Pengaruh Konsentrasi Ragi dan Waktu Fermentasi Pada Pembuatan Bioetanol Dari Biji Cempedak

BAB II

TINJAUAN PUSTAKA

2.1PENGENALAN CEMPEDAK DAN BIJI CEMPEDAK SECARA UMUM 2.1.1 Klasifikasi Tanaman Cempedak

Cempedak yang nama ilmiahnya Artocarpus integer, di Indonesia dikenal juga dengan nama tiwadak (KalSel), Sibodak (Sumut), nangka komedak (Madura), dan tamberak (Irian). Cempedak ini berperawakan pohon setinggi 20-25 m, daunnya bergaris tengah 40-50 cm. Pohonnya mirip nangka, namun lebih langsing. Daunnya berbulu banyak dan lebih panjang bila dibandingkan dengan daun nangka. Bunganya tersusun dalam tandan. Buahnya bundar memanjang dengan kulit buah tidak sekasar kulit buah. Ukuran buah panjangnya 20 -45 cm, diameter 10-20 cm, dan beratnya rata-rata 3-4 kg. Aroma buahnya sangat khas dan menusuk seperti bau campuran antara buah [12] durian dan kemang. Buah cempedak merupakan komoditas perkebunan yang memiliki prospek cerah dimasa yang akan datang, karena disamping dapat dimanfaatkan sebagai bahan pangan, juga dapat diproyeksikan sebahan bahan industri [17]. Cempedak adalah buah multimanfaat Daging buah melekat dan kulit batangnya sebagai antitumor dan antimalaria, pada biji, tipis, lembek, berserat, berwarna kuning dan rasanya manis seperti pada gambar 2.1:

Cempedak banyak ditemukan di daerah Sumatera, Kalimantan, Sulawesi, dan Irian Jaya. Setiap tahunnya rata-rata curah hujan yang dibutuhkan 2500-3000 mm dan tumbuh baik pada ketinggian 0-700 m di atas permukaan laut. Buah cempedak yang masak berbau harum menyengat, rasanya manis, daging buah kuning keputih-putihan dan dapat dimakan langsung sebagai buah segar seperti pada Gambar 2.2:

Gambar 2.2 Buah Cempedak [12]

Namun karena buahnya lembek dan lekat, biasanya dimakan setelah digoreng dengan tepung. Biji buah cempedak lunak sehingga setelah direbus atau dibakar, dapat dimakan sebagai makanan teman minum kopi. Dami (bagian antara kulit dan buah cempedak) dapat dimanfaatkan setelah direndam air garam selama satu hari satu malam, lalu ditiriskan hingga kering dan digoreng. Dami ini sedap dimakan sebagai lauk makan nasi, pada umumnya hasil buah cempedak di Indonesia mencapai 60 sampai 400 buah per pohon per tahun. Buah cempedak ini dapat dikonsumsi langsung dalam keadaan segar dan bijinya hanya dibuang begitu saja. Kulit buah, daging buah, dan biji buah cempeda. Menurut Alamendah 2014 [7] kedudukan taksonomi tanaman cempedak adalah sebagai berikut:

a . Kingdom : Plantae

e. Kelas : Magnoliopsida f. Ordo : Morales

g. Family : Moraceae h. Genus : Ar tocarpus

i. Spesies : Artocarpus integer (Tunb.) Merr.

2.1.2 Biji Cempedak

Pemanfaatan utama cempedak adalah buahnya yang dikonsumsi baik secara langsung (dalam keadaan segar) ataupun dijadikan makanan olahan. Buah yang masak dapat diolah menjadi cempedak goreng, layaknya pisang goreng (bagian dami), dibuat selai, ataupun sebagai campuran kolak. Sedangkan buah yang muda dapat dimasak sebagai sayur dari hasil olahan tersebut akan menyebabkan limbah biji cempedak yang dibuang begitu saja meskipun di beberapa daerah biji cempedak dapat dimasak dan dikonsumsi. Biji cempedak yang umumnya berbentuk bulat sedikit lonjong yang dilapisi oleh kulit ari. Biji buah cempedak mengandung gizi yang lebih tinggi dibandingkan biji buah nangka dan gandum. Berikut tabel perbedaan komponen gizi biji buah cempedak dengan nangka per 100 gram:

Tabel 2.1 Gizi Biji Buah Cempedak Dengan Gandum Per 100 gram [12]

KomponenGizi Biji Cempedak Gandum

Energi (kkal)

melimpah maka biji cempedak berpotensi untuk dimanfaatkan sebagai bioethanol pengganti bahan bakar minyak (BBM) [12].

2.2 BIOETANOL

Bioetanol merupakan etanol yang diproduksi dari sumber bahan baku biologis, dimana memiliki keunggulan mampu menurunkan emisi gas CO2 hingga

18% [8]. Generasi pertama bioetanol dibuat dari sumber hasil perkebunan seperti jagung, ketela, dan kentang dengan melakukan pretreatment, hidrolisis dan kemudian fermentasi untuk mendapatkan etanol [18]. Menurut Richana [9] Bioetanol adalah etanol yang diperoleh dari biomassa tumbuhan yang banyak mengandung karbohidrat. Etanol diperoleh dengan proses fermentasi melalui bantuan mikroorganisme yakni ragi. Penamaan bio adalah untuk membedakannya dari etanol yang diproses dari minyak bumi (minyak fosil) melalui proses hidrasi etilena dengan katalis asam. Bioetanol dapat digunakan:

a. Sebagai bahan bakar kendaraan. b. Sebagai bahan minuman alkohol. c. Sebagai bahan bakar roket.

d. Sebagai bahan kimia dasar senyawa organik. e. Sebagai antiseptik.

f. Sebagai antidote beberapa racun.

g. Sebagai pelarut untuk parfum, cat dan larutan obat.

h. Digunakan untuk pengobatan untuk mengobati depresi dan obat bius.

pengolahannya untuk bisa dijadikan bioetanol, pengklasifikasian berdasarkan bahan baku yang digunakan, proses, dan pemanfaatannya:

1. Klasifikasi berdasarkan bahan baku serta prosesnya [9]

a. Etanol nabati: Secara mikrobiologis menggunakan bahan baku berpati (jagung, ubi kayu dan umbi-umbian lain),serta bahan yang mengandung, gula (molasses, tebu, sweet sorghum, aren, dan jenis palem lainnya) dan bahan berserat (onggok, jerami, dan sekam, tongkol jagung, ampas tebu, dan kulit kakao).

b. Etanol sintesis: Secara sintesis menggunakan bahan baku antara lain minyak mentah, gas. Saat ini produksi etanol sintesis kurang dari 5% dari total produksi.

2. Klasifikasi berdasarkan kandungan air

a. Etanol 95-96% (alkohol prima super, prima I, dan alcohol prima II) disebut

“etanol hidrat” yang dibagi dalam:

 Technical/raw spit grade, digunakan untuk bahan bakar spirtus, minuman, desinfektan dan pelarut

 Industrial grade, digunakan untuk bahan baku industri pelarut  Potable grade, untuk minuman berkualitas tinggi.

b. Etanol 99,5% (anhydrous etanol) dengan kandungan air 0,05%, digunakan untuk bahan bakar. Jika dimurnikan lebih lanjut dapat digunakan untuk keperluan farmasi dan pelarut di laboratorium analisis. Etanol ini disebut fuel grade thanol (FGE) atau anhydrous ethanol (etanol anhidrat) atau etanol kering, yakni etanol yang bebas air atau hanya mengandung air minimal.

3. Klasifikasi menurut pemanfaatannya

a. Untuk industry (industrial grade), sebagai pelarut pada pembuatan vernis, minyak wangi, iodium tincture dan spirtus ; di laboratorium digunakan sebagai pelarut senyawa bersifat polar; di bidang kedokteran sebagai bahan baku pembuatan chloroform.

Ciri khas bioetanol adalah berbentuk cairan yang tidak berwarna dengan bau khas, dapat melarutkan zat organik, mudah menguap, titik didih 780_{C, berat}

molekul 46,07 gram, panas penguapan 204 kal/gr. Adapun sifat fisika etanol terdiri dari:

Tabel 2.2 Sifat Fisika dari Etanol [9]

No. Sifat Fisik Etanol

Bioetanol yang baik atau tidak harus melalui pengujian laboratorium karena bioetanol memiliki standar mutu, yaitu memiliki sifat menguap, dan relatif berbentuk cair karena bietanol memiliki titik didih 780_{C, viskositas 1,17 Cp,}

melting point -1120_{C. Standar mutu bioetanol:}

Tabel 2.3 Standar Mutu Etanol [9]

1,17

Etanol menurut tipenya terbagi dua, yaitu etanol sintesis yang berasal dari minyak bumi, dan bioetanol yang berasal dari biomassa (tanaman). Etanol sintesis (C2H5OH) sering disebut metanol atau etil alkohol, terbuat dari etilen, salah

satu derivate minyak bumi atau batu bara. Bahan ini diperoleh dari proses sintesa kimia yang disebut hidrasi, sedangkan bioetanol direkayasa dari biomassa (tanaman) melalui proses biologi (fermentasi) bahan baku yang digunakan bisa dari bahan berpati, gula, selulosa, termasuk biomassa berselulosa yang merupakan sumber daya alam yang melimpah dan murah serta memiliki potensi untuk produksi komersial industri etanol atau butanol [10] Bioetanol memiliki cairan bewarna jenih, berbau khas alkohol, berfasa cair pada temperatur kamar, mudah terbakar, melalui proses sintesa kimia. Bahan baku bioetanol sebagai berikut [11] :

a. Bahan berpati, berupa singkong atau ubi kayu, ubi jalar, tepung sagu, biji jagung dan biji durian.

b. Bahan bergula, berupa molasses (tetesan tebu), nira tebu, nira kelapa, nira batang sorgum manis.

c. Bahan berselulosa, berupa limbah logging, limbah pertanian seperti jerami padi, ampas tebu, tongkol jagung, onggok, batang pisang, serbuk gergaji.

2.3RAGI

Dalam proses konversi karbohidrat menjadi gula (glukosa) larut air dilakukan dengan penambahan air dan enzyme; kemudian dilakukan proses peragian atau fermentasi gula menjadi ethanol dengan menambahkan yeast atau ragi. Reaksi yang terjadi pada proses produksi ethanol/bio-ethanol secara sederhana ditujukkan pada reaksi.

(C6H12O6)n Sa cchar omyces cer visiae 2C2H5OH + 2CO2

Gula Etanol

Secara umum, khamir (ragi) dapat tumbuh dan memfermentasi gula menjadi etanol secara efisien pada pH 4,0-4,5 dan suhu 280_C-350_{C. adapun aspek-aspek}

fermentasi yaitu :

a. Jalur Metabolisme Khamir

Pada kondisi anaerobik, glukosa diubah menjadi etanol dan CO2 melalui

glikolisis

C6H12O6 2C2H5OH + 2CO2 + ATP

Dari satu gram glukosa dapat dihasilkan 0,511 gram etanol secara teoritis, namun pada kenyataannya hanya dihasilkan 0,484 gram etanol. Melalui kondisi aerobik gula secara penuh dikonversi menjadi CO2, sel dan hasil

samping lain tanpa etanol [13].

b. Pengaruh etanol

Etanol merupakan racun bagi khamir. Untuk kebanyakan galur, produksi etanol dan pertumbuhan etanol terhenti pada konsentrasi etanol 110-180 g/l.

c. Pengaruh O2

Gas O2 merupakan bahan yang penting untuk pertumbuhan sel tapi tidak

d. Pengaruh pH

Laju fermentasi mikroba sangat sensitif terhadap perubahan pH. Nilai pH yang optimum di dalam proses fermentasi etanol adalah 4,0 sampai 4,5.

e. Pengaruh suhu

Khamir akan tumbuh pada suhu 300_{C sampai 35}0_{C. Adapun proses}

fermentasi yang optimum terjadi pada suhu tinggi yaitu antara 300_{C sampai}

380_{C. Selama proses fermentasi, sehingga terjadi kenaikan suhu. Kenaikan suhu}

selama fermentasi tersebut akan menurunkan ketahanan khamir terhadap alkohol yang dihasilkan, sehingga mempercepat pembentukan asam asetat yang bersifat racun. Suhu yang terlalu tinggi akan menyebabkan rendahnya etanol yang diperoleh, yang berhubungan dengan kinerja khamir. Sebaliknya, suhu yang terlalu rendah akan menyebabkan proses fermentasi berjalan lambat dan tidak ekonomis. Oleh karena itu suhu harus dipertahankan pada titik optimum sehingga aktivitas metabolik sel dan pertumbuhan berjalan secara optimum. Untuk mempertahankan suhu selama proses, biasanya fermentor dipasang pendingin internal yang berupa koil pendingin atau pendingin eksternal.

f. Pengaruh penambahan nutrient

Pertumbuhan sel dan produksi etanol serta tingginya yield dapat dicapai dengan penambahan NH4Cl, MgSO4, CaCl2, dan ekstrak khamir. Ion amonium

menyediakan nitrogen untuk sintesa protein dan asam nukleat. Ekstrak khamir mempunyai bahan pertumbuhan khamir berupa asam amino, purin, pirimidin, vitamin serta mineral berupa fosfor, potassium, magnesium dan kalsium, bekerja sama dalam sel untuk perbanyakan dan pengaktifan enzim [9].

jenis ragi yang umum dikenal, yaitu:

1.Ragi tapai yang berbentuk padatan bulat pipih berwarna putih. 2. Ragi roti berbentuk butiran.

Ragi roti dan ragi tapai mengandung khamir yang sama yaitu saccharomices cerevisiae. Bedanya ragi tapai dibuat dengan penambahan bumbu -bumbu dan mikroorganisme lain, sehingga tidak hanya khamir tetapi ada juga beberapa jenis bakteri lain. Ragi tape yang digunakan sebagai inokulum.Adapun isolat-isolat yang diperoleh dari ragi tersebut terdiri atas 4 macam isolat mikroba, yaitu dua isolat kapang dari genus Rhizopus dan dua isolat khamir yaitu satu dari genus Saccharomyces dan satu dari genus Schizosaccharomyces.Sesuai dengan kandungan mikroba yang terdapat pada ragi tersebut, maka peranan mikroorganisme dalam proses fermentasi dibagi menjadi dua berdasarkan tahap fermentasi, yaitu:

1. Selama proses fermentasi kapang akan mengubah pati menjadi gula sederhana. Kapang menghasilkan enzim-enzim α-amilase, β-amilase dan glukoamilase,

2. Setelah terbentuk gula maka khamir akan mengubah gula menjadi alkohol, karbondioaksida dan senyawa lain. Khamir ini akan menghasilkan enzim invertase, zimase, karboksilase, maltase, melibiose, heksokinase, L-laktase, dehidrogenase, glukose-6-fosfat dehidrogenase dan alkohol dehidrogenase.

Pada roti, Ragi ini akan bekerja bila ditambahkan dengan gula dan kondisi suhu yang hangat. Kandungan karbondioksida yang dihasilkan akan membuat suatu adonan menjadi mengembang dan terbentuk pori - pori. Ragi untuk tempe berbeda dengan dari untuk roti dan untuk tapai. Ragi yang digunakan disini merupakan jenis kapang atau jamur yang bias membentuk benang-benang halus [22].

Ada 2 jenis ragi yang ada dipasaran yaitu: 1. Ragi kering

roti. Dalam penggunaannya, hampir semua orang lebih suka menggunakannya karena tinggal dicampur dengan adonan.

2. Ragi Padat

Sedangkan ragi padat yang bentuknya bulat pipih, sering digunakan dalam pembuatan tapai sehingga banyak orang menyebutnya dengan ragi tapai. Ragi ini dibuat dari tepung beras, bawang putih dan kayu manis yang diaduk hingga halus, lalu disimpan dalam tempat yang gelap selama beberapa hari hingga terjadi proses fermentasi. Ragi padat, selain dimanfaatkan untuk fermentasi pembuatan tapai terkadang juga untuk mengempukan ikan atau membuat pindang bandeng [22].

Selama proses fermentasi dan destilasi terdapat sejumlah produk samping. Proses bioetanol untuk bahan ubi kayu mempunyai hasil samping dan limbah yang lebih sederhana disbanding yang berbahan baku molasses. Hasil samping yang dihasilkan diantaranya ialah: Karbon dioksida (CO2), Stillage.

Adapun pertumbuhan populasi mikroba yaitu, pertumbuhan dapat diamati dari meningkatnya jumlah sel atau massa sel (berat kering sel) dimana pada umumnya bakteri dapat memperbanyak diri dengan pembelahan biner yaitu dari satu sel membelah menjadi 2 sel baru, maka pertumbuhan dapat diukur dari bertambahnya jumlah sel. Waktu yang diperlukan untuk membelah diri dari satu sel menjadi dua sel sempurna disebut waktu generasi dan waktu yang diperlukan oleh sejumlah sel atau massa sel menjadi dua kali jumlah/massa sel semula disebut doubling time atau waktu penggandaan dimana kecepatan pertumbuhan merupakan perubahan jumlah atau massa sel per unit waktu, seperti Gambar 2.3:

Ada 4 fase kurva pertumbuhan mikroorganisme, yaitu: 1. Fase lag/ Adaptasi

Jika mikroba dipindahkan kedalam suatu medium, mula-mula akan mengalami fase adaptasi untuk menyesuaikan dengan kondisi lingkungan di sekitarnya, lamanya fase adaptasi ini dipengaruhi oleh beberapa faktor, diantaranya:

a. Medium dan lingkungan pertumbuhan.

Jika medium dan lingkungan pertumbuhan sama seperti medium dan lingkungan sebelumnya, mungkin tidak diperlukan waktu adaptasi, tetapi jika nutrien yang tersedia dan kondisi lingkungan yang baru berbeda dengan sebelumnya, diperlukan waktu penyusaian untuk mensintesa enzim-enzim.

b. Jumlah Inokolum.

Jumlah awal sel yang semakin tinggi akan mempercepat fase adaptasi, fase adaptasi mungkin berjalan lambat karena beberapa sebab yaitu kultur dipindahkan dari medium yang kaya nutrien ke medium yang kandungan nutriennya.

2. Fase log/ Pertumbuhan eksponensial

Pada fase ini mikroba membelah dengan cepat dan konstant mengikuti kurva logaritmik dan pada fase ini kecepatan pertumbuhan sangan dipengaruhi oleh medium tempat tumbuhnya seperti pH dan kandungan nutrient, juga kondisi lingkungan termasuk suhu dan kelembapan udara. Fase ini kultur paling sensitif terhadap lingkungan, diakhir fasa log kecepatan pertumbuhan populasi menurun dikarenakan nutrien didalam medium sudah berkurang.

3. Fase Stationer

terhadap keadaan ekstrim seperti panas, dingin, radiasi, dan bahan-bahan kimia.

4. Fase death/ Kematian

Pada fase ini sebagian populasi mikroba mulai mengalami kematian karena beberapa sebab, yaitu nutrien didalam medium sudah habis dan kecepatan kematian bergantung pada kondisi nutrien, lingkungan, dan jenis mikroba.

2.4 Proses Pembuatan Bioetanol

Secara umum, keseluruhan proses pembuatan bioetanol meliputi tiga tahapan, yaitu persiapan bahan baku, fermentasi dan pemurnian. Setiap tahapan mempengaruhi keberhasilan tahapan berikutnya. Dan untuk setiap bahan baku berbeda biasanya akan berbeda pada tahap persiapan bahan baku dan kondisi prosesnya. Penelitian ini menggunakan rancangan variasi jumlah ragi dan lama fermentasi [19].

2.4.1 Tahap Persiapan Bahan Baku

Bahan baku bioetanol bisa diperoleh dari berbagai tanaman yang menghasilkan gula dan tepung. Pada tahap persiapan, bahan baku berupa padatan harus dikonversi terlebih dahulu menjadi larutan gula sebelum akhirnya difermentasi untuk menghasilkan etanol, sedangkan bahan yang sudah berbentuk larutan gula dapat langsung difermentasi. Bahan padatan dikenai perlakuan pengecilan ukuran dan tahap pemasakan [11] namun untuk berbahan baku berpati (amilum) dan berselulosa diperlukan tahan pendahuluan. Biji cempedak termasuk berbahan pati sehingga memerlukan perlakuan awal atau pretreatment hingga memperoleh gula sederhana. Adapun tiga proses perlakuan awal atau pretreatment yaitu secarabiologis, kimia, dan fisika/mekanis. Diagram alir proses pembuatan bioetanol secara sederhana akan dijelaskan pada gambar 2.4:

Enzim Amila se

Enzim Beta

Glukosidase

Gambar 2.4 Diagram alir pembuatan bioetanol seara sederhana dari bahan baku gula, pati, lignoselulosa [11]

Pada penelitian ini, pengolahan awal yang dilakukan adalah pencucian, pengecilan ukuran dan hidrolisis. Hidrolisis yang dipilih adalah hidrolisis dengan metode LHW (Liquid Hot Water). Pemasakan bahan-bahan lignoselulosa dalam LHW adalah salah satu metode hydrothermal pretreatment yang diaplikasikan untu perlakuan awal lignoselulosa sejak beberapa dekade yang biasa digunakan untuk industri pulp. Air di bawah tekanan tinggi bisa melakukan penetrasi ke dalam biomassa, menghidrasi selulosa, dan membuang hemiselulosa dan sebagian dari lignin.

Keuntungan paling utamanya adalah tidak ada penambahan zat kimia dan tidak memerlukan bahan-bahan yang tahan korosi untuk reactor hidrolisisnya. Tidak dibutuhkan pengecilan ukuran bahan baku yang merupakan proses yang membutuhkan energi yang besar untuk bahan baku yang berukuran besar pada skala komersial. Proses ini juga membutuhkan sangat sedikit zat kimia untuk proses netralisasi. Bahkan hampir tidak ada. Karbohidrat hemiselulosa terlarut sebagai larutan oligosakarida dan bisa dipisahkan dari fraksi selulosa yang tak larut juga lignin [11].

Tahap pemasakan bahan meliputi liquifikasi dan sakarifikasi. Pada tahap ini, tepung dikonversi menjadi gula melalui proses pemecahan menjadi gula kompleks. Pada tahap liquifikasi dilakukan penambahan air dan enzim alfa-amilase. Proses dilakukan pada suhu 80 - 90o_{C berakhir nya proses liquifikasi ditandai dengan}

Enzim yang ditambahkan pada tahap ini adalah enzim glukoamilase. Pada tahap sakarifikasi akan terjadi pemecahan gula kompleks menjadi gula sederhana.

Perlakuan sebelum proses fermentasi alkohol yaitu mengupayakan konsentrasi gulanya menjadi 15 % atau 20 %. Untuk memenuhi kebutuhan nutrisi, maka ditambahkan amonium sulfat, sedangkan untuk menurunkan pH-nya digunakan asam sulfat. Saccharomyces cerevisiae merupakan khamir yang umum digunakan dalam industri fermentasi etanol. Biasanya khamir yang digunakan sebanyak 5 % dari volume.

2.4.2 Tahap Fermentasi

Kata “Fermentasi” berasal dari bahasa latin yaitu “Ferfere” yang artinya mendidih dan digunakan untuk menggambarkan penampakan menarik dari sari anggur yang terfermentasi. Istilah “mendidih” ini

muncul karena selama reaksi cairan ini akan bergerak atau digerakkan oleh gelombang-gelombang dari karbondioksida yang menghasilkan buih atau mendidih [9].

Dengan kata lain,fermentasi adalah perubahan struktur kimia dari bahan-bahan organik dengan memanfaatkan agen-agen biologis terutama enzim sebagai biokatalis. Produk fermentasi dapat digolongkan menjadi 4 jenis, yaitu:

1) produk biomassa 2) produk enzim 3) produk metabolit 4) produk transformasi

konsentrasi 8 – 10% dengan suhu optimum berkisar 32 – 33o_{C .Tahap fermentasi}

merupakan tahap kedua dalam proses produksi bioetanol. Pada tahap ini terjadi proses pemecahan gula-gula sederhana menjadi etanol dengan melibatkan enzim dan ragi. Fermentasi dilakukan pada kisaran suhu 27 - 32o_{C. pada tahap ini akan}

dihasilkan gas CO2 sebagai produk sampingan dan sludge sebagai limbahnya. Gas

CO2 yang dihasilkan memiliki perbandingan stoikiometri yang sama dengan etanol

yang dihasilkan yaitu 1 : 1. Setelah melalui proses pemurnian, gas CO2 dapat

digunakan sebagai bahan baku gas dalam pembuatan minuman berkarbonat. Fermentasi gula menjadi etanol merupakan salah satu reaksi organik paling awal yang pernah dilakukan. Proses pembuatan bioetanol dapatt dibuat dengan cara sintesis etilen atau bisa juga dengan fermentasi. Produksi etanol dengan cara sintesis senyawa etilen (C2H4) dibantu dengan suatu katalis asam sulfat dan

pemanasan pada temperature 700_{C pada tekanan 10 atm. Etanol juga dapat di}

sintesis dari aldehid melalui proses reduksi. Produksi etanol dengan menggunakan bahan baku tanaman yang mengandung pati atau karbohidrat,dilakukan melalui proses konversi karbohidrat menjadi glukosa yang terlarut dalam air.

Glukosa yang diperoleh dari tanaman yang mengandung pati. Adapun proses pembuatannya dapat dibedakan menjadi dua jenis berdasarkan zat pembantu yang digunakan antara lain hidrolisa asam dan hidrolisa enzim. Dari kedua jenis hidrolisa tersebut, saat ini yang digunakan adalah hidrolisa asam yaitu dengan asam klorida (HCL).

Didalam konversi karbohidrat menjadi glukosa yang terlarut dilakukan penambahan asam dan enzim setelah itu dilakukan proses fermentasi glukosa menjadi etanol dengan menambahkan yeast atau ragi. Reaksi yang terjadi pada proses produksi etanol secara sederhana dapat ditunjukkan sebagai berikut:

(C6H5O6)n + nH2O Asam

nC6H12O6

(Pati) (Glukosa)

Tahap berikutnya adalah pemurnian etanol. Tahap ini dilakukan melalui metode destilasi. Destilasi dilakukan pada suhu diatas titik didih etanol murni, yaitu pada kisaran 78 – 100o_{C. Produk yang dihasilkan pada tahap ini memiliki}

dilakukan pemisahan etanol dengan sludge yang diperoleh dari hasil fermentasi etanol yang dihasilkan. Salah satu pemanfaatan limbah sludge yang telah berhasil dilakukan yaitu pengolahan sludge menjadi pupuk kalium majemuk dengan kadar kalium 40 %.

Jika etanol yang dihasilkan akan digunakan sebagai bahan bakar maka etanol hasil destilasi ini harus dikeringkan terlebih dahulu. Pengeringan ini dapat dilakukan dengan metode purifikasi molecular sieve bertujuan untuk meningkatkan kemurnian etanol hingga memenuhi spesifikasi bahan bakar. Molecular sieve adalah suatu bahan yang memiliki pori-pori kecil dan digunakan sebagai absorben cairan dan gas. Bahan ini mampu menyerap air hingga 20 % dari berat bahan itu sendiri. Zeolit, lempung, karbon aktif dan porous glasses adalah beberapa bahan yang termasuk molecular sieve. Selain itu, pengeringan etanol dapat menggunakan metode lain yaitu metode azeotrofik destilasi. Etanol hasil pengeringan ini memiliki kemurnian hingga 99, 5 % .

2.4.2.1 Pengendalian Kondisi Fermentasi

Adapun faktor-faktor yang mempengaruhi berlansungnya proses fermentasi diantaranya adalah sebagai berikut:

1. Pemilihan mikroorganisme dan konsentrasi ragi

Khamir yang sangat potensial untuk fermentasi etanol adalah Saccharomyces cereviseae, karena daya konversinya menjadi etanol sangat tinggi, metabolismenya sudah diketahui, metabolit utama berupa etanol, karbondioksida, dan air, sedikit menghasilkan metabolit lainnya. Beberapa organisme seperti Saccharomyces dapat hidup, baik dalam kondisi lingkungan cukup oksigen maupun kurang oksigen. Organisme yang demikian disebut aerob fakultatif. Dalam keadaan cukup oksigen, Saccharomyces akan melakukan respirasi biasa. Akan tetapi, jika dalam keadaan lingkungan kurang oksigen Saccharomyces akan melakukan fermentasi [14].

terhadap alkohol. Mikroba S. cerevisiae juga mampu memfermentasikan glukosa, sukrosa, manitol dan maltosa.

S. cerevisiae mempunyai daya konversi gula yang sangat tinggi karena menghasilkan enzim zimase dan inter vase. Dengan adanya enzim-enzim ini Saccharomyces cerevisiae memiliki kemampuan untuk mengkonversi baik gula dari kelompok monosakarida maupun dari kelompok disakarida. Jika gula yang tersedia dalam substrat merupakan gula disakarida maka enzim invertase akan bekerja menghidrolisis disakarida menjadi monosakarida. Setelah itu, enzim zymase akan mengubah monosakarida tersebut menjadi alkohol dan CO2. Gula

akan diubah menjadi bentuk yang paling sederhana oleh enzim invertase baru kemudian gula sederhana tersebut akan dikonversi menjadi etanol dengan adanya enzim zymase.

Ragi merupakan campuran dari genus- genus, memiliki spesies seperti Aspergilus, S. cerevisiae, Candida dan Hansenula, serta Acetobacter. Jadi, tidak hanya S. cerevisiae di dalamnya. Genus tersebut hidup bersama-sama secara sinergetik dan bekerja berkesinambungan. Dimana, Aspergilus dapat menyederhanakan gula; S. cerevisiae, Candida dan Hansenula dapat menguraikan gula menjadi alkohol; sedangkan Acetobacter menguraikan alkohol menjadi asam asetat [13].

Sementara itu, perolehan bioetanol juga dipengaruhi oleh jumlah ragi yang ditambahkan, yaitu dosis ragi berbanding lurus dengan kadar alkohol yang diperoleh. Semakin banyak dosis ragi yang diberikan maka kadar alkohol juga semakin tinggi. Karena tinggi rendahnya perolehan alkohol dipengaruhi oleh aktivitas khamir dengan substratnya [9].

2. Lama fermentasi

semakin banyak. Proses ini akan terhenti jika kadar alkohol sudah meningkat sampai tidak dapat ditolerir lagi oleh mikroba [9].

2.4.3 Tahap Pemurnian

Pemurnian dapat dilakukan dengan distilasi. Distilasi dilakukan untuk memisahkan etanol dari beer (sebagian besar adalah air dan etanol). Titik didih etanol murni 78 o_{C sedangkan air adalah 100} o_{C (kondisi standar). Dengan}

memanaskan larutan pada suhu rentang 78-100 o_{C akan mengakibatkan sebagian}

besar etanol menguap dan melalui unit kondensasi akan bisa dihasilkan etanol dengan konsentrasi 95 % volume [13]. Adapun proses lanjutan dalam pemurnian fermentasi tersebut yaitu proses Destilasi merupakan proses pemisahan dan pemurnian produk dari hasil fermentasi etanol, Proses destilasi dilakukan dengan cara mendidihkan campuran etanol dan air. Etanol mempunyai titik didih yang lebih rendah (780_{C) dibandingkan air (100}0_{C) sehingga etanol akan menguap terlebih}

dahulu dibandingkan air, dan selanjutnya uap etanol dikondensasi.

Hasil fermentasi selanjutnya didestilasi untuk memisahkan etanol dengan larutan lainnya. Maiorella (1984) menyatakan bahwa pemurnian etanol merupakan bagian yang memerlukan banyak energy. Sekitar 50% energi total fermentasi digunakan untuk proses destilasi. Cairan hasil fermentasi mengandung sekitar 6,5-12% v/v etanol. Untuk mendapatkan etanol 95% v/v perlu dilakukan pemekatan pada kolom konsentrasi dalam unit destilasi. Destilasi merupakan proses pemisahan campuran antara dua atau lebih cairan berdasarkan perbedaan fase-fase antara dua cairan, yaitu volatilitas relative dan perbedaan titik didih.

Destilasi dilaksanakan dalam praktek menurut salah satu dari dua metode utama. Metode pertama didasarkan atas pembuatan uap dengan mendidihkan campuran zat cair yang akan dipisahkan dengan pengembunan (kondensasi) uap tanpa ada zat cair yang kembali kedalam bejana didih. Jadi tidak ada refluks. Zat yang memiliki titik didih lebih rendah akan menguap lebih dahulu. Proses destilasi yang digunakan dalam memisahkan etanol dengan air adalah destilasi sederhana. Pada hasil fermentasi yang mengandung etanol 10% proses destilasi sederhana pada suhu 79-820_{C akan menghasilkan kadar etanol 60-70% jadi untuk menaikkan kadar}

mengandumg etanol apabila dipanaskan akan menghasilkan uap yang mengandung etanol lebih tinggi.

Destilasi merupakan suatu metode pemisahan bahan kimia berdasarkan perbedaan kemudahaan menguap (volatilitas) bahan. Dalam penyulingan, campuran zat dididihkan sehingga menguap dan uap ini kemudian didinginkan sehingga kembali kedalam bentuk cair. Zat yang memiliki titik didih lebih rendah akan menguap lebih dulu. Metode ini termasuk unit operasi kimia jenis perpindahan massa. Penerapan proses ini berdasarkan pada teori bahwa pada suatu larutan, masing-masing komponen akan menguap pada titik didihnya. Bahan yang akan didestilasikan pada drum pemasakan tidak boleh penuh, melainkan harus menyediakan sedikitnya 10% ruang kosong dari kapasitas penuh drum pemasakan.

Macam-macam metode destilasi antara lain:

1) Destilasi Sederhana, prinsipnya memisahkan dua atau lebih komponen cairan berdasarkan perbedaan titik didih yang jauh berbeda.

2) Destilasi Fraksionasi (Bertingkat), sama prinsipnya dengan destilasi sederhana, hanya destilasi bertingkat ini memiliki rangkaian alat kondensor yang lebih baik, sehingga mampu memisahkan dua komponen yang memiliki perbedaan titik didih yang berdekatan.

3) Destilasi Azeotrop dilakukan untuk memisahkan campuran azeotrop (campuran dua atau lebih komponen yang sulit dipisahkan), biasanya dalam prosesnya digunakan senyawa lain yang dapat memecah ikatan azeotrop tersebut, atau dengan menggunakan tekanan tinggi.

4) Destilasi Kering dilakukan dengan memanaskan material padat untuk mendapatkan fasa uap dan cairnya. Biasanya digunakan untuk mengambil cairan bahan bakar dari kayu atau batu bata.

2.4.4 Parameter pengujian

Untuk mengetahui pengaruh kondisi S.cerevisiae yang telah diadaptasi terhadap proses fermentasi yang menghasilkan bioetanol maka dilakukan uji-uji untuk mengetahui hasil bioetanolnya :

1. Jumlah Bioetanol (ml)

Jumlah alkohol yang dihasilkan dapat diketahui dengan mengukur banyaknya bioetanol yang dihasilkan melalui proses penyulingan menggunakan alat destilasi menggunakan erlenmeyer dan gelas ukur. 2. Indeks bias

Indeks bias adalah nilai yang menunjukkan kemampuan pembiasan suatu media bila dibandingkan dengan udara. Pembiasan itu sendiri terjadi akibat perubahan kecepatan cahaya ketika melewati 2 media yang berbeda. Semakin tinggi nilai indeks biasnya, akan membuat lensa kaca mata menjadi lebih tipis. Indeks bias mutlak suatu bahan adalah perbandingan kecepatan cahaya diruang hampa dengan kecepatan cahaya dibahan tersebut.

3. Berat Jenis

Berat jenis adalah konstanta tetapan bahan tergantung pada suhu untuk tubuh padat, cair, dan bentuk gas yang homogen. Berat jenis didefinisikan sebagai massa suatu bahan per satuan volume bahan tersebut. Bentuk persamaannya adalah sebagai satuan dari berat jenis adalah (kg/dm3_{, g/cm}3_,

atau g/ml. g/liter).

Dikenal beberapa alat yang dapat digunakan untuk menentukan berat jenis, yaitu areometer, piknometer. Untuk pekerjaan secara rutin dalam suatu laboratorium terdapat peralatan elektronik untuk menentukan berat jenis.Berat jenis relatif (spesifik) adalah perbandingan antara berat jenis zat pada suhu tertentu terhadap berat jenis air pada suhu tertentu pula. Berat jenis relatif tidak mempunyai satuan. Berat jenis relatif akan sama dengan berat jenis absolut bila sebagai pembanding adalah air pada suhu 400_C.

dihitung yaitu mengukur secara langsung berat zat dalam piknometer (dengan menimbang) dan volume zat (ditentukan dengan piknometer).

Prinsip metode ini didasarkan atas penentuan massa cairan dan penentuan rungan yang ditempati cairan ini. Ruang piknometer dilakukan dengan menimbang air. Ketelitian metode piknometer akan bertambah sampai suatu optimum tertentu dengan bertambah volume piknometer. Optimun ini terletak sekitar isi ruang 30 ml. Ada dua tipe piknometer, yaitu tipe botol dengan tipe pipet. Faktor-faktor yang mempengaruhi berat jenis suatu zat adalah :

1) Temperatur

Dimana pada suhu yang tinggi senyawa yang diukur berat jenisnya dapat menguap sehingga dapat mempengaruhi berat jenisnya, demikian pula halnya pada suhu yang sangat rendah dapat menyebabkan senyawa membeku sehingga sulit untuk menghitung berat jenisnya. Oleh karena itu, digunakan suhu dimana biasanya senyawa stabil, yaitu pada suhu 250_{C (suhu kamar).}

2) Massa zat,

Jika zat mempunyai massa yang besar maka kemungkinan berat jenisnya juga menjadi lebih besar.

3) Volume zat,

Jika volume zat besar maka berat jenisnya akan berpengaruh tergantung pula dari massa zat itu sendiri, dimana ukuran partikel dari zat, berat molekulnya serta kekentalan dari suatu zat dapat mempengaruhi berat jenisnya.

4. Spesific Grafity dan API Grafity

5 , 131 5 , 141

5 , 131 5 , 141

 

 

G sg

sg G

(2.1)

Besarnya harga API grafity berkisar dari 0 – 100, sedangkan spesific grafity merupakan harga relatif dari densitas suatu bahan terhadap air. Hubungan antara densitas, spesific grafity.

5. Uji Kualitatif

Uji etanol dapat dilakukan dengan cara kualitatif dan kuantitatif. Uji kualitatif dilakukan dengan analisa K2Cr2O7 dan H2SO4, analisa