PEMBUATAN BIETANOL DARI LIMBAH
TONGKOL JAGUNG DENGAN VARIASI KONSENTRASI
ASAM KLORIDA DAN WAKTU FERMENTASI
Ahmad Rasyidi Fachry
*, Puji Astuti, Tri Gita Puspitasari
Jurusan Teknik Kimia Fakultas Teknik Universitas Sriwijaya Jln. Raya Palembang Prabumulih Km. 32 Inderalaya Ogan Ilir (OI) 30662
Email: kagakukogaku_unsri@yahoo.com
Abstrak
Limbah tongkol jagung yang melimpah perlu ditangani karena akan menyebabkan pencemaran lingkungan. Salah satu cara dengan mengubah tongkol jagung menjadi bioetanol. Kandungan hemilselulosa dan selulosa pada tongkol jagung berpotensi untuk diolah menjadi glukosa yang kemudian difermentasi sehingga menghasilkan bioetanol. Variabel penelitian berupa molaritas asam dan lama waktu fermentasi. Proses pembuatan bioetanol terdiri dari pretreatment, hidrolisa, fermentasi, dan pemurnian. Pretreatment dilakukan dengan menambahkan NaOH 0,1 M pada bubuk tongkol jagung. Lalu dihidrolisa dengan HCl pada variasi konsentrasi 0,1 M ; 0,2 M ; 0,3 M ; 0,4 M ; 0,5 M. Lalu difermentasi selama 3, 5, dan 7 hari. Fermentasi dilakukan dengan menambahkan Saccaromyces Cerevisiae sebanyak 2 gram dan urea sebagai nutrien sebanyak 0,2 gram . Produk setelah difermentasi dimurnikan dengan cara didestilasi pada temperatur 800C. Hasil penelitian menunjukkan adanya hubungan yang berbanding lurus antara molaritas asam dengan kadar etanol yang dihasilkan. Semakin tinggi konsentrasi asam, maka akan semakin tinggi pula kadar etanol yang didapat. Begitu pula hubungan antara lama waktu fermentasi dengan kadar etanol. Kadar etanol tertinggi yang dihasilkan pada kondisi HCl 0,5 M dengan waktu fermentasi 7 hari yaitu 1,3 % (v/v).
Kata kunci : bioetanol, fermentasi, hidrolisa, tongkol jagung
Abstract
Amount of corn cobs which are commonly generated from agriculture must be treated because they can make environmental pollution.So far not a lot of waste corn cobs used to be a value-added product. We can solve this problem by changing corn cobs become bioethanol. Corn cobs consist of hemilselulose and cellulose which is potential to be converted into bioethanol. The purpose of this research is for knowing what is the effect of variation acid concentration and fermentation time on ethanol content. There are four steps for manufacturing bioethanol, they are pretreatment, hydrolysis, fermentation, and purification. Pretreatment performed by adding 0.1 M NaOH on corn cob powder. The corn cob hydrolyzed with HCl at concentrations variation 0.1 M ; 0.2 M ; 0.3 M ; 0.4 M ; 0.5 M and it fermented for 3, 5, and 7 days. Fermentation is done by adding Saccaromyces cereviceae as much as 2 grams of yeast and as much as 0.2 grams of nutirent. After the fermented, product was purified by distilled at a temperature of 800C.For bioethanol the research results, it can be concluded that the higher molarity hydrochloric acid and the longer the fermentation time, it will increase the ethanol content. From the result of research on the manufacture of bioethanol from corn cobs obtained the highest content of ethanol is 1.3% (v/v) in optimum condition NaOH 0.5 M and fermentation for seven days.
Jurnal Teknik Kimia No. 1, Vol. 19, Januari 2013 Page 61 1. PENDAHULUAN
Jagung adalah salah satu produk pertanian yang banyak dihasilkan di negara Indonesia. Pada tahun 2007 produksi jagung nasional mencapai 13.287.527 ton dan diperkirakan meningkat menjadi 14.854.050 ton pada tahun 2008 (Anonim, 2006 dalam Subekti, 2006). Buah jagung terdiri dari 30% limbah yang berupa tongkol jagung (Irawadi, 1990 dalam Subekti, 2006). Jika dikonversikan dengan jumlah produksi jagung pada tahun 2008, maka negara Indonesia berpotensi menghasilkan tongkol jagung sebanyak 4.456.215 ton. Jumlah limbah tersebut dapat dikatakan sangat banyak dan akan menjadi sangat potensial jika dapat dimanfaatkan secara tepat.
Penelitian ini diarahkan untuk mengetahui pengaruh molaritas asam klorida pada proses hidrolisa asam dan lama waktu fermentasi terhadap kadar etanol yang dihasilkan.
Tongkol Jagung
Tongkol pada jagung adalah bagian dalam organ betina tempat bulir duduk menempel. Istilah ini juga dipakai untuk menyebut seluruh bagian jagung betina (buah jagung). Tongkol terbungkus oleh kelobot (kulit "buah jagung"). Secara morfologi, tongkol jagung adalah tangkai utama malai yang termodifikasi. Malai organ jantan pada jagung dapat memunculkan bulir pada kondisi tertentu. Tongkol jagung muda, disebut juga babycorn, dapat dimakan dan dijadikan sayuran. Tongkol yang tua ringan namun kuat, dan menjadi sumber furfural, sejenis monosakarida dengan lima atom karbon.
Tongkol jagung merupakan salah satu limbah lignoselulosik yang banyak tersedia di Indonesia. Limbah lignoselulosik adalah limbah pertanian yang mengandung selulosa, hemiselulosa, dan lignin. Masing-masing merupakan senyawa-senyawa yang potensial dapat dikonversi menjadi senyawa lain secara biologi. Selulose merupakan sumber karbon yang dapat digunakan mikroorganisme sebagai substrat dalam proses fermentasi untuk menghasilkan produk yang mempunyai nilai ekonomi tinggi (Suprapto dan Rasyid, 2002 dalam Shofiyanto, 2008).
Gambar 1. Tongkol Jagung
Karakteristik kimia dan fisika dari tongkol jagung sangat cocok untuk pembuatan tenaga alternative (bioetanol), kadar senyawa kompleks lignin dalam tongkol jagung adalah 6,7-13,9%, untuk hemiselulose 39,8% , dan selulose 32,3-45,6%. Selulose hampir tidak pernah ditemui dalam keadaan murni di, melainkan selalu berikatan dengan bahan lain yaitu lignin dan hemiselulose.
Garrote et al.,2002 dalam Shofiyanto, 2008), menyatakan bahwa limbah buah jagung yaitu tongkol jagung, dapat dimanfaatkan sebagai bahan baku industri dengan proses
biomass refening berdasarkan sparasi fraksi-fraksi kimianya. Menurut Koswara (1991), tongkol jagung adalah tempat pembentukan lembaga dan gudang penyimpanan makanan untuk pertumbuhan biji. Jagung mengandung kurang lebih 30 % tongkol jagung sedangkan sisanya adalah kulit dan biji.
Menurut Irawadi, 1990 (pada Shofiyanto, 2008) limbah pertanian (termasuk tongkol jagung), mengandung selulosa (40-60%), hemiselulosa (20-30%) dan lignin (15-30%). Komposisi kimia tersebut membuat tongkol jagung dapat digunakan sebagai sumber energi, bahan pakan ternak dan sebagai sumber karbon bagi pertumbuhan mikroorganisme.
Tabel 1. Komposisi tongkol jagung Kandungan Persentase Selulosa 41 Hemiselulosa 36 Lignin 16 Air dan lain-lain 7
Komp
ponen Lignos in
Lignin pleks yang te
dimensi dari s an) dengan bob
an kata lain, polifenil.
Polimer omernya tanpa
k dasarnya. ose bersifat tah ya ikatan arilal
osa
Serat selu ng sel tanam ya. Selulosa m H dan 49,3% h (C6H10O5)n osa yang diseb dimana juml panjang mo nm.
Berat mol 00 Mikrofibr f (15%) dan tur berkrista selulose disek
atan utama u trom, 1995 da s hidrolisa ahasilkan g lisa sebagian iose.
iselulosa Hemiselul a komposisin disebabkan ra bangan ranta ro) yang me i menjadi osa, asam ke gel dan Wege m Shofiyanto, 2
Hemiselul mpok yaitu x n dijumpai dal no glukurun m bentuk gluk ngkan galak mpai dala bentu
olisa Asam Asam ada menyerang b osa adalah
linitas yang kuat yang d
selulosa
adalah pol erbentuk mela
sinamil alkoh bot melekul m
lignin adala lignin dapat a mengalami
Lignin ya han terhadap lkil dan ikatan ulosa alami te man dan m murni mengan % O. Rumus e
n, dengan ba but dengan der ahnya mencap olekul sekur lekul selulosa ril selulosa te n bagian b al dan adany
keliling selu untuk mengh alam Shofiyan
yang se glukosa, sed
akan mengha
losa berbeda nya teridiri at antai molekul ai molekul. U embentuk hem kompleks s ksuronat dan ener, 1995; N 2008). losa ditemuk xylan, mannan lam bentuk ar noxylan. Ma komannan dan ktan yang uk arabino gal
alah katalis no baik selulosa h makromo sangat kuat, dapat menghi
imer aroma alui polimeri hol (turunan f mencapai 11.0
h makromole dikonversi perubahan p ang melindu hidrolisis kar n eter. erdapat di dal material veget ndung 44,4% empiris selulo anyaknya sat rajat polimeri pai 1.200-10.0 rang-sekurang a rata-rata sek rdiri atas bag erkristal (85 ya lignin se ulose merupa hidrolisa selul nto, 2008). P empurna a dangkan pro asilkan disakar
dengan selul tas berbagai u
yang pendek Unit gula (g miselulosa da seperti pento n deoksi-heks
Nishizawa, 19 kan dalam t
n, dan galakt rabinoxylan, a annan dijum n galaktomann relative jara laktan.
on spesifik y a maupun lign
olekul den sehingga ha idrolisis selul
matik
da tingkat k talis non spe at juga meny drolisis.
Proses bagi menjadi lulosa dan mucatan,peny drolisa divisu
Sumber : Xian
Gambar 2. selulo Mekani ri asam akan b atan glikosidi hingga akan eberadaan as
nformasi tid mutusan ikata njugasi pada eberadaan air H- dari air be hingga memb oton yang terb pat dengan ik a unit gula ya cara kontinyu rahidrolisis m lam Kardono,
Di dal
omassa ligno am pada suhu aktu tertentu,la dari polim eberapa asam drolisis asam
2SO4), asam p erupakan asam
n dimanfaat drolisis asam drolisis asam
aherzadeh & 08).
konversi yan esifik yang sa ebabkan degr hidrolisis sel lima tahap asam, hidr yaringan dan ualisasikan se
n, 2003 dalam Mekanisme re osa oleh katal
sme yang ter berinteraksi se k oksigen pa membentuk sam konjuga dak stabil an C-O dan m konformasi pada sistem a erikatan denga
bebaskan gu bentuk akan b katan glikosi ang lain. Pros sampai semua menjadi gluko
2010). lam metode oselulosa dip
u dan tekana dan mengh mer selulosa
yang umum antara lain a perklorat, dan m yang palin
kan untuk dapat dikelom pekat dan hid Karimi, 2007
ng tinggi. S angat reaktif, radasi glukosa
lulosa secara yaitu pencam rolisis, netra pemekatan. eperti pada G
m Kardono, 20 eaksi hidrolisi lis asam erjadi yaitu p
ecara cepat de ada dua unit
asam konju asi menyeba sehingga te membebaskan
yang tidak s akan menyeba gan ion karbo ula dan prot berinteraksi s idik oksigen ses tersebut te ua molekul sel
osa (Xiang, hidrolisis a paparkan de an tertentu se hasilkan mon dan hemiselu m digunakan u adalah asam s n HCl. Asam s ng banyak d
hidrolisis a mpokkan men drolisis asam 7 pada Shofiy
ebagai , asam
a hasil a asam mpuran
alisasi, Proses Gambar
010 erjadi asam stabil. abkan onium ton .
Jurnal Teknik Kimia No. 1, Vol. 19, Januari 2013 Page 63 Hidrolisis asam pekat merupakan teknik
yang sudah dikembangkan cukup lama. Braconnot di tahun 1819 pertama menemukan bahwa selulosa bisa dikonversi menjadi gula yang dapat difermentasi dengan menggunakan asam pekat (Sherrad and Kressman 1945 in (Taherzadeh & Karimi, 2007 pada Shofiyanto, 2008). Hidrolisis asam pekat menghasilkan gula yang tinggi (90% dari hasil teoritik) dibandingkan dengan hidrolisis asam encer, dan dengan demikian akan menghasilkan ethanol yang lebih tinggi (Hamelinck, Hooijdonk, & Faaij, 2005 dalam Shofiyanto, 2008). Hidrolisis asam encer dapat dilakukan pada suhu rendah. Namun demikian, konsentrasi asam yang digunakan sangat tinggi (30 – 70%).
Hidrolisis asam encer juga dikenal dengan hidrolisis asam dua tahap (two stage acid hydrolysis) dan merupakan metode hidrolisis yang banyak dikembangkan dan diteliti saat ini. Hidrolisis asam encer pertama kali dipatenkan oleh H.K. Moore pada tahun 1919. Potongan (chip) kayu dimasukkan ke dalam tangki kemudian diberi uap panas pada suhu 300oF selama satu jam. Selanjutnya dihidrolisis dengan menggunakan asam fosfat. Hidrolisis dilakukan dalam dua tahap. Hidrolisat yang dihasilkan kemudian difermentasi untuk menghasilkan ethanol.
Hidrolisis selulosa dengan menggunakan asam telah dikomersialkan pertama kali pada tahun 1898 (Hamelinck, Hooijdonk, & Faaij, 2005 dalam Shofiyanto, 2008). Tahap pertama dilakukan dalam kondisi yang lebih ‘lunak’ dan akan menghidrolisis hemiselulosa (misal 0.7% asam sulfat, 190oC). Tahap kedua dilakukan pada suhu yang lebih tinggi, tetapi dengan konsentrasi asam yang lebih rendah untuk menghidrolisis selulosa (215oC, 0.4% asam sulfat) (Hamelinck, Hooijdonk, & Faaij, 2005 dalam Shofiyanto, 2008).
Kelemahan dari hidrolisis asam encer adalah degradasi gula hasil di dalam reaksi hidrolisis dan pembentukan produk samping yang tidak diinginkan. Degradasi gula dan produk samping ini tidak hanya akan mengurangi hasil panen gula, tetapi produk samping juga dapat menghambat pembentukan ethanol pada tahap fermentasi selanjutnya. Beberapa senyawa inhibitor yang dapat terbentuk selama proses hidrolisis asam encer adalah furfural, 5-hydroxymethylfurfural (HMF), asam levulinik (levulinic acid), asam asetat (acetic acid), asam format (formic acid), asam uronat (uronic acid), asam 4-hydroxybenzoic, asam vanilik (vanilic acid), vanillin, phenol, cinnamaldehyde, formaldehida (formaldehyde), dan beberapa
senyawa lain (Taherzadeh & Karimi, 2007 dalam Shofiyanto, 2008).
Hidrolisis meliputi proses pemecahan polisakarida di dalam biomassa lignoselulosa, yaitu: selulosa dan hemiselulosa menjadi monomer gula penyusunnya. Hidrolisis sempurna selulosa menghasilkan glukosa, sedangkan hemiselulosa menghasilkan beberapa monomer gula pentose (C5) dan heksosa (C6). Hidrolisis dapat dilakukan secara kimia (asam) atau enzimatik. Ada dua macam hidrolisa yang digunakan pada pembuatan bioetanol dari bahan baku biomassa, yaitu enzimatis dan hidrolisa asam.
Hemisellulosa dan selulosa mudah dihidrolisa menggunakan asam konsentrasi rendah (encer) pada kondisi reaksi moderat, akan tetapi diperlukan kondisi yang lebih ekstrim untuk dapat menghidrolisa sellulosa. Keuntungan utama hidrolisa dengan asam encer adalah, tidak diperlukannya recovery asam, dan tidak adanya kehilangan asam dalam proses (2002). Umumnya asam yang digunakan adalah H2SO4 atau HCl pada range konsentrasi 2-5% 2002), dan suhu reaksi ± 160oC. Suhu yang lebih tinggi akan mempermudah dekomposisi gula sederhana dan senyawa lignin
Bioetanol
Bioetanol adalah etanol yang. berasal dari sumber hayati. Bioetanol bersumber dari karbohidrat yang potensial sebagai bahan baku seperti tebu, nira sorgum, ubi kayu, garut, ubi jalar, sagu, jagung: jerami, bonggol jagung dan kayu. Setelah melalui proses fermentasi, dihasilkan etanol.
Etanol adalah senyawa organik yang terdiri dari karbon, hidrogen dan oksigen, sehingga dapat dilihat sebagai derivat senyawa hidrokarbon yang mempunyai gugus hidroksil dengan rumus C2H5OH.
Tabel 2. Sifat Fisika dan Kimia Etanol
Properti Nilai Berat molekul (g/mol) 46,1
Titik beku (ºC) -114,1 Titik didih normal (ºC) 78,32 Densitas (g/ml) 0,7983 Viskositas pada 20ºC (Cp) 1,17 Panas penguapan normal
(J/kg)
839,31 Panas pembakaran pada
25ºC (J/kg)
29676,6 Panas jenis pada 25ºC (J/kg) 2,42 Nilai oktan (penelitian)* 106-111 Sumber: Kirk-Orthmer, Enyclopedia of Chemical Technolgy, vol 9, 1967) *American Petroleum Institute
Ketika etanol dihasilkan dari biomassa yang mengandung pati atau selulosa, maka etanol mampu menjadi bioenergi. Atau lebih dikenal dengan istilah bioetanol. Salah satu proses pembuatan etanol dalam industri dengan cara fermentasi.
Proses fermentasi dilakukan dengan memakai berbagai macam bahan baku. Bahan baku yang umum digunakan antara lain,
1. Sugar
Bahan – bahan ini mengandung gula atau disebut substansi sakarin yang rasanya manis. Bahan ini berasal dari gula tebu, gula bit, molase ( tetes ) buah-buahan yang langsung dapat difermentasikan menjadi alkohol 2. Starches
Starches adalah bahan yang mengandung pati, gandum, kentang, akar tumbuh-tumbuhan, jagung, ubi kayu, padi padian dan lain-lain. Bahan jenis ini terlebih dahulu harus dihidrolisa dengan bantuan enzim atau katalis asam terlebih dahulu, agar dapat menjadi gula, kemudian difermentasikan menjadi etanol.
3. Cellulose Material
Bahan-bahan ini mengandung sellulosa, misalnya ampas kelapa, kayu, ampas tebu, kulit kerang, ‘waste sulft liquor’ yang merupakan residu dari pabrik pulp dan kertas. Untuk menghasilkan etanol sellulosa harus dihidrolisa dengan mineral atau larutan asam sebelum difermentasikan
Pembuatan Bioetanol Delignifikasi
Lignin merupakan salah satu bagian yang mengayu dari tanaman seperti janggel, kulit keras, biji, bagian serabut kasar, akar, batang dan daun. Lignin mengandung substansi yang kompleks dan merupakan suatu gabungan
beberapa senyawa yaitu karbon, hidrogen dan oksigen. Selain lignin, bagian yang lain dari jerami adalah selulosa. Selulosa merupakan polisakarida yang didalamnya mengandung zat - zat gula (Hari Hartadi, 1983 dalam Octavia, 2011).
Pretreatment ini dimaksudkan untuk meningkatkan kemampuan area permukaan (porositas) selulosa sehingga dapat meningkatkan konversi selulosa menjadi glukosa (gula fermentasi).
Faktor-faktor yang mempengaruhi kemampuan enzim menghidrolisis bahan lignoselulosa diantaranya kandungan lignin dan hemiselulosa dan tingkat kekristalan selulosa. Oleh karena itu pretreatment diperlukan untuk : 1. Menghilangkan lignin dan hemiselulosa, 2. Menurunkan tingkat kekristalan selulosa
sehingga meningkatkan fraksi amorph selulosa, dan
3. Meningkatkan porositas material (Sánchzes dan Cardona, 2007; Zhu dkk., 2008; Hsu dkk., 2010 dalam Octavia, 2011).
Pretreatment juga harus bisa menghalangi terbentuknya inhibitor pada hidrolisis berikutnya dan selama proses fermentasi, menghalangi kehilangan karbohidrat, dan biaya yang efektif (Sun dan Cheng, 2005; Kumar dan Wyman, 2009 dalam Octavia, 2011).
Salah satu cara yang dapat digunakan untuk proses pretreatment bahan lignoselulosa adalah alkali pretreatment. Proses alkali pretreatment menggunakan kondisi temperatur dan tekaran yang rendah
Proses ini tergantung pada jumlah lignin yang terkandung dalam biomasa. Sodium, potassium, calsium, dan aluminium hidroksida adalah senyawa kimia yang cocok untuk proses ini.
Alkali pretreatmet dapat dilakukan pada kondisi rata-rata dengan waktu dalam hitungan jam atau hari. Proses alkali dapat mendegradasi gula lebih sedikit dibandingkan proses asam. Sodium, potasium, kalsium dan ammonium hidroksida merupakan senyawa yang cocok untuk proses alkali pretreatment. Dari keemapat senyawa ini, natrium hidroksida lebih sering digunakan dalam proses. Natrium nidroksida merupakan senyawa pretreatment yang lebih efektif. NaOH dapat menghilangkan senyawa amorf seperti lignin dan hemiselulosa yang terdapat pada biomassa. Alkali pretreatment
Jurnal Teknik Kimia No. 1, Vol. 19, Januari 2013 Page 65 kandungan selulosa dan efektif untuk
menghilangkan lignin.
Secara skematis pada prinsipnya kerja alkali adalah sebagai berikut :
1. Memutuskan sebagian ikatan antara selulosa dan hemiselulosa dengan lignin,
2. Esterifikasi gugus asetil dengan membentuk asam uronat,
3. Merombak struktur dinding sel, melalui pengembangan jaringan serat, dan memudahkan penetrasi molekul enzim mikroorganisme.
Cara kerja alkali memecah ikatan lignoselulosa dan lignohemiselulosa belum diketahui secara sempurna. Alkali mempunyai kemampuan untuk mengurangi ikatan hidrogen di dalam molekul selulosa kristal sehingga selulosa membengkak dan bagian selulosa kristal akan berkurang. Alkali mampu menghasilkan perubahan terhadap struktur dinding sel yang mencakup hilangnya grup asetil dan fenolik, larutnya silika dan hemiselulosa serta kemungkinan hidrolisis ikatan hemiselulosa – lignin. Pembengkakan selulosa dapat dibedakan menjadi dua macam yakni pembengkakan di dalam kristal (intercrystalline swellin) dan pembengkakan antarkristal (intracrystalline swelling). Air tidak dapat menembus struktur selulosa, akan tetapi berpengaruh terhadap pembengkakan antarkristal di dalam selulosa. Membengkaknya selulosa menyebabkan renggangnya ikatan lignoselulosa dan lignohemiselulosa dan pecah sehingga dinding sel menjadi lemah (Murni dkk, 2008)
Hidrolisa
Hidrolisa adalah proses antara reaktan dengan menggunakan air supaya suatu persenyawaan pecah atau terurai. Reaksi hidrolisa yaitu :
(C6H10O5)n + nH2O nC6H12O6 Selulosa Air Glukosa Zat - zat penghidrolisa ada beberapa rnacam, antara lain :
1. Air 2. Asam 3. Basa 4. Enzim
Beberapa faktor yang mempengaruhi proses hidrolisa, antara lain:
a. Jumlah kandungan karbohidrat pada bahan baku
Jumlah kandungan karbohidrat pada bahan baku sangat berpengaruh terhadap hasil hidrolisis asam, dimana bila kandungan karbohidrat sedikit maka jumlah gula yang terjadi juga sedikit, dan bila sebaliknya bila kandungan karbohidrat terlalu tinggi mengakibatkan kekentalan campuran akan meningkat, sehingga tumbukkan
antara molekul karbohidrat dan molekul air semakin berkurang dengan demikian kecepatan reaksi pembentukan glukosa semakin berkurang pula.
b. PH Hidrolisa
PH berpengaruh terhadap jumlah produk hidrolisis, pH ini erat hubungannya dengan kosentrasi asam, dimana pH makin rendah bila kosentrasi asam yang digunakan lebih besar, pH optimum adalah 2 - 3. (Tina Jeoh, 1998 )
c. Waktu hidrolisa
Semakin lama pemanasan, warna semakin keruh dan semakin besar pula konversi pati yang dihasilkan. Waktu yang dibutuhkan untuk proses hidrolisa asam ini yaitu 1 sampai dengan 3 jam. d. Suhu
Semakin besar suhunya semakin besar pula konversinya karena konstata kecepatan reaksi juga semakin besar. Suhu yang digunakan untuk mencapai konversi selulosa adalah antara 120°C – 180°C.
e. Tekanan
Tekanan berpengaruh terhadap jumlah produk hidrolisis. Tekanan yang digunakan untuk titik didih 120°C, tekanan atmosfernya adalah 1 atm. (Tina Jeoh, 1998).
Fermentasi
Fermentasi adalah suatu kegiatan penguraian bahan - bahan karbohidrat yang tidak menimbulkan bau busuk dan menghasilkan gas karbondioksida. Suatu fermentasi yang busuk merupakan fermentasi yang mengalami kontaminasi.
Ada berbagai macam fermentasi tergantung dari hasil akhir fermentasi tersebut. Salah satu fermentasi yang telah berumur ribuan tahun adalah fermentasi alkohol (etanol). Fermentasi ini dilakukan oleh mikroorganisme berupa khamir. Khamir yang sering digunakan pada fermentasi etanol adalah Saccharomyces cereviseae, S. uvarium, Schizosaccharomyces sp., Kluyveromyces sp. Khamir yang sangat potensial untuk fermentasi etanol adalah
Saccharomyces cereviseae karena memiliki daya konversi menjadi etanol sangat tinggi, metabolismenya sudah diketahui, metabolit utama berupa etanol, karbondioksida, dan air dan sedikit menghasilkan metabolit lainnya.
Beberapa organisme seperti Saccharomyces dapat hidup, baik dalam
cerevi mbahkan bah r dan nitro onium sulfat, ain.
Mikroba y
haromyces c
di biasanya d ut:
2O + Sacch
H5OH + 2 C hol karb
ali dengan ba s dalam glik cahan 2 piru s berpindah k anyak oksigen
isae ini tid rasinya maka adi asetaldehi ol.
Asam ldehid sehing aldehid seger uraian NADH ptor ion H + d dalah asetalde ldehid akan m k fermentasi i
ATP. anisme Proses
bar 3. Mek adi Etanol (He
emperoleh nut han zat-zat ya ogen, seperti ammonium yamg biasa d
cereviseae. P dinyatakan da
haromyces cer
Ragi CO2
bondioksida ahan Glukosa kolisis di si uvat, 2 NADH
ke mitokondri , namun karen dak perlu a asam piruv id yang kem piruvat diu gga dilepaska
ra mengikat H menjadi NA
alam proses f ehid. Pengika membentuk sen
ini adalah 2 e Fermentasi :
kanisme Ferm endro Subekti
trisi yaitu den ang mengandu i super fos
fosfat, urea, digunakan ada Perubahan y
alarn persam
reviseae
a yang kemud itoplasma. H H , dan 2A ia jika di tem na Sacharomy
oksigen dal vat akan diu mudian dijadi ubah menj an molekul C ion H+ d AD maka seba fermentasi eta atan ion H+ o nyawa etanol j etanol , 2 CO
mentasi Gluk i, 2006)
oses fermenta rgantung empengaruhi,
Kosentrasi gu osentrasi gu rmentasi diant pergunakan k pergunakan ko pat nlenurunk aktu fermenta mungkinan a osentrasi gula
alah 12% ata d Dunn, 1959 Bahan nutrien ahan nutrient han yang di engandung fos sfat, ammoni ea, dan lainl lam Octavia, 2 pH fermentasi da kemasam rmentasi akan
timum pada rmentasi mem
ggi, basil ferm wal pa(ht pH 4
rkapasitas buf ling baik pH aka pH mediu bih tinggi glis bih banyak.
manasan untu engendapkan kehendaki, m
ng diperoleh. Temperatur mperatur b rmentasi mela empengaruhi cara tidak lan rena pengua nzimatik) yang
rtambah sesua hu optimum. Waktu yang d aktu yang rgantung pada ktor-faktor mpurna biasa m.(Foster A.
11).
asi alkohol de dari fakt antara lain: la
ula yang tara 10 – 18 w kosentrasi se osentrasi gala kan pertumbu asi akan leb adanya gula a yang sering au sedikit leb dalam Octavi nt
yang bisa dit fermentasi a sfor dan nitro ium sulfat, ain. (Prescott 2011). i
man di bawa n berkurang a pH 4,5-5
mpunyai kapa mentasi terba 4,5-4,7; sedan ffer rendah, n
5,5. Karena um akan turun erol dan asam
Pemberian uk mengurang
garam-gara mempertinggi
berpengaruh luil dua hal ya
aktivitas en ngsung mengu apan. Sepert g lain, kecepa ai dengan ken
diperlukan unt diperlukan a temperatur,
lainnya. W anya selama
Agblevor, 20
engan bantua tor-faktor
digunakan walaupun dapa
elain itu. A terlalu tinggi uhan ragi, seh bih lama da a tidak ekon g kali dipergu bih tinggi. (P
ia, 2011).
tambahkar, ke adalah zat-zat ogen, seperti . ammonium tt and Dunn,
ah pH 0,3 kecepatanny 5,0. Bila m asitas buffer aik tercapai b ngkan pada m nilai pH awa aktivitas fem n dan pada pH m organik terb asam sulfa gi kontaminan
am yang kemurnian a
terhadap aitu secara lan nzim khamir urangi hasil a ti proses b atan fermentas naikan suhu s
tuk fermentasi untuk ferm kosentrasi gu Waktu ferm
kurang leb 003 dalam O
an ragi yang
untuk at pula Apabila hal ini hingga an ada
nomis. unakan rescott
edalam t yang . super
fosfat, 1959
proses ya, pH medium
r yang ila pH medium al yang mentasi,
H yang bentuk t dan n akan
tidak alkohol
proses ngsung r dan alkohol
biologi si akan sampai
i mentasi ula dan mentasi bih 24
Jurnal Teknik Kimia No. 1, Vol. 19, Januari 2013 Page 67 Pemurnian
Untuk memisahkan alkohol dari hasil fermentasi dapat dilakukan dengan destilasi. Destilasi adalah metode pemisahan berdasarkan perbedaan titik didih. Proses ini dilakukan untuk mengambil alkohol dari hasil fermentasi.
Destilasi dapat dilakukan pada suhu 80°C, karena titik alkohol 78°C. sedangkan titik didih air 100CC.
Destilasi adalah memisahkan komponen - komponen yang mudah menguap suatu campuran cair dengan cara menguapkannya (separating agent-nya panas), yang diikuti dengan kondensasi uap yang terbentuk dan menampung kondensat yang dihasilkan. Uap yang dikeluarkan dari campuran disebut sebagai uap bebas, kondensat yang jatuh sebagai destilat dan bagian campuran yang tidak menguap disebut residu.
2. METODOLOGI
Percobaan dilakukan dengan menimbang 20 gram tongkol jagung, memasukkan kedalam 6 buah erlemeyer 500 ml. Lalu menambahkan 200 ml NaOH 0,1 M dan menutup rapat erlenmeyer dengan gabus. Kemudian dipanaskan dengan suhu 121 oC dengan waktu 30 menit. Kemudian mencuci fase solidnya dengan air beberapa kali.
Hidrolisis dan fermentasi dilakukan pada erlenmeyer dengan pengisian biomassa sebanyak 20 gram hasil pretreatment dengan menambahkan 200 ml larutan HCl. Kemudian dipanaskan dalam autoclave pada suhu 121 oC selama 60 menit. Bubur tongkol jagung didingingkan kemudian diatur pH nya. Setelah itu ditambahkan Saccaromyces Cerevisiae
sebanyak 2 gram dan 0,2 gram nutrient. Fermentasi dimulai dengan adanya penambahan yeast dan nutrient ini. Erlenmeyer ditutup dengan penutup yang dilengkapi dengan selang karet yang ujung selang dimasukkan ke dalam air agar tidak terjadi kontak dengan udara. Sakarifikasi dan fermentasi dilanjutkan selama 3, 5, dan 7 hari. Data percobaan yang diukur adalah kadar etanol yang dihasilkan menggunakan piknometer dan kromatografi gas.
Gambar 4. Diagram Alir Penelitian
3. HASIL DAN PEMBAHASAN
1. Pengaruh Molaritas Asam HCl Terhadap Kadar Etanol Pada berbagai Variasi Waktu Fermentasi
Gambar 5. Pengaruh molaritas HCl terhadap kadar etanol pada berbagai waktu fermentasi
3,4 3,5 3,6 3,7 3,8 3,9 4
0 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5
Kadar
Etan
ol
(%)
Konsentrasi HCl (M) 3 hari
5 hari
Analisa Kadar Etanol Limbah tongkol jagung
Pretreatment dengan NaOH
Penambahan Ragi
Fermentasi Hidrolisa dengan HCl
Distilasi
Etanol
Gamb l menggunak at bahwa sem
kadar etanol j juga terjadi ukan oleh S anol dari selul k proses hiroli
% .
Pada pros awa HCl akan kol jagung m s radikal beb atan dengan hasilkan gluk HCl telah me al bebas dari dihasilkan ma Demikian u fermentasi, ilkan semakin
a semakin la kin banyak gl
ol terutama et imum aktivi itian ini tidak l. Hal ter itian ini belum mbuhan mikr
visiae masih osa menjadi eta Kurva tah at pada gambar
Gambar 6. Ku
angan : 1. Lo 2. Ex 3. Lo 4. Sta 5. De
merupakan has kan piknomete makin tinggi
juga semakin pada peneli amsuri, dkk losa bagase m isa dengan ko ses hidrolisa, n mengubah menjadi gugus
bas tersebut gugus OH -kosa. Pada sa encukupi pem
tongkol jagun aksimal.
juga dengan , maka kad n tinggi. Hal ama waktu f lukosa yang te
tanol tetapi te tas mikroba k ditunjukkan sebut diseb m mencapai k roba sehingg h dapat m
anol.
hap pertumbuh r di bawah ini
urva pertumbu og phase xponential pha ogaritmic phas ationer phase eath phase
sil analisa ka er. Dari gam molaritas H tinggi. Hal y itian yang te
yang memb menggunakan H
onsentrasi 0,5 proton H+ d gugus serat d s radikal beb kemudian a
dari H2O at kebutuhan mbentukan gu
ng maka gluk n semakin la dar etanol y
l ini disebab fermentasi m ereduksi menj entunya ada ba . Namun p
penurunan ka abkan varia kondisi optim a Saccaromy
emfermentasi han miroba da i :
uhan mikroba
ase Dari hasil anol meng omatografi ga rikut : abel 3. Perban
Dari tabel d ai hasil analis alisa mengg lisih nilai a hingga men enjadi besar.
Perbedaaan telitian gas
bandingkan knometer, aka
seluruhan dim nyawa lain. L cara manual d
dangkan ana engukur secar
ng ada di dala hasilkan punc ridentifikasi
pat dihitung p rkandung.
Selain itu enggunakan ga
lam jangka emungkinkan
ah menguap. Dari hasil g
rtinggi diperol 5 M pada wak Untuk kada alisa piknome ma dengan kad
Waktu Fermentasi
(Hari)
ngan Kada Menggunakan
grafi Gas perhitungan ggunakan as, maka dipe
dingan Kadar
di atas terliha sa secara pikno gunakan gas
antara kedua nyebabkan
tersebut d
chromatogr
piknometer. an diukur ka mana sampel Lalu kadar et dengan interpo lisa gas chr
ra spesifik ko am suatu samp ak-puncak (p
oleh detekto ersentase seny u, sampel
as chromatog
waktu yang kandungan e
gas chromatog
leh pada kond ktu fermentasi ar etanol terti eter diperoleh dar etanol seb
Molaritas HCl (M) A n Piknomete
data analisa piknometer eroleh data s
r Etanol
at perbedaan ometer denga
s chromato
anya sangat persen kes disebabkan
raph lebih . Pada a adar produk
masih menga tanol akan di olasi densitas
romatograph
omponen-kom pel. Kemudia
peak) senyawa or yang kem
yawa-senyaw yang dia
graph telah dis g lama. Seh etanol pada s
graph kadar disi konsentra i 7 hari yaitu inggi menggu h pada kondis besar 3,9946%
Kadar Etanol (% Analisa knometer
A sebagai
antara an hasil
graph. besar salahan karena besar analisa secara andung ihitung etanol.
(GC)
mponen n akan a yang mudian wa yang analisa simpan hingga sampel etanol asi HCl 1,3093 unakan si yang %.%v/v) Analisa
Jurnal Teknik Kimia No. 1, Vol. 19, Januari 2013 Page 69 4. KESIMPULAN
Berdasarkan hasil percobaan yang telah dilakukan dapat disimpulkan bahwa Semakin besar molaritas HCl dan semakin lama waktu fermentasi maka kadar etanol yang dihasilkan semakin besar.
Dari analisa menggunakan perhitungan interpolasi densitas adalah 3,9306 % pada kondisi HCl 0,5 M dengan waktu fermentasi 7 hari. Dengan analisa Gas Chromatograph (GC) kadar etanol tertinggi yang diperoleh adalah 1,3039 % pada kondisi yang sama. Perbedaan kadar etanol yang dihasilkan disebabkan karena dalam analisa piknometer, produk masih mengandung senyawa lain yang merupakan impuritis sedangkan dari analisa Gas Chromatograph (GC) dihasilkan grafik yang berupa puncak-puncak (peak) senyawa yang terkandung didalam larutan dan terlihat bahwa
peak (puncak) senyawa etanol yang lebih spesifik dibandingkan senyawa impuritisnya.
Hasil terbaik yang didapatkan pada penambahan 0,5 M HCl dan waktu fermentasi selama 7 hari. Karena pada penambahan 0,5 M HCl dan waktu fermentasi selama 7 hari, diperoleh kadar etanol tertinggi.
DAFTAR PUSTAKA
Jeoh, Tina. 1998. Steam Explosion Pretreatment of Cotton Gin Waste for Fuel Ethanol Production. Thesis Submitted To The Faculty of The Virginia Polytechnic Institute and State University in Partial Fulfillment of The Requirements for The Degree of Master of Science. Blacksburg, Virginia
Kardono, S. Broto. 2010. Teknologi Pembuatan Etanol Berbasis Lignoselulosa Tumbuhan Tropis untuk Produksi Biogasoline. Laporan Akhir Program Intensif Peneliti dan Perekayasa LlPI. Serpong
Murni, R. Dkk. 2008. Buku Ajar Teknologi
Pemanfaatan Limbah Untuk Pakan.
Laboratorium Makanan Ternak Fakultas Peternakan Universitas Jambi
Octavia, Silvi dkk.2011. Pengolahan Awal Lignoselulosa Menggunakan Amoniak Untuk Meningkatkan Perolehan Gula
Fermentasi. Prosiding Seminar
Nasional Teknik Kimia . Yogyakarta Orthmer, Kirk. 1967. Enyclopedia of Chemical
Technolgy vol.9. American Petroleum Institute
Samsuri, dkk. 2007. Pemanfaatan Sellulosa Bagas Untuk Produksi Ethanol Melalui Sakarifikasi dan Fermentasi Serentak
Dengan Enzim Xylanase. Makara
Teknologi vol.11 no. 1
Shofiyanto, M. Edy. 2008. Hidrolisa Tongkol Jagung oleh Bakteri Selulolitik Untuk Produksi Bioetanol Dalam Kultur
Campuran. Fakultas Teknologi
Pertanian IPB. Bogor
Subekti, Hendra. 2006. Produksi Etanol Dari Hidrolisat Fraksi Selulosa Tongkol Jagung oleh Saccharomyces cerevisiae.
