B - 211
PROSPEK BUAH APEL AFKIR DI DAERAH TUMPANG KABUPATEN MALANG SEBAGAI SUMBER ENERGI ALTERNATIF TERBARUKAN
PROSPECTS CULLED APPLES IN TUMPANG REGION AN ALTERNATIVE RENEWABLE ENERGY
Rini Kartika Dewi, Evy Hendriarianti, Boediyanto Jurusan Teknik Kimia Institut Teknologi Nasional Malang Jl. Bendungan Sigura-gura no. 2 Malang Telp. 0341 551431
Email : rinikd@yahoo.co.id
Abstrak. Daerah Poncokusumo Tumpang Kabupaten Malang, merupakan salah satu potensi besar penghasil apel
selain Kota Batu. Dengan adanya curah hujan yang tinggi dan perubahan musim yang tidak menentu menjadikan apel yang dihasilkan tidak sesuai dengan kualitas yang diinginkan.. Peneliti mencoba menngunakan apel afkir ini untuk diproses menjadi sumber energi alternatif bahan bakar terbarukan dengan proses Reaksi Simultan Sakarifikasi dan Fermentasi (SSF) yang selanjutnya dilakukan proses destilasi. Waktu dalam Proses Fermentasi yang dilaksanakan selama 7 hari dengan kondisi temperatur 30oC dan pH 4-4.5 sedangkan temperatur destilasi yang digunakan mulai dari 50, 60, 70, 80 oC. Analisa yang dilakukan adalah analisa etanol dengan menggunakan Gas Kromatografi. Dari hasil didapatkan konsentrasi etanol tertinggi adalah sebanyak 30.066 % dengan temperatur 80 oC.
Kata kunci : Apel, Destilasi, Energi Terbarukan
Abstract. Tumpang region is one of great potential producer apples another Batu city. High rainfall and seasonal
changes that make the apples produced does not match the expected quality. Researches used salvage for processing apples into alternative energy renewable fuels with Sacarification Simultan of Reaction process and Fermentation, distillation process is the performed. Fermentation process carried out for 7 days with temperature 30 oC and pH 4-4.5, while the distillation temperature used ranging from 50, 60, 70 and 80 oC. Analysis was performed using analysis of ethanol by Gas Cromatography. Result obtained the highest ethanol concentration was 30.066% with temperature 80 oC.
Keyword : Apples, Distillation, renewable energy
PENDAHULUAN
Kebutuhan bahan bakar minyak bumi semakin terus meningkat, sedangkan
persediaannya terbatas. Oleh karena itu, kita sebagai peneliti perlu adanya upaya atau inovasi untuk mendapatkan sumber energi yang dapat diperbaruhi (renewable) sebagai
B - 212
alternatif pengganti bahan bakar minyak.
Untuk mengatasi hal tersebut, maka
penelitian mengenai energi terbarukan harus
selalu terus dikembangkan untuk
mengurangi ketergantungan terhadap bahan bakar minyak maupun untuk mengurangi dampak terhadap lingkungan. Pada saat ini produk energi alternatif yang berpeluang untuk dikembangkan adalah bioethanol dengan menggunakan bahan biomassa.
Tumpang merupakan daerah potensi
penghasil apel yang terbesar selain batu, karena dengan adanya curah hujan yang tinggi akan menyebabkan merusaknya bunga yang akan menjadi buah, kerusakan yang terjadi sekitar 60 % dari sistem tanaman yang dilakukan oleh petani. Hal ini menyebabkan penurunan hasil panen yang sangat drastis, serta buah dihasilkan memiliki tekstur yang tidak baik, ukuran
yang tidak standar, sehingga sangat
merugikan petani. Selain itu kerusakan apel dapet juga disebabkan hama, sehingga mempengaruhi tampilan dan warna kulit dari apel.
Pada penelitian ini peneliti mencoba memberikan solusi dari permasalahan diatas, dengan metode reaksi Simultan Sakarifikasi dan Fermentasi (SSF) menggunakan bahan baku dari buah apel afkir menjadi bahan bakar alternatif.
BAHAN DN METODE PENELITIAN Alat
Beberapa peralatan yang dipakai dalam penelitian ini adalah fermentor atau bioreaktor, pH meter, timbangan digital, gelas ukur, beaker glass, autoclave, pipet ukur, corong, blender, magnetic hot plate stirerr, spektrofotometer, Gas Kromatografi.
Bahan
Bahan-bahan yang digunakan dalam
penelitian ini adalah apel afkir, aquadest, HCl, beaker yeast, NaOH, Asam sitrat, Na3PO4 pa, Etanol pa, larutan Luff school, KI, glukosa.
Prosedur Penelitian A. Sterilisasi Peralatan
Peralatan yang digunakan disterilkan terlebih dahulu menggunakan proses sterilisasi kering. Sterilisasi dilakukan
dengan Hot Air Oven pada suhu 180 oC
selama 2 jam.
B. Tahap Penelitian
- Mencuci buah apel sampai bersih dan
menimbang sebanyak 500 gram.
- Dipotong kecil-kecil dan ditambah
dengan aqudest sebanyak 800 ml
kemudian dihaluskan dengan
B - 213
- Dilakukan penyaringan dan filtratnya
dimasukkan ke dalam alat fermentor.
- Menambahkan HCl sampai kondisi pH
larutan berkisar 1 – 2 dengan temperatur
110 oC selama 1 jam.
- Setelah 1 jam diambil sedikit sampel
untuk dialukan analisa glukosa.
- Temperatur kemudian diturunkan
menjadi 30 oC. Setelah temperatur
larutan telah tercapai di cek kembali pHnya. pH yang dibutuhkan untuk proses fermentasi adalah 4 – 4,5 sehingga untuk mencapai pH tersebut ditambahkan HCl atau H2SO4.
- Kemudian ditambahkan nutrisi dan yeast
beaker.
- Selama proses fermentasi kondisi adalah
anaerob. Waktu proses fermentasi adalah selama 7 hari. Dimana sampel diambil setiap hari untuk dilakukan analisa
etanol dengan menggunakan gas
kromatografi.
- Setelah proses fermentasi dilanjutkan ke
proses destilasi dengan temperatur yang bervariasi.
- Kemudian hasil destilatnya dilakukan
analisa etanolnya.
Analisa Glukosa
1. Persiapan kurva standard
- Siapkan larutan glukosa standard (1
mg glukosa anhidrat / ml).
- Encerkan larutan standard tersebut
dalam labu ukur 50 ml, sehingga diperoleh larutan standard dengan kadar glukosa : 2, 4, 6, dan 8 mg/ 100 ml.
- Siapkan 5 tabung reaksi yang bersih,
masing-masing diisi sengan 2 ml larutan standard tersebut diatas. Satu tabung diisi 2 ml air suling sebagai blanko.
- Masukkan tabung-tabung tersebut
dalam pemanas air yang suhunya dijaga konstan pada 30 oC selama 5 menit.
- Kemudian ke dalam tabung
ditambahkan 1 ml larutan “glocose
test”, catatlah wwktu saat
penambahan larutan tersebut. Untuk ketepatan waktu dianjurkan selang waktu antara penambahan larutan “glocose test” pada satu tabung dengan tabung berikutnya dibuat waktunya sama misalnya 30 detik. Jadi mula-mula tabung pertama, 30 detik kemudian tabung kedua dan seterusnya.
- Tabung-tabung tetap berada pada
pemanas air selama 30 menit (inkubasi).
B - 214
- Setelah 30 menit sejak saat
penambahan larutan “glocose test”,
reaksi dihentikan dengan
menambahkan 10 ml larutan H2SO4
(1+3). Selang waktu penambahan larutan asam sulfat pada satu tabung dengan tabung berikutnya juga
dibuat sama seperti pada
penambahan larutan “glocose test” di atas, sehingga lamanya inkubasi pada setiap tabung adalah sama yaitu 30 menit.
- Bilas sampai homogen dan
didinginkan sampai mmencapai suhu ruangan.
- Teralah “optical density” (OD)
larutan-larutan tersebut
menggunakan tabung kuvet 1 cm pada panjang gelombang 540 nm.
- Buatlah kurva standard yang
menunjukkan hubungan antara
konsentrasi glukosa dan OD. 2. Penentuan glukosa pada sampel
- Siapkan larutan contoh yang
mempunyai kadar glukosa sekitar 2,5-7,5 mg / 100 ml. Perlu diperhatikan bahwa larutan contoh ini harus jernih, karena itu bila dijumpai larutan contoh yang keruh atau berwarna, maka perlu dilakukan penjernihan terlebih dahulu dengan
menggunakan Pb-asetat atau bubur Aluminium hidroksida.
- Pipetlah 2 ml larutan contoh yang
jernih tersebut ke dalam tabung reaksi yang bersih.
- Masukkan tabung tersebut dalam
pemanas air yang suhunya dijaga konstan pada 30oC selama 5 menit dan selanjutnya diperlakukan sama
seperti pada penyiapan kurva
standard diatas.
- Jumlah glukosa dapat ditentukan
berdasarkan OD larutan contoh dan kurva standard larutan glukosa.
Analisa Etanol
Dengan menggunakan gas kromatografi. Yang terlebih dahulu dilakukan pembuatan kurva standar etanol.
Pembuatan kurva standar menggunakan etanol merck dengan berbagai konsentrasi (% berat).
HASIL DAN PEMBAHASAN
Penelitian ini dilaksanakan di
Laboratorium Mikrobiologi Industri dan Teknik Kimia ITN Malang.
Dari penelitian ini, proses awal yang kami lakukan adalah analisa karbohidrat untuk mengetahui kadar karbohidrat dalam buah apel. Hasil yang didapatkan ternyata kandungan karbohidrat yang ada di buah
B - 215
apel adalah sekitar 38,69%. Selanjutnya proses kami lanjutkan ke proses hidrolisa dengan menggunakan asam HCl.
Tabel 1.Data Hasil Glukosa Dari Proses Hidrolisa
Sampel Perbandingan Konsentrasi
asam Kadar glukosa
1 1:9 1% 80,256 3% 85,099 5% 86,386 7% 87,212 9% 87,212 2 1:10 1% 86,212 3% 80,256 5% 82,445 7% 84,512 9% 82,445 3 1:12 1% 77,792 3% 87,212 5% 86,386 7% 88,228 9% 89,845
Dari hasil penelitian yang kami lakukan, dapat diketahui bahwa dengan semakin banyak jumlah pelarut air (rasio
perbandingan bahan dan air) yang
digunakan dalam proses hidrolisa (proses
dimana terjadi penguraian karbohidrat
menjadi maltose dan glukosa) maka jumlah glukosa yang dihasilkan semakin tinggi. Hal ini dikarenakan dengan jumlah pelarut air yang semakin banyak akan menjadikan
proses ekstraksi karbohidrat yang
terkandung dalam buah apel afkir semakin
cepat. Karbohidrat tersebut apabila
dilakukan proses hidrolisa akan terurai menghasilkan glukosa.
Proses penguraian karbohidrat dalam buah apel afkir dapat dihidrolisa membentuk glukosa, dimana proses tersebut dapat sangat
lambat sekali prosesnya apabila tanpa
perlakuan apapun. Sehingga untuk
mempercepat terjadinya reaksi selain
pengaruh jumlah pelarut yang ditambahkan seperti yang sudah dijelaskan diatas maka
adanya penambahan katalisator juga
merupakan faktor yang mempengaruhi proses hidrolisa. Katalisator yang kami gunakan pada penelitian ini adalah berupa larutan asam HCl, HCl merupakan asam yang bersifat paling kuat sehingga lebih
mudah terionisasi dalam H2O selain itu HCl
juga mempunyai sifat elektronegatifannya lebih besar, sehingga lebih memudahkan terlepasnya ion hidrogen. Karena mudah tidak terlepasnya H+ dipengaruhi oleh sifat keelektronegatifan suatu bahan. Dilihat dari konsentrasi asam yang dipergunakan, maka dari hasil penelitian terlihat semakin tinggi
konsentrasi asam yang ditambahkan
semakin tinggi pula glukosa yang
dihasilkan, hal ini dikarenakan dengan konsentrasi asam yang semakin tinggi akan mempercepat terjadinya reaksi, sehingga menyebabkan konversi karbohidrat menjadi glukosa semakin baik. Selain itu dengan bertambahnya konsentrasi asam sebagai katalis akan menyebabkan tumbukan antara molekul-molekul air dan molekul pati
B - 216
mengakibatkan energy aktivasi reaksi turun sehingga laju reaksinya semakin cepat.
Tabel. 2. Data Pengamatan Kadar Etanol Hasil Fermentasi
Rasio Bahan :Air
HCl 1 % 3% 5% 7% 9%
Jam Kadar Ethanol (%)
1:9 24 1,102 1,624 3,450 2,340 2,340 48 1,825 2,246 4,567 4,125 4,125 72 2,123 3,562 5,215 5,606 5,606 120 2,561 3,684 5,653 7,237 7,237 148 3,455 4,565 7,235 8,656 8,656 1:10 24 2,240 1,102 1,143 2,300 1,143 48 4,100 1,825 2,105 4,123 2,105 72 5,622 2,123 3,566 5,602 3,566 120 7,453 2,561 4,218 7,384 4,218 148 8,623 3,455 4,402 8,202 4,402 1:12 24 1,250 2,240 2,340 3,800 3,854 48 1,886 4,100 4,125 5,202 5,503 72 1,886 5,622 5,606 7,804 8,022 120 2,105 7,453 7,237 9,125 10,502 148 2,456 8,623 8,656 10,480 11,602
Berdasarkan hasil penelitian terlihat bahwa
semakin besar jumlah glukosa yang
dihasilkan didapatkan kadar ethanol yang
besar pula. Sehingga bisa dikatakan
konsentrasi asam meruapakan salah satu
faktor yang mempengaruhi perubahan
karbohidrat menjadi glukosa yang diproses lebih lanjut menjadi ethanol. Dilihat dari waktu fermentasi maka semakin lama semakin besar ethanol yang dihasilkan, hal ini dikarenakan mikroorganisme atau beaker yeast yang ditambahkan berkembang biak dengan baik dan mampu merombak glukosa yang ada dalam sampel menghasilkan
produk ethanol. Di dalam proses fermentasi ethanol selain jenis mikroorganisme juga dipengaruhi oleh suhu, pH, waktu reaksi, nutrisi yang ada dalam bahan. Pada penelitian ini kondisi proses fermentasi dijaga pada suhu 30 oC dan pH 4,5 dengan kondisi anaerobik
Jumlah beaker yeast yang ditambahkan dalam penelitian ini adalah 4,5 gram. Dikarenakan apabila jumlah beaker yeast yang ditambahkan terlalu sedikit, maka hanya sedikit glukosa yang dapat dirubah menjadi ethanol atau bisa juga substrat yang
ada masih banyak sehingga produk
ethanolnya kecil. Begitu juga apabila jumlah beaker yeast yang ditambahkan terlalu banyak tidak akan dihasilkan ethanol yang tinggi, karena akan menghambat perubahan glukosa menjadi ethanol. Sehingga jumlah beaker yeast yang ditambahkan pada penelitian sudah cukup yaitu apabila mikroorganisme yang ditambahkan tidak melebihi dari jumlah substrat yang ada maka hasil fermentasi akan terus meningkat hingga pada suatu titik optimum (jumlah mikroorganisme sama dengan substrat), karena kemudian hasil fermentasi akan turun setelah terjadi fase stasioner atau konstan yang kemudian fase kematian, hal ini sesuai dengan kurva pertumbuhan mikrrorganisme.
B - 217
Reaksi yang terjadi dalam proses fermentasi adalah :
C6H12O6 2C2H5OH + 2CO2
Pada penelitian ini hasil ethanol tertinggi yang didapatkan adalah 11,602 %.
Dari hasil fermentasi yang tinggi kemudian dilanjutkan ke proses destilasi dengan
berbagai variasi temperatur, ternyata
didapatkan hasil yang paling optimal adalah
pada 80 oC yaitu sebesar 30,066 %.
KESIMPULAN
Berdasarkan hasil penelitian dapat
disimpulkan bahwa :
1. Perbandingan antara bahan dan air
(jumlah pelarut) juga berpengaruh
terhadap glukosa, hasil glukosa yang tinggi didapatkan pada perbandingan 1:12.
2. Konsetrasi asam juga mempengaruhi
hasil glukosa, semakin tinggi konsentrasi asam maka semakin tinggi pula glukosa
yang dihasilkan. Glukosa tertinggi
didapatkan pada konsentrasi asam 9%.
3. Pada proses fermentasi waktu fermentasi
mempengaruhi hasil ethanol yang
didapatkan..
4. Pada proses destilasi temperature juga mempengaruhi etanol yang dihasilkan.
UCAPAN TERIMA KASIH
- Kami sangat bersyukur dengan adanya
dana hibah desentralisasi 2014 dari DIKTI maka kami dapat melaksanakan penelitian ini.
- Kepada Institut Teknologi Nasional
(ITN) Malang
- Kepada Jurusan Teknik Kimia ITN dan
teman-teman Dosen
- Serta Mahasiswa/I yang membantu
kelancaran penelitian ini.
DAFTAR PUSTAKA
1. D. Endah Retno, K.A. Enny, Fadilah,
2009, Studi Awal Reaksi Simultan
Sakarifikasi dan Fermentasi Tepung Sorgum ( Sorghum Bicolor L. Moench) Dengan Katalis Enzim Glocoamylase dan Yeast (Saccharomyces cereviseae),
Seminar Nasional Teknik Kimia
Indonesia – SNTKI, Bandung
2. Dewi, R.K., 2008, Kinetika Dehidrasi
Ethanol Untuk Ethanol Sebagai Energi
Alternatif Bahan Bakar, Seminar
Nasional Universitas Diponegoro
3. Permatasari, Shella. 2011.
“Pemanfaatan Kulit Singkong sebagai
Bahan Baku Pembuatan Sodium
Karboksimetil Selulosa”. Jurnal Teknik Kimia Indonesia Vol. 11, No. 3, 2012, 124-131
B - 218
4. Samsuri M. dkk, 2007, Pemanfaatan
Sellulose Bagas Untuk Produksi Ethanol melalui Sakarifikasi Dan Fermentasi Serentak Dengan Enzim Xylanase, Makara Teknologi vol 11 No. 1.
5. T. Neelakandan, G. Usharani, C. Sekar,
2010, Bioethanol Production From
Cashew Juice Using Saccharomyces cerevisiae, International Journal of Current Research, vol.11, ISSN 0975-833X
