Pengaruh Komposisi, Waktu Fermentasi, dan Konsentrasi Saccharomyces cereviceae pada Pembuatan Bioetanol dari Sabut Siwalan
(Borassus flabellifer) dan Kulit Pisang (Musa paradisiaca var. Raja) Chandra Nur Fariha
1*, Adhi Setiawan
1, dan Tarikh Azis Ramadani
11Program Studi Teknik Pengolahan Limbah, Jurusan Teknik Permesinan Kapal, Politeknik Perkapalan Negeri Surabaya, Surabaya 60111
*E-mail: [email protected]
Abstrak
Penggunaan energi di Indonesia dari tahun ke tahun selalu mengalami peningkatan. Pengurangan penggunaan bahan bakar fosil harus dilakukan dengan cara menciptakan energi terbarukan seperti halnya bioetanol.
Penelitian ini bertujuan untuk memanfaatkan sabut siwalan (Borassus flabellifer) dan kulit pisang (Musa paradisiaca var. Raja) sebagai bahan baku pembuatan bioetanol melalui empat tahap, yaitu delignifikasi pada bahan baku yang berfungsi untuk membuka struktur lignoselulosa, hidrolisis untuk memecah polimer menjadi monomer-monomer sederhana, fermentasi menggunakan Saccharomyces cereviceae, dan distilasi.
Variasi dalam penelitian ini adalah variasi komposisi, variasi waktu fermentasi 5 hari, 7 hari, dan 9 hari, serta variasi penambahan ragi dengan tanpa ragi, 3,6 gram, dan 7,2 gram. Pengukuran kadar etanol dilakukan dengan cara mengukur densitas menggunakan piknometer dan neraca analitik kemudian dicocokkan dengan Tabel Konversi Berat Jenis – Kadar Etanol. Hasil penelitian menunjukkan bahwa semakin lama waktu fermentasi semakin sedikit etanol yang dihasilkan, sedangkan semakin banyak massa ragi yang diberikan semakin tinggi etanol yang dihasilkan. Variasi komposisi 100% kulit pisang dengan penambahan ragi 7,2 gram dalam waktu fermentasi 5 hari diperoleh kadar etanol terbaik sebesar 2,37% v/v.
Keywords: bioetanol, fermentasi, kulit pisang raja, ragi, sabut siwalan
1. PENDAHULUAN
Konsumsi energi dari tahun ke tahun semakin meningkat seiring dengan pertumbuhan penduduk.
Peningkatan permintaan energi di sektor industri dan transportasi disebabkan karena aktivitas industri dan aktivitas kendaraan bermotor sehingga berakibat pada cadangan energi fosil yang semakin berkurang. Oleh karena itu, energi terbarukan sangat diperlukan sebagai solusi untuk mengurangi penggunaan bahan bakar minyak. Penelitian tentang Bahan Bakar Nabati (BBN) sudah banyak dilakukan salah satunya yaitu bioetanol. Bioetanol banyak dikembangkan karena bahan bakunya yang mudah di peroleh di Indonesia.
Bioetanol merupakan etanol yang pembuatannya menggunakan bahan baku berupa tumbuh-tumbuhan yang mana dalam penelitian ini akan digunakan sabut siwalan dan kulit pisang. Pada proses pembuatan bioetanol, terdapat tiga tahapan utama yaitu delignifikasi, hidrolisis, dan fermentasi. Delignifikasi bertujuan membuka struktur lignoselulosa dari bahan menggunakan NaOH untuk mengurai lignin yang mengikat selulosa dan hemiselulosa sehingga nantinya memudahkan akses H2SO4 yang akan memecah polimer polisakarida menjadi glukosa (Rilek dkk, 2017). Penelitian oleh Ni’mah (2015) yang melakukan delignifikasi dengan 2% NaOH dan 2% H2SO4 menghasilkan kadar etanol sebesar 2,523% dan dapat mengubah komponen amorph (hemiselulosa dan lignin) menjadi kristal (selulosa). Tahap kedua yaitu hidrolisis yang bertujuan memecah selulosa, hemiselulosa, ataupun karbohidrat menjadi glukosa (Joshi, 2011). Penelitian terdahulu oleh Ni’mah (2015) dengan 2% H2SO4 dan NaOH 1N menghasilkan kadar gula 7,03%. Fermentasi bioetanol merupakan proses penguraian gula menjadi bioetanol dan CO2 oleh enzim yang dihasilkan oleh mikroba. Fermentasi dapat menghasilkan etanol, asam laktat, dan hidrogen, atau komponen lain seperti asam butirat dan aseton (Bahri dkk, 2018). Penelitian terdahulu oleh Moeksin, dkk (2015) yaitu pembuatan etanol dari kulit pisang raja yang difermentasi dengan menggunakan Saccharomyces cereviceae sebanyak 3,6 gram selama 168 jam dan menghasilkan kadar etanol sebesar 32,7%. Penelitian ini bertujuan untuk mengetahui pengaruh perbedaan komposisi, pengaruh perbedaaan waktu fermentasi, dan perbedaan konsentrasi Saccharomyces cereviceae terhadap kadar bioetanol yang dihasilkan.
2. METODE
Alat yang digunakan dalam penelitian ini yaitu: gelas beaker, neraca analitik, pH indikator, piknometer, fermentor bervolume 1,5 liter, dan distilator. Bahan yang digunakan dalam penelitian ini yaitu: sabut siwalan, kulit pisang, ragi roti (Saccharomyces cereviceae), aquades, NaOH (SAP 98%), dan H2SO4 (SAP 98%).
Sabut siwalan dan kulit pisang diiris tipis-tipis. Selanjutnya dicuci sebanyak 5 kali dengan air pada suhu 70oC. Kemudian dijemur di bawah sinar matahari hingga kering dan dikeringkan dalam oven dengan suhu 80oC selama 3 jam. Selanjutnya didinginkan di desikator. Sabut siwalan dan kulit pisang dihaluskan dan ditimbang sebanyak 1.800 gram. Delignifikasi menggunakan basa, padatan NaOH ditimbang sebanyak 100 gram dan dilarutkan sampai 10 L aquades (2% w/v). Larutan NaOH dimasukkan sabut siwalan kemudian direndam selama 24 jam dan ditutup bagian atasnya dengan aluminium foil. Sabut siwalan dan kulit pisang disaring dan ditimbang untuk selanjutnya dioven selama 4 jam dengan suhu 800C lalu didinginkan pada suhu kamar.
Padatan hasil delignifikasi ditimbang sebanyak 60 gram dalam 1200 ml (5% w/v) sesuai dengan kombinasi campuran perbandingan berat bahan.
Kombinasi A : 100% sabut siwalan
Kombinasi B : 75% sabut siwalan dan 25% kulit pisang Kombinasi C : 50% sabut siwalan dan 50% kulit pisang Kombinasi D : 25% sabut siwalan dan 75% kulit pisang Kombinasi E : 100% kulit pisang
Hasil timbangan dimasukkan dalam erlenmeyer dan dicampur dengan H2SO4 (2% v/v). Hidrolisis dilakukan selama 150 menit pada suhu 900C kemudian didinginkan pada suhu ruang. Padatan dan cairan dipisahkan menggunakan kertas saring. Hidrolisat ditambahkan larutan NaOH 1N hingga pH mencapai 5. Hidrolisat dimasukkan dalam fermentor 1,5 liter seperti Gambar 1 dan ditambahkan ragi sesuai jumlah variasi yang sudah ditentukan (0 gram; 3,6 gram; dan 7,2 gram). Fermentor ditutup dan difermentasi sesuai waktu perlakuan (5 hari, 7 hari, 9 hari) kemudian saring hasil fermentasi. Hasil fermentasi dimasukkan ke dalam labu yang sudah dipasang pada set up alat destilasi seperti pada Gambar 2. Labu dipanaskan hingga suhu suhu 100oC. Uap hasil distilasi akan mengalir melalui kondensor dan ditampung dalam erlenmeyer.
Gambar 1. Fermentor
Gambar 2. Rangkaian alat distilator
3. HASIL DAN PEMBAHASAN
Pada penelitian ini digunakan lima komposisi, yaitu (A) 100% sabut siwalan, (B) 75% sabut siwalan dan 25% kulit pisang, (C) 50% sabut siwalan dan 50% kulit pisang, (D) 25% sabut siwalan dan 75% kulit pisang, dan (E) 100% kulit pisang. Pengaruh variasi komposisi, waktu fermentasi, dan massa ragi terhadap kadar etanol disajikan pada Gambar 3, Gambar 4, dan Gambar 5.
Gambar 3. Pengaruh komposisi sabut siwalan dan kulit pisang, waktu fermentasi, dan massa ragi terhadap kadar bioetanol tanpa ragi
Gambar 3 menunjukkan bahwa kadar etanol tertinggi diperoleh dengan komposisi 100% kulit pisang.
Pada waktu fermentasi 5 hari, kadar etanol yang dihasilkan sama dengan waktu fermentasi 7 hari yaitu sebesar 0,87% v/v. Pada waktu fermentasi 9 hari, kadar etanol yang dihasilkan mengalami penurunan.
Gambar 4. Pengaruh komposisi sabut siwalan dan kulit pisang, waktu fermentasi, dan massa ragi terhadap kadar bioetanol dengan jumlah ragi 3,6 gram
Gambar 4 menunjukkan bahwa komposisi yang menghasilkan kadar etanol tertinggi adalah 100% kulit pisang. Komposisi 100% Kulit pisang dengan waktu fermentasi 5 hari menunjukkan kadar etanol sebesar 2,29%. Waktu fermentasi 7 hari menghasilkan kadar etanol sebesar 2,15% v/v dan pada waktu fermentasi 9 hari menghasilkan kadar etanol sebesar 1,27% v/v.
Gambar 5. Pengaruh komposisi sabut siwalan dan kulit pisang, waktu fermentasi, dan massa ragi terhadap kadar bioetanol dengan jumlah ragi 7,2 gram
Gambar 5 menyatakan komposisi penghasil etanol tertinggi adalah 100% kulit pisang. Komposisi 100%
kulit pisang mengalami penurunan hasil kadar etanol seiring dengan lama waktu fermentasi. Hasil tertinggi diperoleh pada waktu fermentasi 5 hari yaitu 2,37% v/v. Kemudian pada waktu fermentasi 7 hari mengalami penurunan kadar etanol menjadi 2,29%. Hasil kadar etanol semakin menurun pada waktu fermentasi 9 hari yaitu sebesar 1,48% v/v.
Berdasarkan Gambar 3, Gambar 4, dan Gambar 5 dapat disimpulkan hasil pengujian kadar etanol terbaik diperoleh dengan komposisi 100% kulit pisang. Hal ini disebabkan kandungan selulosa pada sabut siwalan sebesar 5,942% sedangkan kandungan selulosa pada kulit pisang lebih besar yaitu 12,06% (Asih, 2013).
Kandungan selulosa tersebut yang dimanfaatkan untuk memproduksi glukosa melalui proses hidrolisis (Safaria, 2013). Kadar etanol cenderung menurun seiring lama waktu fermentasi. Penurunan hasil kadar etanol disebabkan konsentrasi nutrien mulai berkurang sehingga pertumbuhan mikroba mulai menurun sampai pertumbuhan mikroorganisme nol (Bahri dkk, 2018). Kadar etanol yang dihasilkan semakin menurun juga disebabkan karena semakin sedikit massa ragi yang diberikan. Kadar etanol terbesar diperoleh dari komposisi 100% kulit pisang yang di fermentasi selama 5 hari dengan massa ragi 7,2 gram yaitu menghasilkan kadar etanol sebesar 2,37% v/v. Hal ini disebabkan nutrisi yang tersedia pada hari ke-5 sebanding dengan banyaknya Saccharomyces cereviseae yang ada sehingga menghasilkan kadar etanol tertinggi (Retno dan Wasir, 2011). Penelitian yang dilakukan oleh Bestari dkk (2013), dengan penambahan Saccharomyces cereviceae sebanyak 7 gram dan waktu fermentasi 6 hari dihasilkan kadar etanol tertinggi sebesar 17,22%. Hal ini dikarenakan Saccharomyces cereviceae pada fase log dimana nutrisi dikonsumsi dengan baik, sedangkan pada fermentasi hari ke-7 dan seterusnya kadar etanol menurun karena Saccharomyces cereviceae berada pada fase kematian dimana glukosa didalam media hampir habis dan nutrisi yang tersedia semakin sedikit.
4. KESIMPULAN
Dari penelitian ini, didapatkan kesimpulan sebagai berikut:
1. Peningkatan komposisi kulit pisang yang terdapat pada sampel menyebabkan kandungan kadar bioetanol semakin tinggi. Kadar tertinggi diperoleh pada komposisi 100% kulit pisang dengan kadar etanol 2,37%
v/v. Hal ini disebabkan kandungan selulosa pada kulit pisang lebih banyak jika dibandingkan dengan kandungan selulosa pada sabut siwalan.
2. Penambahan lama waktu fermentasi menyebabkan kadar bioetanol semakin kecil. Kadar tertinggi diperoleh dengan waktu fermentasi 5 hari yaitu 2,37% v/v. Penurunan hasil kadar etanol disebabkan konsentrasi nutrien mulai berkurang sehingga pertumbuhan mikroba mulai menurun.
3. Penambahan ragi yang digunakan menyebabkan kadar glukosa yang dihasilkan semakin tinggi. Kadar terbesar didapatkan dengan pemberian ragi sebanyak 7,2 gram. Hal itu disebabkan jumlah nutrien yang terdapat dalam sistem fermentasi tersebut hanya efektif untuk ragi dalam jumlah tertentu, sehingga ragi dapat bekerja secara optimum untuk mengkonversi glukosa menjadi etanol.
5. DAFTAR PUSTAKA
Anugrah, Raditya, Efri Mardawati, Selly Harnesa Putri, dan Tri Yuliani., 2020. Karakterisasi Bioetanol Tandan Kosong Kelapa dengan Metode Pemurnian Adsorpsi (Adsorpsi menggunakan Adsorben Zeolit). Jurnal Industri Pertanian, Volume 02 Nomor 02 Halaman 113-123.
Asih, S., 2013. Produksi Bioetanol dari Kulit Pisang melalui Hidrolisis Asam Sulfat. Thesis. Program Pasca Sarjana Magister Teknologi Industri Pertanian UNILA, Bandar Lampung, Halaman 8-10.
Bahri, Syamsul, Amri Aji, dan Fadli Yani., 2018. Pembuatan Bioetanol dari Kulit Pisang Kepok dengan Cara Fermentasi menggunakan Ragi Roti. Jurnal Teknologi Kimia Unimal, Volume 7 Nomor 2 Halaman 85-100.
Bestari, Arifani, Endro Sutrisni, dan Sri Sumiyati., 2013. Pengaruh Lama Fermentasi Terhadap Kadar Bioetanol dari Limbah Kulit Pisang Kepok dan Raja. Jurnal Teknik Lingkungan, Volume 2 No 3 Halaman 1-6.
Gabriel, Azmi Alvian dan Yunita Siti Mardhiyyah., 2019. Pemanfaatan Limbah Perkebunan Siwalan (Borassus flabellifer) untuk Produksi Paper Kratf. Jurnal Teknologi dan Industri Pertanian Indonesia, Volume 11 No 01 Halaman 1-5.
Joshi, Bishnu, Megh Rajj Bhatt, Dinita Sharma, Jarina Joshi, Rajani Malla, dan Lakshmalah Sreerama., 2011.
Lignocellulosic Ethanol Production : Current Practices and Recent Developments. Biotechnology and Molecular Biology Review, Volume. 6 No. 8 Halaman 172–182.
Retno, Dyah Tri dan Wasir Nuri., 2011. Pembuatan Bioetanol dari Kulit Pisang. Prosiding Seminar Nasional Teknik Kimia “Kejuangan”. ISSN 1693-4393.
Rilek, Nada Marwada, Nur Hidayat, dan Yusron Sugiarto., 2017. Hidrolisis Lignoselulosa Hasil Pretreatment Pelepah Sawit (Eleis guineensis Jacq) menggunakan H2SO4 pada Produksi Bioetanol. Jurnal Teknik dan Manajemen Agroindustri, Volume 6 No. 2: 76-82 Tahun 2017. ISSN: 2252-7877.
Safaria, Selviza, Nora Idiawati, dan Titin Anita Zaharah., 2013. Efektivitas Campuran Enzim Selulase dari Aspergillus Niger dan Trichoderma Reesei dalam Menghidrolisis Substrat Sabut Kelapa. Jurnal Kimia Khatulistiwa, Vol. 2 No. 1, Halaman 46-51.
Subagyo, Rachmad dan Wahyu Arifin., 2016. Analisa Variasi Waktu Fermentasi Pembuatan Bioetanol dengan Bahan Kulit Singkong dan Kulit Nanas. Scientific Journal of Mechanical Engineering, Vol 1, No 2. ISSN: 2655-9048.
