dasar teori bioetanol.docx

8/10/2019 dasar teori bioetanol.docx

1/7

BAB IV

PEMBUATAN BIOETANOL DARI BIOMASSA DENGAN FERMENTASI

MENGGUNAKAN Saccharomyces sp.

I. TUJUAN

1. Menggunakan karbohidrat kompleks dari biomassa menjadi gula sederhana

melalui reaksi hidrolisis dengan katalis asam kuat.

2. Mengolah hidrolisat dari biomassa menjadi alkohol melalui proses

fermentasi.

3.

Menghitung yield bioetanol yang dihasilkan.

II.DASAR TEORI

1.

Bioetanol

Bioetanol adalah cairan biokimia dari proses fermentasi gula dari

sumber karbohidrat menggunakan bantuan mikroorganisme. Bioetanol saat

ini yang diproduksi umumnya berasal dari etanol generasi pertama, yaitu

etanol yang dibuat dari gula (tebu, molases) atau pati-patian (jagung,

singkong, dll). Bahan-bahan tersebut adalah bahan pangan (Bambang

Prastowo, 2007).

Pembuatan bioetanol bukan merupakan suatu hal yang baru. Secara

umum, proses pengolahan bahan berpati/karbohidrat seperti ubi kayu,

jagung dan gandum untuk menghasilkan etanol dilakukan dengan proses

hidrolisis, yakni proses konversi pati menjadi glukosa. Prinsip dari

hidrolisis pati pada dasarnya adalah pemutusan rantai polimer pati menjadi

unit-unit dekstrosa (C6H12O6). Pemutusan rantai polimer tersebut dapat

dilakukan dengan berbagai metode, misalnya secara enzimatis, kimiawi

ataupun kombinasi keduanya. Proses berikutnya adalah proses fermentasi

untuk mengkonversi glukosa (gula) menjadi etanol dan CO2.

Arah pengembangan bioetanol mulai berubah generasi kedua, yaitu

limbah pertanian yang mengandung selulosa, hemiselulosa, dan lignin.

Selulosa merupakan karbohidrat utama yang disintesis oleh tanaman dan


2/7

menempati hampir 60% komponen penyusun struktur tanaman. Jumlah

selulosa di alam sangat melimpah sebagai sisa tanaman atau dalam bentuk

limbah pertanian seperti jerami padi, tongkol jagung, gandum dan kedelai.

Nilai ekonomi senyawa selulosa pada limbah tersebut sangat rendah

karena tidak dapat langsung dimanfaatkan oleh manusia. Sulitnya

mendegradasi limbah tersebut menyebabkan petani lebih suka membakar

limbah tersebut di lahan pertanian dari pada memanfaatkannya kembali

melalui pengomposan (Salma & Gunarto, 1999). Untuk mengubah

selulosa, hemiselulosa, dan lignin dari limbah pertanian memerlukan jenis

mikroba baru yang mampu melakukannya (Kompas, 13 Agustus 2007).

2. Kulit Buah Nanas

Nanas (Ananas comosus)bukan tanaman asli Indonesia melainkan

tanaman ini berasal dari Brazilia (Amerika Selatan). Tanaman ini

diperkirakan masuk ke Indonesia tahun 1599, dibawa oleh para pelaut

Spanyol dan Portugis. Dalam sistematika tumbuhan tanaman nanas

termasuk keluarga Bromeliaceae. Dalam keluarga genus termasuk

keluarga ananas, dimana merupakan satu-satunya golongan yang cukup

mempunyai nilai ekonomis. Nanas dipisahkan dari golongan lain dalam

keluarga ini terutama didasarkan atas tipe sinkarpus (daun buah majemuk

yang menyatu).

Sistematika nanas sesuai dengan taksonominya dapat

diklasifikasikan sebagai berikut:

Divisio : Spermatophyta

Subdivisio : Angiospermae

Kelas : Monokotiledonae

Ordo : Farinosae

Familia : Bromeliaceae

Genus : Ananas

Spesies :Ananas comosus

Pada umumnya satu pohon nanas hanya menghasilkan satu buah

pada satu masa panen. Apabila buah telah dipetik maka tanaman masih


3/7

akan dapat berbuah lagi tetapi buah tidak akan muncul lagi pada pokok

tanaman semula. Buah pada periode berikutnya akan muncul pada

tanaman baru yang merupakan atau carang tanaman yang sudah tumbuh

dewasa. Melangsungkan pertanaman selanjutnya kita tinggal merawat

tunas akar yang biasanya sudah bertambah besar dan menjadi tanaman

baru ketika buah dipetik. Dengan disertai perawatan dan pemupukan yang

memadai, hasil buah maz bisa terus memuaskan sampai 4-5 generasi. Tak

heran jika dalam sekali penanaman, umur panen dapat berlangsung hingga

2 tahun atau lebih. Namun, sesudah itu tanaman harus dibongkar dan

diganti buah yang dihasilkan kecil-kecil.

Limbah merupakan sisa pembuangan dari suatu proses kegiatan

manusia dapat berbentuk padat, cair dan gas, dari segi estetika sangat

kotor, tidak enak dipandang dan juga dari segi bau sangat menggangu.

Dengan demikian secara langsung maupun tidak langsung limbah

menimbulkan ketidaknyamanan di sekitarnya sebab pembuangan limbah

ke lingkungan umumnya tidak diikuti dengan upaya penanganan dan

pengolahan limbah yang baik, karena selalu dikaitkan dengan teknologi

dan pengolahan yang relatif mahal. Menurut Nigam, (1999) saat ini

banyak industri yang memanfaatkan limbah untuk pembuatan produk baru

yang bermanfaat bagi makhluk hidup lainnya seperti kulit buah nanas yang

dapat dimanfaatkan sebagai bahan baku pembuatan etanol, dimana dengan

memanfaatkan kulit buah nanas dapat mengurangi pencemaran terhadap

lingkungan.

Pembuatan etanol diperlukan bahan baku dengan kadar gula yang

cukup tinggi. Kulit buah nanas diketahui cukup banyak mengandung gula,

sehingga bisa digunakan sebagai bahan baku dalam pembuatan

(bio)etanol. Menurut Wijana et al., (1991) dalam Attayaya (2008)

kandungan gizi kulit buah nanas dapat dilihat pada Tabel 1. dan hasil

analisis proksimat kulit buah nanas berdasarkan berat basah dapat dilihat

pada Tabel 2. (Sidharta, 1989 dalam Attayaya, 2008) :


4/7

Tabel 1. Kandungan Gizi Kulit Buah Nanas

Kandungan gizi Jumlah (%)

Karbohidrat

Protein

Gula reduksi

Kadar air

Serat kasar

17,53

4,41

13,65

81,72

20,87

(Sumber: Wijana, et al., 1991 dalam Attayaya, 2008)

Tabel 2. Hasil Analisis Proksimat Kulit Buah Nanas Berdasarkan Berat Basah

Komposisi Rata-rata (%bb)

Air

Protein

Lemak

Abu

Serat basah

Karbohidrat

86,70

0,69

0,02

0,48

1,66

10,54

(Sumber: Sidharta, 1989 dalam Attayaya, 2008)

3. Fermentasi Saccaromyces sp.

Fermentasi adalah suatu proses perubahan kimia pada substrat

organik, baik karbohidrat, protein, lemak atau lainnya, melalui kegiatan

katalis biokimia yang dikenal sebagai enzim dan dihasilkan oleh jenis

mikroba spesifik (Prescott dan Dunn 1981). Secara biokimia fermentasi

juga dapat diartikan sebagai pembentukan energi melalui senyawa

organik. Secara sederhana proses fermentasi alkohol dari bahan baku yang

mengandung gula atau glukosa terlihat pada reaksi berikut:

Glukosa 2C2H5OH + 2CO2+ 2 ATP + 5 Kkal

Dari reaksi diatas, 70% energi bebas yang dihasilkan dibebaskan

sebagai panas dan secara teoritis 100% karbohidrat diubah menjadi 51,1%

etanol dan 48,9 % menjadi CO2.


5/7

Fermentasi menurut jenis medianya dapat dibedakan menjadi dua,

yaitu fermentasi media padat dan media cair. Fermentasi media padat

adalah fermentasi yang subtratnya tidak larut dan tidak mengandung air

bebas, tetapi cukup mengandung air untuk keperluan mikroba. Fermentasi

media cair adalah proses fermentasi yang subtratnya larut atau tersuspensi

dalam media cair. Fermentasi media padat umumnya berlangsung pada

media dengan kadar air berkisar antara 60-80 %.

Dalam proses fermentasi, glukosa dapat diubah secara anaerobik

menjadi alkohol oleh bermacam-macam mikroorganisme. Khamir sering

digunakan dalam proses fermentasi etanol, seperti Saccharomyces

cerevisiae, S. uvarum, Schizosaccharomyces sp dan Kluyveromyces sp.

Secara umum khamir dapat tumbuh dan memproduksi etanol secara

efisien pada pH 3,5-6,0 dan suhu 28-35oC. Laju awal produksi etanol

dengan menggunakan khamir akan meningkat pada suhu yang lebih tinggi,

namun produktifitas keseluruhan menurun karena adanya pengaruh

peningkatan etanol yang dihasilkan. (Ratledge 1991). Khamir yang sering

dipergunakan dalam proses fermentasi etanol adalah Saccharomyces

cereviseae. Khamir ini bersifat fakultatif anaerobik, tumbuh baik pada

suhu 30o C dan pH 4,04,5 (Oura 1983).

Produksi etanol dari substrat gula oleh khamir Saccharomyces

cereviseae merupakan proses fermentasi dengan kinetika sangat sederhana

karena hanya melibatkan satu fasa pertumbuhan dan produksi. Pada fase

tersebut glukosa diubah secara simultan12 menjadi biomassa, etanol dan

CO2. Terdapat dua parameter yang mengendalikan pertumbuhan dan

methabolisme khamir dalam keadaan anaeorobik, yaitu konsentrasi gula

dan etanol. Secara kinetik glukosa berperan ganda, pada konsentrasi

rendah (kurang dari 1 g/l) merupakan substrat pembatas, sedangkan pada

konsentrasi tinggi (lebih dari 300 g/l) akan menjadi penghambat

(Mangunwidjaja 1994). Pada permulaan proses fermentasi, khamir

memerlukan oksigen untuk pertumbuhannya. Setelah terjadi akumulsi

CO2 dan reaksi berubah menjadi anaerob, alkohol yang terbentuk akan


6/7

menghalangi proses fermentasi lebih lanjut setelah konsentrasi alkohol

mencapai 13-15 persen volume dan biasanya maksimum 13 persen volume

(Prescott dan Dunn 1981). Selama proses fermentasi juga menimbulkan

panas, bila tidak dilakukan pendinginan, maka suhu akan terus meningkat

sehingga proses fermentasi terhambat (Oura 1983).

Faktor lingkungan seperti suhu, pH, kebutuhan nutrient dan

kofaktor perlu diperhatikan dalam kehidupan khamir. Sejumlah kecil

oksigen harus disediakan pada proses fermentasi oleh khamir karena

oksigen merupakan komponen yang diperlukan dalam biosintesis beberapa

asam lemak tidak jenuh. Untuk kebutuhan oksigen dalam proses

fermentasi, biasanya diberikan tekanan oksigen 0,05 0,10 mm Hg. Jika

tekanan oksigen yang diberikan lebih besar dari nilai tersebut, maka

konversi akan cenderung kearah pertumbuhan sel. Kebutuhan relatif

nutrien sebanding dengan komponen utama sel khamir, yaitu mencakup

karbon, oksigen, nitrogen dan hidrogen. Pada jumlah lebih rendah, fosfor,

sulfur, potasium dan magnesium juga harus tersedia untuk sintesis

komponen-komponen mineral. Beberapa mineral seperti Mn, Co, Cu dan

Zn serta faktor pertumbuhan organik seperti asam amino, asam nukleat

dan vitamin diperlukan dalam jumlah besar untuk pertumbuhan khamir.


7/7

DAFTAR PUSTAKA

Arnata, I Wayan. 2009. Pengembangan Alternatif Teknologi Bioproses

Pembuatan Bioetanol dari Ubi Kayu Menggunakan Trichoderma

viride,Aspergillus nigerdan Saccharomyces cerevisiae. IPB: Bogor

Chilalahie, Eliz. 2012. Bioetanol dari Kulit Buah Nanas.

Siskaelisabets.blogspot.com/2012/06/bioetanol-dari-kulit-buah-nanas

diakses pada Sabtu, 3 Mei 2014.

http://digilib.its.ac.id/public/ITS-NonDegree-15823-2308030066-Presentation.pdf

diakses pada Sabtu, 3 Mei 2014

http://digilib.ump.ac.id/files/disk1/18/jhptump-a-fahmipurno-888-2-babii.pdf

diakses pada Sabtu, 3 Mei 2014
http://siskaelisabets.blogspot.com/http://digilib.its.ac.id/public/ITS-NonDegree-15823-2308030066-Presentation.pdfhttp://digilib.its.ac.id/public/ITS-NonDegree-15823-2308030066-Presentation.pdfhttp://digilib.its.ac.id/public/ITS-NonDegree-15823-2308030066-Presentation.pdfhttp://siskaelisabets.blogspot.com/

Documents

dasar teori bioetanol.docx