PEMBUATAN BIOETHANOL DARI TANDAN PISANG MENGGUNAKAN
METODE HIDROLISIS DAN FERMENTASI DENGAN BANTUAN
MIKROORGANISME SACCHAROMYCES CEREVISIAE
Harry Kurniawan1, Nola Dwi Estevan1, Erti Praputri1, Elmi Sundari 1
1
Jurusan Teknik Kimia, Fakultas Teknologi Industri, Universitas Bung Hatta Jl.Gajah Mada No.19, Olo Nanggalo Padang-25143
hkurniawan.88.hk@gmail.com, Elmisundari@yahoo.com
Abstrak
Dalam tandan pisang terdapat kandungan selulosa yang cukup tinggi sehingga limbah ini dapat kita olah menjadi etanol.Dimana proses pembentukan bioetanol ini yaitu melalui proses delignifikasi, hidrolisis, fermentasi dan distilasi.Adapun tujuan dari penelitian ini adalah mengetahui pengaruh penambahan NaOH terhadap perolehan glukosa dan pengaruh penambahan ragi terhadap perolehan etanol.Pembuatan bioetanol dilakukan dengan cara delignifikasi terlebih dahulu dengan variabel konsentrasi NaOH 2 %,3% dan 4%,untuk proses fermentasinya dengan variabel 3%,4% dan 5% waktu fermentasi selama 5 hari, rendemen hasil fermentasi yang paling banyak adalah delignifikasi dengan NaOH 4% dan fermentasi dengan konsentrasi ragi 5 %.
Kata kunci : tandan pisang, selulosa, glukosa dan bioetanol.
Abstract
In the banana bunches are fairly high cellulose content so that waste can be etanol.Dimana us if this bioethanol formation process is through the process of delignification , hydrolysis , fermentation and distilasi.Adapun purpose of this study was to determine the effect of adding NaOH to the acquisition and the effect of the addition of glucose yeast for ethanol etanol.Pembuatan acquisition is done by first delignification with variable concentrations of NaOH 2 % , 3 % and 4 % , for the fermentation process with variable 3 % , 4 % and 5 % over the 5 -day fermentation period , the yield of fermented most many are delignification with 4 % NaOH and fermentation with yeast concentration of 5%
.
PENDAHULUAN
Semakin menipisnya persediaan minyak dunia menyebabkan kelangkaan bahan bakar berupa bensin dan minyak tanah. Hal ini berimbas pada semakin melambungnya harga kedua bahan bakar tersebut. Pemerintah pun telah melakukan berbagai macam upaya salah satunya dengan menggalakkan penggunaan bahan bakar nabati berupa bioetanol. Salah satu sumber bahan nabati yang dapat dijadikan bioetanol adalah tandan pisang. Widiyatni(2010) telah mengidentifikasi senyawa yang ada dalam tandan pisang salah satunya adalah kandungan selulosa tandan pisang yang cukup tinggi yaitu sebesar 30%. Sehingga ketika diolah menjadi bioetanol dapat menghasilkan rendemen yang cukup besar. Tandan pisang tersedia cukup melimpah dan selama ini kurang dimanfaatkan secara optimal. Pengolahan tandan pisang menjadi bioetanol melalui tahapan hidrolisis, fermentasi dan distilasi.
Rumusan Masalah
Selama ini pembuatan bioetanol sudah dilakukan untuk beberapa sumber bahan nabati seperti singkong, sagu, kulit buah kakao, tandan kosong kelapa sawit, nanas namun belum dilakukan pembuatan bioetanol dari tandan pisang. Senyawa lignin yang terdapat dalam tandan pisang dapat menghambat proses hidrolisis selulosa menjadi glukosa karena itu perlu
dilakukan proses pretreatment terhadap tandan pisang. Dalam penelitian ini digunakan variasi NaOH 2%, 3% dan 4% dan variabel ragi 3%, 4% dan 5%. Tujuan dari penelitian ini adalah mengamati pengaruh penambahan NaOH terhadap perolehan glukosa dan mengamati pengaruh penambahan ragi terhadap perolehan bioetanol. Penelitian ini meliputi variabel : konsentrasi ragi roti 3%, 4%, 5% dan konsentrasi NaOH pada Pretreatment 2%; 3%; 4% dan waktu fermentasi selama 5 hari.
Bioetanol
Bioetanol adalah cairan yang dihasilkan melalui proses fermentasi gula dari penguraian sumber karbohidrat dengan bantuan mikroorganisme. Oleh karena itu, penggunaan bioetanol sebagai biofuel disebut sebagai bahan bakar yang terbaharukan. Bioetanol di dapatkan dari hasil hidrolisis (jika perlu) dari gula komplek, kemudian dilanjutkan dengan fermentasi oleh mikroorganisme dan pemurnian menggunakan distilasi. Sumber Bioetanol Secara umum, bahan baku dari bioetanol adalah semua hasil pertanian yang mengandung gula. Baik gula sederhana (mollase di tebu), amilum (pati di singkong), serta selulosa (tandan kosong kelapa sawit, tandan pisang).
Tandan pisang
Pisang dengan nama Latin Musa Paradisiacal merupakan jenis buah-
buahan tropis yang sangat banyak dihasilkan di Indonesia (Anonymous, 1978). Tanaman pisang banyak tumbuh di daerah tropis dan sub tropis. Salah satu limbah dari olahan pisang ini adalah tandan pisang. Tandan pisang merupakan bahan lignoselulosa yang mengandung selulosa sekitar 30% (Ery Susiany Retnoningtyas, Adi Wiharsono, Anita Wahyuni, 2005). Selulosa merupakan struktur utama dalam suatu polisakarida tanaman. Adanya selulosa dalam suatu substrat menginduksi terbentuknya enzim selulase oleh mikroorganisme selulolitik. Namun pada tandan pisang perlu adanya perlakuan tambahan berupa pretreatment untuk dapat menghilangkan lignin yang dapat mengganggu proses hidrolisis selulosa.
Pretreatment lignoselulosa
Pretreatment biomassa lignoselulosa harus
dilakukan untuk mendapatkan hasil yang tinggi. Tujuan dari pretreatment adalah untuk mengoksidasi bahan lignoselulosa dengan memecah dan menghilangkan kandungan lignin dan hemiselulosa. Rusaknya struktur kristal selulosa akan mempermudah teruainya selulosa menjadi glukosa.Kalau tidak dipretreatment terlebih dahulu, lignoselulosa sulit untuk dihidrolisis karena lignin sangat kuat melindungi selulosa sehingga sangat sulit melakukan hidrolisis sebelum memecah pelindung lignin. Pretreatment kimia untuk
tandan pisang menggunakan bahan kimia yang berbeda seperti asam, alkali dan pengoksidasian yaitu peroksida dan ozon. Diantara metode ini, pretreatment asam encer menggunakan H2SO4 adalah metode
yang paling banyak digunakan.
Hidrolisis Asam
Di dalam metode hidrolisis asam, biomassa lignoselulosa dipaparkan dengan asam pada suhu dan tekanan tertentu selama waktu tertentu dan menghasilkan monomer gula dari polimer selulosa dan hemiselulosa. Beberapa asam yang umum digunakan untuk hidrolisis asam antara lain adalah asam sulfat (H2SO4), asam
perklorat, dan HCl. Asam sulfat merupakan asam yang paling banyak diteliti dan dimanfaatkan untuk hidrolisis asam (Taherzadeh and Karimi, 2008).
Fermentasi
Fermentasi adalah proses produksi energi dalam sel dalam keadaan anaerobik (tanpa oksigen). Secara umum, fermentasi adalah salah satu bentuk respirasi anaerobik, akan tetapi, terdapat definisi yang lebih jelas yang mendefinisikan fermentasi sebagai respirasi dalam lingkungan anaerobik dengan tanpa akseptor elektron eksternal (Winarno & Fardiaz,1992). Fermentasi bioetanol dapat didefenisikan sebagai proses penguraian gula menjadi bioetanol dan karbondioksida yang disebabkan enzim yang dihasilkan oleh massa sel mikroba. Perubahan yang terjadi selama
proses fermentasi adalah glukosa menjadi bioetanol oleh sel-sel ragi tape dan ragi roti (Prescott and Dunn, 1959). Berikut ini adalah reaksi penguraian selulosa menjadi etanol. 2(C6H10O5)n + n H2O n C12H22O11 Maltosa C12H22O11 + H2O 2 C6H12O6 Glukosa C6H12O6 ragi 2 C2H5OH + 2 CO2 Destilasi
Destilasi atau penyulingan adalah suatu metode pemisahan larutan berdasarkan perbedaan titik didih. Dalam penyulingan, campuran zat di didihkan sehingga menguap dan uap ini kemudian didinginkan kembali kedalam bentuk cairan. Proses destilasi diawali dengan pemanasan, sehingga zat yang memiliki titik didih lebih rendah akan menguap. Uap tersebut bergerak menuju kondenser yaitu pendingin), proses pendinginan terjadi karena kita mengalirkan air kedalam dinding (bagian luar condenser), sehingga uap yang dihasilkan akan kembali cair. Proses ini berjalan terus menerus dan akhirnya kita dapat memisahkan seluruh senyawa-senyawa yang ada dalam campuran homogen tersebut.
Saccharomyces cerevisiae
Ragi (Saccharomyces cerevisiae) adalah mikroorganisme penghasil etanol yang
paling dikenal saat ini. Efesiensi fermentasi dapat ditingkatkan dengan cara mengabolisasi sel mikroorganisme yang digunakan. Amobilisasi sel bertujuan untuk membuat sel menjadi tidak bergerak atau berkurang ruang geraknya sehingga sel menjadi terhambat pertumbuhannya dan subtract yang diberikan hanya digunakan untuk menghasilkan produk.
Saccharomyces bersifat fermentatif (melakukan fermentasi, yaitu memecah glukosa menjadi karbon dioksida dan alkohol) kuat namun dengan adanya oksigen, Saccharomyces cerevisiae juga dapat melakukan respirasi yaitu mengoksidasi gula menjadi karbon dioksida dan air. (Putra A.E & Surya, R.P,2006).
METODOLOGI PENELITIAN
Bahan yang digunakan : Tandan Pisang diambil dari daerah kota Padang, H2SO4
3%, NaOH 4%, Aquades, Ragi roti dan NPK dan urea (sesuai konsentrasi ragi). Parameter yang digunakan : Berat Sampel 350 gr, pH hidrolisis = 5, Kondisi
Pretreatment 121oC, 1 atm, 60 menit. Konsentrasi ragi roti 3%,4%,5%, Konsentrasi NaOH pada Pretreatment 2%; 3%; 4%.
Pretreatment
1. Memotong tandan pisang lalu dikeringkan dalam oven.
2. Menggiling / menghaluskan tandan pisang sampai ukuran tertentu.
3. Menimbang 350 gr tandan pisang, memasukkan kedalam erlemeyer 1000 ml.
4. Menambahkan 700 ml NaOH dan menutup dengan aluminium foil kemudian dipanaskan dalam
autoclave pada suhu 121oC selama 60 menit.
5. Mencuci fase solidnya dengan air beberapa kali.
6. Melakukan langkah 4 dan 5 untuk variasi konsentrasi NaOH
Proses Hidrolisis
1. Hasil pretreatment dimasukkan kedalam erlenmeyer 500 ml lalu ditambahkan 700 ml aquadest dan mengatur pH 4 – 5.
2. Kemudian dipanaskan dalam
autoclave pada suhu 121oC selama 30 menit.
3. Bubur tandan pisang dibiarkan menjadi dingin.
4. Menambahkan H2SO4 kedalam
bubur tandan pisang lalu ditutup dengan alumunium foil.
5. Kemudian diletakkan pada orbital
shaker 150 rpm selama 24 jam. Fermentasi
1. Subtrat tandan pisang yang telah dihidrolisis ditambahkan dengan NPK dan urea diaduk hingga homogen kemudian ditambahakan
Saccaromyces Cerevisiae dan
diaduk sampai homogen.
2. Setelah itu menghubungkan erlemeyer 1000 ml yang berisi bubur tandan pisang tersebut dengan selang karet dan ujung selang dimasukkan kedalam air agar tidak terjadi kontak langsung dengan udara.
3. Selanjutnya larutan difermentasikan selama 5 hari.
Destilasi
1. Selanjutnya memisahkan larutan dengan bubur tandan pisang sehingga diperoleh cairan alkohol yang masih mengandung air.
2. Larutan tersebut didestilasi pada suhu 80oC selama 1 - 2 jam sampai etanol tidak menetes lagi
3. Mengukur destilat etanol yang didapat.
Analisa kadar etanol
Untuk analisa kadar etanol yang didapatkan menggunakan metode analisa densitas. Analisa densitas menggunakan alat piknometer 10 ml pada suhu kamar.
Analisa kadar glukosa
Untuk analisa kadar glukosa yang diperoleh menggunakan metode Luff Schoorl.
HASIL DAN PEMBAHASAN
Dari penelitian yang telah dilakukan akan dibahas pengaruh penambahan NaOH terhadap perolehan glukosa dan pengaruh penambahan ragi terhadap perolehan bioetanol.
Pengaruh penambahan NaOH terhadap perolehan glukosa
Pengaruh penambahan NaOH terhadap perolehan glukosa. dapat dilihat pada Gambar 1
Gambar 1 pengaruh penambahan NaOH terhadap perolehan glukosa
Gambar 1 memperlihatkan bahwa peningkatan konsentrasi NaOH dapat meningkatkan perolehan glukosa. Hal ini sesuai dengan teori yang menyatakan bahwa selulosa adalah polimer glukosa. Selulosa secara alami diikat oleh hemiselulosa dan dilindungi oleh lignin. Adanya lignin inilah yang menyebabkan bahan-bahan lignoselulosa sulit untuk dihidrolisa.(Iranmahroob et al.,2002). Proses delignifikasi menggunakan NaOH
dilakukan untuk memecah dan
menghilangkan kandungan lignin dan hemiselulosa. Rusaknya struktur kristal selulosa akan memudahkan teurainya selulosa menjadi glukosa.
Pengaruh penambahan ragi terhadap perolehan bioetanol.
Pengaruh penambahan ragi terhadap perolehan bioetanol, dapat dilihat pada gambar 2.
Gambar 2 Pengaruh penambahan ragi terhadap perolehan bioetanol
Berdasarkan Gambar 2 dapat dilihat bahwa perolehan etanol meningkat seiring meningkatnya penambahan ragi. Hal ini sesuai dengan teori yang menyatakan bahwa saccharomyces bersifat fermentif, yaitu memecah glukosa menjadi karbon dioksida .(Putra A.E & Surya, R.P, 2006). Jadi semakin ditambahkan maka banyak ragi yang semakin banyak glukosa yang dikonversi menjadi etanol.
KESIMPULAN
Hasil dari penelitian tentang pembuatan bioetanol dari tandan pisang menggunakan metode hidrolisis dan fermentasi membeikan beberapa kesimpulan sebagai berikut : Limbah dari tandan pisang dapat
dikonversikan menjadi bioetanol. Semakin tinggi konsentrasi NaOH yang digunakan untuk menghilangkan lignin maka frekuensi terbentuknya glukosa juga akan semakin tinggi.Semakin tinggi konsentrasi ragi yang digunakan maka perolehan bioetanolnya juga semakin banyak.
DAFTAR PUSTAKA
1. Arinong, Rahman, Pemanfaatan jerami padi untuk konservasi dan pakan ternak. http ://www.stppgowa.ac.id. (diunduh pada tanggal 5 Oktober 2013)
2. Hamelinck, C. N., Hooijdonk, G. v. dan Faaij, A. P., “Ethanol from Lignocellulosic
Biomass: Techno-economic Performance in Short-, Middle- and Long-term”, Biomass
and Bioenergy, 28, 384 – 410, 2005.
3. http://en.wikipedia,org (diunduh pada tanggal 21 Oktober 2013)
4. Kaar, W. E. dan Holtzapple, M. T.,
“Using Lime Pretreatment to Facilitate The Enzymic Hydrolysis of Corn Stover”,
Biomass and Bioenergy, 18, 189 – 199, 2000.
5. Kim, S.; Holtzapple, M. T., ” Lime
pretreatment and enxymatic hydrolysis of corn stover”, Bioresource Technology,
2005.
6. Kim, T. H. dan Lee, Y. Y.,
“Pretreatment of Corn Stover by Soaking in Aqueous Ammonia at Moderat
Temperatures”, Applied Biochemistry and
Biotechnology, 136 - 140, 81 – 92, 2007.
7. Kim, T. H., Taylor, F. dan Hicks, K. B. ,
“Bioethanol Production From Barley Hull Using SAA (Soaking in Aqueous Ammonia) Pretreatment”, Bioresource Technology, 99, 5694 – 5702, 2008.
8. Lynd, L. R., Elander, R. T. dan Wyman, C. E., “Likely Features and Costs of
Mature Biomass Ethanol Technology”,
Applied Biochem. Biotechnol, 57/58, 741 – 761, 1996.
9. Octavia, Silvi, “Pengolahan Awal
Biomassa Lignoselulosik Berbasis Amoniak Sebagai Bahan Mentah Pembuatan
Bioetanol, Disertasi”, 2013.
10. Puslitbang Tanaman Pangan, “Repositori
Peningkatn Produksi Padi Menuju 2020”,
http://www. puslittan.bogor.net. (diunduh pada tanggal 5 Oktober 2013)
