II. DESKRIPSI PROSES

(1)

A. Fermentasi

Kalsium laktat dapat diproduksi hanya dengan proses fermentasi berbagai macam karbohidrat seperti sukrosa, glukosa atau laktosa dengan menggunkan mikroba. Gula-gula tersebut terdapat pada molasses, jagung, kentang dan milk

whey (R, Keyes, 1957).

Proses pembuatan dengan menggunakan metode fermentasi dengan bakteri melalui reaksi :

C12H22O12 (aq) + H2O(l) C6H12O6 (aq) + C6H12O6 (aq) (1)

Sukrosa Air Glukosa Fruktosa

C6H12O6 (aq) 2 CH3CHOHCOOH(aq) (2)

Glukosa Asam Laktat

2 CH3CHOHCOOH(aq)+CaCO3(s) (CH3CHOHCOO)2Ca(aq)+H2O(l)+CO2(g) (3)

Asam Laktat Kalsium Karbonat Kalsium Laktat Air Karbondioksida

(R. Keyes. 1957) (N. Narayanan, A. Sarivastava. 2004)

Young-Jung Wee mengatakan sangat menguntungkan bila bahan baku mempunyai kriteria :

 Murah

 Tingkat kontaminasi untuk bakteri rendah

 Laju dari fermentasi yang tinggi

 Produk yang dihasilkan banyak

fermentasi

(2)

 Sedikit atau tidak mengandung produk samping

 Dapat beroperasi sepanjang tahun dalam jumlah besar

Dua jenis bakteri yang menghasilkan kalsium laktat adalah homofermenter dan heterofermenter. Bakteri jenis pertama adalah homofermenter yang hanya menghasilkan kalsium laktat sebagai produk. Sedang bakteri kedua adalah heterofermenters, menghasilkan kalsium laktat dan produk limbah tambahan, etanol dan karbon dioksida

(http://oketips.com/9706/ketahui-4-organisme-yang-melakukan-fermentasi-asam-laktat, 2012). Metoda

homofermentatif ini banyak digunakan di industri, dengan konversi yield glukosa menjadi kalsium laktat lebih dari 90% (Hofvendahl dan Hahn– Hägerdal, 2000).

Tabel 2. 1. Macam-macam bakteri penghasil kalsium laktat

Sumber : Beuchat (1995)

Homofermenter Heterofermenter

Enterococcus faecium Lactobacillus brevis

Enterococcus faecalis Lactobacillus buchneri

Lactobacillus acidophilus Lactobacillus cellobiosus

Lactobacillus lactis Lactobacillus confusus

Lactobacillus delbrueckii Lactobacillus coprophilus

Lactobacillus leichmannii Lactobacillus fermentatum

(3)

Tabel 2. 2. Kemampuan bakteri Lactobacillus sp. mengolah kalsium laktat

Bahan baku Bakteri γ(yield) Produktivitas

g/L g/(jamL)

Molasses Lactobacillus delbrueckii NCIMB 8130 90 3,8

Gandum hitam Lactobacillus paracasei No. 8 84,5 2,4

Sweet sorghum Lactobacillus paracasei No. 8 81,5 2,7 Lactobacillus paracasei No. 8 106 3,5

Gandum Lactococcus lactis ssp. lactis ATCC 19435 106 1

Jagung Lactobacillus amylovorus ATCC 33620 10,1 0,8

Umbi kayu Lactobacillus amylovorus ATCC 33620 4,8 0,2

Kentang Lactobacillus amylovorus ATCC 33620 4,2 0,1

Beras Lactobacillus sp. RKY2 129 2,9

Barley Lactobacillus casei NRRL B-441 162 3,4 Lactobacillus amylophilus GV6 27,3 0,3

Selulosa Lactobacillus coryniformis ssp. torquens

ATCC 25600 24 0,5

Kertas daur ulang

Lactobacillus coryniformis ssp. torquens

ATCC 25600 23,1 0,5

Kayu Lactobacillus delbrueckii NRRL B-445 108 0,9

Whey Lactobacillus helveticus R211 66 1,4 Lactobacillus casei NRRL B-441 46 4

Sumber : Young-Jung Wee, Jin_Nam Kim 2005

Perbandingan harga bahan baku untuk membuat kalsium laktat terdapat pada table dibawah ini.

Tabel 2. 3. Perbandingan bahan baku untuk menghasilkan kalsium laktat

No Bahan Baku Harga (Rp/kg)

1 Molasses 700 2 Gandum 7.532 3 Jagung 1.200 4 Umbi Kayu 863 5 Kentang 7.000 6 Beras 6.750

7 Kertas Daur Ulang 1.250

8 Kayu 3.000

Sumber : PT. GMP, http://sigapbencana-bansos.info/bansos/cluster-2/387-harga-singkong-naik-di-lampung-timur.html, http://industri.kontan.co.id/news/harga-gandum-stabil-rata-rata-harga-tepung-terigu, http://regional.kompas.com/read/2012/03/06/14243119/Harga.Jagung.Anjlok.,

http://www.beritasatu.com/mobile/bisnis/40052-harga-pangan-stabil-sayuran-dan-cabai-naik.html, Perum Bulog, http://www.bisnislimbahkertas.blogspot.com/, http://www.sitinjaunews.com/kabupaten-solok-selatan/25209-harga-komiditi-ekspor-di-solsel-stabil, 2012

(4)

Pemilihan molasses sebagai bahan baku didasarkan pada :

1. Molasses merupakan limbah industri gula, sehingga lebih tepat guna bila dimanfaatkan kembali sebagai bahan baku.

2. Proses fermentasi molasses dengan menggunakan Lactobacillus

delbrueckii NCIMB 8130 menghasilkan yield 90 gr/L dan produktivitas 3,8

gr/(jam.L)

3. Dibandingkan dengan bahan baku lainnya, mollases lebih ekonomis dimanfaat sebagai bahan baku karena merupakan limbah.

Komposisi molasses sebagai bahan utama pembuatan kalsium laktat adalah sebagai berikut :

Tabel 2. 4. Komposisi tetes tebu (molasses)

Komponen Jumlah Sukrosa 38,94 % Glukosa 14,43 % Fruktosa 16,75 % Air 18,82 % Abu 11,06 % Jumlah 100 % Sumber :J.M. Paturau, 1989

B. Perhitungan Ekonomi Kasar

Glukosa Asam Laktat

2CH3CHOHCOOH(aq)+CaCO3(s) (CH3CHOHCOO)2Ca(aq)+H2O(l)+CO2(g) (3)

Asam Laktat Kalsium Karbonat Kalsium Laktat Air Karbondioksida fermentasi

(5)

Dari ketiga persamaan diatas, persamaan dua dan tiga dieliminasi, sehingga dapat diasumsikan, bahan baku yang dibeli hanya glukosa dan kalsium karbonat.

C6H12O6 (aq)+ CaCO3(s) (CH3CHOHCOO)2Ca(aq)+H2O(l)+CO2(g) (4)

Glukosa Kalsium Karbonat Kalsium Laktat Air Karbondioksida

1. Molasses

Diketahui yield = 90 g/L

Kapasitas perancangan = 30.000 Ton/ tahun

Molasses yang dibutuhkan= = .

= 333.333.333,3 L molasses

dimana ρ molasses = 1,422 kg/L, sehingga molasses yang dibutuhkan : = 474.000.000 Kg molasses

Dari persamaan reaksi =

C6H12O6(l)+ CaCO3(S) (CH3CHOHCOO)2Ca(S) + H2O(l)+ CO2(g)

1 kg kalsium laktat (BM = 218,04) = 0,004 kmol kalsium laktat CaCO3yang dbutuhkan untuk menghasilkan 1 kg kalsium laktat sebesar:

= mol kalsium laktat x BM CaCO3

= 0,004 x 100 = 0,4 kg

Kapasitas perancangan = 30.000 Ton kalsium laktat/ tahun CaCO3per tahun = 30.000.000 x 0,4 kg

= 12.000 Ton CaCO3pertahun

Maka perhitungan ekonomi kasarnya

Harga total bahan baku = ((Rp.700 x 474000000) + (Rp. 5.126 x 12.000.000)

=Rp393.312.000.000

Besar penjualan = Rp.30.000 x 30.000.000

(6)

Keuntungan pertahun = Penjualan–Modal =Rp.506.688.000.000

2. Gandum

Gandum yang dibutuhkan= = .

= 283.018.867,9 L Gandum

dimana ρ gandum = 0,56 kg/L, sehingga gandum yang dibutuhkan : = 158.490.566 Kg Gadum

C6H12O6 (aq)+ CaCO3(s) (CH3CHOHCOO)2Ca(aq)+H2O(l)+CO2(g)

1 kg kalsium laktat (BM = 218,04) = 0,004 kmol kalsium laktat

CaCO3yang dbutuhkan untuk menghasilkan 1 kg kalsium laktat sebesar: = mol kalsium laktat x BM CaCO3

= 0,004 x 100 = 0,4 kg

Kapasitas perancangan = 30.000 Ton kalsium laktat/ tahun

CaCO3per tahun = 30.000.000 x 0,4 kg

Harga total bahan baku = ((Rp.7.532 x 158.490.566) + (Rp. 5.126 x 12.000.000) =Rp.1.255.262.943.112

= Rp.900.000.000.000

Keuntungan pertahun = Penjualan–Modal

(7)

3. Jagung

Diketahui yield = 10,1 g/L

Jagung yang dibutuhkan= , = .

= 2.970.297.030 L Jagung

dimana ρ jagung = 0,72 kg/L, sehingga jagung yang dibutuhkan : = 2.138.613.861 Kg jagung

= 0,004 x 100 = 0,4 kg

Harga total bahan baku = ((Rp.1.200 x 2.138.613.861 ) + (Rp. 5.126 x 12.000.000) = Rp.2.627.848.633.200

= Rp.900.000.000.000

= -Rp1.727.848.633.200

4. Ubi kayu

(8)

Ubi yang dibutuhkan = , = . = 6.250.000.000 L Ubi kayu

dimana ρ ubi kayu = 1,25 kg/L, sehingga ubi kayu yang dibutuhkan : = 7.812.500.000 Kg Ubi kayu

= 0,004 x 100 = 0,4 kg

Harga total bahan baku = ((Rp.863 x 7.812.500.000) + (Rp. 5.126 x 12.000.000) = Rp.6.803.699.500.000

= Rp.900.000.000.000

= -Rp5.903.699.500.000

5. Kentang

(9)

= 7.142.857.143 L kentang

dimana ρ kentang = 0,769 kg/L, sehingga kentang yang dibutuhkan : = 5.492.857.143 Kg Kentang

CaCO3yang dbutuhkan untuk menghasilkan 1 kg kalsium laktat sebesar: = mol kalsium laktat x BM Ca(OH)2

= 0,004 x 100 = 0,4 kg

CaCO3Per tahun = 30.000.000 x 0,4 kg

Harga total bahan baku = ((Rp.7.000 x 5.492.857.143) + (Rp. 5.126 x 12.000.000) = Rp. 38.511.512.001.000

= Rp.900.000.000.000

=-Rp.37.611.512.001.000

6. Beras

Beras yang dibutuhkan = = .

= 232.558.139,5 L Beras

dimana ρ beras = 0,72 kg/L, sehingga beras yang dibutuhkan : = 167.441.860,5 kg Beras

(10)

= 0,004 x 100 = 0,4 kg

Harga total bahan baku = ((Rp.7.000 x 167.441.860,5 ) + (Rp. 5.126 x 12.000.000) = Rp.1.233.605.023.500

= Rp.900.000.000.000

= -Rp.333.605.023.500

7. Kertas Bekas

Kertas yang dibutuhkan = , = .

= 1.298.701.299 L Kertas bekas dimana ρ kertas = 0,24 kg/L, sehingga kertas yang dibutuhkan :

= 311.688.311,7 Kg Kertas bekas

(11)

= 0,004 x 100 = 0,4 kg

Harga total bahan baku = ((Rp.1.250 x 311.688.311) + (Rp. 5.126 x 12.000.000) =Rp.451.122.388.750

= Rp. 900.000.000.000

= Rp.448.877.611.250

8. Kayu

Kayu yang dibutuhkan = = .

= 277.777.777,8 L kayu

dimana ρ kayu = 0,7 kg/L, sehingga kayu yang dibutuhkan : = 194.444.444,4 Kg kayu

(12)

CaCO3yang dbutuhkan untuk menghasilkan 1 kg kalsium laktat sebesar:

= mol kalsium laktat x BM CaCO3

= 0,004 x 100 = 0,4 kg

Harga total bahan baku = ((Rp.3.000 x 194.444.444,4) + (Rp. 15.000 x 12.000.000)) = Rp.644.845.333.200

= Rp.900.000.000.000

= Rp 255.154.666.800

Berdasarkan perhitungan ekonomi kasar di atas, dipilihlah molasses sebagai bahan baku karena molasses memberikan keuntungan lebih tinggi dibanding bahan baku lainnya.

(13)

Proses pembuatan yang dipilih ialah metode fermentasi menggunakan molasses dengan alasan :

1. Ketersediaan bahan baku karbohidrat yang berasal dari molasses yang melimpah di Indonesia.

2. Bakteri Lactobacillus Delbreuckii dapat menguraikan gula dalam molasses

3. Biaya atau harga produksi cenderung lebih rendah jika dibandingkan dengan menggunakan bahan baku lainnya.

C. Uraian Proses

Proses pembuatan kalsium laktat dilakukan secara semi continue, dimana proses batch dilakukan sampai pada tangki penyimpanan, setelah tangki penyimpanan dilakukan proses continue.

Pembuatan kalsium laktat dengan cara fermentasi secara garis besar terdiri dari :

 Fermentasi

 Pemisahan biomassa, sisa nutrisi, dan kotoran lain

 Pemurnian

1. Fermentasi

Bahan baku yang tergolong murah untuk difermentasikan adalah :

starchy and cellulosic material, whey, molasses. Yang tergolong dalam starchy and cellulosic material antara lain : gandum, jagung, singkong,

kentang, beras, sweet gorghum, rye, barley. Akan tetapi materi ini perlu dihidrolisis terlebih dahulu untuk mendapatkan gula fermentasi

(karbohidrat) sebelum difermentasikan (Young-Jung Wee, Jin-Nam Kim, 2005).

Bakteri Lactobacillus delbrueckii dipilih karena dapat memproduksi paling tinggi dengan menggunakan substrat yang mengandung senyawa gula tanpa perlu perlakuan awal (Y. tokiwa dan Calabia 2007).

(14)

(P.D. Robinson 1988). Bakteri yang diperlukan untuk proses fermentasi kalsium laktat sebanyak 1,7% dari jumlah molasse yang masuk. Malt sprouts adalah nutrisi untuk bakteri yang ditambahkan sebanyak 3% dari jumlah molasse yang masuk fermentor (J.M. Paturau, 1989). Kultur diinokulasi dengan Lactobacillus delbrueckii. Kultur ini mengandung 15% gula, 0,375% malt spouts, 0,25% NH3PO4, 10% CaCO3,dan air

(R.Keyes 1957).

Feed yang berupa mollases, air dan Lactobacillus delbrueckii masuk ke

dalam pre-fermentor terlebih dahulu. Kemudian keluaran pre–

fermentor beserta CaCO3dan air masuk ke fermentor. Selama proses

fermentasi pH harus dijaga antara 6-7 dengan suhu 45oC dengan menggunakan buffering agent CaCO3. Selain berfungsi untuk menjaga

pH, penambahan dari buffering agent tersebut akan menghasilkan garam laktat. Dengan penambahan buffering agent maka akan terbentuk garam laktat seperti kalsium laktat.Waktu tinggal dalam fermetor selama 13,5 jam (Luedeking R dan Piret E.L, 2000). Adapun reaksinya sebagai berikut :

Glukosa Asam Laktat

2CH3CHOHCOOH(aq)+CaCO3(s) (CH3CHOHCOO)2Ca(aq)+H2O(l)+CO2(g) (3)

Asam Laktat Kalsium Karbonat Kalsium Laktat Air Karbondioksida

Keluaran dari fermentor kemudian masuk unit pemurnian produk yang terdiri dari rotary filter, crystallizer, rotary drier, dan mixing tank. Tidak ada ukuran yang pasti dari fermentor karena ukuran tangki tidak berpengaruh pada proses fermentasi (National agricultural biosecurity

(15)

center 2004). Fermentasi berlangsung selama 13,5 jam pada temperatur 45oC, tekanan 1 atm. (US.Patent 2143359).

2. Pemisahan biomassa, sisa nutrisi dan kotoran lain

Keluaran dari fermentor selanjutnya difiltrasi dengan memggunakan

Rotary Filter (RF-201) yang mempunyai media penyaringan berupa

microfilter hal ini dikarenakan ukuran bakteri sebesar 0,5-2 µm dan abu yang juga mempunyai ukuran micron.

3. Permunian Produk

Permunian produk kalsium laktat diawali dengan mereaksikan asam laktat sisa fermentasi menjadi kalsium laktat dengan penambahan CaCO3berlebih. Reaktor beroperasi pada suhu 45oC, tekanan 1 atm.

Jenis reaktor adalah reaktor CSTR.Selanjutnya keluaran dari reaktor masuk ke dalam crystallizer dengan proses penguapan pada suhu 100oC, tekanan 1 atm. Larutan mother liquor selanjutnya diumpankan ke centrifuge, campuran kristal produk dan impuritis dialirkan ke rotary

dryer, sementara mother liquor sisanya dikembalikan ke crystallizer.

Dari rotary dryer, campuran kristal yang sudah bebas dari air,

diumpankan ke mixing tank untuk melarutkan impuritis gula (sukrosa, glukosa dan fruktosa) dengan etanol absolute, pada mixing tank ini semua gula terlarut dalam etanol sementara kalsium laktat tidak ada yang terlarut, karena kalsium laktat tidak larut dalam etanol. Keluaran dari mixing tank masuk ke centrifuge untuk dipisahkan antara larutan gula yang larut dengan etanol dan kristal kalsium laktat. Kristal tersebut dikeringkan di rotary dryer dan uap etanol dikondensasikan kemudian dikembalikan ke mixing tank. Kristal yang telah kering adalah produk kalsium laktat dengan kemurnian 100%. Penanganan impuritis gula dilakukan dengan mengkristalkan larutan gula dari CF-303 di CR-302 dengan proses penguapan untuk mendapatkan etanol kembali. Etanol yang didapat dari CR-302 bersama dengan etanol dan udara kering dari RD-302 masuk ke Condensor (CD-301).