PENDAHULUAN
Bahan bakar memiliki peranan penting dalam kehidupan manusia. Krisis energi yang terjadi di dunia dan peningkatan populasi manusia sangat kontradiktif dengan kebutuhan energi bagi kelangsungan hidup manusia beserta aktivitas ekonomi dan sosialnya.
P e m e r i n t a h I n d o n e s i a mengeluarkan Peraturan Presiden Republik Indonesia Nomor 5 Tahun 2006 tentang Kebijakan Energi Nasional untuk mengembangkan sumber energi alternatif sebagai pengganti BBM (Assegaf, 2009).
Kebijakan tersebut telah menetapkan sumber daya yang dapat diperbaharui seperti Bahan Bakar Nabati (BBN) sebagai alternatif pengganti BBM. Bahan bakar berbasis nabati diharapkan dapat mengurangi terjadinya kelangkaan BBM, sehingga kebutuhan akan bahan bakar dapat terpenuhi. Bioetanol merupakan salah satu bahan bakar nabati yang dapat dijadikan alternatif pengganti BBM.
Bioetanol diproduksi dengan teknologi biokimia melalui fermentasi bahan baku kemudian hasilnya berupa etanol yang dipisahkan dari air melalui destilasi dan dehidrasi.
BIOETANOL YANG DIHASILKAN DARI TEPUNG
SORGUM (SORGHUM BICOLOR, L MOENCH) SECARA
FERMENTASI MENGGUNAKAN RAGI ROTI
Endang Kusumawati, Dianty Rosirda Dewi Kurnia Jurusan Teknik Kimia Politeknik Negeri Bandung
Jl. Gegerkalong Hilir, Ds.Ciwaruga, 40123 e-mail: kusumawati_uk@yahoo.co.uk
e-mail:diantyrosirda@gmail.com
Abstrak:Pengaruh Waktu Fermentasi Terhadap Kadar Bioetanol Yang Dihasilkan Dari Tepung Sorgum (Sorghum Bicolor,L Moench) Secara Fermentasi Menggunakan Ragi Roti. Tepung sorgum merupakan salah satu tanaman yang memiliki potensi sebagai sumber Bahan Bakar Nabati (BBN). BBN merupakan sumber energi alternatif pengganti Bahan Bakar Minyak (BBM). Tepung sorgum memiliki kandungan pati cukup tinggi, sehingga dapat dijadikan bahan baku pembuatan bioetanol. Tepung sorgum dikonversikan menjadi bioetanol melalui teknologi hidrolisis asam dan fermentasi memanfaatkan Saccharomyces cerevisiae
yang terkandung dalam ragi roti. Penelitian dilakukan dengan menggunakan ragi roti sebanyak 5% terhadap substrat dengan nutrien NPK 0,15 g/L dan urea 0,026 g/L,
o
pada suhu +30 C dan pH 4-5 dengan kecepatan pengadukan 100 rpm. Tujuan dari
penelitian ini adalah untuk mengetahui pengaruh waktu fermentasi terhadap kadar bioetanol yang dihasilkan. Hasil penelitian menunjukkan bahwa perolehan bioetanol tertinggi pada jam ke-72 sebesar 0,452% (v/v). Pemurnian dilakukan dengan destilasi
o
selama 3 jam pada suhu 78 C dengan perolehan bioetanol sebesar 15,69% (v/v). Hasil analisis fisik menunjukkan bahwa indeks bias dan massa jenis bioetanol berturut-turut adalah 01,3382 dan 0,905 g/ml.
Kata kunci : Tepung sorgum, Bioetanol, Fermentasi, Ragi roti
8
POLBAN
Tanaman sorgum (Sorghum bicolor, L Moench) sangat berpotensi sebagai bahan baku pada industri bioetanol. Umumnya produksi bioetanol ini memanfaatkan nira sorgum manis sebagai bahan baku, namun biji sorgum dapat dimanfaatkan karena memiliki kandungan pati yang cukup tinggi, yaitu 86,56% (Rahmi E. dan Tri P, 2009).
Fermentasi merupakan proses pemecahan glukosa menjadi etanol dan karbon dioksida. Destilasi dilakukan untuk memperoleh etanol dengan kemurnian yang lebih tinggi, biasanya mencapai 95%. Untuk dapat digunakan sebagai bahan bakar, etanol harus mempunyai kemurnian paling tidak 99%, yaitu melalui adsorpsi menggunakan zeolit untuk memisahkan air dan etanol (Anonim).
Menurut Ojimori (2012) ragi roti atau yeast adalah mikroorganisme hidup jenis khamir yang sering disebut S a c c h a ro m y c e s c e re v i s i a e y a n g berkembang biak melalui cara membelah diri atau budding. Saccharomyces cerevisiae mengubah glukosa menjadi alkohol dengan memproduksi enzim zimase dan enzim invertase. Enzim zimase mengubah sukrosa menjadi glukosa, enzim invertase mengubah glukosa menjadi etanol.
Diharapkan hasil penelitian ini akan membawa dampak yang luas untuk mendukung jaminan ketersediaan bahan bakar nabati dan terciptanya peluang kerja bagi masyarakat pedesaan (petani) sebagai penyedia bahan baku produksi bioetanol.
METODE
Persiapan Bahan Baku
Biji sorgum diperoleh dari daerah Banjaran Kabupaten Bandung. Biji sorgum kemudian dilepas dari kulit biji dengan alat penyosoh yang dimiliki petani sorgum. Biji sorgum yang telah terpisah
dari kulitnya dihaluskan menjadi tepung dan dilakukan penyeragaman ukuran hingga 100 mesh menggunakan ayakan getar (Rahmi E, S. & Tri P, A, 2009). Tepung sorgum yang sudah seragam ukurannya, kemudian dianalisis kadar air dan kadar patinya.
Proses Hidrolisis
Proses hidrolisis dilakukan secara batch menggunakan serangkaian alat pada
o
suhu 100 C (Endah, R, Phiong, S & Berta, 2007), konsentrasi 30% DS menggunakan katalis asam klorida (HCl) 1% sebanyak 15 ml selama 100 menit (Kurnia dkk, 2012). Sampel kemudian dianalisis secara kuantitatif menggunakan metode refraktometri dan Spektofotometri. Hasil analisis kuantitatif berupa konsentrasi gula dan glukosa (g/L).
Proses Fermentasi Pembuatan starter
Pada substrat hasil hidrolisis sebanyak 25 mL ditambahkan urea 0,15 g/L dan NPK 0,026 g/L sebagai nutrisi mikroorganisme, kemudian diaduk dan di
o
sterilisasi pada suhu 121 C selama 15 m e n i t m e n g g u n a k a n a u t o c l a v e (Alamsyah, 2007). Hasil dari sterilisasi ditambahkan ragi roti sebanyak 3,5% terhadap substrat kemudian diinkubasi selama 24 jam di dalam incubator shaker
o
pada suhu 30 C ± 2 (Alamsyah, 2007) dengan kecepatan pengadukan 100 rpm ( R e t n o w a t i d a n S u t a n t i , 2 0 0 9 ) . Pembuatan starter ini dilakukan pada kondisi aerobik.
Fermentasi
Fermentasi dilakukan secara batch
o
pada kondisi anaerob dengan suhu 30 C ±2, pH 4-5, menggunakan starter 5% dan penambahan nutrien urea 0,15 gr/L, NPK 0,026 g/L (Alamsyah, 2007) serta k e c e p a t a n p e n g a d u k a n 1 0 0 r p m (Retnowati dan Sutanti, 2009). Untuk menciptakan kondisi anaerob dilakukan purging dengan menggunakan nitrogen (N ). 2
POLBAN
Proses Fermentasi
Bioetanol dimurnikan dengan cara
o
destilasi pada titik didih etanol yaitu 78 C selama 3 jam (Suryanto, 1999).
HASIL DAN PEMBAHASAN
Biji sorgum yang diperoleh d i s i a p k a n d e n g a n m e l a k u k a n penghilangan kulit biji, penggilingan dan penyeragaman ukuran menggunakan ayakan getar pada ukuran 100 mesh. Hasil analisis kadar air dan pati tepung sorgum yang telah dikeringkan adalah 10,21% dan 79,37%. Tepung sorgum kemudian dihidrolisis menggunakan asam agar t e r j a d i k o n v e r s i p a t i m e n j a d i gula/glukosa. Konsentrasi gula dan glukosa yang diperoleh dari hasil hidrolisis adalah 160,08 g/L dan 135,66 g/L.
Waktu mempunyai peranan penting dalam p r o s e s f e r m e n t a s i , s e b a b d a l a m perkembangannya mikroorganisme memerlukan waktu untuk menghasilkan enzim sebagai biokatalis yang berperan dalam perubahan gula menjadi etanol. Proses pembuatan etanol dilakukan dengan menambahkan starter 5% ke dalam substrat dengan variasi waktu fermentasi 48,72,96, dan 120 jam (Alamsyah, 2007). Data hasil analisis perolehan etanol dapat dilihat pada Gambar 1.
Gambar 1. Kurva Pengaruh Waktu Fermentasi Terhadap Kadar Etanol
Berdasarkan Gambar 1 dapat diketahui bahwa waktu fermentasi berpengaruh terhadap etanol yang dihasilkan, semakin lama waktu fermentasi kadar etanol semakin meningkat, namun jika fermentasi terlalu lama kadar etanol yang dihasilkan mengalami penurunan.
Waktu optimum proses fermentasi yang diperoleh pada penelitian ini yaitu 72 jam dengan perolehan bioetanol sebesar 0,45%. Kenaikan konsentrasi etanol selama proses fermentasi berhubungan dengan pengurangan jumlah glukosa setiap waktu fermentasi. Dari hasil penelitian didapat bahwa semakin lama waktu fermentasi, jumlah pengurangan glukosa juga semakin besar. Hal ini dikarenakan pada proses fermentasi terjadi pengurangan glukosa sebagai substrat.
G l u k o s a d i g u n a k a n s e b a g a i m a k a n a n u n t u k p e r t u m b u h a n m i k r o o r g a n i s m e S a c c h a ro m y c e s cerevisiae dan pembentukan etanol sebagai produk fermentasi. Setelah jam ke-72 penurunan kadar glukosa tidak diikuti dengan peningkatan kadar etanol, karena glukosa digunakan sel khamir untuk mempertahankan hidup. Data hasil analisis kadar glukosa sisa dapat dilihat pada Gambar 2. Berkurangnya jumlah glukosa ini juga sebanding dengan penurunan kadar gula seperti yang terlihat pada Gambar 3.
Gambar 2. Kurva Pengaruh Waktu Fermentasi Terhadap Penurunan Konsentrasi
Gula
POLBAN
Gambar 3. Kurva Pengaruh Waktu Fermentasi Terhadap Penurunan Konsentrasi
Glukosa
P e m u r n i a n p r o d u k e t a n o l (bioetanol) dari cairan hasil fermentasi dilakukan untuk mendapatkan bioetanol dengan konsentrasi yang lebih tinggi. Proses pemurnian dilakukan dengan metode destilasi selama 3 jam pada titik
o
didih etanol yaitu 78 C (Suryanto, 1999). Pada kondisi ini terjadi peningkatan perolehan bioetanol menjadi 15,69% sebanyak 6 mL setelah melalui proses destilasi. Hasil analisis fisika terhadap bioetanol diperoleh nilai indeks bias 1,3382 dan berat jenis 0,905 g/mL.
Berdasarkan stoikiometri, bioetanol yang seharusnya diperoleh adalah 22,49 gram, sedangkan perolehan bioetanol dari penelitian ini sebesar 5,43 gram, sehingga diperoleh yield sebesar 24,13%. Berdasarkan perolehan volume bioetanol dari hasil penelitian sebelumnya menyebutkan bahwa perolehan bioetanol dari biji sorgum adalah 333,4 l/ton (Anonim, 2005 dan Assegaf, 2009), sedangkan pada penelitian ini diperoleh 6 mL bioetanol dari 100 gram tepung sorgum (6 ml/100 g), dengan yield sebesar 29,94%.
Yi e l d y a n g d i h a s i l k a n d a r i penelitian ini masih sangat rendah, hal ini disebabkan glukosa yang terkonversi menjadi bioetanol pada proses fermentasi kecil, hal ini ditandai dengan jumlah gula dan glukosa sisa yang tinggi.
SIMPULAN DAN SARAN Simpulan
Berdasarkan hasil penelitian dan pengujian hasil, maka dapat disimpulkan bahwa waktu fermentasi hidrolisa bubur sorgum tertinggi diperoleh pada jam ke-72 dengan konsentrasi bioetanol sebesar 0,45%. Setelah melewati proses destilasi
o
selama 3 jam pada suhu 78 C konsentrasi bioetanol meningkat menjadi 15,69%. Saran
Perlu dilakukan penelitian lebih lanjut mengenai optimasi proses fermentasi tepung sorgum menggunakan ragi roti sehingga diperoleh konsentrasi bioetanol yang lebih tinggi.
UCAPAN TERIMA KASIH
Penulis mengucapkan terima kasih kepada sdri Retni Astrini, dan Debby Nur Adrianti mahasiswi Jurusan Teknik Kimia Polban angkatan 2009 yang telah berpartisipasi dalam penelitian ini.
DAFTAR RUJUKAN
Alamsyah. 2007. Produksi Bioetanol Dari Biji Sorgum (Sorghum biocolor, L Moech) Secara Fermentasi Sebagai Bahan Bakar Alternatif. Makassar: Politeknik Negeri Ujung Pandang. Anonim.2010.Pemanfaatan Tanaman
S o r g h u m U n t u k P e m b u a t a n Bioethanol Melalui Proses Hidrolissi E n z i m d a n F e r m e n t a s i Saccharomyces cerevisiae. (online). http://digilib.its.ac.id/ITS-Research-3100010082601/12266 (12 Maret 2012).
Anggriani, Dini dan Erika Ariane Susilo.2011. Hidrolisis Biji Sorgum Menjadi Bioetanol Menggunakan NaOH – Papain Dengan Metode Sakarifikasi dan Fermentasi
(13 Maret 2012).
POLBAN
Assegraf, Faisal. 2009. Prospek Produksi Bioetanol Bonggol Pisang (Musa paradisiacal) Menggunakan Metode Hidrolisis Asam dan Enzimatis. Semarang: Universitas Jenderal S o e d i r m a n ( o n l i n e ) . Endah, R dkk.2007. Kinetika Reaksi
Tepung Sorgum dengan Katalis Asam Klorida (HCl). Surakarta: Universitas Sebelas Maret.
Farabi, Aldian. 2011. Pengembangan Desa Sorgum (Sorghum bicolor, L) Mandiri Sebagai Solusi Krisis Pangan, Energi, dan Pakan di Daerah Lahan Kering di Indonesia. Bogor: Institut Pertanian Bogor.
F a i r u s , S i r i n . 2 0 1 0 . P e n g a r u h K o n s e n t r a s i H C L d a n Wa k t u Hidrolisis Terhadap Perolehan Glukosa yang Dihasilkan dari Pati Biji Nangka.Yogyakarta: Institut Teknologi Nasional.
Herdiawan, Lucky dan Rika Nita Utami. 2008. Pembuatan Bioetanol dari Singkong. Bandung : Teknik Kimia Politeknik Negeri Bandung.
Komarayati, Sri & Gusmailina.2010. Prospek Bioetanol Sebagai Pengganti M i n y a k Ta n a h . B o g o r : P u s a t Penelitian dan Pengembangan K e t e k n i k a n K e h u t a n a n d a n Pengolahan Hasil Hutan.
Laimeheriwa,Jantje.1990. Teknologi Budidaya Sorgum. Irian Jaya: Balai Informasi Pertanian Provinsi Irian Jaya.
http://hierofredy.files.wordpress.com
Machbubatul.2008.Pembuatan Kaldu dari Kepala Ikan Tuna dengan Cara Hidrolisis Asam (Kajian Penambahan Air dan pH). Malang: Universitas Brawijaya.
M a s t u t i , E n d a n g . 2 0 1 0 . P e n g a r u h Temperatur dan Konsentrasi Katalis Pada Reaksi Hidrolisis Tepung Kulit Ketela Pohon. Surakarta: Universitas Negeri Sebelas Maret.
Perry, Robbery H. Dan Don W. Green. P e r r y ' s C h a m i c a l E n g i n e e r s Handbook.
Puspitasari,Winda.(2011).Pendugaan Parameter Genetik dan Seleksi Karakter Agronomi dan Kualitas Sorgum di Lahan Masam. Bogor: Institut Pertanian Bogor.
Rahmi E, Silvia dan Tri P, A. 2009.Pembuatan Etanol Dari Sorgum (Shorghum Bicolor l. Moench) Melalui Hidrolisis Enzimatik Diikuti F e r m e n t a s i M e n g g u n a k a n S a c c h a r o m y c e s C e r e v i s i a e . Surabaya: Laboratorium Teknologi Biokimia Institut Teknologi Sepeluh November.
Rosadi, Dadang dkk. 2010. Optimasi Proses Hidrolisis Biji Sorgum untuk F e r m e n t a s i B i o e t a n o l d a n P e m a n f a a t a n K o m p o n e n Padatannya. Balai Besar Teknologi Pati Badan Pengkajian dan Penerapan Teknologi.
