1
OPTIMASI pH DAN WAKTU FERMENTASI
DALAM PEMBUATAN BIOETANOL DARI NIRA NIPAH (Nypa fruticans Wurmb.)
Inda Maryani A1, Sofia Anita2
1Mahasiswa Program S1 Kimia
2Dosen Bidang Kimia Analitik Jurusan Kimia
1,2Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam, Universitas Riau Kampus Binawidya, Pekanbaru, 28293, Indonesia
*inda.maryani0467@student.unri.ac.id ABSTRACT
Nipah (Nypa fruticans Wurmb.) is a plant that belongs to the Palmae family and has been grouped into mangrove plants. Nipa can produce sap which has the potential to be used as bioethanol. This study aimed to determine the optimum pH and time of nipa sap fermentation. The production of bioethanol was carried out by fermentation method using the yeast Saccharomyces Cerevisiae, with variations in time of 30, 36, and 42 hours and the initial pH of fermentation was 3.5; 4.5, and 5.5. The fermented products centrifugation to separate the solution and solids. Then, it distilled at 78oC to obtain bioethanol. Bioethanol analyzed using a Gas Chromatograph to determine the concentration of ethanol produced. The optimum concentration of bioethanol occurred at 36 hours at a fermentation pH of 3.5 and 4.5 with a maximum concentration of 34.93% and 35.08% The results of the FTIR analysis proved that a stronge and wide absorption at the wavenumber 3338.92 cm-1 confirmed the presence of an O-H group of bioethanol. The wavenumber 2980.15 cm-1 indicates the presence of a strong alkane (C-H) bond. The wavenumber 1044.50 cm-1 indicates the presence of a strong C-O bond. Results of this FTIR analysis, it can be concluded that nipa sap fermentation contained bioethanol.
Keyword: bioethanol, fermentation, nipa
ABSTRAK
Nipah (Nypa fruticans Wurmb.) merupakan tumbuhan yang termasuk dalam famili palmae dan dikelompokkan ke dalam tumbuhan mangrove atau bakau. Nipah dapat menghasilkan nira yang berpotensi untuk dijadikan bioetanol. Tujuan dari penelitian ini untuk menentukan pH dan waktu optimum dalam fermentasi nira nipah. Pembuatan bioetanol dilakukan dengan metode fermentasi menggunakan bantuan ragi Saccharomyces Cerevisiae, dengan variasi waktu 30, 36 dan 42 jam serta pH fermentasi 3,5; 4,5 dan 5,5. Hasil dari fermentasi disentrifugasi untuk memisahkan larutan dan padatan kemudian di destilasi pada suhu 78oC untuk mendapatkan Bioetanol. Bioetanol dianalisis menggunakan Gas Chromatograph untuk mengetahui konsentrasi bioetanol yang dihasilkan. Konsentrasi bioetanol yang optimum terjadi pada waktu 36 jam di pH
2 fermentasi 3,5 dan 4,5 dengan konsentrasi maksimum bioetanol 34,93% dan 35,08%.
Hasil analisis FTIR menunjukkan pada bilangan gelombang 3338,92 cm-1 terdapat serapan yang kuat dan melebar, hal ini menandakan adanya gugus –OH dalam bioetanol. Pada bilangan gelombang 2980,15 menunjukkan adanya ikatan alkana (C-H) yang kuat. Pada bilangan gelombang 1044,50 cm-1 terdapat ikatan C-O. Hasil analisis FTIR dapat disimpulkan bahwa fermentasi dari nira nipah mengandung bioetanol.
Kata kunci: bioetanol, fermentasi, nipah PENDAHULUAN
Tumbuhan nipah (Nypa fruticans Wurmb.) merupakan tumbuhan yang termasuk dalam famili palmae dan dikelompokkan ke dalam tumbuhan mangrove atau bakau. Tanaman nipah merupakan jenis flora yang tumbuh liar di hutan mangrove, terutama disepanjang kawasan hutan pasang surut dan daerah rawa atau muara sungai dengan air payau (Astri, 2019).
Salah satu sumber bahan baku produksi bioetanol di Indonesia adalah tumbuhan nipah (Nypa fruticans Wurmb.) (Lempang, 2013). Nira nipah mengandung air sebanyak 60-70%, brix(gula) sebanyak 15-17%, sukrosa sebanyak 13-17%, gula pereduksi sebanyak 0,2-0,5% dan abu sebanyak 0,3-0,7%.
Tanaman nipah memiliki banyak manfaat, yaitu daunnya bisa dijadikan atap rumah, lidinya dapat dijadikan anyaman, buah mudanya bisa dijadikan kolang-kaling dan buah tuanya dapat dijadikan tepung roti, selain itu akar dari tanaman nipah ini dapat dijadikan sebagai obat sakit gigi dan obat sakit kepala. Pemanfaatan nira nipah sebagai sumber bioetanol sangat potensial di Indonesia, karena di dalam nira nipah terdapat komposisi kimia, yaitu sukrosa, fruktosa dan glukosa (Dahlan, 2009).
Nira adalah cairan bening yang keluar dari malai bunga pohon kelapa, aren, siwalan atau lontar, nipah (keluarga palem-paleman). Dalam keadaan segar nira mempunyai rasa yang manis, aroma harum yang khas dan tidak memiliki berwarna. Salah satu pemanfaatan nipah adalah nira nipah yang dapat digunakan sebagai bahan baku dalam proses pembuatan bioetanol (Sardjono, 1989).
Proses fermentasi dilakukan dengan menggunakan bantuan khamir (Saccharomyces cerevisiae), untuk memecah glukosa dalam proses fermentasi dan menghasilkan etanol.
Saccharomyces cerevisiae merupakan mikroorganisme yang biasa digunakan dalam membantu proses fermentasi etanol (Prihandana et al., 2008).
Suhu optimum untuk pertumbuhan Saccharomycess cereviceae adalah 25-30°C dan pH optimum untuk pertumbuhan sel khamir adalah 4,5- 5,5. Beberapa keunggulan Saccharomyces cereviceae dalam proses fermentasi adalah mikroorganisme ini berkembang biak dengan cepat, tahan terhadap kadar alkohol yang tinggi, memiliki sifat stabil dan cepat beradaptasi. Pertumbuhan Saccharomyces cereviceae dipengaruhi oleh penambahan unsur hara yaitu unsur C sebagai sumber karbon, unsur N
3 diperoleh dari penambahan urea,
amonium dan pepton, mineral dan vitamin (Umbreit, 1959).
Fermentasi adalah proses penguraian glukosa menjadi alkohol dan gas CO2 sebagai hasil dari enzim yang dilakukan oleh aktivitas sel khamir.
(Rachman, 1991). Reaksi fermentasi bioetanol sebagai berikut:
C6H12O6 2C2H5OH+2CO2 + 2ATP Bioetanol merupakan hasil dari proses fermentasi biomassa dengan bantuan mikroorganisme. Bioetanol adalah etanol yang dihasilkan dari bahan baku nabati.
Chairul., et al (2013) telah melakukan penelitian pembuatan bioetanol dari nira nipah menggunakan ragi sacharomyces cereviceae dengan variasi waktu fermentasi 24, 36, 48, 60 dan 72 jam serta pH fermentasi 4,5; 5,0 dan 5,5 dengan konsentrasi ragi 15 g/L.
Hasil yang diperoleh dari proses fermentasi didapat bahwa kondisi optimum terjadi pada waktu 36 jam dengan pH 4,5 menghasilkan bioetanol sebanyak 14%.
Berdasarkan pada uraian yang telah dijelaskan sebelumnya, maka penelitian ini dilakukan bertujuan untuk meningkatkan hasil bioetanol dari nira nipah melalui proses fermentasi dengan bantuan ragi sacharomyces cereviceae dengan variasi pH dan waktu fermentasi.
Hasil bioetanol yang diperoleh dilakukan analisis menggunakan GC dengan detektor FID untuk menentukan konsentrasi bioetanol dan akan dianalisis menggunakan FTIR untuk mengetahui gugus fungsi yang terdapat didalamnya.
METODOLOGI PENELITIAN a. Alat dan bahan
Adapun alat yang digunakan dalam penelitian ini adalah autoclave (Allamerican), shaker (LabTech), Erlenmeyer, test tube, timbangan analitik (Kern ABS 220-4), rangkaian alat destilasi, heating mantle (M-Tops) sentrifuse (Fisher Scientific), pH Meter (Pen PH-009), pipet volume 50 mL, botol fermentasi, pipet volume 5 mL, buret 50 mL, Gas Chromatography (GC-2010AF Shimadzu) dan peralatan gelas kimia lainnya.
Adapun bahan yang digunakan dalam penelitian ini adalah nira nipah (50 mL), ragi Saccharomyces cereviceae (Fermipan), akua DM, HCl (37%)0,1 M, 0,01M, NaOH 0,1 M, 0,01 M, urea (Nitrea), NPK (Interflor), etanol p.a (99,95%), kertas saring dan tisu.
b. Preparasi sampel nira nipah Sampel yang digunakan pada penelitian ini yaitu nira nipah diambil dari muara sungai Siak di Desa Selat Guntung, Kecamatan Sabak Auh, Kabupaten Siak, Provinsi Riau. Nira nipah diambil dengan cara disadap tandan bunganya. Tandan bunga terlebih dahulu dipukul-pukul sebanyak 2 kali dalam sehari dan dilakukan selama 14 hari sebelum proses penyadapan atau yang biasa disebut sebagai tahapan rangsangan prasadap. Penyadapan tandan bunga dilakukan dengan mengiris bagian tandan bunga kemudia hasil air nira yang menetes akan ditampung dalam wadah dengan waktu penampungan selama 7 hari. Hasil air
4 nira yang tertampung dalam wadah
kemudian disaring menggunakan saringan kasar dan selanjutnya disaring kembali menggunakan kertas saring.
c. Pembuatan bioetanol dari nira nipah
1. Persiapan medium fermentasi Semua alat-alat dan bahan kecuali ragi disterilisasi terlebih dahulu di dalam autoclave selama 20 menit pada suhu 121°C. Medium fermentasi dibuat dengan cara 50 mL nira nipah ditambahkan urea 0,02 g/L dan NPK 0,025 g/L. Selanjutnya dilakukan pengaturan pH dengan penambahan HCl dan NaOH sesuai dengan variabel penelitian yaitu 4,5; 5,0 dan 5,5.
2. Pembuatan starter inokulum Ragi Sacharomyces cereviceae sebanyak 0,75 gram dibiakkan dalam 5 mL medium fermentasi, lalu diaduk dengan menggunakan shaker selama 1 jam dengan kecepatan pengadukan 200 rpm, keadaaan anaerob dan suhu kamar.
3. Fermentasi
Fermentasi dimulai dengan menambahkan 5 mL starter inokulum ke dalam 50 mL medium fermentasi.
Keadaan anaerob dan suhu kamar dengan kecepatan pengadukan 200 rpm.
Waktu fermentasi divariasikan 30, 36 dan 42 jam.
d. Analisis gas chromatography Analisis konsentrasi bioethanol menggunakan instrumen Gas Chromatography yaitu dengan cara sampel diinjeksikan ke dalam alat injektor dan kemudian hasil kromatogram akan ditampilkan pada komputer sebagai output dari analisis.
HASIL DAN PEMBAHASAN
a. Pembuatan bioetanol dari nira nipah
Bioetanol dari nira nipah diperoleh dengan adanya proses fermentasi dalam keadaan anaerob dengan bantuan ragi Sacharomyces cereviceae. Pada proses fermentasi nira nipah, pembiakan Sacharomyces cereviceae dilakukan terlebih dahulu dalam suatu medium fermentasi. Medium fermentasi ini dibuat sebagai tempat pertumbuhan dari Sacharomyces cereviceae. Urea dan NPK yang ditambahkan dalam medium fermentasi berfungsi sebagai nutrisi dalam pertumbuhan ragi. Variasi pH diatur dalam kondisi asam karena saat melakukan proses fermentasi, Saccharomyces cerevisiae dipengaruhi oleh faktor tumbuh yang meliputi pH pertumbuhan antara 2,0-8,6 (Prihandana et al., 2008).
Starter inokulum digunakan sebagai pembiakan dari Sacharomyces cereviceae yang selanjutnya akan ditumbuhkan di dalam medium fermentasi. Fermentasi dilakukan dengan cara menambahkan starter inokulum yang telah dibuat kedalam medium fermentasi sesuai dengan variasi yang telah dibuat. Fermentasi dilakukan selama 30, 36 dan 42 jam.
Pada saat proses fermentasi berlangsung, ragi sacharomyces cereviceae akan menghasilkan enzim zimase dan invertase. Enzim invertase berperan dalam tahapan proses mengubah sukrosa menjadi glukosa dan fruktosa, sedangkan enzim zimase berfungsi sebagai biokatalis yang dapat
5 mengubah glukosa dan fruktosa menjadi
etanol dan CO2. Nira nipah yang sudah terfermentasi akan mengalami perubahan warna menjadi keruh dan kekuning- kuningan serta mengeluarkan bau yang menyengat seperti bau tapai.
Hasil dari proses fermentasi selanjutkan dipisahkan dengan cara disentrifugasi dengan tujuan untuk memisahkan antara larutan dan padatan yang terbentuk setelah proses fermentasi, selanjutnya supernatan didestilasi.
Destilasi merupakan proses pemisahan suatu campuran yang berdasarkan perbedaan titik didih. Suhu yang digunakan pada saat destilasi adalah 78ºC sesuai dengan titik didih senyawa etanol. Proses destilasi akan dihentikan ketika tidak ada lagi destilat yang menetes. Biotanol yang telah didestilasi kemudian dilakukan analisis menggunakan Gas chromatography (GC) dan analisis gugus fungsi menggunakan FTIR.
b. Hasil analisis bioetanol menggunakan GC
Bioetanol dari hasil fermentasi nira nipah dianalisis menggunakan instrumen GC-FID. Hasil yang didapat dari analisis GC, yaitu pada waktu 30 jam pH 3,5 konsentrasi bioetanol yang dihasilkan 28,25%, waktu 30 jam pH 4,5 konsentrasi bioetanol yang dihasilkan 32,33%, waktu 30 jam pH 5,5 konsentrasi bioetanol yang dihasilkan 30,39%, waktu 36 jam pH 3,5 konsentrasi bioetanol yang dihasilkan 34,93%, waktu 36 jam pH 4,5 konsentrasi bioetanol yang dihasilkan 35,08%, waktu 36 jam pH 5,5
konsentrasi bioetanol yang dihasilkan 23,92%, waktu 42 jam pH 3,5 konsentrasi bioetanol yang dihasilkan 33,49%, waktu 42 jam pH 4,5 konsentrasi bioetanol yang dihasilkan 33,64% dan pada waktu 42 jam pH 5,5 konsentrasi bioetanol yang dihasilkan 22,94%.
Dari hasil yang diperoleh dilihat bahwa pada pH fermentasi 3,5 dan 4,5 dengan waktu fermentasi 36 jam konsentrasi bioetanol yang dihasilkan mengalami peningkatan, hal ini karena pada pH tersebut merupakan kondisi optimum bagi pertumbuhan ragi sacharomyces cereviceae, dimana laju fermentasi gula oleh saccharomyces cerevisiae relatif intensif pada pH 3,5-6,0 dengan pH optimum 3,5-5,0 (Prihandana et al., 2008). Sehingga pada pH optimum tersebut aktivitas enzim dalam memecah glukosa akan maksimum dan akan menghasilkan produk bioetanol yang lebih banyak.
Pada pH rendah pertumbuhan dan aktivitas mikroorganisme belum maksimal, sehingga kemampuan enzim untuk mengubah glukosa menjadi
bioetanol akan semakin rendah (Putra & Amran,2009).
Letak geografis merupakan salah satu faktor yang dapat mempengaruhi hasil bioetanol yang diperoleh pada penelitian ini. Faktor lain yang menyebabkan kurang maksimalnya hasil konsentrasi bioetanol yang diperoleh mungkin terjadi pada saat pengaturan pH menggunakan larutan HCl dan NaOH, karena hal ini dapat mengganggu kinerja dari enzim sehingga konsentrasi
6 bioetanol yang diperoleh kurang
maksimal. Oleh karena itu sebaiknya menggunakan larutan buffer dalam pengaturan pH.
c. Hasil analisis FTIR
Bioetanol yang dihasilkan dari fermentasi nira nipah dilakukan karakterisasi FTIR untuk mengidentifikasi gugus fungsi dari senyawa etanol. Hasil data FTIR yang diperoleh, yaitu pada bilangan gelombang 3338,92 cm-1 terdapat serapan yang kuat dan melebar, hal ini menunjukkan adanya interaksi antara molekul elektronegatif O dengan positif H yang membentuk ikatan hidrogen. Hal ini menandakan adanya gugus hidroksil (–OH) dalam bioetanol. Pada bilangan gelombang 2980,15 menunjukkan adanya ikatan alkana (C-H) yang kuat.
Serta pada bilangan gelombang 1044,50 cm-1 terdapat ikatan karbonil (C-O).
Maka dari hasil analisis FTIR ini dapat disimpulkan bahwa fermentasi dari nira nipah mengandung bioetanol.
Pada hasil penelitian ini dapat disimpulkan bahwa kondisi optimum untuk fermentasi nira nipah dengan bantuan ragi Sacharomyces cereviceae terjadi pada waktu 36 jam dengan pH 3,5 dan 4,5 dimana konsentrasi bioetanol yang dihasilkan sebesar 34,93% dan 35,08%. Selisih konsentrasi bioetanol yang dihasilkan sangat kecil yaitu sebesar 0,15%.
KESIMPULAN
Berdasarkan hasil penelitian dapat disimpulkan bahwa kondisi optimum dari penelitian ini terjadi pada waktu 36 jam dengan pH 3,5 dan 4,5
menghasilkan konsentrasi bioetanol sebesar 34,93 dan 35,08%. Selisih dari kedua konsentrasi bioetanol yang didapat hanya sebesar 0,15%.
DAFTAR PUSTAKA
Astri, Y. 2019. Isolasi dan karakterisasi bakteri asam laktat (bal) dari nira nipah (nypa fruticans) terfermentasi. Skripsi. Medan:
Universitas Medan Area.
Chairul & Silvia, R. Y. 2013.
Pembuatan bioetanol dari nira
nipah menggunakan
sacharomyces cereviceae. Jurnal Ilmiah Sains Terapan.
4(2):105-108.
Dahlan. 2009. Pemekatan nira nipah menggunakan membran selulosa asetat. Skripsi. Palembang:
Universitas Sriwijaya.
Lempang, Mody. 2013. Produksi Nata Fruticans dari Nira Nipah (Production of Nata Fruticans from Sap of Nypa fruticans Warmb.). Jurnal Penelitian Hasil Hutan. 31(2): 110-119.
Prihandana, R., et al. 2008. Bioetanol Ubi Kayu Bahan Bakar Masa Depan. Jakarta: Agromedia Pustaka.
Putra, A. E & Amran H. 2009.
Pembuatan Bioetanol Dari Nira Siwalan Secara Fermentasi Fase Cair Menggunakan Fermipan.
Skripsi. Semarang: Universitas Diponegoro.
Rachman, A. K & Sudarto, Y. 1991.
Nipah Sumber Pemanis Baru.
Yogyakarta: Kanisius.
7 Sardjono. 1992. Nipah. Pasuruan: Berita
Pusat Penelitian Perkebunan Indonesia (P3GI).
Umbreit, W.W. 1959. Advances In Applied Microbiology 1. New Jersey: Rutgers University
