commit to user
PRODUKSI BIOETANOL DARI JERAMI ALANG-ALANG (Imperata cylindrica (L.) Beauv.) OLEH Aspergillus niger (L.) van Tieghem. DAN
Saccharomyces cerevisiae Meyen.
Naskah Publikasi
Untuk memenuhi sebagian persyaratan
guna memperoleh gelar Sarjana Sains
Disusun oleh:
Muhammad Jundi Fathurrahman M0410042
PROGRAM STUDI BIOLOGI
FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM UNIVERSITAS SEBELAS MARET
SURAKARTA
commit to user
PRODUKSI BIOETANOL DARI JERAMI ALANG-ALANG (Imperata cylindrica (L.) Beauv.) OLEH Aspergillus niger (L.) van Tieghem. DAN
Saccharomyces cerevisiae Meyen. Muhammad Jundi Fathurrahman
Program Studi Biologi, Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam, Universitas Sebelas Maret, Surakarta.
ABSTRAK
Alang-alang (Imperata cylindrica (L.) Beauce.) merupakan gulma yang
pertumbuhannya cepat. Pemanfaatan jerami alang-alang sebagai bahan baku produksi bioetanol merupakan alternatif untuk meminimalkan ancaman pertumbuhan gulma tersebut. Penelitian ini bertujuan mengetahui produksi kadar bioetanol yang dihasilkan dari jerami alang-alang dengan proses fermentasi menggunakan Aspergillus niger (L.) van Tieghem. dan Saccharomyces cerevisiae Meyen.
Penelitian ini terbagi atas dua tahap, yaitu pada tahap perombakan selulosa
menjadi gula oleh A. niger menggunakan Rancangan Acak Lengkap dengan
konsentrasi substrat fermentasi berupa jerami alang-alang sebagai perlakuan pertama yakni 5 g/100 ml, 7,5 g/100 ml, dan 10 g/100 ml, dan waktu inkubasi yakni 0, 7 dan 10 hari. Tahap kedua yaitu fermentasi gula menjadi alkohol oleh S. cerevisiae
menggunakan rancangan percobaan dan konsentrasi substrat yang sama dengan perlakuan tahap pertama, dan waktu inkubasi yang berbeda yakni 0, 3 dan 6 hari. Setiap perlakuan dibuat 3 ulangan. Analisis kadar glukosa dilakukan dengan metode DNS (Dinitrosalicylic acid) dan analisis kadar bioetanol menggunakan metode berat jenis. Data hasil pengukuran kadar gula dan hasil produksi bioetanol jerami
alang-alang dianalisis dengan menggunakan Analysis of Variance (ANOVA)
dilanjutkan dengan uji LSD (Least Significant Difference).
Hasil penelitian ini menunjukkan bahwa kadar bioetanol paling tinggi dihasilkan sebanyak 0,59% dari proses delignifikasi NaOCl 1% (b/v) dan NaOH 4% (b/v) substrat jerami alang-alang 10 g/100 ml. Adapun waktu fermentasi oleh A. niger terbaik yaitu selama 10 haridan S. cerevisiae selama 6 hari.
Kata Kunci : Aspergillus niger, Bioetanol, Jerami Alang-alang (Imperata cylindrica
commit to user Pendahuluan
Dalam krisis kelangkaan bahan bakar sebagai sumber energi, biomassa dari
sampah/limbah pasar dan limbah pabrik gula dapat digunakan untuk sumber energi
langsung maupun dapat diolah atau dikonversikan menjadi bahan bakar.
Bahan bakar berbasis produk proses biologi seperti bioetanol dapat dihasilkan
dari hasil pertanian yang tidak layak atau tidak dapat dikonsumsi, seperti dari
sampah/limbah pasar dan limbah pabrik gula (tetes/mollase). Bahan apapun yang
mengandung karbohidrat (gula, pati, selulosa, dan hemiselulosa) dapat diproses
menjadi bioetanol melalui proses sakarifikasi (pemecahan gula komplek menjadi gula
sederhana), fermentasi, dan destilasi (Komarayati, 2010). Alang-alang (Imperata
cylindrica (L.) Beauv.) merupakan jenis tanaman liar pengganggu. Menurut (Sutiya et
al. 2012), salah satu kandungan kimia alang-alang yaitu a-selulosa merupakan selulosa
murni, suatu polimer sakarida yang terdiri dari unit-unit monomer glukosa.
Penelitian ini bertujuan mengetahui produksi kadar bioetanol yang dihasilkan
dari jerami alang-alang dengan proses fermentasi menggunakan Aspergillus niger (L.)
van Tieghem. dan Saccharomyces cerevisiae Meyen.
Salah satu cara memproduksi bioetanol yaitu dengan memfermentasi sirup
glukosa dengan mikroba Saccharomyces cerevisiae. Khamir S. cerevisiae merupakan
mikroba yang toleran terhadap alkohol yang cukup tinggi (12-18 % b/v), tahan
terhadap kadar gula tinggi dan tetap aktif melakukan fermentasi pada suhu 4-32 ºC
produksi asam sitrat. Sedangkan di dalam laboratorium spesies ini digunakan untuk
mempelajari tentang metabolisme pada jamur, kegiatan enzimatis, dan produksi
bioetanol.
Metode
Persiapan kultur
Kultur yang digunakan adalah A. niger dan S. cerevisiae yang berasal dari
biakan murni, kemudian diremajakan dengan menginokulasikan ke dalam
masing-masing 5 tabung PDA miring yangtelah disterilkan. Kemudian dari 5 tabung
PDA miring dibagi menjadi : 2 tabunguntuk stok dan 3 tabung dijadikan sebagaikultur
kerja.
Persiapan Substrat Alang-alang
Jerami alang-alang yang sebelumnya dilakukan delignifikasi terlebih dahulu
menggunakan NaOCl 1 % selama 5 jam pada suhu 28OC. Selanjutnya dilakukan
pencucian dan penyaringan, kemudian substrat jerami alang-alang dikeringkan pada
suhu 50OC selama 48 jam. Setelah itu dilakukan perendaman dalam NaOH 4% selama
24 jam pada suhu 28OC dan disaring, sehingga dihasilkan ampas dari jerami
alang-alang. Ampas tersebut dicuci dan dikeringkan pada suhu 50OC selama 48 jam,
sehingga dihasilkan substrat jerami alang-alang. Lalu kemudian dilanjutkan dengan
commit to user
Fermentasi Alang-alang oleh Aspergillus niger dan Saccharomyces cerevisiae
A. niger sebanyak satu ose digoreskan pada agar PDA miring dan diinkubasi
dalam suhu kamar selama 7 hari. Spora biakan jamur A. niger yang sudah berumur 7
hari sebanyak satu agar miring disuspensikan dalam 1 ml akuades steril. Suspensi
konidiospora sebanyak 10% (v/v) diinokulasi ke dalam substrat fermentasi yang sudah
disediakan. Kemudian diinkubasi pada suhu kamar selama 0, 7, dan 9 hari. Kemudian
dilanjutkan dengan fermentasi oleh S. serevisiae. Tahap awal yaitu sebanyak 10%
volume substrat starter kapang S. serevisiae yang sudah disiapkan, dimasukkan ke
dalam sampel dan pH cairan substrat diatur menjadi basa . Media fermentasi berupa
substrat gula dari jerami alang-alang dalam kondisi anaerob. Fermentasi dilakukan
pada suhu kamar selama 0, 3, dan 6 hari .
Analisis Gula Reduksi
Analisis kadar glukosa dilakukan dengan metode Dinitrosalicylic acid
(DNS). Sampel larutan jerami alang-alang dipipet sebanyak 2 ml dan dimasukkan ke
dalam tabung reaksi yang bersih. Selanjutnya ditambahkan 1 ml akuades dan 2 ml
reagen DNS. Tabung reaksi dipanaskan pada air mendidih selama 5 menit agar terjadi
reaksi antara glukosa dalam sampel dengan DNS, lalu ditambahkan Garam Rochelle.
Tabung didinginkan hingga mencapai suhu ruang Angka absorbansi sampel diukur
Analisis Etanol
Prosedur pengujian kadar alkohol dilakukan dengan metode piknometer sesuai
dengan petunjuk Putri dan Sukandar (2008). Pertama-tama sampel larutan jerami
alamg-alang sebanyak 100 ml dimasukkan ke dalam labu destilasi Kjeldahl kemudian
ditambahkan dengan aquades sebanyak 100 ml. Selanjutnya sampel tersebut didestilasi
pada suhu 800C, sampai terbentuk destilat.. Destilat ditampung di dalam erlenmeyer
hingga volume 50 ml. Destilat tersebut kemudian dimasukkan ke dalam piknometer
yang telah ditimbang sebelumnya. Destilat dimasukkan hingga memenuhi piknometer.
Kelebihan destilat pada puncak pipa kapiler dibersihkan. Piknometer yang berisi
destilat ditimbang dan beratnya dicatat. Prosedur yang sama dilakukan pada aquades
sebagai pembanding. Berat jenis alkohol dihitung dari berat piknometer + destilat
dikurangi berat piknometer kosong kemudian dibagi berat piknometer + aquades
dikurangi berat piknometer kosong. Hasil penghitungan berat jenis alkohol kemudian
dikonversikan dengan menggunakan tabel konversi alkohol (Azizah et al., 2012).
Analisis Data
Data hasil pengukuran kadar gula dan hasil produksi etanol jerami alang-alang
yang diperoleh dianalisis dengan menggunakan Analysis of Variance (ANOVA) untuk
mengetahui pengaruh variasi konsentrasi substrat. Apabila terdapat perbedaan yang
nyata pada taraf pengujian 5 % (p< 0,05) dilakukan analisis lanjutan dengan uji LSD
commit to user Hasil dan Pembahasan
Delignifikiasi Lignoselulosa
Penelitian ini diawali dengan perlakuan awal terhadap substrat jerami alang-alang.
Proses perlakuan awal tahap pertama yaitu proses delignifikasi dengan menggunakan
NaOCl 1 % (b/v) dan larutan NaOH 4% (b/v). Tujuan dari perlakuan awal oleh NaOCl
1% (b/v) dan NaOH 4% (b/v) adalah untuk meluruhkan dinding lignin dan membuka
struktur lignoselulosa agar struktur selulosa menjadi lebih mudah terurai menjadi gula
sederhana.
Hidrolisis lignoselulosa secara biologis menggunakan A. niger
Proses hidrolisis ini dilakukan dengan tiga variasi konsentrasi dan waktu inkubasi
yang berbeda untuk menentukan kadar gula reduksi terbaik. Variasi konsentrasi yang
digunakan antara lain 5 g/ 100 ml, 7,5 g/ 100 ml, dan 10 g/ 100 ml. Sedangkan waktu
yang digunakan antara lain 0 hari, 7 hari, dan 10 hari. Kadar gula reduksi hasil
hidrolisis dapat dilihat pada Tabel 1.
Tabel.1 Kadar Gula reduksi jerami alang-alang setelah penambahan A. Niger dengan variasi konsentrasi substrat dan waktu inkubasi (mg/ml)
Konsentrasi
Waktu Inkubasi
(g/100 ml) 0 7 10
5 4, 079 5, 648 6, 498
7,5 5, 076 6, 089 9, 651
Hari ke-0 dengan konsentrasi substrat 5 g/100 ml, gula reduksi yang didapat
sebanyak 4,079 mg/ml. Semakin bertambah waktu inkubasi substrat jerami
alang-alang, jumlah gula reduksi semakin meningkat, sehingga pada 10 hari dengan
konsentrasi 5 g/100 ml, gula reduksi yang didapat menjadi 6.498 mg/ml. Hal yang
sama terjadi pada konsentrasi 7,5 g/100 ml dan konsentrasi 10 g/100 ml. Semakin lama
inkubasi substrat alang-alang maka gula reduksi yang didapat akan semakin
meningkat. Bisa dilihat pada Gambar 1.
Gambar 1. Kadar bioetanol jerami alang-alang setelah fermentasi oleh S. cerevisiae
dengan variasi konsentrasi substrat dan waktu inkubasi. Keterangan : -▪- 5 g/100ml, -Δ- 7,5 g/100mL, -●- 10 g/100 ml substrat jerami alang-alang.substrat jerami alang-alang.
Semakin bertambah waktu inkubasi substrat jerami alang-alang, maka jumlah gula
reduksi yang diperoleh akan semakin meningkat. Kadar gula reduksi bervariasi pada
setiap konsentrasi substrat yang berbeda. Hal itu disebabkan karena substrat digunakan
untuk aktivitas pertumbuhan A. niger. Semakin tinggi konsentrasi maka gula reduksi
[image:9.612.148.387.318.478.2]commit to user
Setelah dilakukan uji Anova, hasil yang diperoleh dari produksi kadar gula reduksi
tidak berbeda signifikan. Hal tersebut dikarenakan bahwa nilai significant 0, 23 > 0, 05.
Dengan demikian, waktu inkubasi dan konsentrasi substrat jerami alang-alang tidak
berpengaruh nyata terhadap kadar gula reduksi yang dihasilkan
Kadar bioetanol hasil fermentasi S. cerevisiae
Gula reduksi hasil hidrolisisdigunakan sebagai substrat untuk produksi etanol oleh
S. cerevisiae. Proses ini digunakan substrat yang telah siap untuk dilakukan fermentasi
oleh kapang S. cerevisiae. Kadar etanol yang dihasilkan dapat dilihat pada Tabel 2. dan
[image:10.612.108.505.412.546.2]Gambar 2.
Tabel.2 Kadar bioetanol jerami alang-alangsetelah fermentasi oleh S. cerevisiae
dengan variasi konsentrasi substrat dan waktu inkubasi (%)
Konsentrasi Waktu Inkubasi
(gr/100 ml) 0 3 6
5 0, 14 0, 21 0, 26
7,5 0, 33 0,33 0, 41
Gambar 2. Kadar bioetanol jerami alang-alang setelah fermentasi oleh S. cerevisiae
dengan variasi konsentrasi substrat dan waktu inkubasi . Keterangan : -▪- 5 g/100mL, -Δ- 7,5 g/100mL, -●- 10 g/100 mL substrat jerami alang-alang.substrat jerami alang-alang.
Kadar bioetanol jerami alang-alang menunjukkan kenaikan seiring dengan
pertambahan jumlah konsentrasi substrat dan lamanya waktu fermentasi. Pada
fermentasi 0 hari dengan konsentrasi substrat jerami alang-alang 5 g/100 mL
diperoleh kadar bioetanol 0,14%, pada fermentasi 3 hari 0,21%, dan pada
fermentasi 6 hari 0,26%. Hasil analisis larutan sampel berupa substrat jerami
alang-alang diatas dengan parameter waktu fermentasi diperoleh kadar bioetanol
terendah pada fermentasi selama 0 hari dengan konsentrasi 5 g/100 mL yakni
0,14%, sedangkan pada fermentasi 6 hari dengan konsentrasi 10 g/100 mL kadar
bioetanol tertinggi sebesar 0,59%.
Berdasarkan uji Anova, diperoleh nilai significant 0, 97 > 0, 05
[image:11.612.168.441.125.300.2]commit to user
konsentrasi substrat jerami alang-alang tidak berpengaruh nyata terhadap kadar
bioetanol yang dihasilkan. Sama halnya dalam penelitian Hasanah (2012), kadar
bioetanol yang diperoleh terus meningkat dari waktu fermentasi hari ke-1 sampai
hari ke-7. Dalam penelitian ini, waktu fermentasi dan konsentrasi substrat jerami
alang-alang berkaitan dengan produksi kadar bioetanol dan hasilnya pun tidak
berbeda nyata.
Namun, dalam penelitian ini, pada waktu 0 hari, bioetanol sudah dapat
dihasilkan. Hal itu disebabkan, karena sampel berupa substrat jerami alang-alang
yang sudah terurai menjadi gula oleh A. niger, kemungkinan sudah mulai terurai
menjadi bioetanol oleh A. niger. Hal tersebut dipengaruhi oleh sifat A. niger yang
memiliki sifat mirip dengan S. cerevisiae yaitu merubah gula menjadi bioetanol.
Kenaikan jumlah kadar bioetanol menunjukkan bahwa seiring
bertambahnya waktu fermentasi oleh S. cerevisiae dan jumlah konsentrasi gula
reduksi substrat jerami alang-alang, kadar bioetanol yang dihasilkan semakin
tinggi. Kenaikan kadar bioetanol mulai terjadi pada 3 hari dan naik menjadi
semakin tinggi mulai pada 6 hari.
Kadar bioetanol pada 6 hari belum mengalami penurunan. Hal tersebut
terkait dengan ketersediaan substrat yang masih ada dan bisa dilakukan
penambahan waktu fermentasi. S. cerevisiae yang berperan dalam proses
fermentasi dapat melakukan metabolisme secara maksimal tetapi masa
direaksikan menjadi bioetanol. Menurut Riadi (2007), beberapa faktor yang
mempengaruhi produksi bioetanol yaitu: ketersediaan substrat, substrat
penghambat, produk penghambat, dan kematian sel mikroba.
Seperti penelitian yang telah dilakukan oleh Noverita (2008), penurunan
kadar bioetanol terjadi pada hari ke-9 dari substrat jerami padi yang merupakan
sama-sama berbahan baku lignoselulosa. Hal tersebut disebabkan karena
bioetanol yang sudah dihasilkan dikonversi oleh kapang S. cerevisiae menjadi
suatu senyawa ester, sehingga mengakibatkan penurunan kadar bioetanol dalam
substrat jerami padi.
Kesimpulan
Kadar bioetanol paling tinggi dihasilkan dari proses delignifikasi NaOCl
1% (b/v) dan NaOH 4% (b/v) substrat jerami alang-alang 10 g/100 mL dilanjutkan
dengan fermentasi oleh A. niger selama 10 hari dan S. cerevisiae selama 6 hari
yaitusebanyak 0,59%.
Daftar Pustaka
Azizah, N.A., Al-Barri, 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
commit to user
Hasanah, Y., 2012, Pengaruh Lama Fermentasi Terhadap Kadar Alkohol Jerami
Padi (Oryza sativa L.). Skripsi. Jurusan Kimia, Fakultas Sains dan
Teknologi Universitas Islam Negeri Maulana Malik Ibrahim, Malang.
Hidayah, R. 2011. Pembuatan Bioetanol Dari Ubi Jalar (Ipomea batatas) Dengan
Proses Fermentasi Saccharomyces cerevisiae. Skripsi. Jurusan Biologi,
Fakultas Matematika dan Sains Universitas Diponegoro, Semarang.
Kodri , D. A. B. dan Yulianingsih, R. 2013. Pemanfaatan Enzim Selulase dari
Trichoderma reseei dan Aspergillus niger sebagai Katalisator Hidrolisis
Enzimatik Jerami Padi dengan Pretreatment Microwave. Jurnal
Bioproses Komoditas Tropis 1 (1) : 36 - 43
Komarayati, S. dan Gusmailina. 2010. Prospek bioetanol Menjadi Minyak Tanah.
www.pustekolah.org (diakses pada tanggal 9 Mei 2013).
Sari, M., Iris, Noverita, dan Yulneriwarni. 2008. Pemanfaatan Jerami Padi dan
Alang-alang dalam Fermentasi Etanol Menggunakan Kapang
Trichoderma viride dan Khamir Saccharomycess cerevisiae. Vis Vitalis 1
(2) : 1-8.
Sukardi, M., R. Maryani dan Hikmatullah. 1993. Inventarisasi dan
Karakteristik Lahan Alang-alang Dalam Pemanfaatan Lahan
Alang-alang Untuk Usaha Tani Berkelanjutan. Pusat Penelitian
