 % :ragi roti 5% meningkat karena glukosa yang digunakan
untuk fermentasi lebih banyak
dibandingkan nisbah lainnya (Tabel 3). Namun, kadar etanol dengan perlakuantan papengadukan seluruhnya lebih rendah dari yang diaduk. Perlakuan dengan
pengadukan menghasilkan kadar etanol yang lebih tinggi dibandingkan tanpa pengadukan karena ragi dapat bekerja optimal. Hal itu dikarenakan pengadukan berfungsi untuk meratakan kontak sel dan substrat, menjaga agar mikroorganisme tidak mengendap di bawah dan meratakan temperatur[8]. Kadar etanol pada nisbah ragi tape 10 % :ragi roti
5% meningkat karena glukosa yang
digunakan untuk fermentasi lebih banyak dibandingkan nisbah lainnya.
Tabel 3. RataanGlukosaFermentasi ( ) Interaksi Berbagai Nisbah Ragi dan Proses
Pengadukan
Pengadukan Nisbah Ragi Tape : Ragi Roti (%)
7,5 : 7,5 10 : 5 15 : 5 20 : 5 P1 7,143 ± 1,439 (a) 15,023 ± 1,703 (a) 4,969 ± 1,529 (a) 4,426 ± 1,878 (a)
W = 0,900 (b) (c) (a) (a)
P2 9,977 ± 1,970 (b) 17,974 ± 2,106 (b) 8,308 ± 2,240 (b) 7,531 ± 1,942 (b)
W = 0,900 (a) (b) (a) (a)
W = 0,672 W = 0,672 W = 0,672 W = 0,672 Keterangan : *W = BNJ 5%
*P1 = TanpaPengadukan ; P2 = Pengadukan
*Angka-angka yang diikuti oleh huruf yang sama antar baris atau lajur yang sama menunjukkan anta rperlakuan tidak berbeda secara bermakna sebaliknya angka yang diikuti oleh huruf yang tidak sama antar baris atau lajur yang sama menunjukkan antar perlakuan berbeda bermakna.
Kadar etanol hasil penelitian ini lebih tinggi dibandingkan beberapa penelitian bioetano llainnya dengan substrat tongkol
jagung. Diperoleh kadar etanol 3,2 % (v/v)
dari tongko ljagung 3 % (b/v) yang
dan Saccharomyces cerevisiae (dari ragi roti) selama 96 jam [9]. Penelitiannya lainnya, diperoleh kadar etanol sebesar 5,34 % dari tongkol jagung yang dihidrolisis
dengan H2SO4 2% dan difermentasi dengan
S.cerevisiae selama 3 hari (72 jam) [6].
Kesesuaian Hasil Bioetanol dengan SNI 7390:2012
Hasil dan kadar bioetanol tongkol jagung yang optimal diuji sesuai parameter SNI 7390:2012. Bioetanol sudah memenuhi beberapa parameter seperti keasaman
sebagai CH3COOH, kandungan sulfur,
tembaga (Cu), dan ion klorida (Tabel4).
Tabel 4. Kesesuaian Hasil Bioetanol dengan SNI 7390:2012, Bioetanol Terdenaturasi untuk Gasohol
Parameter Uji Satuan
Min/Maks Persyaratan Bioetanol Uji Status
Kadar tembaga (Cu) ppm, maks 0,1 0 Memenuhi
Keasamansebagai CH3COOH
mg/kg, maks 30 26,000 ± 1,664 Memenuhi
Kadar ion klorida ppm, maks 20 0 Memenuhi
Kandungan belerang (S) ppm, maks 50 16,000 ± 2,353 Memenuhi
KESIMPULAN
Berdasarkan hasil penelitian dapat
disimpulkan bahwa hasil (yield) bioetanol optimal adalah 19,802 ± 0,809 % dengan kadar etanol sebesar 8,190 ± 0,019 % dihasilkan pada nisbah ragi tape 10 % dan ragi roti 5% dengan perlakuan pengadukan.
DAFTAR RUJUKAN
[1] Susilowati, 2011, Pemanfaatan Tongkol Jagung Sebagai Bahan Baku Bioetanol
Dengan Proses Hidrolisis H2SO4 dan
Fermentasi Saccharomyces cerevisae. Jurusan Teknik Kimia, Fakultas Teknik. Semarang: Universitas Diponegoro. [2] Mailool, J. Ch., Molenaar R., Tooy, D., &
Longdong, I.A., 2013, Produksi
Bioetanol Dari Singkong (Manihot
utilissima) dengan Skala Laboratorium.
Jurusan Teknik Pertanian, Fakultas
Pertanian. Manado: Universitas Sam Ratulangi.
[3] Fachry, A. R., Astuti, P., dan Puspitasari, T.G. (2013). Pembuatan Bioetanol Dari Limbah Tongkol Jagung dengan Variasi Konsentrasi Asam Klorida dan Waktu Fermentasi. Jurnal Teknik Kimia 1 (19). [4] Arnata, I W., &Anggraeni, A. A. M. D.,
2013,Rekayasa Bioproses Produksi
Bioetanol dari Ubi Kayu dengan Teknik
Ko-Kultur Ragi Tape dan
Saccharomyces cerevisae. Jurnal
Agrointek 7 (1).
[5] Sukumaran, R.K., Singhania, R.R., Mathew, G.M., & Pandey, A., 2009,
Cellulase Production Using Biomass Feed Stock and its Application in Lignocellulose Saccharification for
Bioethanol Production. Renewable
[6] Yonas, M. I., Isa, I., & Iyabu, H., 2013, Pembuatan Bioetanol Berbasis Sampah Organik Batang Jagung.
[7] Arnata, I Wayan., Dwi S., dan Richana N., 2009, Bioprocess Technology to Produce Bioethanol from Cassava by
Co-Culture Trichoderma viride,
Aspergillus niger and Saccharomyces cerevisiae. Prosiding. International
Conference on Biotechnology for
Sustainable Future.
[8] Kurniawan, S., Juhanda, S., Syamsudin, R., & Lukman, M.A., 2011. Pengaruh Jenis dan Kecepatan Pengaduk pada Fermentasi Etanol Secara Sinambung dalam Bioreaktor Tangki Berpengaduk Sel Tertambat. Jurnal STU, ISSN: 1693-1750.
[9] Oktavia, M., Mardiah, E., & Chaidir, Z., 2013, Produksi Bioetanol Dari Tongkol
Jagung dengan Metoda Simultan
Sakarifikasi dan Fermentasi. Jurnal Kimia Unand 2(1): 107-112.
