RANCANGAN PROSES FERMENTASI
KELAS : A
KELOMPOK : 6
NAMA (NIM): 1. Bintang Yudhatama (H0919026) 2. Fauza Dwi Saputri (H0919045) 3. Filia Ariska Meylana (H0919046) 4. Flora Camellia (H0919047) 5. Indah Ardityas Siwi (H0919051)
Produksi Etanol dengan MikrobaZymomonas mobilismelalui Tipe FermentasiBatch Etanol merupakan pelarut polar yang dikenal sebagai pelarut universal dan sering digunakan untuk mengekstrak komponen polar suatu bahan alam (Lestiono dkk., 2020).
Terdapat dua macam proses produksi etanol yang dikenal, yakni dengan sintesis kimia dan fermentasi. Proses produksi etanol dengan fermentasi lebih banyak digunakan dalam dunia industri saat ini, dikarenakan kondisi operasi yang aman, yakni suhu yang diperlukan adalah suhu ruangan (ambient) dan tidak memerlukan tekanan operasi yang tinggi, cukup tekanan atmosferik. Selain itu, bahan baku dalam proses fermentasi dapat diperbaharui sehingga cocok untuk alternatif krisis bahan bakar dan lingkungan (Puspita dkk., 2010). Etanol dihasilkan dengan metode fermentasi yang biasa disebut peragian, yaitu proses perubahan kimia dalam suatu substrat organik yang dapat berlangsung karena aksi katalisator biokimia.
Enzim yang dihasilkan oleh mikroba-mikroba hidup tertentu, terjadi karena aktivitas mikroba penyebab fermentasi pada substrat organik sesuai. Etanol sering dimanfaatkan sebagai pelarut, desinfektan, bahan baku industri kimia, bahan bakar dan sebagai bahan minuman. Kemudian etanol juga merupakan sumber energi yang dapat digunakan sebagai campuran bahan bakar konvensional (Widyanti dan Moehadi, 2016).
Etanol menjadi salah satu bahan bakar alternatif yang perlu dikembangkan karena di Indonesia ketersediaan bahan baku dalam pembuatan etanol melimpah dan berharga cukup murah. Seperti yang diketahui, bahwasannya saat ini ketersediaan cadangan sumber BBM semakin terbatas sedangkan kebutuhan bahan bakar minyak bumi berbasis fosil terus meningkat. Maka dari itu, kami memilih etanol sebagai produk yang dirancang karena pemanfaatannya yang beragam terutama sebagai bahan bakar alternatif. Etanol ini dihasilkan
dengan proses fermentasi oleh mikroba Zymomonas mobilis yang menjadi kandidat mikroorganisme terbaik untuk industri alkohol
TIPE FERMENTASI
Tipe fermentasi yang digunakan dalam memproduksi produk etanol dengan starter mikroorganisme Zymomonas mobilis termutasi A3 yaitu tipe fermentasi batch. Alasan digunakannya tipe fermentasibatchyaitu karena dengan tipe ini akan didapatkan konsentrasi etanol yang lebih tinggi. Dengan tipe batch, jumlah mikroorganisme akan terus mengalami peningkatan sedangkan substrat yang terdapat di dalam reaktor tidak ditambah kuantitasnya, sehingga glukosa yang terkonversi menjadi etanol akan semakin banyak dan meningkatkan hasil konsentrasi etanol yang didapatkan (Puspita dkk., 2010). Berikut adalah ilustrasi gambar dari tipe fermentasibatchyang digunakan dalam produksi etanol.
Gambar 1Proses Produksi Etanol dengan Tipe FermentasiBatch Sumber: Kushwaha dkk. (2019)
Pada Gambar 1 di atas disajikan ilustrasi dari proses produksi etanol dengan tipe fermentasibatch. Di dalammixed reactortersebut terdapatbeadsberbahan κ-karagenan yang berfungsi sebagai media amobilisasi (penjebak) mikroorganisme. Adanya beads sebagai media amobilisasi tersebut akan meminimalisir terikutnya mikroorganisme ke aliran keluar (washout) reaktor. Beads tersebut dimasukkan terlebih dahulu ke dalam mixed reactor sebelum proses fermentasi dilakukan hingga mencapai ⅕ dari volume mixed reactor.
Selanjutnya, dilakukan proses fermentasibatchpadamixed reactorbervolume 1 liter tersebut dengan kecepatan putaran 150 rpm selama 30 jam (Puspita dkk., 2010).
MIKROORGANISME
Dalam memproduksi produk etanol, digunakan mikroorganisme starter berupa Zymomonas mobilis termutasi A3 dengan mekanisme perkembangbiakan kultur menggunakan teknik goresan. Teknik ini dilakukan dengan menggoreskan terhadap Zymomonas mobilis termutasi dengan cara menggoreskan secara zig-zag di media Potato Dextrose Agar yang miring pada tabung reaksi. Kemudian dilakukan inkubasi dalam inkubator pada suhu 35℃. Alasan digunakannya mikroba tersebut yaitu karena memiliki karakteristik yang sesuai untuk fermentasi atau lebih tepatnya sebagai penghasil etanol dan merupakan kandidat mikroba terbaik untuk industri alkohol. Karakteristik mikroba tersebut antara lain mempunyai kemampuan tumbuh dan berkembang biak dengan cepat dalam substrat yang sesuai, dapat menghasilkan enzim dengan cepat untuk mengubah glukosa menjadi alkohol, mempunyai daya fermentasi yang tinggi terhadap glukosa, fruktosa, galaktosa dan maltosa, mempunyai daya tahan dalam lingkungan berkadar alkohol yang relatif tinggi, serta tahan terhadap mikroba lain. Selain itu, apabila dibandingkan dengan mikroba dengan kriteria sejenis, Zymomonas mobilis mampu memberikan yield dan hasil produktivitas yang lebih tinggi atau lebih baik (Baihaki dkk, 2014).
MEDIA
Komposisi media yang digunakan pada saat penyiapan inokulum atau kultivasi adalah pepton 3 g/L, yeast extract 3 g/L, KH2PO4 1 mg/L, malt extract 3 g/L, glukosa 5 g/L dan sukrosa 5 g/L. Alasan digunakannya pepton pada komposisi kultivasi adalah karena pepton berperan sebagai sumber nitrogen bagi mikroba. Begitu juga dengan penggunaan ekstrak yeast, yang juga berperan sebagai suplemen karena mengandung asam amino, peptida, dan vitamin yang sangat bermanfaat bagi pertumbuhan mikroba. Penggunaan KH2PO4 pada media kultivasi berperan sebagai penyuplai fosfat bagi pertumbuhan mikroba, sedangkan malt extract digunakan karena berfungsi sebagai bahan dasar media untuk proses pertumbuhan dan isolasi mikroba dari jenis khamir dan kapang. Selain itu, penggunaan glukosa dan sukrosa pada media kultivasi berfungsi sebagai sumber makanan dan sumber energi untuk mikroba selama proses kultivasi. Sedangkan, media fermentasi yang digunakan dalam proses fermentasi memiliki komposisi berupa kombinasi antara galaktosa berkonsentrasi 20 g/L dengan kasein berkonsentrasi 10 g/L. Penggunaan galaktosa dengan konsentrasi 20 g/L diklaim dapat meningkatkan angka produktivitas etanol dan dapat memperbaiki pertumbuhan yeast. Selain itu, penggunaan kasein konsentrasi 10 g/L dipilih
karena kasein dengan konsentrasi tersebut menjadi sumber nitrogen yang memberikan nilai paling optimal bagi mikroba selama proses fermentasi jika dibandingkan dengan pepton ataupun urea (Sunaryanto dan Handayani, 2015).
KONDISI FERMENTASI
Pada proses fermentasi digunakan kecepatan pengadukan sebesar 150 rpm selama 30 jam. Proses pencampuran mempengaruhi kondisi operasi selama proses fermentasi dalam fermentor. Proses agitasi yang berjalan secara normal dapat mencukupi kebutuhan oksigen selama proses fermentasi. Proses agitasi ini akan berpengaruh pada pencampuran dimana agitasi yang baik dapat memberikan pencampuran, transfer massa, dan transfer panas yang cukup untuk proses fermentasi. Agitasi dapat terjadi secara optimum apabila terjadi turbulensi. Pada saat terjadi turbulensi terjadi proses difusi secara optimal sehingga terjadi homogenitas di dalam larutan (Setyahadi dkk., 2014).
Terdapat beberapa penelitian mengenai pengaruh kecepatan pengadukan terhadap fermentasi pada bioetanol. Berdasarkan penelitian Kurniawan (2011), pada proses fermentasi bioetanol kondisi terbaik pada penelitian ini diperoleh pada jenis pengaduk propellerdengan kecepatan pengaduk 150 rpm, dimana diperoleh konsentrasi etanol sebesar 13,235 % (v/v).
Alasan lain dalam pemilihan kecepatan pengadukan yaitu pengadukan pada proses fermentasi berperan penting, karena semakin cepat kecepatan pengaduk maka akan mempengaruhi konsentrasi bioetanol yang dihasilkan. Sedangkan waktu fermentasi berpengaruh terhadap konsentrasi bioetanol yang dihasilkan, karena semakin lama waktu fermentasi akan meningkatkan kadar bioetanol (Yuniar dkk., 2020).
Menurut Zhang dan Feng (2010), Zymomonas mobilis memiliki beberapa kelebihan diantaranya lebih toleran terhadap suhu, pH rendah, serta tahan terhadap etanol konsentrasi tinggi. Pada proses fermentasi pembuatan etanol menggunakan Zymomonas mobilis, dilakukan kontrol pH dan suhu fermentasi. pH yang digunakan untuk fermentasi berada pada pH 4,5 dan suhu proses antara 30-35℃. Berdasarkan penelitian yang dilakukan oleh Cece dkk. (2014), pH optimal untuk proses fermentasi menggunakan mikrobaZymomonas mobilis adalah 4,5 karena pertumbuhan mikroba paling tinggi dan jumlah etanol yang dihasilkan paling banyak. Penentuan suhu proses antara 30-35℃ didasarkan pada penelitian yang dilakukan oleh Thanonkeo et al. (2007), dimana pada suhu di atas 35℃ akan menghambat pertumbuhanZymomonas mobilissehingga menyebabkan turunnya kadar etanol. Etanol yang dihasilkan pada suhu fermentasi antara 30-35℃ menunjukkan hasil yang paling tinggi, sehingga ditentukan suhu proses fermentasi berada pada kisaran suhu tersebut.
DAFTAR PUSTAKA
Baihaki, Y.A., R. Rahdiana, dan T. Widjaja. 2014. Pengaruh Variasi Mikroorganisme dan Pelarut Dalam Produksi Etanol Dari Nira Tebu (Saccharum officinarum) Dengan Proses Fermentasi Ekstraktif.Jurnal Teknik ITS, 3(2): 137-139.
Cece, R., Chairul, dan Yelmida. 2014. Pengaruh Variasi pH dan Waktu Pada Pembuatan Bioetanol dari Sari Kulit Nanas dengan Menggunakan Zymomonas mobilis. Jurnal Online Mahasiswa Bidang Teknik dan Sains Universitas Riau, 1(2): 1-7.
Kurniawan, R. 2011. Pengaruh Jenis Dan Kecepatan Pengaduk Pada Fermentasi Etanol Secara Sinambung Dalam Bioreaktor Tangki Berpengaduk Sel Tertambat. Skripsi Sarjana, Fakultas Teknik Industri Itenas Bandung, Bandung
Kushwaha, D., Srivastava, N., Mishra, I., Upadhyay, S.N., dan Mishra, P.K. 2019. Recent Trends in Biobutanol Production.Reviews in Chemical Engineering, 35(4): 475-504.
Lestiono, Angelica K., Effendi R., dan Muhammad R.A. 2020. Aktivitas Analgesik Ekstrak Etanol Bulu Babi (Echinometra mathaei) Pada Mencit Putih Jantan. HERCLIPS, 1(02): 7-12.
Puspita, E., H. Silviana, dan T. Ismail. 2010. Fermentasi Etanol dari Molasses dengan Zymomonas mobilis A3 yang Diamobilisasi pada κ-Karaginan. Seminar Rekayasa Kimia dan Proses. pp. 1-4.
Setyahadi, S., Nurrahman, M.I., dan Gozan, M. 2014. Pengaruh Kecepatan Agitasi pada Media Sintesis untuk Produksi α-Amilase dari Bacillus amyloliquefaciens T1.
Journal of Agro-based Industry, 31(1): 16-21.
Sunaryanto, R., dan Handayani, B.H. 2015. Penentuan kombinasi medium terbaik galaktosa dan sumber nitrogen pada proses produksi etanol. Jurnal Bioteknologi & Biosains Indonesia (JBBI), 2(1): 20-26.
Thanonkeo, P., Laopaiboon, P., Sootsuwan, K., dan Yamada, M. 2007. Magnesium Ions Improve Growth and Ethanol Production of Zymomonas mobilis Under Hear or Ethanol Stress.Biotechnology, 6(1): 112-129.
Widyanti, E.M. dan Moehadi, B.I. 2016. Proses Pembuatan Etanol Dari Gula Menggunakan Saccharomyces Cerevisiae Amobil.METANA,12(2): 31-38.
Yuniar, Aznury, M., dan Rezky. 2020. Pengaruh Agitasi Dan Waktu Fermentasi Pada Pembuatan Bioetanol Dari Pati Singkong Karet (Manihot glaziovii).Jurnal Kinetika, 11(1): 51-54.
Zhang, K., dan Feng, H. 2010. Fermentation Potentials of Zymomonas mobilis and its Application in Ethanol Production from Low-cost Raw Sweet Potato. African Journal of Biotechnology, 9(38): 6122-6128.