Penelitian ini secara garis besar dilakukan dalam dua tahap:
tahap pretreatment dan hidrolisa asam yang dilanjutkan dengan tahap
detoksifikasi. Tahap pretreatment dan hidrolisa asam: bagasse
dikeringkan terlebih dahulu pada suhu 105oC selama 16 jam
selanjutnya disimpan dalam desikator untuk mempertahankan level
moisture (Lavarack et al., 2002). Bagasse yang telah mencapai level
moisture yang diinginkan selanjutnya diperkecil ukurannya hingga
120 mesh (Iranmahboob et al., 2002). Selanjutnya dilakukan
hidrolisa dengan ditambahkan H2SO4 (0,25, 0,5 dan 0,75 w/w) pada
155oC, 10 bar dan berbagai waktu hidrolisa (5, 15, 30, dan 45
menit). Tahap berikutnya adalah netralisasi /detoksifikasi, yaitu
dengan menambahkan kombinasi Ca(OH)2 dan H2SO4 hingga pH hidrolisat
mencapai 5,5 (Mussatto dan Roberto, 2004) atau hanya dengan
menambahkan NaOH 1 N hingga pH hidrolisat mencapai 5,5 (Iranmahboob
et al., 2002). Penelitian ini menggunakan 5 g bagasse dengan
solid/liquid ratio 0,05 w/w. Tahapan penelitian dapat dilihat lebih
jelas pada Gambar 1.
Hidrolisis Selulosa Serat Batang Pisang Hidrolisis batang pisang
dilakukan dengan menggunakan katalis asam cair yaitu asam sulfat
96%. Dalam penelitian ini proses hidrolisis dilakukan dengan
menggunakan variasi konsentrasi asam sulfat (0,25 M, 0,5 M, 1,0 M)
dan variasi suhu (85 0C, 100 0C), selama 270 menit dengan
pengambilan contoh setiap 30 menit untuk mengetahui laju reaksi
dari proses hidrolisis tersebut. Konversi selulosa hasil hidrolisis
dengan rentang waktu reaksi 270 menit dihitung berdasarkan dua
pendekatan, yaitu secara gravimetri dengan menimbang selulosa umpan
dan sisa selulosa, serta perhitungan konversi secara titrasi dengan
menghitung jumlah gula yang terbentuk selama proses hidrolisis.
Contoh yang telah diambil segera dinetralkan dan dianalisis gula
pereduksinya. Hal ini bertujuan agar produk yang telah terbentuk
tidak terdekomposisi membentuk senyawa-senyawa yang tidak
diinginkan. Analisis gula pereduksi dilakukan dengan menggunakan
metode Luff-Schorll.
Hidrolisis Serangkaian penelitian mengenai hidrolisis residu
rumput laut telah dilakukan oleh Febriansyah dan Adi Chandra
(2008), dimana diperoleh kondisi optimum hidrolisis residu rumput
laut dari ektraksi agar jenis Gracilaria coronopifolia menggunakan
H2SO4 sebagai katalis dengan konsentrasi 7%, waktu hidrolisis 3
jam, temperatur 85 C pada perbandingan padatan terhadap pelarut
1:0,5 menghasilkan gula sebesar 31,075 g/L. Konsentrasi asam, waktu
hidrolisis, temperatur dan kecepatan pengadukan selama hidrolisis
merupakan parameter-parameter yang mempengaruhi perolehan gula
hasil hidrolisis.o
Proses hidrolisis Persiapan bahan baku Residu rumput laut Limbah
industri karagenan (Eucheuma spinosum) dikeringkan terlebih dahulu
hingga beratnya konstan. Penentuan Kondisi Optimum Hidrolisis
Setiap 10 gram padatan umpan (residu rumput laut) dimasak dengan
larutan asam (5 ml H2SO4 98% ditambah akuades hingga konsentrasi
asam mencapai 7%) selama 2 jam dengan temperatur hidrolisis 80, 90,
dan 100 C serta kecepatan pengadukan 100, 150, dan 200 rpm.
Campuran hasil hidrolisis disaring sehingga didapatkan larutan gula
dan asam. Detoksifikasi Hidrolisat Hidrolisat yang sudah disaring
dengan kertas saring kemudian didetoksifikasi dengan penambahan 20%
(w/v) Ca(OH)2 hingga pH mencapai 10 pada temperatur 30 C. Setelah 1
jam hidrolisat disaring dengan kertas saring. Lakukan analisis
gula. Proses fermentasio o
Persiapan Sampel Sampel yang digunakan dalam penelitian ini
berupa gula hasil hidrolisis residu rumput laut (Eucheuma spinosum)
yang diperoleh dari hidrolisat yang telah didetoksifikasi. pH
sampel sebelum fermentasi diatur pada pH 4,5 dengan penambahan
larutan buffer asetat. Lalu campuran dimasukkan ke dalam botol
penampung yang bersih dan steril dan ditutup dengan kapas serta
dilapisi dengan aluminium foil, kemudian disterilisasi dalam
autoclave pada temperatur 120 C selama 15 menit dan tekanan 1 atm,
selanjutnya didinginkan dan disimpan dalam lemari pendingin suhu 4
C. Tahap Fermentasi Sebanyak 10 mL sampel dimasukkan ke dalam botol
vial, lalu ditambahkan sejumlah ragi komersial Fermipan sebanyak 1%
(b/v), diaduk sebentar, kemudian ditutup segera dan dibiarkan
selama beberapa hari. Perubahan konsentrasi glukosa sampel diamati
setiap harinya hingga diperoleh konsentrasi glukosa yang konstan
(tidak terjadi proses fermentasi lagi).o o
Pretreatment bahan baku Kertas di potong kecil-kecil, dan
kemudian di blender dengan ditambahkan sejumlah air, dan kemudian
di keringkan ke dalam oven selama beberapa waktu sampai kandungan
air nya hilang (sedikit)
Umumnya asam yang digunakan adalah H2SO4 atau HCl (Mussatto dan
Roberto, 2004) pada range konsentrasi 2-5% (Iranmahboob et al.,
2002; Sun dan Cheng, 2002), dan suhu reaksi 160oC
Secara umum, produksi bioethanol ini mencakup 3 (tiga) rangkaian
proses, yaitu: Persiapan Bahan baku, Fermentasi, dan Pemurnian. 1.
Persiapan Bahan Baku Bahan baku untuk produksi biethanol bisa
didapatkan dari berbagai tanaman, baik yang secara langsung
menghasilkan gula sederhana semisal Tebu (sugarcane), gandum manis
(sweet sorghum) atau yang menghasilkan tepung seperti jagung
(corn), singkong (cassava) dan gandum (grain sorghum) disamping
bahan lainnya. Persiapan bahan baku beragam bergantung pada bahan
bakunya, tetapi secara umum terbagi menjadi beberapa proses,
yaitu:
y y y
Tebu dan Gandum manis harus digiling untuk mengektrak gula
Tepung dan material selulosa harus dihancurkan untuk memecahkan
susunan tepungnya agar bisa berinteraksi dengan air secara baik
Pemasakan, Tepung dikonversi menjadi gula melalui proses pemecahan
menjadi gula kompleks (liquefaction) dan sakarifikasi
(Saccharification) dengan penambahan air, enzyme serta panas (enzim
hidrolisis). Pemilihan jenis enzim sangat bergantung terhadap
supplier untuk menentukan pengontrolan proses pemasakan. Tahap
Liquefaction memerlukan penanganan sebagai berikut:
y y y y
Pencampuran dengan air secara merata hingga menjadi bubur
Pengaturan pH agar sesuai dengan kondisi kerja enzim Penambahan
enzim (alpha-amilase) dengan perbandingan yang tepat Pemanasan
bubur hingga kisaran 80 sd 90 C, dimana tepung-tepung yang bebas
akan mengalami gelatinasi (mengental seperti Jelly) seiring dengan
kenaikan suhu, sampai suhu optimum enzim bekerja memecahkan
struktur tepung secara kimiawi menjadi gula komplek (dextrin).
Proses Liquefaction selesai ditandai dengan parameter dimana bubur
yang diproses menjadi lebih cair seperti sup. Tahap sakarifikasi
(pemecahan gula kompleks menjadi gula sederhana) melibatkan proses
sebagai berikut:
y y y y
Pendinginan bubur sampai suhu optimum enzim sakarifikasi bekerja
Pengaturan pH optimum enzim Penambahan enzim (glukoamilase) secara
tepat Mempertahankan pH dan temperature pada rentang 50 sd 60 C
sampai proses sakarifikasi selesai (dilakukan dengan pengetesan
gula sederhana yang dihasilkan) 2. Fermentasi Pada tahap ini,
tepung telah sampai pada titik telah berubah menjadi gula sederhana
(glukosa dan sebagian fruktosa) dimana proses selanjutnya
melibatkan penambahan enzim yang diletakkan pada ragi (yeast) agar
dapat bekerja pada suhu optimum. Proses fermentasi ini akan
menghasilkan etanol dan CO2. Bubur kemudian dialirkan kedalam
tangki fermentasi dan didinginkan pada suhu optimum kisaran 27 sd
32 C, dan membutuhkan ketelitian agar tidak terkontaminasi oleh
mikroba lainnya. Karena itu keseluruhan rangkaian proses dari
liquefaction, sakarifikasi dan fermentasi haruslah dilakukan pada
kondisi bebas kontaminan. Selanjutnya ragi akan menghasilkan
ethanol sampai kandungan etanol dalam tangki mencapai 8 sd 12 %
(biasa disebut dengan cairan beer), dan selanjutnya ragi tersebut
akan menjadi tidak aktif, karena kelebihan etanol akan berakibat
racun bagi ragi. Dan tahap selanjutnya yang dilakukan adalah
destilasi, namun sebelum destilasi perlu dilakukan pemisahan
padatan-cairan, untuk menghindari terjadinya clogging selama proses
distilasi. 3. Pemurnian / Distilasi Distilasi dilakukan untuk
memisahkan etanol dari beer (sebagian besar adalah air dan etanol).
Titik didih etanol murni adalah 78 C sedangkan air adalah 100 C
(Kondisi standar). Dengan memanaskan larutan pada suhu rentang 78
100 C akan mengakibatkan sebagian besar etanol menguap, dan melalui
unit kondensasi akan bisa dihasilkan etanol dengan konsentrasi 95 %
volume.
variasi konsentrasi 1,0%; 1,5%; 2,0%; 2,5% dan 3,0% (v/v).
1. pembuatan etanol proses pembuatan etanol dari bahan yang
mengandung selulosa maupun pati dapat dilakukan dengan proses
hidrolisis dengan menggunakan asam sulfat (H2SO4) atau asam klorida
(HCl). namun dengan cara ini dihasilkan kadar etanol yang lebih
kecil. Selain itu, biaya produksinya besar karena menggunakan bahan
kimia yang relatif mahal, menimbulkan masalah korosi serta kurang
ramah lingkungan karena penggunaan asam pada proses hidrolisisnya.
Cara yang lebih baik untuk produksi bioetanol yaitu dengan
pengembangan teknologi bioproses dengan pendekatan enzimatik . a.
produksi etanol dari tetes (molasses) Tetes merupakan hasil
sampingan proses pembuatan gula. Tetes mengandung sejumlah besar
gula baik sukrosa maupun gula pereduksi. Total kandungan gula
berkisar 48-56 persen sedangkan pH-nya 5,5 -6.5. Untuk pembuatan
etanol, tetes terlebih dahulu diencerkan dengan air sehingga
konsentrasi air gulanya menjadi 14-18%. Jika konsentrasi gula
terlalu tinggi akan berakibat buruj pada khamir yang digunakan atau
alkohol yang dihasilkan akan menghambat aktifitas khamir. Nutrisi
yang ditambahkan biasanya berupa ammonium sulfat atau (NH4)2SO2
sebanyak 70-400 g/100liter cairan tetes. Sebagai sumber nitrogen
dapat digunakan ammonia (NH3), garam ammonium, asam amino,peptide,
pepton, nitrat atau urea dan tergantung jenis khamir yang
digunakan. pH menjadi 4,5-5,0 dilakukan dengan cara menambahkan
sulfat antara 1-21/1000 1 cairan tetes. Selanjutnya cairan tetes
diatas diinokulasi dengan biakan khamir sebanyak 5-8% volume. Lama
fermentasi berkisar 30-72 jam, tergantung pada komposisi tetes,
konsentrasi gula dan suhu fermentasi. Kondisi fermentasi berjalan
secara anaerob dan laju pembentukan CO2 sebesar 160kg/ton tetes.
Suhu optimum berkisar antara 3233oC.kandungan alkohol pada akhir
proses antara 6-9 persSalah satu species ragi yang telah dikenal
mempunyai daya konversi gula menjadi etanol yang sangat tinggi
adalah Saccharomiyces cerevisiae. S. cerevisiae menghasilkan enzim
zimase dan invertase. Enzim zimase berfungsi sebagai pemecah
sukrosa menjadi monosakarida. Enzim invertase selanjutnya mengubah
glukosa menjadi etanol.
