Click here to load reader

LAPORAN TUGAS AKHIR PEMBUATAN ... - digilib.uns.ac.id... · LAPORAN TUGAS AKHIR PEMBUATAN FERMENTOR SKALA ... Etanol merupakan bahan kimia yang mempunyai banyak ... mempelajari teknologi

  • View
    219

  • Download
    1

Embed Size (px)

Text of LAPORAN TUGAS AKHIR PEMBUATAN ... - digilib.uns.ac.id... · LAPORAN TUGAS AKHIR PEMBUATAN FERMENTOR...

  • perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id

    commit to user

    i

    LAPORAN TUGAS AKHIR

    PEMBUATAN FERMENTOR SKALA LABORATORIUM

    UNTUK FERMENTASI BIOETANOL SECARA KONTINYU

    DENGAN BIOKATALIS YEAST YANG TER-IMOBILISASI

    DALAM KALSIUM ALGINAT

    Disusun Oleh:

    Agus Riyadi I8309001

    Ayu Permatasari Subekti I8309005

    Farid Rusman Hadi I8309016

    Fitri Widhiastuti I8309017

    PROGRAM STUDI DIPLOMA III TEKNIK KIMIA

    JURUSAN TEKNIK KIMIA

    FAKULTAS TEKNIK

    UNIVERSITAS SEBELAS MARET

    SURAKARTA

    2012

  • perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id

    commit to user

    ii

  • perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id

    commit to user

    iii

    KATA PENGANTAR

    Dalam penyusunan laporan tugas akhir ini Penulis telah mendapatkan

    banyak bimbingan, pengarahan, dan masukan dari berbagai pihak. Pada

    kesempatan ini penulis mengucapkan terima kasih kepada :

    1. Bapak Bregas ST Sembodo S.T.,M.T., selaku Ketua Program Studi

    Diploma III Teknik Kimia, Jurusan Teknik Kimia, Fakultas Teknik,

    Universitas Sebelas Maret Surakarta.

    2. Ir. Endah Retno D, M.T., selaku dosen pembimbing yang telah

    memberikan arahan dan bimbingan kepada penulis sehingga penulis

    dapat menyusun laporan ini.

    3. Orang tua dan saudara atas dukungan moril maupun materiil.

    4. Mbak Anna, mas Agus, mas Rahmat, mbak Deni dan selaku laboran

    jurusan Teknik Kimia yang telah banyak membantu selama

    pelaksanaan tugas akhir.

    5. Rekan rekan mahasiswa Program Diploma III Teknik Kimia FT

    UNS angkatan 2008 yang telah membantu dalam pelaksanaan tugas

    akhir dan penyusunan laporan tugas akhir.

    Dalam penyusunan laporan ini Penulis menyadari masih banyak

    terdapat kekurangan, Penulis mengharapkan kritik dan saran yang membangun

    demi kesempurnaan penulisan laporan di masa yang akan datang.

    .

    Surakarta, Juli 2012

    Penulis

  • perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id

    commit to user

    iv

    DAFTAR ISI

    HALAMAN JUDUL ................................................................................................ i

    LEMBAR PENGESAHAN .................................................................................... ii

    LEMBAR KONSULTASI ..................................................................................... iii

    KATA PENGANTAR .......................................................................................... vii

    DAFTAR ISI ........................................................................................................ viii

    DAFTAR TABEL .................................................................................................... x

    DAFTAR GAMBAR ............................................................................................. xi

    DAFTAR LAMPIRAN ......................................................................................... xii

    ABSTRACT ......................................................................................................... xiii

    INTISARI ............................................................................................................. xiv

    BAB I PENDAHULUAN .................................................................................. 1

    A. Latar Belakang Masalah .................................................................... 1

    B. Perumusan Masalah ........................................................................... 2

    C. Tujuan ................................................................................................ 2

    D. Manfaat .............................................................................................. 2

    BAB II TINJAUAN PUSTAKA .......................................................................... 3

    A. Bioetanol ............................................................................................ 3

    B. Proses Produksi bioetanol ................................................................... 3

    C. Teknik Imobilisasi Sel ........................................................................ 4

    D. Fermentor ............................................................................................ 5

    E. Fermentasi Kontinyu menggunakan Fermentor Unggun Tetap

    (Packed Bed Fermentor) ..................................................................... 7

    F. Kerangka Pemikiran ........................................................................... 9

    BAB III METODOLOGI .................................................................................... 10

    A. Alat dan Bahan .................................................................................. 10

    B. Pengujian Alat ................................................................................... 12

    BAB IV HASIL DAN PEMBAHASAN ............................................................. 16

    A. Fermentor .......................................................................................... 16

  • perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id

    commit to user

    v

    B. Pengujian Fermentor ......................................................................... 18

    BAB V PENUTUP .............................................................................................. 31

    A. Kesimpulan ....................................................................................... 31

    B. Saran ................................................................................................. 31

    DAFTAR PUSTAKA

    LAMPIRAN

  • perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id

    commit to user

    vi

    DAFTAR TABEL

    Tabel 4.1 Data Titrasi Hasil Pengujian Kadar Etanol dan Kadar Gula Reduksi... 20

    Tabel 4.2 Kadar Etanol dan Kadar Gula Reduksi Hasil Fermentasi ..................... 21

  • perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id

    commit to user

    vii

    DAFTAR GAMBAR

    Gambar 2.1 Packed Bed Fermentor ..................................................................... 8

    Gambar 3.1 Rangkaian Alat Produksi Bioetanol ............................................... 10

    Gambar 3.2 Susunan Bahan Isian Fermentor ..................................................... 11

    Gambar 3.3 Tangki Umpan ................................................................................ 11

    Gambar 3.4 Pompa Peristaltik ............................................................................ 12

    Gambar 4.1 Fermentor ....................................................................................... 16

    Gambar 4.2 Alat Fermentor ............................................................................... 18

    Gambar 4.3 Grafik Kurva Standar Kadar Etanol (%) vs Volume NaOH (ml) .. 19

    Gambar 4.4 Grafik Pengaruh Berat Yeast Terhadap Kadar Gula Reduksi pada

    Ketinggian Imobil ........................................................................... 23

    Gambar 4.5 Grafik Pengaruh Berat Yeast 60 gr/250 ml Terhadap Kadar Gula

    Reduksi (mg/100 ml) pada ketinggian Imobil ................................ 24

    Gambar 4.6 Grafik Pengaruh Berat Yeast Terhadap Kadar Bioetanol yang

    Dihasilkan pada Ketinggian Imobil ................................................ 26

    Gambar 4.7 Grafik Pengaruh Berat Yeast 60 gr/250 ml Terhadap Kadar

    Bioetanol (%) pada Ketinggian Imobil.......................................... 28

    Gambar 4.8 Grafik Pengaruh Berat Yeast 60 gr/ 250 ml Terhadap Kadar Gula

    Reduksi (mg/ 250 ml) dan Bioetanol yang Dihasilkan (%) ........... 29

  • perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id

    commit to user

    viii

    DAFTAR LAMPIRAN

    Lampiran 1 Analisa Kadar Gula Reduksi ........................................................... L1

    Lampiran 2 Analisa Ekonomi ............................................................................. L3

    Lampiran 3 Foto .................................................................................................. L5

  • perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id

    commit to user

    ix

    ABSTRACT AGUS RIYADI, AYU PERMATASARI SUBEKTI, FARID RUSMAN HADI, FITRI WIDHIASTUTI, 2012. FINAL PROJECT REPORT ON LABORATORY-SCALE FERMENTOR FOR CONTINUOUS BIOETHANOL FERMENTATION WITH IMMOBILIZED YEAST IN CALCIUM ALGINATE CHEMICAL ENGINEERING DIPLOMA III STUDY PROGRAM OF SURAKARTA SEBELAS MARET UNIVERSITY.

    Ethanol is a chemical substance with many benefits including as solvent,

    antiseptic agent, liquor composition material, and alternative energy. The ethanol preparation process using in batch manner took long time thereby taking higher cost. Continuously fermentation could improve ethanol productivity because it took relatively shorter time and higher quantity of product. This process used calcium alginate-immobilized yeast content. Cellular immobilization is a process or method of entrapping fermentation cell physically in a certain room in which in this condition the cell still has activity, and can be used continuously and repetitively.

    The bioethanol production tools included column with filler as the media of bioethanol fermentation process occurrence using sugar solution pumped from the feeder tank to fermentor column through upflow with flow rate of 2.52 L/hour, then the product was accommodated in the reservoir.

    In continuously fermentation process, the sample was taken once in one hour for 5 hours with varied yeast weights (50g/250 ml, 60g/250 ml, and 70g/250 ml) as well as varied immobile heights (4 cm, 8 cm, and 12 cm) to be analyzed for its sugar and bioethanol levels. The highest bioethanol level was obtained at immobile height of 12 cm and yeast weight of 60 g/250 ml of 6.33%. Meanwhile, the highest reduction of sugar level occurred at immobile height of 12 cm and yeast weight of 60 g/ 250 ml by 25.55g/100 ml from 42.42 g/100ml to 16.87 g/100 ml.

  • perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id

    commit to user

    x

    INTISARI AGUS RIYADI, AYU PERMATASARI SUBEKTI, FARID RUSMAN HADI, FITRI WIDHIASTUTI, 2012. LAPORAN TUGAS AKHIR PEMBUATAN FERMENTOR SKALA LABORATORIUM UNTUK FERMENTASI BIOETANOL SECARA KONTINYU DENGAN BIOKATALIS YEAST YANG TER-IMOBILISASI DALAM KALSIUM ALGINAT PROGRAM STUDI DIPLOMA III TEKNIK KIMIA UNIVERSITAS SEBELAS MARET SURAKARTA

    Etanol merupakan bahan kimia yang mempunyai banyak kegunaan, diantaranya sebagai pelarut, antiseptik (pembunuh kuman), bahan pembuatan minuman keras dan energi alternatif. Proses pembuatan etanol secara batch membutuhkan waktu yang lama sehingga memerlukan biaya produksi yang lebih mahal. Fermentasi secara kontinyu dapat meningkatkan produktivitas etanol karena memerlukan waktu yang relatif lebih singkat dan hasil yang didapat lebih banyak. Pada proses ini, menggunakan bahan isian yeast yang ter-imobilisasi dalam kalsium alginat. Imobilisasi sel adalah suatu proses atau metode untuk menjebak sel ragi secara fisik pada suatu ruang tertentu dimana pada kondisi ini sel masih memiliki aktivitas, serta dapat dipergunakan secara kontinyu dan berulang kali. Alat produksi bioetanol berupa kolom dengan bahan isian sebagai tempat terjadinya proses fermentasi bioetanol dengan menggunakan larutan gula yang di pompa dari tangki umpan menuju kolom fermentor melalui bagian bawah (upflow) dengan laju alir 2,52 L/jam, kemudian produk ditampung dalam tangki penampungan. Pada proses fermentasi secara kontinyu, sampel diambil setiap 1 jam selama 5 jam dengan variasi berat yeast (50 g/250 ml, 60 g/250 ml dan 70 g/250 ml) serta variasi ketinggian imobil (4 cm, 8 cm dan 12 cm) untuk dianalisa kadar gula dan kadar bioetanol. Kadar bioetanol terbesar dihasilkan pada ketinggian imobil 12 cm dengan berat yeast 60 g/250 ml sebesar 6,33%. Sedangkan penurunan kadar gula terbesar terjadi pada ketinggian imobil 12 cm dengan berat yeast 60 g/250 ml sebesar 25,55 g/100ml dari kadar 42,42 g/100ml menjadi 16,87 g/100ml.

  • perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id

    commit to user

    Laporan Tugas Akhir Pembuatan Fermentor Skala Laboratorium untuk Fermentasi Bioetanol secara Kontinyu dengan Biokatalis Yeast yang Ter-imobilisasi dalam Kalsium Alginat

    Program Studi Diploma III Teknik Kimia Universitas Sebelas Maret Surakarta

    1

    BAB I

    PENDAHULUAN

    A. Latar Belakang Masalah

    Etanol merupakan bahan kimia yang mempunyai banyak kegunaan,

    diantaranya sebagai pelarut, antiseptik (pembunuh kuman), bahan pembuatan

    minuman keras dan energi alternatif. Dalam proses pembuatannya, etanol

    dapat diproduksi dengan 2 cara, yaitu secara sintetik melalui reaksi kimia dan

    fermentasi. Proses fermentasi etanol dapat dilakukan dengan 2 cara, yaitu

    secara batch dan sinambung (continue). Kedua metode tersebut memiliki

    kekurangan dan kelebihan. Kelebihan dari proses batch antara lain mudah

    dilakukan, tetapi kekurangannya membutuhkan waktu yang cukup lama

    dalam proses fermentasi sehingga produktivitasnya rendah. Sedangkan untuk

    proses sinambung kelebihannya, waktu yang diperlukan relatif lebih singkat

    sehingga produktivitasnya tinggi, dan kerugiannya mudah terkontaminasi.

    Mikroorganisme merupakan salah satu faktor yang sangat berperan

    dalam fermentasi, mikroorganisme untuk proses fermentasi ada 3 jenis, yaitu

    bakteri, jamur dan yeast (ragi). Namun dalam hal ini yeast lebih sering

    digunakan dalam proses fermentasi, karena yeast lebih mudah

    dikembangbiakkan, lebih mudah dikontrol pertumbuhannya dan dapat

    menghasilkan etanol dengan konsentrasi yang tinggi.

    Teknik imobilisasi pada yeast merupakan suatu teknik untuk

    menjebak sel ragi secara fisik pada suatu ruang tertentu dimana pada kondisi

    ini sel masih memiliki aktivitas, serta dapat dipergunakan secara kontinyu dan

    berulang kali. Teknik tersebut merupakan metode untuk mengurangi

    pengeluaran biaya dalam proses fermentasi secara kontinyu khususnya dalam

    industri makanan dan minuman. Keuntungan dari teknik imobilisasi antara

    lain: bisa digunakan kembali beberapa kali dan tetap aktif, imobilisasi

    menjaga aktivitas yeast dari kondisi yang tidak diinginkan.

    Metode imobilisasi yang digunakan adalah penjebakkan enzim dalam

    suatu matriks. Sedangkan agen pengimobil yang digunakan adalah natrium

  • perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id

    commit to user

    2 Laporan Tugas Akhir Pembuatan Fermentor Skala Laboratorium untuk Fermentasi Bioetanol secara Kontinyu dengan Biokatalis Yeast yang Ter-imobilisasi dalam Kalsium Alginat

    Program Studi Diploma III Teknik Kimia Universitas Sebelas Maret Surakarta

    alginat dikarenakan tidak beracun, mekanisme kestabilan tinggi, dan prosedur

    sederhana.

    B. Perumusan Masalah

    Berdasarkan latar belakang yang telah dipaparkan, maka

    permasalahan dapat dirumuskan sebagai berikut:

    Bagaimana membuat fermentor unggun tetap yang dapat

    menghasilkan bioetanol dengan produktivitas tinggi melalui proses fermentasi

    secara kontinyu.

    C. Tujuan

    Tujuan tugas akhir ini adalah:

    1. Merancang dan membuat fermentor (packed bed) skala laboratorium

    untuk fermentasi bioetanol secara kontinyu dengan biokatalis yeast yang

    ter-imobilisasi dalam kalsium alginat.

    2. Mempelajari pembuatan bioetanol dari larutan gula secara kontinyu

    dengan biokatalis yeast yang ter-imobilisasi dalam kalsium alginat.

    D. Manfaat

    Manfaat dari tugas akhir ini adalah:

    1. Bagi mahasiswa, mempelajari teknologi pembuatan bioetanol dari larutan

    gula secara kontinyu menggunakan fermentor (packed bed) dengan

    biokatalis yeast yang ter-imobilisasi dalam kalsium alginat.

    2. Bagi masyarakat, mampu membuat bioetanol secara efisien sehingga

    didapatkan biaya produksi yang lebih rendah.

  • perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id

    commit to user

    Laporan Tugas Akhir Pembuatan Fermentor Skala Laboratorium untuk Fermentasi Bioetanol secara Kontinyu dengan Biokatalis Yeast yang Ter-imobilisasi dalam Kalsium Alginat

    Program Studi Diploma III Teknik Kimia Universitas Sebelas Maret Surakarta

    3

    BAB II

    TINJAUAN PUSTAKA

    A. Bioetanol

    Bioetanol adalah etanol yang berasal dari sumber hayati. Bioetanol

    bersumber dari glukosa sederhana, pati (karbohidrat), dan selulosa. Setelah

    melalui proses fermentasi dihasilkan etanol. (www.energi.lipi.go.id)

    Dalam perdaganagan sehari-hari yang dimaksud dengan alkohol

    adalah etil alkohol atau etanol dengan rumus C2H5OH. Alkohol merupakan

    zat cair, tidak berwarna, berbau spesifik, mudah terbakar dan menguap, dapat

    bercampur dalam air dalam berbagai perbandingan.

    B. Proses Produksi Bioetanol

    B.1. Fermentasi

    Fermentasi merupakan proses metabolisme dimana terjadi perubahan

    kimia dalam substrat/bahan organik karena aktifitas enzim yang dihasilkan

    jasad renik. Disini sebagai substrat adalah glukosa dan jasad reniknya adalah

    Saccharomyces cerevisiae. Bila bahan dasarnya karbohidrat maka dihidrolisis

    dulu sehingga menjadi gula (glukosa) untuk fermentasi.

    Fermentasi larutan gula oleh Saccharomyces cerevisiae akan

    dihasilkan etanol dan CO2 dengan reaksi sebagai berikut :

    S. cerevisiae

    C6H12O6 2C2H5OH + 2CO2

    Glukosa Etanol Kabondioksida

    Faktor-faktor yang mempengaruhi proses fermentasi:

    1. Keasaman (pH)

    Saccharomyces cerevisiae dapat tumbuh pada pH 2,8-8,5 dengan pH

    optimum 4,5-6,5. Secara mikrobiologi kondisi asam inilah yang

    menyebabkan terjadinya selektivitas populasi mikroba serta berbagai

  • perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id

    commit to user

    4 Laporan Tugas Akhir Pembuatan Fermentor Skala Laboratorium untuk Fermentasi Bioetanol secara Kontinyu dengan Biokatalis Yeast yang Ter-imobilisasi dalam Kalsium Alginat

    Program Studi Diploma III Teknik Kimia Universitas Sebelas Maret Surakarta

    jenis yeast yang tidak dikehendaki sehingga memungkinkan proses

    fermentasi dapat berlangsung dengan baik.

    2. Mikroba

    Fermentasi biasanya dilakukan dengan kultur murni yang dihasilkan di

    laboratorium. Kultur ini dapat disimpan dalam keadaan kering atau

    dibekukan. Penggunaan kultur tunggal mempunyai resiko yang tinggi

    karena kondisi harus optimum. Untuk mengurangi kegagalan dapat

    digunakan biakan campuran. Keuntungan penggunaan biakan campuran

    adalah mengurangi resiko apabila mikrobia yang lain tidak aktif

    melakukan fermentasi. Kondisi mikroba ini dipengaruhi oleh:

    a. Suhu

    Suhu fermentasi sangat menentukan macam mikroba yang dominan

    Pada suhu 28-30 oC terbentuk alkohol lebih banyak karena ragi

    bekerja optimal pada suhu itu.

    b. Waktu

    Laju perbanyakan bakteri bervariasi menurut spesies dan kondisi

    pertumbuhannya.

    c. Makanan (nutrisi)

    Semua mikroorganisme memerlukan nutrient yang menyediakan

    energi, nitrogen, dan mineral (Winarno, dkk, 1984).

    C. Teknik Imobilisasi Sel

    Proses imobilisasi sel adalah suatu proses atau metode untuk

    menjebak sel ragi secara fisik pada suatu ruang tertentu dimana pada kondisi

    ini sel masih memiliki aktivitas, serta dapat dipergunakan secara kontinyu

    dan berulang kali. Teknik imobilisasi sel dapat dilakukan dengan tiga cara,

    yaitu metode carrier binding, metode cross linking dan metode entrapping.

    Pada metode carrier binding, enzim diikatkan pada suatu matriks yang

    bersifat tidak larut dalam air. Sebagai matriks dapat digunakan bahan organik

    maupun anorganik. Bila menggunakan metode ini, hal yang perlu

  • perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id

    commit to user

    5 Laporan Tugas Akhir Pembuatan Fermentor Skala Laboratorium untuk Fermentasi Bioetanol secara Kontinyu dengan Biokatalis Yeast yang Ter-imobilisasi dalam Kalsium Alginat

    Program Studi Diploma III Teknik Kimia Universitas Sebelas Maret Surakarta

    diperhatikan adalah pemilihan matriks dan pengikatan enzim pada matriks

    tersebut.

    Metode cross linking didasarkan pada pembentukan ikatan

    intermolekuler antara molekul-molekul enzim. Gugus fungsional dalam

    molekul enzim yang biasa digunakan untuk pembentukan ikatan

    intermolekmuler adalah gugus -amino pada asam amino terminal, gugus -

    amino dari lisin, gugus fenolik dari tirosin, gugus sulhidril dari sistein dan

    gugus imidazole dari histidin.

    Pada metode entrapping ini biasanya dilakukan dalam matrik polimer

    dan merupakan metoda yang paling sering dipelajari untuk dikembangkan.

    Adapun polimer yang dapat digunakan adalah kolagen, gelatin, selulosa

    triasetat, alginat, karrageenan, agar, poliakrilamid, dan polistiren untuk

    menghasilkan sel imobil dalam bentuk manik-manik, kubus atau lembaran.

    Metoda penjebakan dengan matrik alginat lebih sering digunakan, karena

    sederhana dalam pelaksanaannya, dapat mempertahankan stabilitas dan

    aktivitas sel imobil, tidak beracun, dan mudah didapat.

    Yeast (Saccharomyces cerevisiae) dijerat atau dijebak dengan

    menggunakan gel kalsium alginat. Bila larutan natrium alginat dicampur

    dengan larutan CaCl2 maka segera terbentuk gel yang tidak larut dalam air.

    Reaksi antara natrium alginat dengan CaCl2 dapat dimanfaatkan dalam

    imobilisasi sel-sel ragi yang merupakan biokatalis dalam upaya memproduksi

    bioetanol dari larutan gula secara fermentasi. Fermentasi bioetanol dengan

    menggunakan sistem imobilisasi sel memberikan hasil yang lebih baik

    dibandingkan dengan cara konvensional karena dengan menggunakan sel ter-

    imobilisasi pemisahan produknya lebih mudah serta stabilitas sel dapat

    dipertahankan (Bangun, 1991).

    D. Bioreaktor

    Bioreaktor adalah reaktor untuk reaksi yang melibatkan makhluk

    hidup. Bahan yang digunakan untuk pembuatan bioreaktor biasanya berupa

  • perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id

    commit to user

    6 Laporan Tugas Akhir Pembuatan Fermentor Skala Laboratorium untuk Fermentasi Bioetanol secara Kontinyu dengan Biokatalis Yeast yang Ter-imobilisasi dalam Kalsium Alginat

    Program Studi Diploma III Teknik Kimia Universitas Sebelas Maret Surakarta

    poliakrilik, kaca dan stainless steel. Bahan poliakrilik dan kaca dapat

    digunakan secara langsung tanpa perlu mendapatkan perlakuan khusus, sebab

    kedua bahan ini tidak bereaksi terhadap suatu media. Akan tetapi fermentor

    berbahan poliakrilik lebih banyak digunakan sebab kaca mempunyai sifat

    yang rentan sehingga mudah pecah (fragile).

    Ada beberapa tipe bioreaktor yaitu fermentor batch, fermentor

    sinambung (continue) dan fermentor semi sinambung (fed batch). Fermentor

    batch adalah fermentor yang sederhana, dimana pada saat proses berlangsung

    tidak ada bahan yang masuk maupun yang keluar dari fermentor. Kondisi

    bahan maupun mikroorganisme dalam fermentor batch secara menyeluruh

    mengalami perubahan seiring dengan waktu sampai pada tingkat tertentu.

    Saat pemanenan produk, harus dilakukan proses lebih lanjut seperti

    pemurnian dan lain sebagainya. Fermentor sinambung (continue) adalah

    dimana nutrisi terus menerus ditambahkan dan produk yang dihasilkan terus-

    menerus diambil. Fermentor sinambung (continue) berlawanan dengan

    fermentor batch, dimana produk dipanen dan kemudian fermentor

    dibersihkan dan dipersiapkan untuk putaran berikutnya dari fermentasi.

    Fermentasi dalam fermentor unggun tetap (packed bed fermentor)

    lebih sering digunakan karena dapat meminimalkan kerusakan dan perubahan

    bentuk partikel biokatalis, mampu mencegah keluarnya partikel imobilisasi

    sel pada kondisi laju aliran masuk yang tinggi, mudah dalam pengontrolan

    sehingga diharapkan dapat meningkatkan produktivitas bioetanol dengan

    kadar tertentu.

    Fermentor semi sinambung (fed batch fermentor) adalah dimana

    nutrisi ditambahkan secara simultan dan pengeluaran produk dilakukan secara

    terputus-putus bukan terus-menerus.

  • perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id

    commit to user

    7 Laporan Tugas Akhir Pembuatan Fermentor Skala Laboratorium untuk Fermentasi Bioetanol secara Kontinyu dengan Biokatalis Yeast yang Ter-imobilisasi dalam Kalsium Alginat

    Program Studi Diploma III Teknik Kimia Universitas Sebelas Maret Surakarta

    E. Fermentasi Kontinyu menggunakan Fermentor Unggun Tetap (Packed

    Bed Fermentor)

    Salah satu teknologi untuk mendapatkan bioetanol dapat dilakukan

    melalui proses fermentasi dengan yeast yang ter-imobilisasi dalam kalsium

    alginat menggunakan bioreaktor kontinyu packed bed (Widjaja, Tri, dkk,

    2009).

    Berdasarkan penelitian Tri Widjaja (2008), fermentasi gula

    berlangsung pada suhu 30 0C, pH 4, konsentrasi glukosa 107 g/L (10% v/v),

    rate feed 2 ml/menit, dilution rate 1,2 jam-1 yang menggunakan bioreaktor

    unggun tetap (packed bed bioreactor) dengan biokatalis yeast yang ter-

    imobilisasi dalam kalsium alginat dengan konsentrasi 4%, 6%, dan 8% w/v.

    Dari hasil penelitian diperoleh hasil bahwa pada proses fermentai gula

    menggunakan Zymomonas mobilis dengan kadar kalsium alginat 6% w/v,

    didapatkan kadar etanol sebesar 104,14 g/L, produktivitas etanol sebesar

    97,33 gr/L jam, dan yield etanol sebesar 52,07% dengan jumlah broth 1000

    ml.

    Berdasarkan penelitian Ghasem Najafpour dkk (2009), fermentasi

    gula menggunakan Saccharomyces cerevisiae untuk produksi etanol dalam

    fermentor unggun tetap (packed bed fermentor) dilakukan untuk

    meningkatkan kinerja proses fermentasi. Dengan konsentrasi gula 50 g/L,

    waktu fermentasi selama 6 jam yang menggunakan biokatalis yeast yang ter-

    imobilisasi dalam kalsium alginat dengan kadar 4% w/v maka diperoleh hasil

    etanol sebesar 16,7%. Dalam penelitiannya, Imomobilized Cell Reactor

    (packed bed fermentor) memiliki ukuran kolom dengan diameter dalam 46

    mm, diameter luar 50 mm dan tinggi 850 mm. Fermentor ini memiliki

    volume kerja 740 ml dan volume imobil 660 ml (70% dari volume kerja).

    Fermentasi etanol secara kontinyu, medium berupa larutan gula dari tangki

    umpan dipompa menuju kolom reaktor melalui bagian bawah (upflow)

    dengan laju alir tertentu, kemudian produk ditampung dalam tangki

    penampungan. Ilustrasi untuk penelitian ini dapat dilihat pada Gambar 2.1

  • perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id

    commit to user

    Laporan Tugas Akhir Bioetanol secara Kontinyu dengan Biokatalis Alginat

    Program Studi Diploma III Teknik KimiaUniversitas Sebelas Maret Surakarta

    Gambar 2.1

    Laporan Tugas Akhir Pembuatan Fermentor Skala Laboratorium untuk Fermentasi Bioetanol secara Kontinyu dengan Biokatalis Yeast yang Ter-imobilisasi dalam Kalsium

    Diploma III Teknik Kimia Universitas Sebelas Maret Surakarta

    Gambar 2.1 Packed Bed Fermentor (Ghasem najafpour dkk, 2009)

    8 Pembuatan Fermentor Skala Laboratorium untuk Fermentasi

    imobilisasi dalam Kalsium

    (Ghasem najafpour dkk, 2009)

  • perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id

    commit to user

    9 Laporan Tugas Akhir Pembuatan Fermentor Skala Laboratorium untuk Fermentasi Bioetanol secara Kontinyu dengan Biokatalis Yeast yang Ter-imobilisasi dalam Kalsium Alginat

    Program Studi Diploma III Teknik Kimia Universitas Sebelas Maret Surakarta

    F. Kerangka Pemikiran

  • perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id

    commit to user

    Laporan Tugas Akhir Pembuatan Fermentor Skala Laboratorium untuk Fermentasi Bioetanol secara Kontinyu dengan Biokatalis Yeast yang Ter-imobilisasi dalam Kalsium Alginat

    Program Studi Diploma III Teknik Kimia Universitas Sebelas Maret Surakarta

    10

    BAB III

    METODOLOGI

    A. Alat Dan Bahan

    1. Rangkaian Alat Produksi Bioetanol

    Keterangan :

    1. Tangki umpan

    2. Pompa Peristaltik

    3. Fermentor dengan bahan isian

    4. Termometer

    5. Statif

    6. Tangki penampung

    7. Gelas beaker

    Gambar 3.1 Rangkaian Alat Produksi Bioetanol

  • perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id

    commit to user

    11 Laporan Tugas Akhir Pembuatan Fermentor Skala Laboratorium untuk Fermentasi Bioetanol secara Kontinyu dengan Biokatalis Yeast yang Ter-imobilisasi dalam Kalsium Alginat

    Program Studi Diploma III Teknik Kimia Universitas Sebelas Maret Surakarta

    2. Susunan Bahan Isian Fermentor

    Keterangan :

    1. Screen

    2. Manik-manik

    3. Imobil

    4. Kelereng

    5. Statif

    Gambar 3.2 Susunan Bahan Isian Fermentor

    3. Tangki Umpan

    Gambar 3.3 Tangki Umpan

  • perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id

    commit to user

    12 Laporan Tugas Akhir Pembuatan Fermentor Skala Laboratorium untuk Fermentasi Bioetanol secara Kontinyu dengan Biokatalis Yeast yang Ter-imobilisasi dalam Kalsium Alginat

    Program Studi Diploma III Teknik Kimia Universitas Sebelas Maret Surakarta

    4. Pompa Peristaltik

    Merk : Heidolph 5001

    Jenis : Peristaltik

    Kec. Min : 10 rpm

    Kec. max : 120 rpm

    Tegangan : 220 volt

    Kuat Arus : 1 Ampere

    Frekuensi : 50 Hz

    Fungsi : Memompa larutan gula ke dalam fermentor

    Keterangan :

    1. Rotation speed

    2. Power switch

    3. Direction of rotation

    Gambar 3.4 Pompa Peristaltik

    5. Lokasi Pembuatan Alat

    Laboratorium Teknik Reaksi Kimia Universitas Gadjah Mada,

    Yogyakarta.

    B. Pengujian Alat

    1. Sterilisasi Alat

    a. Sterilisasi alat Fermentor

    Fermentor dicuci dengan aquades, kemudian dibilas dengan

    alkohol 70%..

    1 2 3

  • perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id

    commit to user

    13 Laporan Tugas Akhir Pembuatan Fermentor Skala Laboratorium untuk Fermentasi Bioetanol secara Kontinyu dengan Biokatalis Yeast yang Ter-imobilisasi dalam Kalsium Alginat

    Program Studi Diploma III Teknik Kimia Universitas Sebelas Maret Surakarta

    b. Sterilasasi alat-alat pendukung

    Sterilisasi semua alat pendukung (alat-alat gelas dan selang)

    dilakukan menggunakan autoclave (suhu 121C) selama 20 menit.

    2. Pembuatan Bahan Isian

    a. Pembuatan starter

    1. 100 ml larutan gula 17% disterilkan (dipanaskan pada suhu 6070 C

    selama 15 menit).

    2. Larutan gula yang sudah disterilisasi ditambah nutrient (3,46 gram

    (NH4)2SO4; 1,02 gram KH2PO4; 0,366 gram MgSO4.7H2O) dan 24

    gram Yeast kering (Saccharomyces cerevisiae).

    3. Larutan diaerasi selama 1 jam larutan starter siap digunakan.

    b. Imobilisasi Sel Ragi

    1. 100 ml larutan starter dicampurkan dengan 200 ml larutan Natrium

    alginat 4% (w/v). Campuran tersebut kemudian diteteskan ke dalam

    1000 ml larutan CaCl2 2% (w/v). Yeast yang sudah ter-imobilisasi

    dalam Kalsium alginat membentuk suatu imobil.

    2. Imobil dibiarkan mengeras selama 30 menit lalu disaring dan dicuci

    dengan larutan NaCl 0,85% (w/v). Imobil disimpan pada suhu 4 oC

    dengan larutan yeast extract 2% (w/v) sampai imobil itu digunakan.

    3. Fermentasi

    a. Sterilisasi Alat.

    b. Pembuatan yeast yang ter-imobilisasi dalam kalsium alginat.

    c. Pembuatan larutan medium fermentasi.

    d. Mengalirkan medium fermentasi melalui pompa peristaltik.

    e. Mengukur laju alir input dan output.

    f. Menampung larutan hasil fermentasi dan mengambil sampelnya.

    g. Menganalisa kadar gula reduksi dan bioetanol dalam sampel.

    4. Analisa Kadar Gula Reduksi Hasil Fermentasi a. Standarisasi Larutan Fehling

    1. Melarutkan 1,25 gram glukosa standar dengan 500 ml aquadest

    dalam labu takar 500 ml.

  • perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id

    commit to user

    14 Laporan Tugas Akhir Pembuatan Fermentor Skala Laboratorium untuk Fermentasi Bioetanol secara Kontinyu dengan Biokatalis Yeast yang Ter-imobilisasi dalam Kalsium Alginat

    Program Studi Diploma III Teknik Kimia Universitas Sebelas Maret Surakarta

    2. Memasukkan larutan glukosa standar ke dalam buret 50 ml.

    3. Memasukkan 5 ml Fehling A dan 5 ml Fehling B ke dalam

    erlenmeyer 100 ml.

    4. Memanaskan larutan sampai mendidih dan melanjutkan pendidihan

    selama 2 menit.

    5. Menambahkan 3 tetes indikator Methylen Blue kemudian menitrasi

    dengan larutan glukosa standar dari buret sampai terbentuk endapan

    merah bata.

    6. Mencatat volume larutan glukosa standar yang digunakan untuk

    titrasi.

    7. Melakukan percobaan titrasi sebanyak 3 kali dan mengambil volume

    ratarata.

    b. Penentuan Gula Reduksi dalam Sampel

    1. Mengambil 1 ml hasil fermentasi kemudian mengencerkan sampai

    volume 100 ml sebagai larutan sampel.

    2. Memasukkan larutan sampel tersebut ke dalam buret 50 ml.

    3. Memasukkan 5 ml Fehling A dan 5 ml Fehling B ke dalam

    erlenmeyer 100 ml.

    4. Memanaskan larutan sampai mendidih dan melanjutkan pendidihan

    selama 2 menit.

    5. Menambahkan 3 tetes Methylen Blue kemudian menitrasi dengan

    larutan glukosa standar dari buret sampai terbentuk endapan merah

    bata.

    6. Mencatat volume larutan sampel yang digunakan untuk titrasi.

    7. Melakukan percobaan titrasi sebanyak 3 kali dan mengambil volume

    ratarata.

    5. Analisa Produk Bioetanol

    a. Pembuatan Kurva Standar Alkohol

    1. Membuat larutan standar alkohol dengan berbagai konsentrasi (2, 4

    s.d 10% v/v).

  • perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id

    commit to user

    15 Laporan Tugas Akhir Pembuatan Fermentor Skala Laboratorium untuk Fermentasi Bioetanol secara Kontinyu dengan Biokatalis Yeast yang Ter-imobilisasi dalam Kalsium Alginat

    Program Studi Diploma III Teknik Kimia Universitas Sebelas Maret Surakarta

    2. Melakukan titrasi larutan standar untuk setiap konsentrasi dengan

    cara:

    a. Mengambil 1 ml larutan standar alkohol dengan berbagai

    konsentrasi (2, 4 s.d 10% v/v) kemudian memasukkannya ke

    dalam erlenmeyer dan ditambahkan 1 ml larutan asam anhidrida

    asetat dan 2 tetes larutan indikator phenolftalein.

    b. Melakukan titrasi dengan menggunakan larutan NaOH 1M

    sampai terjadi perubahan warna menjadi merah muda.

    c. Mencatat kedudukan skala pada buret.

    3. Membuat kurva standar alkohol dengan memplotkan kebutuhan

    larutan NaOH 1M sebagai sumbu x dan kadar alkohol sebagai sumbu

    y.

    b. Standarisasi Larutan NaOH

    Melakukan standarisasi larutan NaOH 1M menggunakan larutan asam

    oksalat 1M dengan cara:

    1. Mengambil 5 ml larutan asam oksalat 1M dan ditambah dengan 2

    tetes larutan indikator phenolftalein.

    2. Melakukan titrasi dengan menggunakan larutan NaOH 1M sampai

    terjadi perubahan warna menjadi merah muda.

    c. Penentuan Kadar Alkohol

    1. Mengambil sampel 1 ml kemudian dimasukkan dalam enlenmeyer

    dan ditambahkan 1 ml larutan asam anhidrida asetat dan 2 tetes

    larutan indikator phenolftalein.

    2. Melakukan titrasi dengan menggunakan larutan NaOH 1M sampai

    terjadi perubahan warna menjadi merah muda kemudian mencatat

    kedudukan skala pada buret.

    3. Menentukan kadar alkohol dengan cara memplotkan larutan NaOH

    1M yang dibutuhkan pada titrasi sampel pada kurva standar alkohol.

  • perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id

    commit to user

    Laporan Tugas Akhir Pembuatan Fermentor Skala Laboratorium untuk Fermentasi Bioetanol secara Kontinyu dengan Biokatalis Yeast yang Ter-imobilisasi dalam Kalsium Alginat

    Program Studi Diploma III Teknik Kimia Universitas Sebelas Maret Surakarta

    16

    BAB IV

    HASIL DAN PEMBAHASAN

    A. Fermentor

    Fermentor berupa kolom yang terbuat dari bahan poliakrilik. Fermentor hasil

    perancangan ditunjukan pada Gambar 4.1

    Keterangangambar : 1. Tempat pemasukan umpan 2. Kolom fermentor 3. Tempat pengeluaran gas CO2 4. Tempat pengeluaran produk 5. Tempat pengukur suhu

    Gambar 4.1 Fermentor

  • perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id

    commit to user

    17 Laporan Tugas Akhir Pembuatan Fermentor Skala Laboratorium untuk Fermentasi Bioetanol secara Kontinyu dengan Biokatalis Yeast yang Ter-imobilisasi dalam Kalsium Alginat

    Program Studi Diploma III Teknik Kimia Universitas Sebelas Maret Surakarta

    (a) (b)

  • perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id

    commit to user

    18 Laporan Tugas Akhir Pembuatan Fermentor Skala Laboratorium untuk Fermentasi Bioetanol secara Kontinyu dengan Biokatalis Yeast yang Ter-imobilisasi dalam Kalsium Alginat

    Program Studi Diploma III Teknik Kimia Universitas Sebelas Maret Surakarta

    Keterangan gambar :

    Tipe Fermentor : unggun tetap (packed bed) fermentor

    Bahan : poliakrilik

    Tinggi fermentor : 85 cm

    Tinggi bagian bahan isian : 63,6 cm

    Tinggi bagian atas : 8,4 cm

    Tinggi bagian bawah : 8 cm

    Diameter kolom (dalam) : 4,6 cm

    Tebal kolom : 0,5 cm

    Fungsi : tempat terjadinya proses fermentasi

    B. Pengujian Fermentor

    Pengujian fermentor digunakan untuk pembuatan bioetanol secara

    kontinyu dengan bahan isian yeast yang terimobilisasi dalam kalsium alginat.

    Proses fermentasi dilakukan dengan menvariasikan berat yeast yang

    digunakan dalam starter dan ketinggian imobil dalam fermentor. Berikut

    merupakan data kondisi operasi fermentor :

    - Umpan : larutan gula 17% (w/v)

    - pH : 4 - 5

    - Temperatur : (28 30) C

    - Yeast kering (Saccharomyces cerevisiae) : 60 gram/250 ml

    - Yeast yang terimobilisasi

    o Diameter imobil : 5 mm

    o Densitas imobil :1,024 g/ml

    Pengambilan hasil fermentasi sebagai sampel dilakukan secara

    periodik setiap 1 jam sekali selama 5 jam untuk analisa kadar bioetanol dan

    kadar gula reduksi.

    Gambar 4.2 Alat fermentor (a) Tampak atas , (b) Potongan

  • perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id

    commit to user

    19 Laporan Tugas Akhir Pembuatan Fermentor Skala Laboratorium untuk Fermentasi Bioetanol secara Kontinyu dengan Biokatalis Yeast yang Ter-imobilisasi dalam Kalsium Alginat

    Program Studi Diploma III Teknik Kimia Universitas Sebelas Maret Surakarta

    a. Pembuatan Kurva Standar Alkohol

    Pembuatan kurva standar alkohol bertujuan untuk menjadi acuan

    mengetahui kadar bioetanol yang dihasilkan dari proses fermentasi

    larutan umpan. Kadar bioetanol pada sampel ditentukan dengan cara titrasi

    asam basa. Hasil dari proses titrasi yaitu berupa penggunaan Natrium

    Hidroksida (NaOH) pada sampel yang dinyatakan sebagai sumbu x dan

    kadar alkohol sebagai sumbu y. Hasil kurva standar alkohol dapat dilihat

    pada gambar 4.3

    Gambar 4.3 Grafik Kurva Standar Kadar Alkohol (%) vs Volume NaOH (ml)

    y = 0.387x - 11.21

    R = 0.995

    0

    2

    4

    6

    8

    10

    12

    0 10 20 30 40 50 60

    Kad

    ar A

    lkoh

    ol (

    %)

    Volume NaOH (ml)

  • perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id

    commit to user

    20 Laporan Tugas Akhir Pembuatan Fermentor Skala Laboratorium untuk Fermentasi Bioetanol secara Kontinyu dengan Biokatalis Yeast yang Ter-imobilisasi dalam Kalsium Alginat

    Program Studi Diploma III Teknik Kimia Universitas Sebelas Maret Surakarta

    b. Pengaruh Berat Yeast Terhadap Kadar Gula Reduksi dan Kadar bioetanol

    dalam Berbagai Variasi Ketinggian Imobil

    Tabel 4.1 Data Titrasi Hasil Pengujian Kadar bioetanol dan Kadar Gula Reduksi

    Berat

    yeast

    (g/

    250ml)

    Waktu

    (jam)

    Tinggi Imobil (cm)

    4 8 12

    Volume

    titran

    sampel

    (ml)

    Volume

    titran

    NaOH

    0,5 M

    (ml)

    Volume

    titran

    sampel

    (ml)

    Volume

    titran

    NaOH

    0,5 M

    (ml)

    Volume

    titran

    sampel

    (ml)

    Volume

    titran

    NaOH

    0,5 M

    (ml)

    50

    0 15,37 - 15,37 - 15,37 -

    1 27,60 32,37 31,80 35,73 35,27 40,40

    2 28,27 32,77 32,23 36,07 35,77 41,10

    3 28,73 33,10 32,70 36,60 36,13 41,70

    4 29,27 33,47 33,70 36,77 36,57 42,20

    5 30,10 33,63 34,10 37,17 37,10 42,70

    60

    0 15,37 - 15,37 - 15,37 -

    1 30,17 34,40 34,67 39,10 38,27 44,43

    2 30,67 34,77 35,03 39,43 38,53 44,70

    3 31,53 35,03 35,43 39,67 39,13 45,10

    4 31,87 35,73 35,93 40,13 39,43 44,80

    5 32,27 36,10 36,33 40,43 39,50 45,33

    70

    0 15,37 - 15,37 - 15,37 -

    1 30,73 34,70 33,70 38,17 37,70 43,57

    2 31,20 35,27 34,50 38,53 38,13 44,20

    3 31,70 35,77 34,50 39,10 38,50 44,60

    4 32,13 36,37 35,17 39,33 39,00 44,73

    5 32,60 36,70 35,63 39,77 39,77 45,17

  • perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id

    commit to user

    21 Laporan Tugas Akhir Pembuatan Fermentor Skala Laboratorium untuk Fermentasi Bioetanol secara Kontinyu dengan Biokatalis Yeast yang Ter-imobilisasi dalam Kalsium Alginat

    Program Studi Diploma III Teknik Kimia Universitas Sebelas Maret Surakarta

    Tabel 4.2 Kadar bioetanol dan Kadar Gula Reduksi Hasil Fermentasi

    Berat

    yeast

    (g/

    250ml)

    Waktu

    (jam)

    Tinggi Imobil (cm)

    4 8 12

    Kadar

    gula

    reduksi

    (g

    /100ml)

    Kadar

    bioetanol

    (%)

    Kadar

    gula

    reduksi

    (g

    /100ml)

    Kadar

    bioetanol

    (%)

    Kadar

    gula

    reduksi

    (g

    /100ml)

    Kadar

    bioetanol

    (%)

    50

    0 42,42 - 42,42 - 42,42 -

    1 24,02 1,32 20,93 2,62 18,95 4,42

    2 23,45 1,47 20,66 2,75 18,68 4,70

    3 23,11 1,60 20,38 2,95 18,50 4,93

    4 22,70 1,74 19,79 3,02 18,29 5,12

    5 22,08 1,81 19,56 3,18 18,05 5,31

    60

    0 42,42 - 42,42 - 42,42 -

    1 22,03 2,10 19,26 3,92 17,50 5,98

    2 21,66 2,25 19,68 4,05 17,39 6,09

    3 21,11 2,35 18,86 4,14 17,14 6,24

    4 20,89 2,62 18,60 4,32 17,01 6,13

    5 20,64 2,76 18,41 4,47 16,87 6,33

    70

    0 42,42 - 42,42 - 42,42 -

    1 21,65 2,22 19,79 3,56 17,76 5,65

    2 21,34 2,44 19,35 3,70 17,56 5,90

    3 21,00 2,63 19,28 3,92 17,41 6,05

    4 20,72 2,87 19,00 4,01 17,20 6,10

    5 20,44 2,99 18,75 4,18 16,98 6,27

  • perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id

    commit to user

    22 Laporan Tugas Akhir Pembuatan Fermentor Skala Laboratorium untuk Fermentasi Bioetanol secara Kontinyu dengan Biokatalis Yeast yang Ter-imobilisasi dalam Kalsium Alginat

    Program Studi Diploma III Teknik Kimia Universitas Sebelas Maret Surakarta

    15

    18

    21

    24

    27

    30

    33

    36

    39

    42

    45

    0 1 2 3 4 5 6

    Kad

    ar G

    ula

    Red

    uksi

    (g/ 1

    00 m

    l)

    Waktu (jam)

    kurva berat yeast 50 g/ 250 ml

    kurva berat yeast 60 g/ 250 ml

    kurva berat yeast 70 g/ 250 ml

    15

    18

    21

    24

    27

    30

    33

    36

    39

    42

    45

    0 1 2 3 4 5 6

    Kad

    ar G

    ula

    Red

    uksi

    (g/ 1

    00 m

    l)

    Waktu (jam)

    kurva berat yeast 50 g/ 250 ml

    kurva berat yeast 60 g/ 250 ml

    kurva berat yeast 70 g/ 250 ml

    (a)

    (b)

  • perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id

    commit to user

    23 Laporan Tugas Akhir Pembuatan Fermentor Skala Laboratorium untuk Fermentasi Bioetanol secara Kontinyu dengan Biokatalis Yeast yang Ter-imobilisasi dalam Kalsium Alginat

    Program Studi Diploma III Teknik Kimia Universitas Sebelas Maret Surakarta

    Gambar 4.4 Grafik Pengaruh Berat Yeast Terhadap Kadar Gula Reduksi pada

    Ketinggian Imobil (a) 4 cm , (b) 8 cm , (c) 12 cm

    Dari Gambar 4.4 di atas terlihat untuk waktu fermentasi yang semakin

    lama kadar gula reduksi semakin menurun. Hal ini disebabkan karena

    glukosa diubah menjadi bioetanol pada waktu fermentasi, sehingga glukosa

    yang ada pada larutan umpan semakin berkurang seiring dengan

    bertambahnya bioetanol yang terbentuk. Penurunan kadar gula reduksi yang

    cukup signifikan terjadi pada 1 jam pertama karena pada saat awal fermentasi

    ini terjadi penyerapan glukosa oleh yeast yang digunakan untuk metabolisme

    sel dan memulai aktivitas. Pada saat ini yeast melakukan aktivitas yang

    paling banyak dan merupakan keadaan paling sensitif terhadap kondisi

    lingkungan.

    Pada Gambar 4.4 dapat dilihat bahwa kadar gula yang tersisa semakin

    kecil dengan semakin bertambahnya berat yeast dan tinggi imobil yang

    digunakan. Berat yeast akan berpengaruh langsung pada produksi bioetanol

    15

    18

    21

    24

    27

    30

    33

    36

    39

    42

    45

    0 1 2 3 4 5 6

    Kad

    ar G

    ula

    Red

    uksi

    (g/ 1

    00 m

    l)

    Waktu (jam)

    kurva berat yeast 50 g/ 250 ml

    kurva berat yeast 60 g/ 250 ml

    kurva berat yeast 70 g/ 250 ml

    (c)

  • perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id

    commit to user

    24 Laporan Tugas Akhir Pembuatan Fermentor Skala Laboratorium untuk Fermentasi Bioetanol secara Kontinyu dengan Biokatalis Yeast yang Ter-imobilisasi dalam Kalsium Alginat

    Program Studi Diploma III Teknik Kimia Universitas Sebelas Maret Surakarta

    yang dihasilkan. Semakin banyak yeast yang digunakan maka glukosa yang

    terkonversi menjadi bioetanol dan yang terkonsumsi untuk bertahan hidup

    oleh yeast akan semakin meningkat dan sisa glukosa yang tidak terkonversi

    pada aliran produk semakin kecil.

    Pada Gambar 4.4 (a) dapat dilihat untuk ketinggian imobil 4 cm

    dengan berat yeast 50 g/250 ml terjadi penurunan kadar gula 20,34 g /100 ml

    , dan untuk berat yeast 60 g/250 ml terjadi penurunan kadar gula 21,78 g /100

    ml sedangkan berat yeast 70 g/250 ml terjadi penurunan kadar gula 21,98 g

    /100 ml. PadaGambar 4.4 (b) dapat dilihat untuk ketinggian imobil 8 cm

    dengan berat yeast 50 g/250 ml terjadi penurunan kadar gula 22,85 g /100 ml

    , dan untuk berat yeast 60 g/250 ml terjadi penurunan kadar gula 24,01 g /100

    ml sedangkan berat yeast 70 g/250 ml terjadi penurunan kadar gula 23,86 g

    /100 ml. Pada Gambar 4.4 (c) dapat dilihat untuk ketinggian imobil 12 cm

    dengan berat yeast 50 g/250 ml terjadi penurunan kadar gula 24,37 g /100 ml

    , dan untuk berat yeast 60 g/250 ml terjadi penurunan kadar gula 25,55 g /100

    ml sedangkan berat yeast 70 g/250 ml terjadi penurunan kadar gula 25,43 g

    /100 ml. Penurunan kadar gula terbesar terjadi pada ketinggian imobil 12 cm

    dengan berat yeast 60 g/250 ml sebesar 25,55 g /100ml dari kadar 42,42

    g/100 ml menjadi16,87 g /100 ml.

    10

    15

    20

    25

    30

    35

    40

    45

    0 1 2 3 4 5 6

    Kad

    ar G

    ula

    Red

    uksi

    (g

    / 100

    ml)

    Waktu (jam)

    kurva ketinggian 4 cm

    kurva ketinggian 8 cm

    kurva ketinggian 12 cm

  • perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id

    commit to user

    25 Laporan Tugas Akhir Pembuatan Fermentor Skala Laboratorium untuk Fermentasi Bioetanol secara Kontinyu dengan Biokatalis Yeast yang Ter-imobilisasi dalam Kalsium Alginat

    Program Studi Diploma III Teknik Kimia Universitas Sebelas Maret Surakarta

    Gambar 4.5 Grafik Pengaruh BeratYeast 60 g/250 ml Terhadap Kadar Gula

    Reduksi (g/100 ml) pada ketinggian Imobil 4 cm, 8 cm dan 12 cm

    Dari Gambar 4.5 dapat dilihat bahwa untuk berat yeast yang sama

    dengan ketinggian imobil yang berbeda (4 cm, 8 cm, 12 cm) kadar gula sisa

    semakin kecil. Berkurangnya kadar gula di dalam fermentor tidak hanya

    akibat dari terkonversi menjadi bioetanol tetapi juga karena sebagian

    terkonsumsi untuk mempertahankan hidup yeast, selain itu semakin banyak

    jumlah imobil yang digunakan untuk proses fermentasi di dalam fermentor.

    Bioetanol yang dihasilkan dari proses fermentasi sinambung dengan

    berat yeast yang berbeda dapat dilihat pada Gambar 4.6

    0

    0.5

    1

    1.5

    2

    2.5

    3

    3.5

    4

    4.5

    0 1 2 3 4 5 6

    Kad

    ar B

    ioet

    anol

    (%

    )

    Waktu (jam)

    kurva berat yeast 50 g/ 250 ml

    kurva berat yeast 60 g/ 250 ml

    kurva berat yeast 70 g / 250 ml

    (a)

  • perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id

    commit to user

    26 Laporan Tugas Akhir Pembuatan Fermentor Skala Laboratorium untuk Fermentasi Bioetanol secara Kontinyu dengan Biokatalis Yeast yang Ter-imobilisasi dalam Kalsium Alginat

    Program Studi Diploma III Teknik Kimia Universitas Sebelas Maret Surakarta

    0

    1

    2

    3

    4

    5

    6

    7

    0 1 2 3 4 5 6

    Kad

    ar B

    ioet

    anol

    (%

    )

    Waktu (jam)

    kurva berat yeast 50 g/ 250 ml

    kurva berat yeast 60 g/ 250 ml

    kurva berat yeast 70 g/ 250 ml

    0

    1

    2

    3

    4

    5

    6

    7

    8

    9

    10

    0 1 2 3 4 5 6

    Kad

    ar B

    ioet

    anol

    (%

    )

    Waktu (jam)

    kurva berat yeast 50 g/ 250 ml

    kurva berat yeast 60 g/ 250 ml

    kurva berat yeast 70 g/ 250 ml

    (b)

    (c)

  • perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id

    commit to user

    27 Laporan Tugas Akhir Pembuatan Fermentor Skala Laboratorium untuk Fermentasi Bioetanol secara Kontinyu dengan Biokatalis Yeast yang Ter-imobilisasi dalam Kalsium Alginat

    Program Studi Diploma III Teknik Kimia Universitas Sebelas Maret Surakarta

    Gambar 4.6 Grafik Pengaruh Berat Yeast Terhadap Kadar Bioetanol yang

    Dihasilkan pada Ketinggian Imobil (a) 4 cm , (b) 8 cm , (c) 12 cm

    Dari Gambar 4.6 terlihat bahwa produksi bioetanol meningkat secara

    berkala seiring dengan bertambahnya waktu mulai jam ke-0 sampai jam ke-5.

    Pada jam ke-0 belum ada bioetanol yang terbentuk sedangkan pada jam ke-1

    sampai jam ke-5 bioetanol yang dihasilkan meningkat, hal ini disebabkan

    karena glukosa diubah menjadi bioetanol pada waktu fermentasi.

    Pada Gambar 4.6 dapat dilihat juga bahwa kadar bioetanol yang

    dihasilkan semakin meningkat dengan bertambahnya berat yeast dan tinggi

    imobil yang digunakan. Berat yeast akan berpengaruh langsung pada

    produksi bioetanol yang dihasilkan. Semakin banyak yeast yang digunakan

    maka glukosa yang terkonversi menjadi bioetanol dan sisa glukosa yang tidak

    terkonversi pada aliran produk semakin kecil. Hal ini dapat dilihat pada

    Gambar 4.6 (a) dapat untuk ketinggian imobil 4 cm pada jam ke-5 dengan

    berat yeast 50 g/250 ml kadar bioetanol yang dihasilkan 1,81%, dan untuk

    berat yeast 60 g/250 ml kadar bioetanol yang dihasilkan 2,76 % sedangkan

    berat yeast 70 g/250 ml kadar bioetanol yang dihasilkan 2,99 %. Pada

    Gambar 4.6 (b) dapat dilihat untuk ketinggian imobil 8 cm pada jam ke-5

    dengan berat yeast 50 g/250 ml kadar bioetanol yang dihasilkan 3,18%, dan

    untuk berat yeast 60 g/250 ml kadar bioetanol yang dihasilkan 4,47%

    sedangkan berat yeast 70 g/250 ml kadar bioetanol yang dihasilkan 4,18%.

    Pada Gambar 4.6 (c) dapat dilihat untuk ketinggian imobil 12 cm pada jam

    ke-5 dengan berat yeast 50 g/250 ml kadar bioetanol yang dihasilkan 5,31%,

    dan untuk berat yeast 60 g/250 ml kadar bioetanol yang dihasilkan 6,33%

    sedangkan berat yeast 70 g/250 ml kadar bioetanol yang dihasilkan 6,27%.

    Kadar bioetanol terbesar dihasilkan pada ketinggian imobil 12 cm dengan

    berat yeast 60 g/250 ml sebesar 6,33%.

  • perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id

    commit to user

    28 Laporan Tugas Akhir Pembuatan Fermentor Skala Laboratorium untuk Fermentasi Bioetanol secara Kontinyu dengan Biokatalis Yeast yang Ter-imobilisasi dalam Kalsium Alginat

    Program Studi Diploma III Teknik Kimia Universitas Sebelas Maret Surakarta

    Gambar 4.7 Grafik Pengaruh Berat Yeast 60 g/250 ml Terhadap Kadar

    Bioetanol (%) pada Ketinggian Imobil 4 cm, 8 cm dan 12 cm

    Dari Gambar 4.7 dapat dilihat bahwa untuk berat yeast yang sama

    dengan ketinggian imobil yang berbeda (4 cm, 8 cm, 12 cm) kadar bioetanol

    yang dihasilkan semakin besar. Semakin lamanya waktu fermentasi maka

    semakin banyak larutan umpan yang dikonversi menjadi produk bioetanol.

    Hal ini terjadi karena waktu kontak yang terjadi semakin lama antara yeast

    dengan larutan umpan sehingga pengkonversian glukosa menjadi bioetanol

    meningkat pula.

    Dari hasil pengujian diperoleh kadar bioetanol, penurunan kadar gula

    dan produktivitas bioetanol maksimal pada proses fermentasi dalam

    fermentor packed bed terjadi pada berat yeast 60 g/250 ml dengan ketinggian

    12 cm yaitu: 6,33% (v/v) , 25,55g /100 ml dan3,52 g/L.jam. Hal ini

    ditunjukkan pada Gambar 4.8

    0

    1

    2

    3

    4

    5

    6

    7

    8

    9

    0 1 2 3 4 5 6

    Kad

    ar B

    ioet

    anol

    (%

    )

    Waktu (jam)

    Kurva ketinggian 4 cm

    kurva ketinggian 8 cm

    kurva ketinggian 12 cm

  • perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id

    commit to user

    29 Laporan Tugas Akhir Pembuatan Fermentor Skala Laboratorium untuk Fermentasi Bioetanol secara Kontinyu dengan Biokatalis Yeast yang Ter-imobilisasi dalam Kalsium Alginat

    Program Studi Diploma III Teknik Kimia Universitas Sebelas Maret Surakarta

    Gambar 4.8 Grafik Pengaruh Berat Yeast 60 g/ 250 ml Terhadap Kadar Gula

    Reduksi (g/ 100 ml) dan Bioetanol yang Dihasilkan (%)

    Seperti terlihat pada Gambar 4.8 kadar gula reduksi berbanding

    terbalik dengan nilai kadar bioetanol. Semakin lamanya waktu fermentasi

    kadar gula semakin menurun sedangkan kadar bioetanol semakin meningkat.

    Hal ini terjadi karena kontak antara imobil dengan larutan umpan semakin

    lama sehingga pengkonversian glukosa menjadi bioetanol meningkat pula.

    Dari hasil penelitian yang dilakukan Tri widjaja (2009), fermentasi

    secara batch dengan lama proses fermentasi selama 52 jam, konsentrasi gula

    18% dengan Saccharomyces cerevisiae diperoleh produktivitas etanol sebesar

    0,25 g/L.jam dan kadar 8,92 g/L. Sedangkan pada proses fermentasi secara

    kontinyu dengan teknik imobilisasi kalsium alginat dalam fermentor unggun

    0

    5

    10

    15

    20

    25

    30

    35

    40

    45

    50

    0

    1

    2

    3

    4

    5

    6

    7

    8

    9

    0 1 2 3 4 5 6

    Kad

    ar G

    ula

    Red

    uksi

    (mg/

    100m

    l)

    Kad

    ar B

    ioet

    anol

    (%

    )

    Waktu (jam)

    kurva kadar Bioetanol

    kurva kadar Gula Reduksi

  • perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id

    commit to user

    30 Laporan Tugas Akhir Pembuatan Fermentor Skala Laboratorium untuk Fermentasi Bioetanol secara Kontinyu dengan Biokatalis Yeast yang Ter-imobilisasi dalam Kalsium Alginat

    Program Studi Diploma III Teknik Kimia Universitas Sebelas Maret Surakarta

    tetap (packed bed) didapat hasil bahwa produktivitas dan kadar etanol

    tertinggi pada konsentrasi gula 17% masing-masing sebesar 3,52 g/L.jam dan

    kadar 17,62 g/L. Hasil ini menunjukkan bahwa proses fementasi secara

    kontinyu dengan teknik imobilisasi sel mempunyai produktivitas dan kadar

    lebih baik dibanding dengan proses fermentasi secara batch.

  • perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id

    commit to user

    Laporan Tugas Akhir Pembuatan Fermentor Skala Laboratorium untuk Fermentasi Bioetanol secara Kontinyu dengan Biokatalis Yeast yang Ter-imobilisasi dalam Kalsium Alginat

    Program Studi Diploma III Teknik Kimia Universitas Sebelas Maret Surakarta

    31

    BAB V

    KESIMPULAN DAN SARAN

    A. Kesimpulan

    1. Fermentor unggun tetap (packed bed) dapat memproduksi bioetanol secara

    kontinyu. Fermentor ini terbuat dari bahan poliakrilik, dengan tinggi 85

    cm , diameter kolom (dalam) 4,6 cm dan tebal kolom 0,5 cm.

    2. Pembuatan bioetanol dari larutan gula 17% (w/v) menggunakan fermentor

    unggun tetap dengan biokatalis yeast yang ter-imobilisasi dalam kalsium

    alginat menghasilkan bioetanol kadar 6,33% dan produktivitas bioetanol

    3,52 g/L.jam.

    B. Saran

    1. Memperbaiki desain fermentor dengan perlengkapan alat kontrol

    (flowmeter) sehingga dapat diterapkan dalam skala pilot plant.

    2. Menggunakan jenis bahan isian yang berbeda (karagenan) sehingga

    produktivitas bioetanol meningkat.

    3. Untuk meningkatkan produktifitas dan kadar bioetanol dapat dilakukan

    dengan memperbanyak bahan isian serta menambah tinggi kolom

    fermentor.

    4. Pada skala industri, untuk menghindari tangki umpan mengalami

    penyusutan dan mengalirkan umpan ke fermentor dapat menggunakan

    udara tekan dari kompresor yang telah melalui proses filtrasi.