BAB I

PENDAHULUAN

1.1 Latar Belakang

Berbagai kebutuhan manusia secara sadar atau tidak sadar pasti

menggunakan bahan bakar minyak, hal ini dikarenakan berkembangnya ilmu

pengetahuan yang sangat pesat di bidang energi. Namun pada kenyataannya bahan

bakar minyak yang terkandung dalam bumi persediaannya semakin menipis. Apalagi

seperti kita ketahui minyak bumi merupakan bahan bakar yang tidak dapat

diperbaharui. Di Indonesia dilaporkan cadangan efektifnya hanya berkisar 1.6 milyar

barrel. Dengan tingkat penggunaan saat ini serta dengan peningkatan pemakaian 5%

per tahun, diperkirakan cadangan minyak bumi akan habis dalam kurun waktu 10

tahun (Hasyim,2004).

Disamping kelangkaan bahan bakar polusi udara yang disebabkan oleh

tingginya kadar CO2 dan SO2 akibat penggunaan bahan bakar fosil, menyebabkan

perubahan iklim global dan efek rumah kaca. Oleh karena itu pada saat ini usaha

mencari sumber energi alternatif semakin meningkat.

Bioetanol merupakan alternatif untuk menyelesaikan masalah ketersediaan

bahan bakar yang saat ini masih tergantung pada bahan bakar minyak (BBM).

Pengembangan bioetanol dari sampah organik sebagai pengganti BBM memiliki

beberapa keuntungan, yaitu penggunaan bioetanol sebagai campuran premium

menghasilkan emisi gas buang yang lebih ramah lingkungan karena kandungan

1

oksigennya dapat meningkatkan efisiensi pembakaran. Bioetanol juga mampu

meningkatkan angka oktan dan mengurangi penggunaan aditif bertimbel yang

berbahaya terhadap lingkungan hidup. Selain itu jumlah sampah tiap harinya yang

dihasilkan di Indonesia umumnya sangat banyak, dan di Kalimantan Timur

khususnya. Percobaan mengenai bioetanol banyak dilakukan dengan berbagai bahan

baku. Diantaranya tandan kosong kelapa sawit, selulosa bagas, limbah nanas, dan lain

sebagainya. Samsuri (2007) mengatakan bahwa bioetanol yang dapat dihasilkan dari

selulosa bagas dengan adanya penambahan konsentrasi HCl didapatkan bioetanol

dengan konsentrasi 0,54 g/L, dibandingkan dengan tidak adanya penambahan

konsentrasi HCl hanya didapat 0,28 g/L . Apalagi pemerintah saat ini sedang giat

mengembangkan bioetanol yang berasal dari biomassa, yang biasa disebut dengan

bioetanol generasi kedua. Hal ini dikarenakan bahan baku tersedia melimpah di

Indonesia. Jika kita membudidayakan tanaman apapun, termasuk tanaman pangan

(untuk menghasilkan gula, pati, minyak-lemak, dan sebagainya), bahan yang

diproduksi terbesar oleh tanaman adalah lignoselulosa. Jika hasil-hasil pertanian dan

perkebunan dipanen, bahan lignoselulosa akan tertinggal sebagai limbah pertanian

atau sisa penggunaan tanaman dan biasanya kurang termanfaatkan. Hal ini

menyebabkan lignoselulosa berpotensi digunakan sebagai bahan mentah produksi

bahan bakar nabati (BBN). Teknologi bioetanol generasi kedua sedang intensif

dikembangkan, terutama oleh Amerika Serikat. Pabrik-pabrik demonstrasi juga sudah

dan sedang didirikan di berbagai lokasi di Amerika Utara antara lain oleh Celunol

Corp dengan kapasitas 200 ribu m3/tahun di Louisiana.(Shofinita, 2009)

2

Salah satu bahan sumber energi alternatif tersebut adalah pengolahan

bioetanol dari jerami padi. Seperti diketahui, padi akan terus diproduksi dan tidak

pernah berhenti selama manusia masih tetap hidup di bumi ini. Padi merupakan salah

satu bentuk tumbuhan yang menghasilkan makanan pokok bagi manusia yaitu beras

yang nantinya dapat diolah menjadi nasi dan dapat dikonsumsi oleh manusia.

Salah satu limbah pertanian di Indonesia yang belum dimanfaatkan adalah

Limbah tanaman padi (jerami). Jerami adalah tanaman padi yang telah diambil

buahnya (gabahnya), sehingga tinggal batang dan daunnya yang merupakan limbah

pertanianterbesar serta belum sepenuhnya dimanfaatkan karena adanya faktor teknis

dan ekonomis.

Pada sebagian petani, jerami sering digunakan sebagai mulsa pada saat

menanam palawija. Hanya sebagian kecil petani menggunakan jerami sebagai pakan

ternak alternatif di kala musim kering karena sulitnya mendapatkan hijauan. Di lain

pihak jerami sebagai limbah pertanian, sering menjadi permasalahan bagi petani,

sehingga sering di bakar untuk mengatasi masalah tersebut. Produksi jerami padi

dapat mencapai 12 - 15 ton per hektar per panen, bervariasi tergantung pada lokasi

dan jenis varietas tanaman padi yang digunakan. 3 Produksi padi nasional mencapai

54,75 juta ton pertahun pada tahun 2006, meningkat sebesar 1,11% dibandingkan

produksi padi tahun 2005.

Peningkatan produksi padi juga diiringi peningkatan limbah jerami padi

(Berita Resmi Statistik, 2006). Biomassa berselulosa terbentuk dari tiga komponen

utama yakni selulosa, hemiselulosa dan lignin. Selulosa merupakan komponen utama

yang terkandung dalam dinding sel tumbuhan dan mendominasi hingga 50% berat

3

kering tumbuhan. Jerami padi diketahui memiliki kandungan selulosa yang tinggi,

mencapai 34.2% berat kering, 24.5% hemiselulosa dan kandungan lignin hingga

23.4%..

1.2 Perumusan Dan Batasan Masalah

Limbah pertanian padi yang berupa jerami padi ini biasanya hanya dibakar

atau dibuang begitu saja, tanpa adanya penanganan khusus atau alternatif lain untuk

mengurangi jumlah limbah ini. Padahal jerami padi ini bisa dijadikan bahan bakar

alternatif pengganti bahan bakar minyak, yaitu berupa bioetanol. Pengembangan

bioetanol merupakan langkah yang tepat dalam rangka menghadapi menipisnya

cadangan minyak dunia. Adapun proses pembuatan dari bioetanol sendiri terbagi

menjadi 4 tahap, yaitu preparasi, pretreatment, hidrolisis dan fermentasi.

Pada penulisan tugas akhir ini, perlu dibatasi bagian-bagian apa saja yang

direncanakan untuk diteliti agar ruang lingkup permasalahan tidak berkembang lebih

jauh. Maka dibuat batasan permasalahan yaitu mendapatkan produk bioetanol dan

melakukan uji analisa pada produk bioetanol yang telah dihasilkan.

1.3 Tujuan Penelitian

Pada penelitian kali ini bertujuan yaitu:

1. Untuk mendapatkan produk bioetanol dari jerami padi.

2. Untuk menentukan hasil analisa kandungan bioetanol yang telah

dihasilkan dari jerami padi.

4

1.4 Manfaat penelitian

Diharapkan dengan adanya penelitian ini dapat memberikan nilai tambah

pada jerami padi yang merupakan limbah hasil pertanian sehingga dapat berkembang

menjadi sumber energi alternatif ramah lingkungan yang berbasis selulosa.

5

BAB II

DASAR TEORI

2.1 Padi

2.1.1 Pengertian Padi

.

Tabel 2.1 Kandungan Lignoselulosa pada residu dan Limbah Pertanian secara umum

Materi Lignoselulosa Selulosa (%) Hemiselulosa (%) Lignin (%)

Kertas 85-99 0 0-15

Daun 15-20 80-85 0

Koran 40-55 25-40 18-30

Limbah kertas dari pabrik pulp 60-70 10-20 5-10

Bagas 33,4 30 18,9

Kulit kacang 25-30 25-30 30-40

Kulit jagung 45 35 15

Lemak babi 6 28 -

Jerami padi 32,1 24 18

Jerami gandum 30 50 15

Kulit biji kapas 80-95 5-20 0

Kayu keras 40-55 24-40 18-25

Kayu lunak 45-50 25-35 25-35

Padatan air limbah primer 8-15 - 24-29

6

Materi Lignoselulosa Selulosa (%) Hemiselulosa (%) Lignin (%)

Padatan pupuk peternakan 1,6-4,7 1,4-3,3 2,7-5,7

Rumput bermuda pesisir 25 35,7 6,4

Rumput gajah 25-40 25-50 10-30

Rumput pada kebun buah 32 40 4,7

Rumput pada tanaman berdaun

lebat

21,3 15,8 2,7

Rumput pada tanaman berbiji 26,7 25,7 7,3

Limbah pilihan 60 20 20

Rumput 45 31,4 12,0

Sumber: Betts et al. (1991); Sun and Cheng, (2002)

Varietas yang banyak dari sumber biomassa ditunjukkan dari tabel 2.2 di

bawah ini yang akan diubah menjadi bioproduk. Menurut Smith et al., 1987, sumber-

sumber lignoselulosa dapat digunakan untuk menciptakan biomaterial yang baru.

Dimana dapat berguna bagi kehidupan manusia.

Tabel 2.2 Tipe dari Lignoselulosa dan Penggunaannya

Jenis lignoselulosa Residu Penggunaan

Hasil panen tanaman biji-

bijian

Gandum, padi, jagung,

gandum pilihan

Jerami, kulit gandum, kulit

jagung

Makanan hewan, dibakar

sebagai bahan baker,

penyubur tanah

7

Jenis lignoselulosa Residu Penggunaan

Proses tanaman biji-bijian

Jagung, gandum, padi,

kedelai

Air buangan, bonggol

jagung, lapisan putih

jagung

Makanan hewan

Hasil panen buah dan

sayur

Biji-bijian, kulit buah,

sayur rusak

Makanan ikan dan hewan,

biji-bijian untuk minyak

ekstraksi

Proses pengolahan buah

dan sayur

Biji-bijian, kulit buah, air

buangan, sayur dan buah

yang tidak layak

Makanan ikan dan hewan,

biji-bijian untuk minyak

ekstraksi

Tebu sebagai bahan dasar

pabrik gula

Bagas Digunakan sebagai bahan

bakar

Pabrik minyak biji-bijian

Kacang, biji kapas, olive,

kedelai

Pembungkus kacang, serat,

sludge, air buangan, cake

hasil pengepresan

Makanan hewan, penyubur

tanah, sebagai bahan baker

Limbah hewan Limbah lain, rabuk Penyubur tanah

Pulp dan kertas hasil

hutan

Log dari pengambilan

hasil hutan

Residu kayu, bark,

dedaunan

Dibakar, penyubur tanah

Limbah potongan dan

plywood

Chip kayu, lembaran kayu,

potongan kayu, dan lain-

Industri pulp dan kertas,

chip dan serat kayu.

8

Jenis lignoselulosa Residu Penggunaan

lain

Gilingan kertas dan bubur

(pulp)

Limbah serat, liquor sulfit Digunakan kembali dalam

pabrik pulp dan papan

tulis, yang digunakan

sebagai bahan bakar

Limbah lignoselulosa dari

pemukiman penduduk

Koran, kertas, limbah

pembuatan papan tulis,

papan lapuk, lembaran

papan

Sedikit digunakan

kembali, biasanya

digunakan sebagai bahan

bakar.

Rumput Rumput yang tidak

digunakan

Dibakar

Sumber: Smith et al., 1987

Potensi biomassa sebagai bahan baku etanol bervariasi sesuai dengan

kandungan bahan penyusun yang dapat dikonversi menjadi gula sederhana, yaitu

selulosa dan hemiselulosa. Kandungan berbagai jenis biomassa disajikan pada Tabel

2.3. Berdasarkan rata-rata kandungan selulosa (42%) dan hemiselulosa pada kayu,

dengan hasil secara teoritis maksimum dari etanol, diperkirakan akan dihasilkan 0,32

g etanol per g kayu. Perhitungan ini berdasarkan pada asumsi jika semua kandungan

selulosa dan hemiselulosa dapat diubah menjadi gula, dan konversi gula ke etanol

0,51 g/g (Taherzadeh 1999).

9

2.2 Hidrolisis

Hidrolisis adalah suatu proses kimia yang menggunakan H2O sebagai

pemecah suatu persenyawaan termasuk inverse gula. Saponifikasi lemak dan ester,

pemecahan protein. H2O sebagai zat pereaksi dalam pengertian luas termasuk larutan

asam dan basa (Risvank, 2008).

Hidrolisis bertujuan untuk memecah selulosa dan hemiselulosa menjadi

monosakarida yang selanjutnya akan difermentasi menjadi etanol.

Secara umum teknik hidrolisis dibagi menjadi dua, yaitu: hidrolisis asam

encer (dilute acid hydrolisis), hidrolisis asam pekat (concentrated acid hydrolisis) dan

hidrolisis enzimatik (enzymatic hydrolysis).

1. Hidrolisis dalam larutan asam.

Asam encer atau pekat misalnya asam klorida (HCl) dan asam sulfat (H2SO4)

yang digunakan biasanya berfungsi sebagai katalisator. Asam encer, pada

umumnya memiliki kecepatan reaksi sebanding dengan konsentrasi H+ menjadi

[H+] dimana sifat ini tidak berlaku pada asam pekat. Hidrolisis menggunakan atau

memakai H2SO4 lebih disukai karena HCl korosif, contoh reaksi hidrolisis yang

terjadi menggunakan larutan asam.

Secara umum hidrolisis asam encer terdiri dari dua tahap. Tahap pertama

dilakukan dalam kondisi yang rendah daripada tahap kedua. Tahap ini sebagian

besar hemiselulosa akan terhidrolisis. Tahap kedua dioptimasi untuk

menghidrolisis selulosa. Sedangkan hidrolisis asam pekat meliputi proses

dekristalisasi selulosa dengan asam pekat dan dilanjutkan dengan hidrolisis

selulosa dengan asam encer.

10

2. Hidrolisis enzimatik

Proses hidrolisis enzimatik mirip dengan proses-proses diatas yaitu

dengan mengganti asam dengan enzim. Teknik ini dikenal dengan teknik

hidrolisis dan fermentasi terpisah ( separated hydrolysis and fermentation).

Hidrolisis dengan enzim tidak membuat atau menghasilkan kondisi lingkungan

yang mendukung proses biologi/fermentasi seperti pada hidrolisis dengan asam,

kondisi ini memungkinkan untuk dilakukan tahapan hidrolisis dan fermentasi

secara bersamaan yang dikenal dengan Simultaneous Saccharification and

Fermentation (SSF). Jenis-jenis hidrolisis ada lima macam, yaitu:

1. Hidrolisis murni, direaksikan dengan H2O saja, reaksi lambat sehingga jarang

digunakan dalam industri (tidak komersial). Hanya untuk senyawa-senyawa

yang reaktif. Reaksi dapat dipercepat dengan menggunakan H2O uap.

2. Hidrolisis dalam larutan asam, asam encer atau pekat missal HCl dan H2SO4.

Biasanya sebagai katalisator. Asam encer, umumnya mempunyai kecepatan

reaksi sebanding dengan konsentrasi H+ menjadi [H+]. Sifat ini tidak berlaku

pada asam pekat. Pemakaian H2SO4 lebih disukai karena HCl korosif.

3. Hidrolisis dalam larutan basa, basa encer atau pekat seperti NaOH dan KOH.

Penggunaan basa terbatas karena hasil akhir adalah garam bukan asam.

4. Alkali Fusion, dengan atau tanpa H2O pada suhu tinggi, misalnya pada NaOH

padat (H2O<<). Pemakaian industri untuk tujuan tertentu, misal peleburan

bahan-bahan selulosa seperti tongkol jagung, gergaji kayu yang dilakukan

pada suhu tinggi (±240oC) dengan NaOH padat menghasilkan asam oksalat

dan asam asetat.

11

5. Hidrolisis dengan enzim sebagai katalisator, menggunakan enzim yang

dihasilkan oleh mikroba. (Risvank,2008)

2.2.1 Pengaruh katalis pada proses Hidrolisis

Produksi etanol dari lignoselulosa dapat dilakukan dengan teknologi hidrolisis

menggunakan asam sulfat (H2SO4) atau asam klorida (HCl). Penambahan asam kuat

konsentrasi rendah dapat meningkatkan kunatitas etanol yang dihasilkan karena ion

H+ pada asam kuat dapat memutuskan ikatan glikosid yang terdapat pada selulosa.

(Samsuri, 2006).

Hidrolisis selulosa memerlukan asam kuat dan suhu tinggi karena bagian yang

mudah dihidrolisis dari selulosa sering tergantung pada bagian yang bersifat amorph

dari selulosa dan kekuatan kristal selulosa. Rata-rata selulosa mengandung 15%

bagian amorph dan 85% bagian kristalin. Selulosa yang terdiri dari rantai panjang

unit glukosa pecah pada bagian amorfus (tidak terbentuk) kemudian dilanjutkan pada

bagian kristal menjadi ranta-rantai pendek yang akhirnya menjadi unit-unit glukosa

oleh adanya asam.

2.2.2 Pengaruh waktu pemanasan pada proses hidrolisis

Pada umumnya kenaikan suhu akan meningkatkan kecepatan hidrolisis,

tergantung pada karakteristik-karakteristik khusus seperti jenis asam, konsentrasi

asam, harga pH, kekuatan asam, suhu dan tekanan.

Reaksi-reaksi hidrasi secara khusus terjadi selama perlakuan panas terhadap

polisakarida. Disamping itu juga merupakan reaksi-reaksi samping yang tidak dapat

dihindari pada keadaan hidrolisis yang bersifat asam, menyebabkan dekomposisi gula

yang terhidrolisis. Tergantung pada konsentrasi asam dan suhu yang digunakan,

12

banyak produksi reaksi yang mungkin dihasilkan, kebanyakan agak kurang stabil atau

hanya terdapat dalam konsentrasi rendah. (Popoff dkk, 1972).

Dehidrasi yang dikatalisis asam pada kondisi lunak menghasilkan

pembentukan gula anhidro dengan ikatan glikosida antarmolekul, yang dihasilkan

dari eliminasi molekul air dari dua gugus hidroksi (misal 1,6-anhidroglukosa atau

levoglukosan), serangkaian hasil degradasi lebih lanjut mungkin dapat dibentuk, yang

sebagian adalah senyawa aromatik dan senyawa kondensasi. Produk degradasi yang

paling penting dari segi hasil dan kemungkinan penggunaannya adalah senyawa siklis

furfural (2-furaldehida) yang dibentuk dari pentosa dan asam uronat, dan

hidroksimetilfurfural (5-hidroksimetil-2-furaldehida) (HMF) dari gula heksosa

terutama glukosa. Hasil yang tinggi dari senyawa-senyawa ini hanya diperoleh dalam

asam pekat pada suhu tinggi. Jika suhu dinaikkan molekul HMF siklis diubah

menjadi asam levulinat dan asam format.

2.3 Karakteristik Lignoselulosa

Lignoselulosa terutama tersusun atas lignin, selulosa, dan hemiselulosa.

Kandungannya bervariasi tergantung pada jenis dan umur tanaman.

2.3.1 Lignin

Lignin adalah polimer tri-dimensional phenylphropanoid yang dihubungkan

dengan beberapa ikatan berbeda antara karbon-ke-karbon dan beberapa ikatan lain

antara unit phenylprophane yang tidak mudah dihirolisis.(Miklos Bodanzky,1993) Di

alam lignin ditemukan sebagai bagian integral dari dinding sel tanaman, terbenam di

dalam polimer matrik dari selulosa dan hemiselulosa. Lignin adalah polimer dari unit

13

phenylpropene: unit guaiacyl (G) dari prekusor trans-coniferyl-alcohol, syringyl (S)

unit dari trans-sihapyl-alcohol, dan p-hydroxyphenyl (H) unit dari prekursor trans-p-

coumaryl alkohol.(John Jones,1991)

Beberapa studi lignin terbaru menemukan bahwa terdapat struktur lignin yang

bermacam-macam. Lignin seperti terdiri dari daerah amorphous dan bentuk-bentuk

tersturktur seperti partikel tabung dan globul. Ada indikasi pula bahwa struktur kimia

dan tri-dimensional lignin sangat dipengaruhi oleh matrik polisakarida. Simulasi

dinamik menunjukkan bahwa gugus hydroxyl dan methoxyl di dalam prekusor lignin

dan oligomer mungkin berinteraksi dengan mikrofibril selulosa sejalan dengan fakta

bahwa lignin memiliki karakteristik hidrofobik.(Bodanszky,1993)

Struktur kimia asal lignin mengalami perubahan di bawah kondisi suhu yang

tinggi dan asam, seperti pada pretreatment dengan uap panas. Reaksi pada

temperature tinggi di atas 200oC, lignin terpecah menjadi partikel yang lebih kecil

dan terlepas dari selulosa (38). Penelitian -O-4 aryl etherawal pada lignin kayu keras

menunjukkan bahwa ikatan terpecah pada saat perlakuan steam-explotion yang

menyebabkan penurunan bobot molekul dan meningkatkan kandungan phenolik.

(Barret,1983)

2.3.2 Selulosa

Selulosa adalah komponen utama yang mencapai 62.9% dari bobot kering

TKKS. Selulosa sangat erat berasosiasi dengan hemiselulosa dan lignin. Isolasi

selulosa membutuhkan perlakuan kimia yang intensif. Selulosa terdiri dari unit

monomer D-glukosa yang terikat melalui -1-4-glikosidik.(Miklos Bodansky,1993)

Residu glukosa tersusun dengan posisi 180o -ikatan antara satu dengan yang lain,

14

dan selanjutnya pengulangan unit dari rantai selulosa membantuk unit selobiosa

(Gambar 3). Derajat polimerasi(DP) selulosa bervariasi antara 7000 – 15000 unit

glukosa, tergantung pada bahan asalnya.

Gambar 2.1 Struktur Selulosa

Gugus fungsional dari rantai selulosa adalah gugus hydroxyl. Gugus – OH ini

dapat berinteraksi satu sama lain dengan gugus –O, -N, dan –S, membentuk ikatan

hydrogen. Ikatan –H juga terjadi antara gugus –OH selulosa dengan air. Gugus-OH

selulosa menyebabkan permukaan selulosa menjadi hidrofilik. Rantai selulosa

memiliki gugus-H di kedua ujungnya. Ujung –C1 memiliki sifat pereduksi. Struktur

rantai selulosa distabilkan oleh ikatan hydrogen yang kuat disepanjang rantai. Di

dalam selulosa alami dari tanaman, rantai selulosa diikat bersama-sama membentuk

mikrofibril yang sangat terkristal (highly crystalline) dimana setiap rantai selulosa

diikat bersama-sama dengan ikatan hydrogen. Sebuah kristal selulosa mengandung

sepuluh rantai glukan dengan orientasi pararel. Tujuh kristal polymorphs telah

diidentifikasi , II, IIII,IIIII, IVI danuntuk selulosa, yang dikodekan dengan Iα, I

ditemukan melimpah IVII. Di alam, kristal selulosa jenis Iα dan I. Sebagai

15

tambahan di dalam area yang sangat terkristal, selulosa alami mengandung area

amorphous yang lebih sedikit.(Barret,1983)

2.3.3 Hemiselulosa

Hemiselulosa umumnya dikelompokkan berdasarkan residu gula utama yang

menyususun rangkanya, seperti: xylan, mannan, galactan, dan glucan, dengan xylan

dan mannan adalah gugus utama dari hemiselulosa. Hemiselulosa umumnya

dilaporkan berasosiasi secara kimia atau terikat-silang dengan polisakarida, protein,

atau lignin. Xylan kemungkinan sebagai wilayah ikatan utama antara lignin dan

karbohirat lain. Hemiselulosa lebih mudah larut daripada selulosa, dan dapat diisolasi

dari kayu dengan ekstraksi. Rata-rata derajat polimerisasi (DP) dari hemiselulosa

bervariasi antara 70 dan 200 tergantung pada jenis kayu. (Higuchi,1980).

Gambar 2.2 Beberapa gula penyusun Hemiselulosa

16

Hemiselulosa di dalam kayu keras dan tanaman semusim terutama tersusun atas

xylan (15-30%), sedangkan hemiselulosa kayu lunak tersusun atas

galaktoglukomannan (15 – 20%) dan xylan (7 – 10%). Xylan -D-xylopyranosyl, yang

mengandung asamkayu keras terdiri atas unit 4-O-methyl-α-D-glucuronic dan

gugus samping acetil. Asam 4-O-methyl-α- 2) glycosidic D-glucuronic diikat ke

rangka xylan melalui ikatan O-(1 dan asam asetik diesterifikasi pada gugus karbon 2

dan/atau 3 hydroxyl. Rasio molar antara xylosa : asam glukoronat : residu acetil

adalah antara 10:1:7. Xylan kayu lunak adalah arabino-4-O-methylglucuronoxylan, di

mana tidak terasetilasi, tetapi rangka xylan disubstitusi pada karbon 2 dan 3 secara

berurutan dengan asam 4-O-methyl-α-D-glucuronic dan residu α-L-arabinofuranosyl.

(John Jones,1991).

2.4 Glukosa

Karbohidrat merupakan sumber energi utama bagi tubuh manusia, yang

menyediakan 4 kalori (17 kilojoule) energi pangan per gram. Pemecahan karbohidrat

(misalnya pati) menghasilkan mono- dan disakarida, terutama glukosa. Melalui

glikolisis, glukosa segera terlibat dalam produksi ATP, pembawa energi sel. Di sisi

lain, glukosa sangat penting dalam produksi protein dan dalam metabolisme lipid.

Karena pada sistem saraf pusat tidak ada metabolisme lipid, jaringan ini sangat

tergantung pada glukosa.

Glukosa, suatu gula monosakarida, adalah salah satu karbohidrat terpenting

yang digunakan sebagai sumber tenaga bagi hewan dan tumbuhan. Glukosa

17

merupakan salah satu hasil utama fotosintesis dan awal bagi respirasi. Bentuk alami

(D-glukosa) disebut juga dekstrosa, terutama pada industri pangan.

Gambar 2.3 Proyeksi Haworth struktur glukosa (α-D-glukopiranosa)

Glukosa (C6H12O6, berat molekul 180.18) adalah heksosa-monosakarida yang

mengandung enam atom karbon. Glukosa merupakan aldehida (mengandung gugus -

CHO). Lima karbon dan satu oksigennya membentuk cincin yang disebut "cincin

piranosa", bentuk paling stabil untuk aldosa berkabon enam. Dalam cincin ini, tiap

karbon terikat pada gugus samping hidroksil dan hidrogen kecuali atom kelimanya,

yang terikat pada atom karbon keenam di luar cincin, membentuk suatu gugus

CH2OH. Struktur cincin ini berada dalam kesetimbangan dengan bentuk yang lebih

reaktif, yang proporsinya 0.0026% pada pH 7.(Barret,1983)

Glukosa merupakan sumber tenaga yang terdapat di mana-mana dalam

biologi. Kita dapat menduga alasan mengapa glukosa, dan bukan monosakarida lain

seperti fruktosa, begitu banyak digunakan. Glukosa dapat dibentuk dari formaldehida

pada keadaan abiotik, sehingga akan mudah tersedia bagi sistem biokimia primitif.

Hal yang lebih penting bagi organisme tingkat atas adalah kecenderungan glukosa,

dibandingkan dengan gula heksosa lainnya, yang tidak mudah bereaksi secara

nonspesifik dengan gugus amino suatu protein. Reaksi ini (glikosilasi) mereduksi

18

atau bahkan merusak fungsi berbagai enzim. Rendahnya laju glikosilasi ini

dikarenakan glukosa yang kebanyakan berada dalam isomer siklik yang kurang

reaktif. Meski begitu, komplikasi akut seperti diabetes, kebutaan, gagal ginjal, dan

kerusakan saraf periferal (‘’peripheral neuropathy’’), kemungkinan disebabkan oleh

glikosilasi protein. (www.hidrolisis-asam/glokosa-sintesis.com)

Gambar 2.4 Bentuk rantai D-Glukosa.

Dalam respirasi, melalui serangkaian reaksi terkatalisis enzim, glukosa

teroksidasi hingga akhirnya membentuk karbon dioksida dan air, menghasilkan

energi, terutama dalam bentuk ATP. Sebelum digunakan, glukosa dipecah dari

polisakarida. Glukosa dan fruktosa diikat secara kimiawi menjadi sukrosa. Pati,

selulosa, dan glikogen merupakan polimer glukosa umum polisakarida). Dekstrosa

terbentuk akibat larutan D-glukosa berotasi terpolarisasi cahaya ke kanan. Dalam

kasus yang sama D-fruktosa disebut "levulosa" karena larutan levulosa berotasi

terpolarisasi cahaya ke kiri.

Gula terdapat dalam dua enantiomer ( isomer cermin), D-glukosa dan L-

glukosa, tapi pada organisme, yang ditemukan hanya isomer D-isomer. Suatu

19

karbohidrat berbentuk D atau L berkaitan dengan konformasi isomerik pada karbon 5.

Jika berada di kanan proyeksi Fischer, maka bentuk cincinnya adalah enantiomer D,

kalau ke kiri, maka menjadi enantiomer L. Sangat mudah diingat, merujuk pada D

untuk "dextro”, yang merupakan akar bahasa Latin untuk "right" (kanan), sedangkan

L untuk "levo" yang merupakan akar kata "left" (kiri). Struktur cincinnya sendiri

dapat terbentuk melalui dua cara yang berbeda, yang menghasilkan glukosa-α (alfa)

dan β (beta). Secara struktur, glukosa-α dan -β berbeda pada gugus hidroksil yang

terikat pada karbon pertama pada cincinnya. Bentuk α memiliki gugus hidroksil "di

bawah" hidrogennya (sebagaimana molekul ini biasa digambarkan, seperti terlihat

pada gambar di atas), sedangkan bentuk β gugus hidroksilnya berada "di atas"

hidrogennya. Dua bentuk ini terbentuk bergantian sepanjang waktu dalam larutan air,

hingga mencapai nisbah stabil α:β 36:64, dalam proses yang disebut mutarotasi yang

dapat dipercepat. (Barret,1983)

BAB III

METODOLOGI PENELITIAN

3.1 Desain Penelitian

3.1.1 Metode Pengambilan Data

A. Lokasi Penelitian

20

Pada praktikum kali ini lokasi penelitian berada di Laboratorium Satuan

Operasi, Teknik Kimia, Politeknik Negeri Samarinda untuk tempat persiapan bahan

dan proses pembuatan bioetanol sedangkan pengambilan sampel menggunakan

metode sampling pada tempat di Samarinda.

B. Variabel Penelitian

B.1 Variabel Tetap

1. Berat bahan baku 300 gram

2. Waktu Hidrolisis 4 jam

B.2 Variabel Berubah

1. Temperatur Hidrolisis (120oC, 140oC, 160oC, 180oC, 200oC, 220oC)

2. Konsentrasi Asam Sulfat (0,25;0,50;0,75;1,0 %V)

3. Perbandingan Variasi, Pati : Air (1:5,1:6,1:7,1:8)

B.3 Variabel Respon

1. Kadar Glukosa

3.2 Alat dan Bahan

3.2.1 Alat yang digunakan

1. Neraca Analitik

2. Hot plate

3. Motor dan Penagaduk Mixing

4. Hot Plate

5. Termometer

6. pH meter

7. Gelas kimia 3000 ml

21

8. Gelas kimia 1000 ml

9. Seperangkat alat destilasi

10. Pipet Volume 100 mL

11. Blender

3.2.2 Bahan yang digunakan

1. Sampah

2. Konsentrasi H2SO4 (0,25;0,50;0,75;1,0 % V)

3. Fehling A, Fehling B

4. Indikator Metylen Blue

3.3 Prosedur Penelitian

3.3.1 Preparasi bahan

1. Sampah organik yang telah dipilah, dibersihkan dari kotoran dengan cara

mencucinya dengan air hingga bersih.

2. Sampah organik tersebut ditimbang sebanyak 300 gr dan dipotong kecil-kecil

lalu dimasukan kedalam blender lalu masukan air secukupnya untuk

memudahkan penghancuran.

3.3.2 Prosedur hidrolisis

1. Melakukan perbandingan variasi pati dengan air, yaitu 1:5,1:6,1:7,1:8

2. Melakukan hidrolisa dengan asam sulfat (H2SO4) dengan konsentrasi 0,25

%V.

22

3. Mengaduk dan memanaskan campuran diatas secara bersamaan selama 2 jam

dengan variasai suhu hidrolisis 120oC, 140oC, 160oC, 180oC, 200oC, 2200C

hingga diperoleh bubur limbah yang menyerupai gelatin.

4. Melakukan hal yang sama seperti di atas dengan variasi konsentrasi H2SO4,

yaitu 0,50;0,75;1,0 %V.

5. Memeriksa banyaknya kadar gula total yang terbentuk dari proses hidrolisis

sehingga diperoleh % kadar gula total.

3.4 Prosedur Analisa

3.4.1 Analisa Kadar Glukosa

1. Pembuatan larutan glukosa standart ,Larutan glukosa standart dibuat dengan

jalan melarutkan 2 gram glukosa anhidrid dengan aquadest sampai 1000 ml.

2. Standarisasi Larutan Fehling ,Larutan Fehling A dan Fehling B sebanyak 5 ml

diambil dengan menggunakan pipet volume kemudian dicampur dan

ditambahkan 15 ml larutan glukosa standart dari buret.

3. Campuran di didihkan selama beberapa menit, dalam keadaan mendidih

penetesan larutan glukosa dilanjutkan sampai warna biru hilang. Catat volume

titran.

4. Setelah itu campuran ditambahkan 2 -3 tetes indikator Metylen Blue sampai

terbentuk warna merah bata. Volume glukosa standart yang dibutuhkan di

catat.

Jadwal Penelitian

23

No. Proses Penyelesaian Tugas Akhir Bulan

1. Pengambilan Sampel Maret:

Minggu ke-3

2. Pelaksanaan Penelitian April:

Minggu ke-1, Minggu ke-2

3. Penyelesaian Data Penelitian April:

Minggu ke-4

4. Penyelesaian Laporan Tugas

Akhir

Mei:

Minggu ke1, Minggu ke-2,

Minggu ke-3, Minggu ke-4

24

DAFTAR PUSTAKA

Anonim.1986. Materi training untuk tingkat staf teknis proyek PLP sektor

Persampahan. Jakarta: Direktorat Jenderal Cipta Karya.

Anonim.1995. Teknologi Persampahan. Jakarta: Departemen Pekerjaan Umum

Anonim.2008. Penanganan dan Pengelolaan Sampah. Jakarta: Penebar Swadya

Apriadji,Wied Harry.2005.Memproses Sampah. Jakarta: Penebar Swadaya.

Bahrian.2008. Pengkajian Produksi dan Pemanfaatan Pupuk Organik Dari Limbah

Organik (Sampah Pasar) Di Propinsi Kalimantan Timur.

http://litbangpertanian.com

Barret, G.C.1983.Chemistry and Biochemistry of Amino Acids. London: Chapman

and Hall

Betts WB, Dart RK, Ball AS, Pedlar SL (1991). Biosynthesis and Structure of

lignocellulose. In Betts (eds) Biodegradation: Natural and Synthetic

Materials. Springer-Verlag, Berlin, Germany, pp. 139- 155.

Bodanszky, Miklos.1993.Peptide Chemistry. Berlin: Springer-Verlag Berlin

Heidelberg.

Damanhuri, E. & Tri, P. 2004.Diktat Kuliah Teknik Lingkungan Pengelolaan

Sampah. Bandung: Departemen Teknik Lingkungan Institut Teknologi.

Demirbas, A. 2005. Bioethanol from cellulosic materials: A renewable motor fuel

from biomass. Energy Sources 21: 327−337.

Dinas Pertamanan dan Kebersihan. 2008. Banyaknya Produksi Sampah (2004-2008).

Samarinda

25

Hadiwiyoto, S.1983.Penanganan dan Pemanfaatan Sampah. Jakarta: Yayasan Idayu.

Higuchi, T. (1980). Lignin structre and morphological distribution in plant cell wall.

In: Lignin Biodegradation, Microbiology, Chemistry, and Potentian

Application, Vol. I. ed. Florida: K. Kirk, T. Higuchi & H. Chang. CRC Press.

Boca Raton.

Isroi.2008. Produksi Bioetanol Berbahan Baku Biomassa Lignoselulosa:

Pretreatment. http://isroi.wordpress.com.

Isroi. 2008. Sulap Sampah jadi bensin. http://www.teknologietanol.blogspot.com.

Jones, John.1991.Peptide Chemistry Sintetics. New York: McGraw Hill Inc.

Mayasari, Lilia.2009.Pemanfaatan Limbah Tandan Buah Kosong Kelapa Sawit

sebagai Bioetanol. Samarinda: Jurusan Teknik Kimia Politeknik Negeri

Samarinda.

Pramiati.2007.Studi Evaluasi Pengelolaan Sampah dengan Konsep 3R. Jakarta:

Trisakti University Press.

Popoff, dkk.1972.Holtztechnologie 20, hal 161-164

Risvank. 2008. Proses Hidrolisis dan aplikasinya di Industri. http://www.risvank.com

Simamora. S.2006. Meningkatkan Kualitas Kompos. Jakarta: Agromedia Pustaka

Samsuri, M, dkk.2007. Pemanfaatan sellulosa bagas Untuk Produksi Ethanol melalui

Sakarifikasi dan Fermentasi Serentak dengan Enzim Xylanase. Jakarta:

Makara Teknologi

Shofinita, Dian.2009.Bioetanol Generasi Kedua. Jakarta: Majari Magazine.

Smith JE, Anderson JG, Senior EK, et al (1987). Bioprocessing of lignocelluloses.

Phil. Trans. R. Soc. Lond. Ser. A. 321:507-521.

26

Smith, Joe Mauk.1981.Chemical Engineering Kinetics, Third Edition. Singapore:

McGraw-Hill Inc.

Sudradjat.2006. Mengelola Sampah Kota. Jakarta: Penebar Swadya.

Sujadmiko, Harry.2009.Pemanfaatan Limbah Nanas sebagai Bioetanol. Samarinda:

Jurusan Teknik Kimia Politeknik Negeri Samarinda

Sun Y, Cheng J (2002). Hydrolysis of lignocellulosic material from ethanol

production: A review. Biores. Technol. 83: 1-11.

Rachmaniah Orchidea dkk.2008.Acid Hydrolysis Pretreatment of Bagasse-

Lignocellulosic Material for Bioethanol Production. Department of Chemical

Engineering, FTI-ITS Surabaya.

Taherzadeh, M.J. 1999. Ethanol from Lignocellulose: Physiological Effects of

Inhibitors and Fermentation Strategies. PhD Thesis, Department of Chemical

Reaction Engineering, Chalmers University of Technology, Goteborg,

Sweden.

Tchobanoglous, G & R, Eliansen.1997. Solid Waste Engineering Principle and

Management Issue.Tokyo: McGraw-Hill Kogokuska LTD

www.wikipedia-glukosa.com

www.indoskripsi-hidrolisis polisakarida.com

www.hidrolisis-asam/glokosa-sintesis.com

27