BAB IX PENUTUP
II.1 Neraca Massa dan Neraca Energi
Neraca massa adalah perhitungan yang akurat dari semua bahan yang masuk, terakumulasi, dan keluar dalam periode waktu tertentu. Prinsip ini didasarkan pada hukum kekekalan massa yang menyatakan bahwa massa tidak dapat diciptakan atau dimusnahkan. Prinsip dasar neraca massa adalah menyusun sejumlah persamaan yang saling independen, di mana jumlah persamaan tersebut harus sama dengan jumlah komponen massa yang belum diketahui. Secara umum, persamaan neraca massa dapat ditulis sebagai:
[ massa masuk ] – [ massa keluar ] = [ akumulasi ]
Neraca energi dibuat berdasarkan hukum pertama termodinamika yang menyatakan bahwa energi tidak dapat diciptakan atau dimusnahkan (kekal). Neraca energi merupakan persamaan matematis yang menggambarkan hubungan antara energi yang masuk dan keluar dari suatu sistem, dengan dasar satuan waktu operasi.
[ Panas Masuk Main Fermenter ] – [ Panas Keluar Main Fermenter ] – [ Panas Pendingin ] + [ Panas Reaksi Fermentasi ] = [ Akumulasi Panas ]
Qin – Qout – Qcw + Qr = Qacc
( Wuryanti, 2016) II.2 Alat Utama Fermentasi
1. Seed Fermenter
Seed fermenter adalah tangki yang digunakan untuk pertumbuhan ragi (yeast). Terdapat empat tangki seed fermenter, yaitu FB 209A, FB 209B, FB 209C, dan FB 209D, masing-masing berkapasitas 2 m³.
Namun, hanya tiga tangki yang aktif digunakan, yakni FB 209A, FB 209B, dan FB 209D. Tangki-tangki ini dilengkapi dengan sparger di bagian bawah dan dioperasikan pada suhu 32°C. Proses dalam tangki
seed fermenter adalah proses aerob, sehingga memerlukan udara yang disuplai melalui sistem aerasi menggunakan blower.
Proses utama dalam seed fermenter meliputi sterilisasi media, pembuatan media, dan pengembangbiakan mikroorganisme. Sebelum sterilisasi, tangki terlebih dahulu dibersihkan (cleaning) dengan menyemprotkan air melalui sparger di dasar kolom selama satu jam, ditambahkan formalin atau desinfektan sebanyak 0,1 liter, kemudian dibilas dengan air.
Setelah proses pembersihan selesai, media dibuat dengan mencampurkan 0,5 m³ molases, 1,25 m³ air, 4 kg urea, 1 kg asam fosfat, dan 1 liter antifoam untuk meningkatkan tegangan permukaan sehingga buih akan pecah. Setelah media selesai disiapkan, dilakukan sterilisasi dengan memasukkan uap panas (steam) pada suhu 100°C selama 1-2 jam. Selanjutnya, media didinginkan menggunakan jacket cooler hingga suhu 32°C selama 3-4 jam sebelum inokulasi. Sebelum inokulasi, sampel media diambil dan diuji untuk Total Sugar (TS), kekentalan (Brix), dan pH. Kriteria kandungan TS awal adalah 10-12%, Brix awal adalah 16-18°BX, dan pH 5-5,2.
Setelah analisis selesai, inokulasi dilakukan dengan menambahkan kultur sebanyak 16 liter ke dalam media. Tahap selanjutnya adalah inkubasi yang berlangsung selama 14-16 jam.
Selama fase pertumbuhan ragi di dalam tangki seed fermenter, proses ini akan menghasilkan panas sehingga perlu didinginkan menggunakan jacket cooler untuk menjaga suhu tetap di kisaran 31-32°C agar mikroorganisme tetap hidup dan berkembang. Karena volume dalam seed fermenter relatif kecil, proses pembiakan ragi dalam jumlah lebih besar dilakukan di tangki pre fermenter yang memiliki kapasitas lebih besar. Sebelum dipindahkan ke tangki pre fermenter, jumlah sel dicek terlebih dahulu, biasanya berkisar antara 2,5 - 3,5 x 10⁸.
2. Pre Fermenter
Hasil dari seed fermenter kemudian dipindahkan ke tangki pre fermenter untuk pembiakan ragi yang lebih banyak. Terdapat tiga tangki pre fermenter, yaitu FB 210, FB 211, dan FB 212, masing- masing dilengkapi dengan sparger di bagian bawah tangki dan memiliki kapasitas 50 m³. Tangki ini juga dilengkapi dengan blower karena proses berlangsung secara aerob yang memerlukan udara.
Proses di dalam tangki pre fermenter hampir sama dengan seed fermenter, kecuali pada seed fermenter dilakukan sterilisasi, sedangkan pada pre fermenter dilakukan pasteurisasi. Sebelum pembuatan media, tangki dibersihkan dengan cara yang sama seperti pada seed fermenter dan ditambah formalin atau desinfektan sebanyak 0,1 liter.
Media di tangki pre fermenter dibuat dengan menambahkan 8 m³ molases, 33 m³ air, 50 kg urea, 35 kg asam fosfat, dan 5 liter antifoam.
Setelah media selesai dibuat, dilakukan pasteurisasi dengan uap panas pada suhu 70-75°C selama 1-2 jam. Setelah itu, media didinginkan dengan surface area cooler hingga suhu ±32°C selama 6 jam untuk inokulasi. Sebelum inokulasi, sampel media diambil dan diuji untuk TS (Total Sugar), kekentalan (Brix), dan pH. Kriteria kandungan TS awal adalah 12-14%, Brix awal adalah 16-18°BX, dan pH 5-5,2.
Setelah analisis selesai, inokulasi dilakukan dengan menambahkan kultur ke dalam media. Tahap berikutnya adalah inkubasi yang berlangsung selama 14-16 jam. Selama tahap pertumbuhan ragi di tangki pre fermenter, proses ini akan menghasilkan panas sehingga perlu didinginkan menggunakan surface area cooler untuk menjaga suhu tetap di kisaran 31-32°C agar mikroorganisme tetap hidup dan berkembang. Selanjutnya, campuran dari tangki pre fermenter akan dialirkan ke tangki main fermenter.
3. Main Fermenter
Main fermenter terdiri dari lima tangki, yaitu FC 213, FC 214, FC 215, FC 216 dan FC 218, masing-masing berkapasitas 950 m³ dan
dilengkapi dengan sparger di bagian bawah. Di dalam tangki ini terjadi proses pembuatan media, pembiakan mikroorganisme, serta konversi glukosa menjadi alkohol dengan bantuan enzim yang diproduksi oleh ragi. Sebelum pembuatan media, tangki dibersihkan dan ditambahkan formalin atau desinfektan sebanyak 0,5 liter.
Pembuatan media dilakukan dengan menambahkan 275 ton, molases, 514 m³ air, 300 kg urea, 34 kg asam fosfat, dan 15 liter antifoam. Mash yang dihasilkan dari pre fermenter akan dialirkan ke main fermenter. Proses pengisian bahan-bahan ke dalam tangki main fermenter disebut filling, yang membutuhkan waktu sekitar 12 jam.
Setelah proses filling selesai, fermentasi dimulai dan berlangsung selama 36-40 jam. Proses ini berlangsung secara anaerob dan menghasilkan panas, sehingga digunakan heat exchanger tipe plate and frame untuk menjaga suhu tetap pada 31-32°C. Selain itu, proses fermentasi juga menghasilkan produk samping berupa gas CO₂, yang kemudian dialirkan ke PT. Saman Mandiri untuk digunakan dalam produksi minuman bersoda.
Pada akhir proses fermentasi, Brix akhir adalah 6-8°BX, kadar gula TS akhir adalah 1-2%, dan kadar alkohol yang dihasilkan adalah 10-11%. Alkohol yang dihasilkan dari main fermenter kemudian dialirkan ke tangki hopper FB 217 untuk proses distilasi, sehingga kadar alkoholnya mencapai 96,6-99.98%.