RANCANGAN PROSES FERMENTASI
KELAS : B
KELOMPOK : 5
NAMA (NIM): 1. Salma Afifunnisa (H0919090) 2. Sheilla Maya Safira (H0919092) 3. Siti Nirmala Dewi (H0919094) 4. Yaya Lisa Nugraheni (H0919102)
BIOETANOL DARI MOLASE
Bioetanol merupakan cairan hasil proses fermentasi gula dari sumber karbohidrat (selulosa) menggunakan bantuan mikroba. Bioetanol menjadi salah satu bahan bakar alternatif yang menjanjikan yang bahan bakunya diperoleh dari tumbuh-tumbuhan yang sangat mudah diperoleh di Indonesia. Bioetanol merupakan salah satu bahan bakar alternatif yang berperan penting dalam mengurangi dampak negatif pada pemakaian bahan bakar fosil (Cardona dan Sanchez, 2007). Bioetanol merupakan bahan bakar yang tidak menimbulkan efek rumah kaca dan kadar CO2kurang dari 22 % dibandingkan bahan bakar fosil yang menghasilkan gas-gas pencemar sangat berbahaya (Milan, 2005). Molase yang digunakan sebagai bahan baku merupakan by-product dari produksi gula tebu.
Awalnya molase hanya digunakan sebagai bahan tambahan pakan ternak karena menjadi sumber energi yang baik bagi ruminansia. Namun saat ini molase banyak digunakan untuk bahan baku produksi etanol karena lebih menguntungkan secara ekonomi (Palmonari,et al., 2020).
TIPE FERMENTASI
Tipe fermentasi yang digunakan dalam proses fermentasi produk bioetanol dari molase adalah tipe fermentasi secara fed-batch. Pemilihan fermentasi dengan tipe fed-batch didasarkan pada jumlah populasi maksimum produk yang dihasilkan, dimana fermentasi tipe fed-batch dapat menghasilkan bioetanol yang lebih tinggi. Hasil tersebut dapat terjadi karena pada fermentasi secara fed-batch
dilakukan penambahan substrat ketika konsentrasi gula pada media fermentasi mulai menurun sehingga kebutuhan sumber karbon bagi yeast (Saccharomyces cerevisiae) dapat terus terpenuhi untuk melakukan pertumbuhan dan perkembangan hingga kurun waktu tertentu (Kadita dkk., 2016).
Fermentasi secara fed-batch menggunakan media molases dengan kadar brix 14° sebanyak 750 ml molasses di awal dan 24° sebanyak 750 ml yang digunakan untuk 3 kalifeeding. Kemudian, dilakukan penambahan yeast sebanyak 2% dari jumlah medium fermentasi yang digunakan (1500). Fermentasi sistem fed-batchberlangsung selama 48 jam menggunakan fermentor.
Gambar 2. Fermentasi TipeFed-batch
Sumber : https://biologyreader.com/fed-batch-culture.html MIKROORGANISME
Mikroorganisme yang digunakan dalam proses fermentasi produk bioetanol adalahSaccharomyces cerevisiae.Saccharomyces cerevisiaemerupakan jenis yeast yang dapat memproduksi enzim amilase di luar sel. Enzim amilase tersebut dapat menghidrolisis ikatan α(1-6)- pada amilopektin (Kustyawati dkk., 2013). Saccharomyces cerevisiae menghasilkan alkohol dan karbondioksida.
Saccharomyces cerevisiae banyak digunakan di industri bioetanol karena resiliensinya terhadap kondisi osmolaritas dan pH rendah (Parapouli,et al., 2020).
MEDIA
Media fermentasi yang digunakan untuk proses fermentasi bioetanol adalah molases. Molases adalah hasil samping dari industri pengolahan gula yang berbentuk cair. Komposisi yang terkandung pada molases antara lain 20% air;
3,5% protein; 58% karbohidrat; 0,8 Ca; 0,10% pospor; dan 10,5% bahan mineral lain (Ismi dkk., 2017). Menurut Yanuartono dkk (2017), Molasses merupakan produk sampingan dari tanaman yang mengandung gula tinggi. Molases ini berbentuk cairan kental yang memiliki warna coklat gelap. Molases banyak ditemukan pada produk samping dari tanaman tebu atau bit. Komposis yang terkandung pada molases diantaranya adalah sukrosa, fruktosa, glukosa, dan rafinosa dalam jumlah yang besar dan beberapa bahan organik non gula. Selain itu molases memiliki kandungan mineral, diantaranya adalah kalsium (Ca), kalium (K), magnesium (Mg), natrium (Na), klor (Cl), dan sulfur (S) yang tinggi serta fosfor dan protein kasar yang sangat rendah.
Molases memiliki kandungan senyawa gula yang tinggi yaitu berkisar antara 50-65%. Senyawa gula ini adalah bahan dasar yang dapat menghasilkan etanol. gula pada molases langsung dikonversikan menjadi etanol. Hal tersebut berbeda dengan penggunaan media fermentasi yang berasal dari senyawa pati maupun selulosa, di mana harus dilakukan perlakuan pendahuluan terlebih dahulu untuk mendapatkan senyawa gula. Sehingga penggunaan media fermentasi dengan molases ini dinilai lebih efektif dan efisien. Selain itu, penggunaan molases sebagai media fermentasi bioetanol adalah senyawa gula dalam molases merupakan sumber karbon yang diperlukan mikroorganisme khususnya
Saccharomyces cerevisiaesebagai sumber energi. Semakin besar angka total gula, maka akan menguntungkan industri fermentasi (Rochani dkk., 2015).
KONDISI FERMENTASI
Kondisi fermentasi yang digunakan dalam proses fermentasi bioetanol dari molase berpengaruh terhadap kualitas bioetanol yang dihasilkan. Oleh karena itu, penentuan kondisi fermentasi harus dilakukan secara tepat dan teliti. Berikut kondisi fermentasi yang digunakan dalam proses fermentasi bioetanol dari molase.
1. Suhu Hidrolisis Asam dan Waktu Fermentasi
Pada proses fermentasi bioetanol dari molase digunakan suhu hidrolisis asam sebesar 80℃. Pada suhu tersebut diperoleh bioetanol dengan kadar 58%.
Sedangkan, waktu fermentasi yang digunakan yaitu selama 7 hari. Waktu fermentasi tersebut merupakan kondisi terbaik dalam menghasilkan bioetanol karena dapat menghasilkan kadar bioetanol sebesar 58% (Saputra dkk., 2018).
Pada waktu fermentasi selama 7 hari tersebut aktivitas Sacharomyces cerevisiae mengalami fase stasioner, yang mana terjadi proses pemecahan glukosa selama besar-besaran. Pemecahan glukosa secara besar-besaran inilah yang akan menghasilkan bioetanol dengan kadar tinggi (Yuniarti dkk., 2018).
2. pH
Pada proses fermentasi bioetanol dari molase digunakan pH fermentasi 4,5, yang mana pada pH tersebut konsentrasi glukosa dan kinerja Sacharomyces cerevisiae sangat optimum, sehingga dapat menghasilkan kadar etanol sebesar 5,6% (Anggraini dkk., 2017). Sacharomyces cerevisiae pada pH 4,5 mampu mensintesis energi dengan sempurna melalui aktivitas memecah glukosa seiring dengan meningkatnya konsentrasi khamir, dan akhirnya mengeluarkan produk-produk metabolisme yang terbentuk berupa etanol.
Selain itu, pada pH tersebut khamir memasuki fase pertumbuhan yang dipercepat. Hal ini didukung juga oleh Astuty (1991), yang menyatakan bahwa pH optimum untuk proses fermentasi sama dengan pH optimum untuk proses pertumbuhan khamir yaitu pH 4-4,5. Khamir (Sacharomyces
cerevisiae) setiap beberapa detik dalam kondisi pH optimal mampu mencerna sejumlah nutrien yang beratnya sama dengan beratnya sendiri untuk memenuhi jumlah energi yang dibutuhkan, sehingga produk-produk metabolisme yang terbentuk juga meningkat (Prescott and Dunn, 1981).
3. Aerasi
Aerasi yang digunakan untuk menghasilkan bioetanol dari molases sebesar 143,8 g/L yaitu sebesar 4 mg/L dengan kecepatan aerasi 1 vvm. Aerasi pada kisaran konsentrasi oksigen 4 mg/L ini dapat memperpendek fase lag dan dapat meningkatkan jumlah sel khamir dengan cepat karena oksigen merupakan salah satu faktor penting untuk pertumbuhan Sacharomyces cerevisiae dan mempercepat proses reproduksi terutama saat fermentasi.
Konsentrasi oksigen yang tepat dapat meningkatkan biosintesis membran plasma dan asam lemak tak jenuh ganda serta lipoid dalam kondrosom untuk melindungi integritas membran sel dari keracunan etanol konsentrasi tinggi (Alfenoreet al.,2004).
4. Agitasi
Kecepatan agitasi yang digunakan pada proses fermentasi bioetanol dari molase yaitu sebesar 200 rpm. Kecepatan agitasi tersebut dipilih karena dapat menghasilkan bioetanol sebesar 143,8 g/L, lebih tinggi daripada proses fermentasi bioetanol tanpa perlakuan agitasi (Yanet al.,2009). Agitasi dapat menciptakan sistem fermentasi yang simetris. Selain itu, agitasi dapat melepaskan CO2yang merupakan penghambat Sacharomyces cerevisiae dan mempercepat konsumsi nutrisi oleh Sacharomyces cerevisiae. Pada saat agitasi, khamir akan tumbuh dengan baik dan sel-selnya menjadi kuat, sehingga sel-sel khamir memiliki kinerja yang baik dalam memproduksi etanol dan daya tahannya terhadap kondisi buruk (produk dan nutrisi yang kurang terutama pada periode akhir fermentasi) lebih baik (Jones and Greenfield, 1982).
DAFTAR PUSTAKA
Alfenore, S. X. Cameleyre., L. Benbadis., C. Bideaux., J. L. Uribelarrea., G.
Goma., C. Molina-Jouve., and S. E. Guillouet. 2004. Aeration Strategy: A Need for Very High Ethanol Performance in Sacharomyces cerevisiae Fed-Batch Process. Applied Microbiology and Biotechnology. 63(5): 537- 542.
Anggraini, SP. A., Susy Y., dan Mauritsius M. S. 2017. Pengaruh pH Terhadap Kulaitas Produk Etanol dari Molasses Melalui Proses Fermentasi. Jurnal Reka Buana.2(2): 99-105.
Astuty, E. D. 1991. Fermentasi Etanol Kulit Buah Pisang. UGM Press.
Yogyakarta.
Cardona A. and Sanchez OJ, 2007 Feul Ethanol Production. Process Design Trends and Integration Opportunities.Biores Technol, 98(12): 2415-57.
Ismi, Risti Sstyaning., Retno Iswarin Pujaningsih., dan Sri Sumarsih. 2017. The Effect of Molases Level Addition on Physical and Organoleptic Quality of Goat Feed Pellets on Fattening Period.Jurnal Ilmiah Peternakan Terpadu, 5(3): 58-62.
Jones, R. P., and P. F. Greenfield. 1982. Effect of Carbon Dioxide on Yeast Growth and Fermentattion. Enzyme and Microbial Technology. 4(4): 210- 223.
Kustyawati, Maria Erna., Sari, Merlia., Haryati, Teti. 2013. Efek Fermentasi dengan Saccharomyces cerevisiae Terhadap Karakteristik Biokimia Tapioka.Agritech. 33 (3): 281-287.
Milan JM. 2005. Bioethanol Production Status and Prospects. J Sci Food Agric, 10: 42-56.
Palmonari, A., et al. 2020. Short communication: Characterization of molasses chemical composition. Journal of Dairy Science, 103: 6244-6249
Parapouli, Maria., et al. 2020. Saccharomyces cerevisiae and its industrial applications.AIMS Microbiology, 6 (1): 1-32.
Prescott and Dunn. 1981. Industrial Microbiology 4th Edition. AVI Publishing Company, Inc. Westport.
Rochani, Agus., Susy Yuniningsih., dan Zuhdi Ma’sum. 2015. Pengaruh Konsentrasi Gula Larutan Molases Terhadap Kadar Etanol pada Proses Fermentasi.Jurnal Reka Buana,1(1): 43-48.
Saputra, M., Dwi Irawan., dan Mafruddin. 2018. Pengaruh Temperatur Hidrolisis Asam dan Waktu Fermentasi Terhadap Kadar Bioetanol Tetes Tebu.
TURBO.7(1): 87-92.
Yan, Liu., Q. Tiansheng., S. Naikun., G. Mingzhe., G. Yanling., and Z. Hai. 2009.
Improvement of Ethanol Concentration Culture in Very High Gravity Fermentation. Chinese Journal of Applied and Environmental Biology.
15(4): 563-567.
Yanuartono., Alfarisa Nururrozi., Soedarmanto Indarjulianto., Hary Purnamaningsih., dan Slamet Rahardjo. 2017. Molasses: Dampak Negatif pada Ruminansia.Jurnal Ilmu-Ilmu Peternakan, 27(2): 25-34.
Yuniarti, D. P., Surya H., dan Winta E. 2018. Pengaruh Jumlah Ragi dan Waktu Fermentasi Pada Pembuatan Bioetanol dengan Bahan Baku Ampas Tebu.
Jurnal Universitas PGRI Palembang.3(2): 1-12.
