FERMENTASI GLISEROL HASIL SAMPING PABRIK
BIODIESEL MENJADI 1,3-PROPANADIOL DENGAN
MENGGUNAKAN BAKTERI ENTEROBACTER
AEROGENES
SKRIPSI
Oleh
100405021
DEWI ANGGRAINI
DEPARTEMEN TEKNIK KIMIA
FAKULTAS TEKNIK
UNIVERSITAS SUMATERA UTARA
SEPTEMBER 2014
FERMENTASI GLISEROL HASIL SAMPING PABRIK
BIODIESEL MENJADI 1,3-PROPANADIOL DENGAN
MENGGUNAKAN BAKTERI ENTEROBACTER
AEROGENES
SKRIPSI
Oleh
100405021
DEWI ANGGRAINI
SKRIPSI INI DIAJUKAN UNTUK MELENGKAPI SEBAGIAN
PERSYARATAN MENJADI SARJANA TEKNIK
DEPARTEMEN TEKNIK KIMIA
FAKULTAS TEKNIK
UNIVERSITAS SUMATERA UTARA
SEPTEMBER 2014
PERNYATAAN KEASLIAN SKRIPSI
Saya menyatakan dengan sesungguhnya bahwa skripsi dengan judul:
FERMENTASI GLISEROL HASIL SAMPING PABRIK BIODIESEL MENJADI 1,3-PROPANADIOL DENGAN MENGGUNAKAN BAKTERI
ENTEROBACTER AEROGENES
dibuat untuk melengkapi sebagian persyaratan menjadi Sarjana Teknik pada Departemen Teknik Kimia Fakultas Teknik Universitas Sumatera Utara. Skripsi ini adalah hasil karya saya kecuali kutipan-kutipan yang telah saya sebutkan sumbernya.
Demikian pernyataan ini diperbuat, apabila dikemudian hari terbukti bahwa karya ini bukan karya saya atau merupakan hasil jiplakan maka saya bersedia menerima sanksi sesuai dengan aturan yang berlaku.
Medan, Agustus 2014
NIM 100405021 Dewi Anggraini
PENGESAHAN
Skripsi dengan judul :
FERMENTASI GLISEROL HASIL SAMPING PABRIK BIODIESEL MENJADI 1,3-PROPANADIOL DENGAN MENGGUNAKAN BAKTERI
ENTEROBACTER AEROGENES
dibuat untuk melengkapi persyaratan menjadi Sarjana Teknik pada Departemen Teknik Kimia Fakultas Teknik Universitas Sumatera Utara. Skripsi ini telah diujikan pada sidang ujian skripsi pada 27 Agustus 2014 dan dinyatakan memenuhi syarat/sah sebagai skripsi pada Departemen Teknik Kimia Fakultas Teknik Universitas Sumatera Utara.
Mengetahui, Medan, 18 September 2014
Koordinator Skripsi Dosen Pembimbing
Ir. Renita Manurung, MT
NIP. 19681214 199702 2 002 NIP. 19640617 199403 2 001 Dr. Ir. Fatimah, MT
Dosen Penguji I, Dosen Penguji II,
Ir. Bambang Trisakti, MT
NIP. 19660925 199103 1 003 NIP. 19681214 199702 2 002 Ir. Renita Manurung, MT
PRAKATA
Puji dan syukur kehadirat Tuhan Yang Maha Esa atas limpahan rahmat dan karunia-Nya sehingga skripsi ini dapat diselesaikan. Tulisan ini merupakan skripsi dengan judul “Fermentasi Gliserol Hasil Samping Pabrik Biodiesel Menjadi 1,3-Propanadiol dengan Menggunakan Bakteri Enterobacter Aerogenes”, berdasarkan hasil penelitian yang penulis lakukan di Departemen Teknik Kimia Universtas Sumatera Utara. Skripsi ini merupakan salah satu syarat untuk mendapatkan gelar Sarjana Teknik.
Melalui penelitian ini diperoleh 1,3-Propanadiol dari hasil fermentasi gliserol hasil samping biodiesel dengan bantuan bakteri Enterobacter aerogenes, sehingga hasil yang diperoleh dapat dimanfaatkan untuk berbagai industri kimia seperti polimer, kosmetik, makanan, obat-obatan, serta meningkatkan nilai ekonomis crude gliserol hasil samping biodiesel yang bernilai rendah menjadi produk yang lebih potensial.
Selama melakukan penelitian hingga penulisan skripsi ini, penulis banyak mendapat pengarahan dan bimbingan dari dosen pembimbing penulis. Untuk itu secara khusus penulis mengucapkan terima kasih dan penghargaan yang sebesar-besarnya kepada Ibu Dr. Ir. Fatimah, MT.
Penulis menyadari bahwa skripsi ini masih jauh dari sempurna, oleh karena itu penulis mengharapkan saran dan masukan demi kesempurnaan skripsi ini. Semoga skripsi ini memberikan manfaat bagi pengembangan ilmu pengetahuan.
Medan, 7 Agustus 2014
Penulis,
DEDIKASI
Penulis mendedikasikan skripsi ini kepada :
1. Kedua orang tua penulis tercinta, Alm. HR. Haryono dan Dina Ria yang telah menjadi inspirasi dan selalu memberi semangat dalam penulisan skripsi ini.
2. Jekky Bahagia Ginting atas kerjasamanya yang baik hingga akhir selama melakukan penelitian dan penulisan skripsi ini.
3. Abang dan Kakakku tercinta, Alm. Stevanus dan Sri Apri Yanti yang selalu memberi dukungan dalam penulisan skripsi ini.
4. Mama tercinta, Mariana, yang selalu memberi semangat dalam penulisan skripsi ini.
5. Keluarga besar tercinta, Nek Pinem, Om Julius, Tante Ida, Ma Tua yang selalu memberi dukungan dalam penulisan skripsi ini.
6. Keponakan-keponakan tersayang, Gabriella, Gilberto, Geraldine, dan Graciella yang memberi semangat dalam penulisan skripsi ini.
7. Herbert yang memberikan dukungan dan semangat kepada penulis.
8. Teman-teman terbaikku di Teknik Kimia, Deril Clinton, Margareth Nainggolan, Ruben Simangunsong, Popphy Prawati, Agnes Sartika, Agus Mangiring, Rap Leanon, dan semua stambuk 2010 serta senior-senior yang memberikan banyak dukungan dan semangat kepada penulis.
RIWAYAT HIDUP PENULIS
Nama : Dewi Anggraini
NIM : 100405021
Tempat, tanggal lahir : Tangerang, 12 Maret 1993 Nama orang tua : Alm. HR. Haryono dan
Dina Ria Alamat orang tua :
Jl. Raya Taman Golf Blok AG 7 No 9 Modernland, Tagerang
Asal Sekolah:
• SD Shalom II BK3 Tangerang 1998-2004
• SMP Strada Santa Maria 2 Tangerang tahun 2004 – 2007 • SMA Negeri 10 Tangerang tahun 2007 – 2010
Beasiswa yang diperoleh:
1. Beasiswa PPA Tahun 2010/2012 2. Beasiswa PPA Tahun 2012/2013 3. Beasiswa PPA Tahun 2013/2014
Pengalaman Kerja dan Organisasi:
1. Himpunan Mahasiswa Teknik Kimia (HIMATEK) FT USU periode 2012/2013 sebagai Anggota Bidang Minat dan Bakat (Bakmi)
2. Asisten Laboratorium Operasi Teknik Kimia Departemen Teknik Kimia FT USU tahun 2013-2014 modul Tray Dryer, Heat Exchanger, Kolom Absorpsi Gas, dan Ball Mill.
Artikel yang akan dipublikasikan dalam seminar internasional:
1. Fermentation of Glycerol from Biodiesel Waste to 1,3-Propanadiol by Enterobacter Aerogenes pada seminar 5th Sriwijaya Internasional Semonar On Energy Enviromental Science and Technology (SISEEST 5th) 2014 yang akan berlangsung di Palembang, pada 10-11 September 2014.
2. Fermentation of Glycerol from Biodiesel Waste to 1,3-Propanadiol by Klebsiella Pneumoniae pada seminar 5th Sriwijaya Internasional Semonar On Energy Enviromental Science and Technology (SISEEST 5th) 2014 yang akan berlangsung di Palembang, pada 10-11 September 2014.
ABSTRAK
Penelitian ini bertujuan untuk menghasilkan senyawa 1,3-propanadiol melalui fermentasi gliserol hasil samping produksi biodiesel oleh bakteri Enterobacter aerogenes. Penelitian ini dilakukan di Laboratorium Bioproses Pusat Penelitian Kelapa Sawit, Medan. Penelitian ini diawali dengan melakukan pemurnian crude gliserol untuk menghasilkan gliserol murni serta melakukan analisa terhadap gliserol hasil pemurnian yang akan digunakan. Kemudian dilakukan proses pengembangbiakan bakteri yang akan digunakan pada proses fermentasi. Fermentasi dilakukan dengan volume gliserol tetap 50 ml dengan variabel uji yaitu waktu fermentasi (1, 2, dan 3 hari) , volume inokulum (5, 7, dan 10 % dari volume gliserol yang difermentasi), serta suhu fermentasi (25 dan 37◦C). Hasil fermentasi kemudian dianalisa dengan menggunakan Kromatografi Gas. Dari hasil analisa gliserol didapatkan warna gliserol bening dengan densitas 1,2777 gr/ml, FFA 7,83 %, kadar air 1,298 %, kadar abu 6 % dan kadar gliserol sebesar 83,2572 %. Analisa Kromatografi Gas menunjukkan kemurnian 1,3-propanadiol yang terbentuk dari hasil fermentasi, lalu dari data tersebut dihitung konsentrasi yang terbentuk. Hasil fermentasi terbaik didapatkan pada waktu fermentasi 1 hari dengan konsentrasi 1,3-Propanadiol yang tinggi sebesar 6,196 mol/ml, rasio inokulum : substrat 0,07 dengan konsentrasi 1,3-Propanadiol yang tinggi sebesar 4,251 mol/ml, dan suhu 25 ◦C dengan konsentrasi 1,3 -Propanadiol yang tinggi sebesar 6,433 mol/ml.
ABSTRACT
The purpose of this study is to produce 1,3-Propanediol from fermentation of glycerol as a byproduct of biodiesel production using Enterobacter aerogenes. This study was done at the Laboratory of Bioprocess Research Center of Oil Palm, Medan. This study was began with a purification of crude glycerol to produce pure glycerol and the results of purification were analyzed. And the process was continued with culture of bacteria for fermentation. Fermentation of glycerol was done with volume of glycerol was setted 50 ml where variables such fermentation time (1, 2, and 3 days), volume of inoculum (5, 7, and 10 % from the volume of glycerol was fermented) and temperature of fermentation (25 and 37◦C) were studied. The results of fermentation were analyzed using Gas Chromatography (GC). The results of glycerol was obtained that the color of glycerol was clear, the density of glycerol was 1,2777 g / ml, FFA was 7,83 %, moisture content was 1,298 %, ash content was 6 % and level of glycerol was 83,2572 %. Analysis of GC showed the purity of 1,3-Propanediol from fermentation of glycerol, and then the concentration of 1,3-Propanediol was calculated from that data. The best results of fermentation was obtained in fermentation 1 day with concentration of 1,3-Propanediol was 6,196 mol/ml, ratio inoculum : substrate 0,07 with concentration of 1,3-Propanediol was 4,251 mol/ml, and temperature 25 ◦C with concentration of 1,3-Propanediol was 6,433 mol/ml.
Keywords : glycerol, enterobacter aerogenes, 1,3-Propanediol, gas chromatography
DAFTAR ISI
Halaman
PERNYATAAN KEASLIAN SKRIPSI i
PENGESAHAN ii
PRAKATA iii
DEDIKASI iv
RIWAYAT HIDUP PENULIS v
ABSTRAK vi
ABSTRACT vii
DAFTAR ISI viii
DAFTAR GAMBAR xi
DAFTAR TABEL xiii
DAFTAR LAMPIRAN xiv
DAFTAR SINGKATAN xvi
DAFTAR SIMBOL xvii
BAB I PENDAHULUAN 1
1.1 LATAR BELAKANG 1 1.2 PERUMUSAN MASALAH 3 1.3 TUJUAN PENELITIAN 4 1.4 MANFAAT PENELITIAN 4 1.5 RUANG LINGKUP PENELITIAN 4
BAB II TINJAUAN PUSTAKA 6
2.1 GLISEROL 6 2.2 PURIFIKASI GLISEROL 8 2.3 FERMENTASI GLISEROL 10 2.4 INOKULASI BAKTERI 12 2.5 ENTEROBACTER AEROGENES 13 2.6 SINTESIS 1,3-PROPANADIOL 14
2.7 SEPARASI HASIL FERMENTASI 16
2.8 KROMATOGRAFI GAS (GAS CHROMATOGRAPHY) 17 2.8.1 Bagian-Bagian Alat Kromatografi Gas 18
2.8.1.1 Fase Mobil (Gas Pembawa) 18
2.8.1.2 Sistem Injeksi Sampel 18
2.8.1.3 Kolom 19
2.8.1.4 Detektor 19
2.8.1.5 Pencatat (Recorder) 19
2.8.2 Prinsip Kerja Alat Kromatografi Gas 19 2.8.3 Kelebihan dan Kekurangan Kromatografi Gas 19
2.9 ANALISA EKONOMI 20
BAB III METODOLOGI PENELITIAN 22
3.1 LOKASI PENLITIAN 22
3.2 BAHAN 22
3.2.1 Bahan Baku 22
3.2.2 Bahan Purifikasi Gliserol 22
3.2.3 Bahan Pembuatan Media Kultur Stok 22 3.2.4 Bahan Media Perhitungan Jumlah Bakteri 22
3.2.5 Bahan Analisa 23
3.2.5.1 Bahan Analisa Kadar Glisrol 23 3.2.5.2 Bahan Analisa Densitas Gliserol 23
3.2.5.3 Bahan Analisa Kadar Abu 23
3.2.5.4 Bahan Analisa Free Fatty Acid (FFA) 23
3.2.5.5 Analisa GC 23
3.3 PERALATAN 24
3.4 PROSEDUR PENELITIAN 25
3.4.1 Prosedur Purifikasi Gliserol 25
3.4.2 Prosedur Analisa Gliserol 25
3.4.3 Penentuan Kadar Free Fatty Acid (FFA) 26
3.4.4 Penentuan Densitas Gliserol 27
3.4.5 Penentuan Kadar Air Gliserol 27
3.4.6 Penentuan Kadar Abu Gliserol 27
3.4.7 Pembuatan Media Pertumbuhan 28
3.4.8 Pembuatan Kultur Stok 28
3.4.10 Prosedur Fermentasi 29 3.4.11 Analisa 1,3-Propanadiol dengan Kromatografi GC 29
3.5 FLOWCHART PENELITIAN 30
3.5.1 Purifikasi Gliserol 30
3.5.2 Penentuan Kadar Gliserol 31
3.5.3 Penentuan Kadar Free Fatty Acid (FFA) 32
3.5.4 Penentuan Densitas Gliserol 33
3.5.5 Penentuan Kadar Air Gliserol 34
3.5.6 Penentuan Kadar Abu Gliserol 35
3.5.7 Pembuatan Media Pertumbuhan 36
3.5.8 Pembuatan Kultur Stok 37
3.5.9 Perhitungan Jumlah Bakteri 37
3.5.10 Fermentasi Gliserol 38
BAB IV HASIL DAN PEMBAHASAN 39
4.1 PEMURNIAN GLISEROL 39
4.2 ANALISA GLISEROL 41
4.3 FERMENTASI GLISEROL 42
4.3.1 Konversi Gliserol 43
4.3.2 Pengaruh Waktu Fermentasi Terhadap Konsentrasi
1,3-Propanadiol Terbentuk 45 4.3.3 Pengaruh Rasio Inokulum : Substrat Terhadap Konsentrasi
1,3-Propanadiol Terbentuk 47 4.3.4 Pengaruh Suhu Fermentasi Terhadap Konsentrasi
1,3-Propanadiol Terbentuk 48
BAB V KESIMPULAN DAN SARAN 51
5.1 KESIMPULAN 51
5.2 SARAN 51
DAFTAR GAMBAR
Halaman Gambar 2.1 Bakteri Enterobacter Aerogenes 13 Gambar 2.2 Biokonversi Gliserol menjadi 1,3-Propanadiol 15 Gambar 2.3 Perombakan Gliserol menjadi 1,3-Propanadiol 15 Gambar 3.1 Flowchart Purifikasi Gliserol 31 Gambar 3.2 Flowchart Penentuan Kadar Gliserol 31 Gambar 3.3 Flowchart Penentuan Kadar FFA 32 Gambar 3.4 Flowchart Penentuan Densitas Gliserol 33 Gambar 3.5 Flowchart Penentuan Kadar Air Gliserol 34 Gambar 3.6 Flowchart Penentuan Kadar Abu Gliserol 35 Gambar 3.7 Flowchart Pembuatan Media Pertumbuhan 36 Gambar 3.8 Flowchart Pembuatan Kultur Stok 37 Gambar 3.9 Flowchart Perhitungan Jumlah Bakteri 37 Gambar 3.10 Flowchart Fermentasi Gliserol 38 Gambar 4.1 Proses Pengasaman Crude Gliserol dengan
Asam Phospat 39
Gambar 4.2 Garam Yang Terbentuk Setelah Pemanasan 40
Gambar 4.3 Gliserol Hasil Pemurnian 41
Gambar 4.4 Kultur Stok Setelah Pembiakan dan Sesudah Pembiakan 42 Gambar 4.5 Perhitungan Jumlah Enterobacter Aerogenes dengan
Counter Coloni 43
Gambar 4.6 Kadar Gliserol Terhadap Variasi Waktu dan Volume
Bakteri Pada Fermentasi Suhu 25 Maupun 37 ℃ 44 Gambar 4.7 Hasil Analisa GC untuk 1,3-Propanadiol Standar 45 Gambar 4.8 Hubungan Waktu Fermentasi terhadap Konsentrasi
1,3-Propanadiol 46
Gambar 4.9 Hubungan Rasio Inokulum : Substrat terhadap Konsentrasi
1,3-Propanadiol 47
Gambar 4.10 Hubungan Suhu Fermentasi terhadap Kadar 1,3-Propanadiol 49 Gambar L1.1 Hasil Kromatografi GC Crude Gliserol 60 Gambar L1.2 Hasil Kromatografi GC Gliserol Murni 60
Gambar L1.3 Hasil Fermentasi Gliserol 1 hari, 37℃, 10% 61 Gambar L1.4 Hasil Fermentasi Gliserol 3 hari, 25℃, 10% 61 Gambar L1.5 Hasil Fermentasi Gliserol 2 hari, 37℃, 10% 62 Gambar L1.6 Hasil Fermentasi Gliserol 3 hari, 37℃, 5% 62 Gambar L1.7 Hasil Fermentasi Gliserol 3 hari, 37℃, 10% 63 Gambar L1.8 Hasil Fermentasi Gliserol 3 hari, 37℃, 7% 63
Gambar L3.1 Crude Gliserol 72
Gambar L3.2 Hasil Penambahan Asam Phospat 72 Gambar L3.3 Garam Yang Terbentuk Pada Proses Pemurnian
Crude Gliserol 73
Gambar L3.4 Gliserol Murni 73
Gambar L3.5 Autoclave 73
Gambar L3.6 Proses Sterilisasi Media Pertumbuhan 74
Gambar L3.7 Proses Inokulasi Bakteri 74
Gambar L3.8 Pembiakan Bakteri Dalam Water Batch 74
Gambar L3.9 Pengenceran 108 75
Gambar L3.10 Perhitungan Jumlah Koloni Dengan Coloni Counter 75 Gambar L3.11 Hasil Titrasi Penentuan Kadar Gliserol 75
Gambar L3.12 Proses Distilasi 76
DAFTAR TABEL
Halaman Tabel 1.1 Produksi dan Konsumsi Minyak Diesel 1 Tabel 1.2 Penelitian Yang Menggunakan Crude Gliserol sebagai
Bahan Baku 2
Tabel 1.3 Daftar Peneliti Terdahulu 3
Tabel 2.1 Sifat Fisika dan Sifat Kimia Gliserol 7 Tabel 2.2 Karakteristik dari Gliserol Kasar dan Gliserol yang
Dimurnikan dari Residu Gliserol Hasil Samping Biodiesel Berbahan Baku Minyak Kelapa Sawit Serta Gliserol Komersial
Oleh Mokhtar pada tahun 2001 9
Tabel 2.3 Daftar Sifat Komponen Yang Terdapat pada
Proses Fermentasi 16
Tabel 3.1 Program Pengatur GC 24
Tabel 4.1 Perbandingan Sifat Fisika Crude Gliserol dengan
Gliserol Murni 41
Tabel L2.1 Hasil Titrasi Sampel Hasil Fermentasi 69 Tabel L2.2 Hasil Perhitungan Konsentrasi 1,3-Propanadiol dari
Fermentasi Gliserol Pada Suhu 37℃ dan Rasio Inokulum :
Substrat 0,1 71
Tabel L2.2 Hasil Perhitungan Konsentrasi 1,3-Propanadiol dari
Fermentasi Gliserol Pada Suhu 37℃ dan Waktu Fermentasi
3 Hari 71
Tabel L2.2 Hasil Perhitungan Konsentrasi 1,3-Propanadiol dari Fermentasi Gliserol Waktu Fermentasi 3 Hari dan Rasio
DAFTAR LAMPIRAN
Halaman
Lampiran 1 HASIL ANALISA 60
L1.1 CRUDE GLISEROL 60
L1.2 GLISEROL MURNI 60 L1.3 HASIL FERMENTASI 61 L1.4 KADAR GLISEROL SETELAH FERMENTASI 64
Lampiran 2 CONTOH PERHITUNGAN 65
L2.1 CRUDE GLISEROL 65
L2.1.1 Densitas 65
L2.1.2 Kadar Air 65
L2.1.3 Kadar Abu 66
L2.1.4 Kadar Free Fatty Acid 66 L2.2 GLISEROL HASIL PEMURNIAN DENGAN H3PO4 66
L2.2.1 Densitas 66
L2.2.2 Kadar Air 67
L2.2.3 Kadar Abu 68
L2.2.4 Kadar Free Fatty Acid 68 L 2.3 KADAR GLISEROL SETELAH FERMENTASI 68 L 2.4 PERHITUNGAN KONSENTRASI 1,3-
PROPANADIOL 70
Lampiran 3 DOKUMENTASI PENELITIAN 72
L3.1 FOTO CRUDE GLISEROL 72
L3.2 FOTO CRUDE GLISEROL DENGAN
PENAMBAHAN H3PO4 72
L3.3 FOTO GARAM HASIL PEMURNIAN GLISEROL 73
L3.4 FOTO GLISEROL MURNI 73
L3.5 FOTO AUTOCLAVE 73
L3.6 FOTO STERILISASI MEDIA PERTUMBUHAN 74 L3.7 FOTO INOKULASI BAKTERI 74 L3.8 FOTO PEMBIAKAN BAKTERI
L3.9 FOTO PROSES PENGENCERAN 108 75 L3.10 FOTO PERHITUNGAN KOLONI DENGAN
COLONI COUNTER 75 L3.11 FOTO HASIL TITRASI PENENTUAN KADAR
GLISEROL 75
L3.12 FOTO DISTILASI HASIL FERMENTASI 76 L3.13 FOTO 1,3-PROPANADIOL 76
DAFTAR SINGKATAN
1,3-PDO 1,3-Propanadiol
BM Berat Molekul
et al et alia
CPO Crude Palm Oil
FFA Free Fatty Acid
GC Gas Chromatography
DAFTAR SIMBOL
Simbol Keterangan Dimensi
T Suhu ºC
T1 Volume titrasi ml
T2 Volume titrasi blanko ml
M Konsentrasi mol/ml
N Normalitas NaOH N
m Massa gram
W Bobot contoh gram
