Laporan Akhir
Optimasi Proses Hidrolisis Biji Sorgum untuk Fermentasi .
Bioetanol dan Pemanfaatan Komponen Padatannya
Program Insentif Litbang Perekayasa Tahun 2010
Oleh: Ir. Dadang Rosadi, M.Eng. (Peneliti Utama)
Ir. Banon Rustiaty
Dr. Ir. Dyah Primarini, M.Eng.
Sasikirana D.E.S., ST.
Palupi Tri Widiyanti, ST.
Balai Besar Teknologi Pati 8adan Pengkajian dan Penerapan Tekno(ogi
Tahun 2010
DAFTAR 151
Halaman
LEMBAR IDENTITAS DAN PENGESAHAN ..... ... .. ......... .. .. ........ .. .. .... ..... ..... .... .... .. 2
RINGKASAN ...... ... ... .... ..... ...... .. .. .... ... ........ .......... ..... ........ .............. .... .. ...... ..... ..... . . 3
PRAKATA. ..... .. ......... ......... ... .......... ......... .. .... .. .......... ...... ....... ... .. ...... ........ ... ... .... .. . 4
DAFTAR lSi .. ..... .............. ... ..... ... .. .. .................. .. ..... ..... .... ..... .... .. ..... .... ............. ... . . 5
DAFTAR TABEL ... . .... ... .... ......... ... .... ... .... .... .. .... .. ... ......... .. ......... ....... ... ... .... ..... ..... . 6
DAFTAR GAMBAR ..... ..... .. ....... ......... ....... ......... ........... .... ... ... ......... .. .... .. .. ... ... .... .. . 8
BAB I PENDAHULL,JAN .................... ... ... ...... .......... ... .... .. ..... ... .. .... ... ..... ... ... ... .... . 9
1.1.Latar Belakang .................. .. .................................... .... ...... .. ......... ..... . 9
1.2.Perumusan masalah... .... .... .. ..... .... ......... ... ...... ... ..... .. .. .... .......... ... ...... .. 10
BAB II TINJAUAN PUSTAKA.. .... .. ............ ... ........ .... .... ... ... .. ... ..... ... .... ..... ... .. ........ 13
BAB III TUJUAN DAN MANFAAT. .. ... .... ... .... ... ..... .. ....... .. .... ..... .. ... ... .. .. ... ........ .... 16
BAB IV METODOLOGI. ..... .... ........ ..... ... ........................ ........... ...... .. ... ... .......... .... .. 17
4.1.Pembuatan Tepung Sorgum dan Analisis Bahan Baku ............. .. ... . 17
4.2.0ptimasi Proses Hidrolisis Alkali ............ .. ........ ... .. ...... ... ........ ...... ........ 17
4.3.0ptimasi Proses Hidrolisis Pati.. ....... .. ..... ...... ... ..... .. ........ .. ... .... .. . 18
BAB V HASIL DAN PEMBAHASAN....... ...... ............ ......................................... 20
5.1 .Hasil .... ... ... ....... .. ........ ...... .... ..... ..... .. ..... .. .. ..... ............ .. .... ...... .... ... ... ... 20
5.2.Pembahasan... .. .. ...... ...... ..... .. ... ... .. .... .... ......... ....... .. ......... .. ... .. ............ 37
BAB VI KESIMPULAN DAN SARAN. .. .. ....... ......... ....... .... .... ... ..... ... .. .... ......... .. ... 37
6.1 KESIMPULAN .... .. ......... ... .. .. ..... .......... ........ ....... .. .. ... .... ..... ... ...... ... ... .. 37
6.2 SARAN..... .............. .. ... ....... ....... ... .... ... .. . ... .. .. ...... .. .. .. ........ .. ... ....... .. .... . 37
DAFTAR PUSTAKA.. ... .. .. ..... ..... .. ..... ...... ..... .. .. ................... ..... ... .... ........ .... ... ... ... .. 38
5
III DAFTAR TABEL
Halaman
Tabel1. Hasil distribusi partikel tepung biji sorgum varietas Lokal 20
Tabel2 . Hasil analisa pada percobaan hidrolisa tepung sorgum varietas Loka l
dengan perendaman larutan NaOH 0,05% selama 30 menit 21
Tabel3. Hasil analisa pada percobaan hidrolisa tepung sorgum varietas Lokal
dengan perendaman larutan NaOH 0,1% selama 30 menit 21
Table 4. Hasil analisa pada percobaan hidrolisa tepung sorgum varietas Lokal
dengan perendaman larutan NaOH 0,05% selama 1 jam 22
Table 5. Hasil ana lisa pada percobaan hidrolisa tepung sorgum varietas Lokal
dengan perendaman larutan NaOH 0,1% selama 1 jam 22
Table 6. Hasil analisa pada percobaan hidrolisa tepung sorgum varietas Lokal
dengan perendaman larutan NaOH 0,05% selama 1,5 jam 23
Tabel7. Hasil analisa pada percobaan hidrolisa tepung sorgum varietas Lokal
dengan perendaman larutan NaOH 0,1% selama 1,5 jam 23
Tabel8 . Hasil analisa pada percobaan hidrolisa tepung sorgum varietas Lokal
dengan perendaman larutan NaOH 0,05% selama 2 jam 24
Tabel9 . Hasil ana lisa pada percobaan hidrolisa tepung sorgum varietas Lokal
dengan perendaman larutan NaOH 0,1% selama 2 jam 24
Tabel 10. Hasil analisa pada percobaan hidrolisa tepung sorgum varietas Numbu
dengan perendaman larutan NaOH 0,05% selama 30 menit 25
Tabel 11. Hasil analisa pada percobaan hidrolisa tepung sorgum varietas Numbu
dengan perendarnan larutan NaOH 0,1% selama 30 menit 25
Tabel 12. Fermentasi bioetanol dari hasil hidrolisis tepung biji sorgum varietas
lokal dengan perlakuan perendaman naoh 0,05% selama 1 % jam
pada suhu Perendaman 45°c skala 2000 ml 26
Tabel 13. Fermentasi bioetanol dari hasil hidrolisis tepung biji sorgum varietas
lokal tanpa perlakuan skala 2000 ml 27
Tabel 14. Fermentasi bioetanol dari hasil hidrolisis tepung biji sorgum varietas
Lokal dengan perlakuan perendaman naoh 0,05% selama 1 % jam
pada suhu perendaman 45°c skala 2000 ml (pengulangan 1) 28
6
III
••
•
••I
Tabel 15. Fermentasi bioetanol dari hasil hidrolisis tepung biji sorgum varietas
Lokal tanpa perlakuan 28
Tabel 16. Fermentasi bioetanol dari hasil hidrolisis tepung biji sorgum varietas
Lokal tanpa perlakuan awal skala 2000 ml 29
Tabel 17. Fermentasi bioetanol dari hasil hidrolisis tepung biji sorgum varietas
Numbu dengan perlakuan perendaman NaOH 0,05% selama
1~ jam pada suhu perendaman 45°c skala 2000 ml 30
Tabel 18. Fermentasi bioetanol dari hasil hidrolisis tepung biji sorgum varietas
Numbu tanpa perlakuan awal skala 2000 ml (pengulangan) 30
Tabel 19. Hasil analisa selama proses hidrolisa 31
Tabel20. Hasil analisa selama proses fermentasi 31
Tabel21. Hasil analisa selama proses hidrolisa 32
Tabel 22. Hasil analisa selama proses fermentasi 33
Tabel 23. Hasil ana lisa selama proses hidrolisa 34
Tabel24. Hasil analisa selama proses fermentasi 34
Tabel 25. Hasil analisa selama proses hidrolisa 35
Tabel 26. Hasil ana lisa selama proses fermentasi 36
7
DAFTAR GAMBAR
Halaman
Gambar 1. Diagram Alir Proses Produksi Bioetanol dari Biji Sorgum 12
Gambar 2.
Gambar 3.
Gambar 4.
Gambar 5.
Gambar 6. Tanaman sorgum manis varietas Numbu 39
39
40
40
41
41
Gambar 7. Hasil biji sorgum manis varietas Numbu
Gambar 8. Distribusi Partikel Tepung Biji Sorgum
Gambar 9. Tepung Biji Sorgum dengan ukuran lolos 40 mesh
Gambar 10. Penirnbangan Distribusi Partikel
Gambar 11 . Penimbangan Tepung Untuk Hldrolisa
Grafik Fermentasi bioetanol dari hasil hidrolisis tepung biji
sorgum varietas lokal dengan perlakuan perendaman NAOH
0,05% selama 1Y2 jam pada suhu perendaman 45°C
skala 200 liter 32
Grafik Fermentasi Bioetanol dari Hasil Hidrollsis Tepung
Grafik Fermentasi Bioetanol dari Hasil Hidrolisis Tepung Biji Sorgurn
Varietas Lokal dengan Perlakuan Perendaman NaOH 0,05%
Grafik Fermentasi Bioetanol dari Hasil Hidrolisis Tepung Biji Sorgum
Biji Sorgum Varietas Lokal Tanpa Perlakuan Skala 200 liter 33
selama 1 Y2 Jam pada Suhu Perendaman 45°C Skala 200 liter 35
Varietas Numbu Tanpa Perlakuan Awal Skala 200 liter 36
Gambar 12. Sampel Sebelum Dihidrolisa 42
Gambar 17. Persiapan bahan baku untuk proses hidrolisa dan fermentasi
bioetanol dari hasil hidrolisis tepung biji sorgum skala jar
Gambar 18. Pencampuran enzm amilase pada proses hidrolisa dan fermentasi
bioetanol dari hasil hidrolisis tepung biji sorgum sorgum biji skala
Gambar 13. Hidrolisa Total sugar 42
Gambar 14. Analisa jumlah sell yeast selama fermentasi 43
Gambar 15. Hidrolisa Reducing sugar 43
Gambar 16. Fermentasi dengan jer fermentor 2000 ml 44
fermentor 200 liter 44
jar fermentor 200 liter 45
Gambar 19. Pengambilan sam pel fermentasi jar fermentor 200 liter 45
Gambar 20. Distilasi selama fermentasi untuk mengetahui kadar alkohol 46
8
•
BABI PENDAHULUAN
1.1 Latar Belakang
Energi biomassa menjadi suatu pilihan atau prioritas untuk
dikembangkan di antara berbagai alternatif sumber energi yang dapat
diperbarui , ramah lingkungan , terjamin ketersediaan dan kelanjutannya .
Bahan Bakar Nabati (BBN) yang meliputi biodiesel , bioetanol, dan bio-oil ,
termasuk sumber energi biomasa yang bahan bakunya bertumpu pada
tanaman yang dibudidayakan. Pengembangan BBN tersebut sangat
potensial untuk mengurangi kebutuhan impor BBM sekaligus memperluas
lapangan pekerjaan, namun keberhasilannya sangat bergantung pada
jaminan ketersediaan bahan bakunya. Hingga saat ini bahan baku industri
bioetanol di Indonesia hanya menggunakan tetes tebu (co-product industri
gula) yang jumlah ketersediaannya sudah tidak mencukupi kebutuhannya .
Sumber karbohidrat lain yang dapat dibudidayakan seperti tebu , ubi kayu,
jagung, sorgum, ubi jalar, sagu ataupun lainnya belum dimanfaatkan untuk
industri bioetanol. Akan tetapi pada saat ini mulai bermunculan diberbagai
daerah industri-industri bioetanol skala kecil yang menggunakan nira
sorgum manis sebagai bahan baku produksi bioetanol.
Balai Besar Teknologi Pati (B2TP) - BPPT pada tahun ini telah
melengkapi pilot plant bioetanol berkapasitas 8 KLlhari yang ada dengan
berbagai peralatan sehingga memungkinkan pilot plant tersebut marnpu
mengolah nira sorgum manis disamping bahan baku lain seperti molases,
ubi kayu , ubi jalar, dan jagung. Dalam rangka memanfaatkan secara
optimal tanaman sorgum manis sebagai bahan baku bioetanol, selain
pemanfaatan niranya juga perlu diupayakan pemanfaatan pati biji sorgum
sebagai bahan baku dengan metoda proses yang efisien.
Tanaman sorgum (Sorghum bic%r, L Moench) sangat berpotensi
sebagai bahan baku industri bioetanol. Diberbagai daerah telah muncul
pabrik-pabrik bioetanol kecil berbahan baku nira sorgum manis. Dalam
rangka memanfaatkan secara optimal tanaman sorgum manis sebagai
bahan baku bioetanol, selain pemanfaatan nira sorgum perlu pula
diupayakan penggunaan biji sorgum manis sebagai bahan baku dengan
metode proses yang efisien. Pada hidrolisis biji masih perlu pengkajian
9
proses pretreatment karena proses hidrolisis pati terhambat oleh matrik
protein atau protein body yang melekat pada butir pati sorgum . Hambatan
kontak butir pati dengan enzim a-amylase ataupun polimerisasi protein
yang membentuk jaringan menyebabkan suspensi tepung sorgum yang
dipanaskan untuk proses likuifikasi tetap berviskositas tinggi. Dalam rangka
meningkatkan pemanfaatan tanaman sorgum sebagai bahan baku produksi
bioetanol maka perlu dilakukan kajian untuk mendapatkan kondisi proses
hidrolisis yang efisien dan konversi bioetanol yang optimum dan mampu
menghasilkan prod uk lain yang bermanfaat.
Keberhasilan riset ini akan membawa dampak yang luas untuk
mendukung jaminan ketersediaan Bahan Bakar Nabati dan pakan ternak,
terciptanya peluang kerja bagi masyarakat pedesaan (petani) sebagai
penyedia bahan baku produksi bioetanol , serta dapat menstimulasi
pengembangan wilayah dan selaras dengan program langit biru.
1.2 Perumusan Permasalahan
Proses pretreatment biji sorgum yang dipersiapkan untuk media
fermentasi bioetanol mencakup berbagai perlakuan mekanis, fisis , kimiawi ,
dan biologis , yang masing-masing perlakuan tersebut akan berpengaruh
terhadap efisiensi proses biokonversi kandungan senyawa kompleks
patinya menjadi bioetanol. Bagan alir seluruh tahapan proses tersebut
disajikan pada Gambar 1. Tahap proses paling awal berupa perlakuan
mekanis penghancuran biji dengan disc-mill untuk memperkecil ukuran
partikelnya . Penurunan ukuran partikel yang diperoleh akan berpengaruh
terhadap disintegrasi jaringan kulit bijinya , yang selanjutnya juga
mempengaruhi efektifitas proses hidrolisis senyawa patinya. Sebagai
upaya untuk mengantisipasi atau meminimalkan pengaruh tersebut akan
ditetapkan distribusi ukuran partikel tepung yang dihasilkan.
Pad a tahap proses hidrol isis pati dalam tepung sorgum secara
enzimatis , diperlukan proses pemanasan hingga 80°C dan pengadukan
yang terus menerus. Adanya matriks protein yang melingkupi butir patinya
dapat menghalangi kontak butir pati tersebut dengan katalis enzim 0
amylase yang ditambahkan. Sebagai akibatnya, proses pemutusan ikatan
0-1,4 D-glukosida senyawa amylosa dan amilopektin yang dikatalisasi 0
10
amylase menjadi terhambat. Pada saat suhunya mencapai titik
gelatinasinya, viskositas suspensi pati tersebut meningkat tajam dan tidak
segera turun lagi , karena laju proses liquifikasinya terhambat.
Sesuai dengan hasil penelitian pendahuluan yang telah dilakukan
pada tahun 2005, hambatan proses liquifikasi tersebut dapat diatasi
dengan perlakuan enzirnatis atau kimiawi. Agar biaya tambahan perlakuan
proses hidrolisis alkali tersebut masih layak secara ekonomis, maka perlu
ditentukan konsentrasi alkali dan waktu minimal yang dibutuhkan untuk
proses hidrolisis matrik protein tersebut. Syarat kecukupan untuk
keberhasilan proses hidrolisis alkali tersebut ditentukan dengan parameter
viskositas dan nilai DE yang diukur pada akhir proses hidrolisis tahap
pertama (likuifikasi) . Perlu dipertimbangkan pula, bahwa implementasinya
pada skala industri untuk setiap tahap proses hidrolisis dan fermentasinya
dilakukan pada tangki reaktor yang berbeda. Pemindahan bahan fluida dari
satu reaktor ke tangki reaktor yang lain menggunakan pompa. Kelancaran
transfer fluida akan dipengaruhi oleh tingkat kekentalan atau viskositas
fluida tersebut.
•
11
0iSOrg~
•••
1
Penepungan (Saringan 40 mesh)
" Hidrolisis Alkali (waktu, suhu, konsentrasi)
Enzim a-amylase (0,05- 0,1% vs TS)
'" !
Proses Likuifikasi (Suhu 80°C; 30 menit)
Pengaturan pH (+ HCI :s 8,0)
Enzim Glucoamylase (0,15- 0,25% vs TS)
1 Proses Sakarifikasi
(Suhu 55-60°C; 2 jam)
.. Proses Sakarifikasi & Fermentasi
(suhu kamar, 72 jam)
1 Distilasi
I .( DDGS ) I "
( Bioetanol )
Gambar 1. Diagram Alir Proses Produksi Bioetanol dari Biji Sorgum
Menjelang tahap proses sakarifikasi, suhu media diturunkan hingga
60°C kemudian dilakukan penambahan enzim glucoamylase. Penahanan
suhu 60°C biasanya berlangsung 1 - 2 jam, kemudian bubur pati
12
didinginkan hingga 30°C dan ditambah biakan khamir untuk proses
fermentasi. Syarat kecukupan proses sakarifikasi tersebut ditentukan
dengan parameter nilai DE 2:40% agar mencukupi kebutuhan khamir untuk
berkembang biak dan memulai proses fermentasi secara efisien.
Pencapaian nilai DE dalam selang waktu dua jam tersebut tergantung
pada dosis penambahan enzimnya
Aktivitas enzim glucoamylase selanjutnya yang simultan dengan
proses fermentasi pada suhu 30°C memang lebih rendah, tetapi laju
proses hidrolisisnya diharapkan cukup besar untuk mempertahankan
penyediaan glukosa yang dikonversi oleh khamir Saccharomyces
cerevisiae rnenjadi bioetanol. Penentuan efisiensi proses hidrolisis dan
fermentasi yang berlangsung simultan tersebut akan dilakukan dengan
perhitungan Sugar Consumption Ratio dan Fermentation Ratio.
Disamping hal tersebut di atas , dalam fermented broth terdapat
endapan (sludge) yang jumlahnya cukup tinggi (40-55% packed volume).
Komposisi kandungan serat, protein , lemak, sisa pati dan mineralnya
sangat berpotensi sebagai pakan ternak. Namun padatan yang cukup
tinggi tersebut dapat mengganggu atau mengharnbat proses
pengumpanannya ke kolom distilasi. Agar diperoleh daya gunanya yang
optimal perlu ada kajian pemilihan proses pemisahan sludge yang
dilakukan sebelum proses distilasi atau sesudahnya. Cara dan waktu
pemisahan sludge yang akan dimanfaatkan tersebut akan berpengaruh
terhadap komposisi padatannya, jumlah kehilangan alkohol yang terikut
dan kualitas limbah cair proses distilasinya.
BAB" TlNJAUAN PUSTAKA
Sorgum (Sorghum bico/or, L. Moench) merupakan sumber daya biji
bijian berkadar pati 55-75% (Serna-Saldivar and Rooney, 1995)
komposisinya mirip jagung, yang sangat berpotensi sebagai bahan baku
produksi bioetanol. Sorgum mempunyai daya adaptasi agroekologi yang
luas, tahan terhadap kekeringan , tahan terhadap hama dan penyakit.
Pemanfaatan produksi bijinya tidak akan menimbulkan dilema, karena
13
selama ini belum terbiasa digunakan sebagai makanan pokok (Sudaryono
dkk., 1996). Pada proses fermentasi bioetanol dari biji sorgum juga akan
diperoleh pakan hasil pemisahan padatan fermented broth , yang dikenal
sebagai DOGS (Distilery ' Dry Grain and Solubles) . Kualitas DOGS sebagai
pakan lebih baik daripada biji sorgum semula, karena perubahan komposisi
padatannya (AI-Suwaiegh, et aI., 2001 ; Corredor, et aI. , 2006).
Pada industri fermentasi (bioetanol) dengan bahan baku berpati , ada
tiga tahap proses yang harus dilalui yaitu pretreatment atau hidrolisis,
fermentasi dan distilasi. Pada proses pretreatment, senyawa komplek pati
diubah menjadi gula sederhana yang memungkinkan difermentasi oleh
mikroba penghasil bioetanol. Pada umumnya, konversi senyawa komplek
pati menjadi gula sederhana dilakukan secara enzimatis dalam dua tahap,
yaitu tahap likufikasi atau dekstrinasi , kemudian dilanjutkan dengan tahap
sakarifikasi , yang masing-masing menggunakan enzim a-amylase dan
glucoamylase. Penambahan a-amylase sebelum proses pemasakan,
dimaksudkan untuk menghidrolisis polimer pati sebagian dan menurunkan
viskositas (Anonymous, 1981 c; Borglum, 1981 ; Alico, 1982).
Hingga saat ini telah banyak dilakukan pengkajian teknologi proses
pretreatment untuk meningkatkan efisiensi proses konversi biji sorgum
menjadi bioetanol , yang meliputi perlakuan mekanis antara lain pengecilan
ukuran partikel dengan milling, penyosohan, dan proses ekstrusi ;
perlakuan fisis antara lain pengukusan (steaming) , rad iasi, dan sonifikasi;
perlakuan kimia antara lain hidrolisis dengan asam dan alkali ; perlakuan
biologis seperti degradasi dengan mikroba dan enzim; dan perpaduan dari
berbagai perlakuan tersebut.
Menurut Wu et al. (2006) faktor utama yang menghambat atau
mempengaruhi efisiensi biokonversi biji sorgum adalah senyawa phenol,
kekuatan (tight-storage) matrik protein, daya cerna protein yang rendah,
viskositasnya yang tinggi , dan suhu gelatinasinya yang tinggi karena
adanya keterikatan amilosa dan lemak. Dugaan yang sama dengan hasil
kajian Triwiyono dkk. (1997) , bahwa biokonversi pati dalam tepung sorgum
terhambat pada saat proses likuifikasi disebabkan oleh adanya protein
body (matrix protein) yang melekat pada butir patinya juga dikemukakan
oleh Taylor, et a/. (2006).
14
•••
Hambatan kontak butir pati dengan enzim a-amylase ataupun
polimerisasi protein yang membentuk jaringan menyebabkan suspensi
tepung sorgum yang dipanaskan berviskositas tinggi . Berdasarkan dugaan
Wall dan Blessin (1970), bahwa protein body yang melekat pada butir pati
sorgum mung kin termasuk golongan glutelin, tentunya senyawa komplek
tersebut dapat dipecahkan dengan aktifitas enzim protease atau dengan
larutan NaOH.
Pada penelitian yang terdahulu (Triwiyono, dkk., 1997) hambatan
proses hidrolisis tersebut dapat diatasi dengan penggunaan trial product
enzim Diabase K-27 yang mengandung protease, a-amylase dan gluco
amylase. Namun karena enzim tersebut sulit diperoleh , telah dilakukan
pengkajian (bench scale, 2 liter dan 20 liter) proses pretreament dengan
NaOH 0,1-0,2N untuk memecah matrik protein yang ada dalam suspensi
tepung sorgum (13%-27%w.v total sugar) . Pada proses persiapan media
ferrnentasi bioetanol, suspensi tepung biji sorgum ditahan dalam kondisi
alkali selama 2-3 jam, kemudian dinetralkan dengan larutan Hel hingga
nilai pH ::; 8,0 untuk kelanjutan proses hidrolisis enzimatis senyawa pati dan
fementasi bioetanol seperti halnya pada tahapan proses yang
menggunakan bahan baku ubi kayu (sebagai pembanding) (Triwiyono,
dkk. , 2005) .
Berdasarkan hasil pengkajian tersebut, perlakuan pendahuluan alkali
sebelum proses likuifikasi dapat mengatasi problema matrik protein dalam
biji sorgum. Nilai Dextrose Equivalent (DE) yang dicapai setelah proses
sakarifikasi total selama 24-40 jam berkisar 65 ,4-94,2%. Pengujian
fermentasi secara simultan dengan proses sakarifikasi suspensi tepung
sorgum (13%-17%wv total sugar) telah terkonversi menjadi bioetanol
8%-10%vv, dengan tingkat efis iensi proses fermentasinya 87,5%-96,5%.
Sebelum hasil kajian tersebut diterapkan pada skala industri , perlu
dilakukan optimasi berbagai variabel proses pemecahan protein dan
proses hidrolisis pati yang berkait dengan efisiensi proses fermentasinya .
Optimasi kondisi proses hidrolisis pati dalam tepung sorgum tersebut
bertujuan untuk meminimalkan tambahan biaya proses hidrolisisnya,
sehingga harga pokok produksi bioetanol menjadi lebih kompetitif terhadap
15
penggunaan bahan baku yang lain. Selain itu perlu dikaji pula proses
pemisahan sludge dan komposisi padatannya (DOGS: Distilery ' Dry Grain
and Solubles) yang potensial untuk pakan ternak ruminensia. Dalam
rangka menetapkan kualitas hasil pemisahan sludge (DOGS) tersebut
sebagai pakan ternak perlu dilakukan pula pengujian in-vivo .
Keberhasilan riset ini akan membawa dampak yang luas untuk
mendukung jaminan ketersediaan Bahan Bakar Nabati dan pakan ternak,
terciptanya peluang kerja bagi masyarakat pedesaan (petani) sebagai
penyedia bahan baku produksi bioetanol , serta dapat menstimulasi
pengembangan wilayah dan selaras dengan program langit biru.
BAB III TUJUAN DAN MANFAAT
Balai Besar Teknologi Pati (B2TP) - BPPT pada tahun ini telah
melengkapi pilot plant bioetanol berkapasitas 8 KLlhari yang ada dengan
berbagai peralatan sehingga memungkinkan pilot plant terse but mampu
mengolah nira sorgum manis disamping bahan baku lain seperti molases,
ubi kayu , ubi jalar, dan jagung. Dalam rangka memanfaatkan secara
optimal tanaman sorgum manis sebagai bahan baku bioetanol , selain
pemanfaatan niranya juga perlu diupayakan pemanfaatan pati biji sorgum
sebagai bahan baku dengan metoda proses yang efisien.
Tanaman sorgum (Sorghum bieolor, L Moench) sangat berpotensi
sebagai bahan baku industri bioetanol. Diberbagai daerah telah muncul
pabrik-pabrik bioetanol kecil berbahan baku nira sorgum manis . Dalam
rangka memanfaatkan secara optimal tanaman sorgum manis sebagai
bahan baku bioetanol , selain pemanfaatan nira sorgurn perlu pula
diupayakan penggunaan biji sorgum manis sebagai bahan baku dengan
metode proses yang efisien. Pad a hidrolisis biji masih perlu pengkajian
proses pretreatment karena proses hidrolisis pati terhambat oleh matrik
protein atau protein body yang melekat pada butir pati sorgum . Hambatan
kontak butir pati dengan enzim ex-amylase ataupun polimerisasi protein
yang membentuk jaringan menyebabkan suspensi tepung sorgum yang
dipanaskan untuk proses likuifikasi tetap berviskositas tinggi. Dalam rangka
16
•
meningkatkan pemanfaatan tanaman sorgum sebagai bahan baku
produksi bioetanol maka perlu dilakukan kajian untuk mendapatkan kondisi
proses hidrolisis yang efisien dan konversi bioetanol yang optimum dan
mampu menghasilkan produk lain yang bermanfaat.
Tujuan dari program ini adalah dalam rangka meningkatkan
pemanfaatan tanaman sorgum (biji sorgum) sebagai bahan baku produksi
bioetanol
BAB IV METODOLOGI
Pengkajian optimasi proses hidrollsis biji sorgum untuk fermentasi
bioetanol dan pemanfaatan komponen padatannya dilakukan di Balai
Besar Teknologi Pati , BPPT yang berlokasi di Lampung Tengah .:
4.1 Pembuatan tepung sorgum dan anal isis bahan baku.
Bij i sorgum dibuat tepung, digiling dengan disc mill. Saringan yang
digunakan berukuran 40 mesh, dan hasil penepungan terse but diambil
sampelnya untuk dilihat distribusi ukuran partikel dan komposisi komponen
kimianya. Analisis bahan baku tersebut meliputi kadar air, kadar abu ,
kadar gula pereduksi , kadar pati , protein , serat dan lemak.
4.20ptimasi Proses Hidrollsis Alkali
Suspensi tepung sorgum dengan kandungan total sugar sekitar
15%wv dimasukkan ke dalam gelas erlenmeyer 500 ml , sebanyak 350 ml
dan ditambah pellet NaOH, diaduk merata kemudian dibiarkan selama
jangka waktu dan suhu tertentu. Penambahan NaOH divariasi untuk
mendapatkan konsentrasi tertentu (0,04-0,10 N) , selama waktu tertentu
(0,5 jam, 1,0 jam; 1,5 jam; 2,0 jam) dan pad a suhu tertentu (suhu kamar,
35, 40, dan 45°C) .
Setelah pH suspensi media diatur ::;8 dilanjutkan dengan proses
likuifikasi. Enzim a-amylase ditambahkan dengan dosis 0,1% terhadap
kandungan Total Sugar (TS) , kemudian dipanaskan hingga mencapai suhu
gelati nasi (80-90°C) dan dipertahankan selama 30 menit. Sampling
dilakukan pada akhir proses likuifikasi untuk pengukuran viskositas dan
nilai DE-nya , sebelum suhunya diturunkan hingga 55-60°C.
17
Setelah mencapai suhu 55-60°C, proses sakarifikasi dimulai dengan
penambahan enzim glucoarnylase dengan dosis 0,2% terhadap kandungan
TS. Suhu dipertahankan tetap selama 2 jam dan sampling dilakukan untuk
penetapan nilai DE yang tercapai. Proses sakarifikasi dilanjutkan setelah
didinginkan hingga mencapai suhu kamar atau (30-33°C), yang
berlangsung secara simultan dengan proses fermen-tasinya . Setelah
diinkubasikan selama 72 jam, proses fermentasi dihentikan. Guna
menetapkan efisiensi proses biokonversi patinya menjadi bioetanol (Sugar
Consumption Ratio dan Fermentation Ratio) , dilakukan analisa kadar
alkohol (metode gravimetri), kadar gula total , dan reducing sugar (Modified
Somogy' methode).
4.30ptimasi Proses Hidrolisis Pati
Optimasi proses hidrol isis pati dilakukan dalam jar fermentor dengan
volume kerja 20 liter. Hasil optimasi kondisi proses hidrolisis alkali
(hid rolisis matrik protein) dibuat tetap . Optimasi proses degradasi senyawa
pati menjadi bioetanol diperhitungkan dari besaran Sugar Consumption
Ratio (SCR) dan Fermentation Ratio (FR) dengan peubah dosis enzim a
amylase dan glucoamylase. Variasi dosis enzim a-amylase yang dipilih
0,05; 0,075; 0,100; 0,125% terhadap kandungan Total Sugar (TS) ,
sedangkan variasi dosis enzim glucoamylase 0,15; 0,20; 0,25; 0.30%
terhadap TS.
Kondisi pH, suhu, dan waktu inkubasi untuk setiap tahap proses
hidrolisis diupayakan sama dengan kondisi pengujian proses hidrolisa
matrik protein pada skala flask. Sampling dilakukan untuk penetapan nilai
DE yang dicapai pada setiap tahap proses hidrolisis dengan mengukur
kadar reducing sugar yang terbentuk .
Penetapan laju proses fermentasi , SCR dan FR dilakukan pada
akhir inkubasi selama 72 jam. Setiap 8 jam dilakukan sampling untuk
pengukuran kandungan TS tersisa (modified somogy' methode), jumlah
bioetanol yang terbentuk, pH , dan derajat keasamannya . Pada akhir
fermentasi , endapan (sludge) dalam fermented broth dipisahkan dianalisis
kandungan lemak, serat, mineral, dan protein kasarnya .
18
Dextrose Equivalent merupakan nilai indikator tingkat degradasi pati
menjadi gula sederhana, yang dihitung dari persentase kandungan
reducing sugar terhadap kandungan total sugarnya.
Perhitungan Sugar Consumption Ratio, berdasarkan pada sifat
khamir (yeast) tidak dapat mengkonsumsi zat pati sebelum terhidrolisis
menjadi gula sederhana. Persentase jumlah glukosa dalam media yang
termanfaatkan oleh khamir dihitung dengan rumus berikut (Anonymous,
1983) :
TSj - TSf S C R =------------- x 1 00 %
TS j
S C R : Sugar Consumption Ratio
TS j : Total Sugar awal dalam media
TSr : Total Sugar akhir dalam media
Efisiensi hasil pembentukan alkohol oleh khamir dinyatakan sebagai
Fermentation Ratio, dan dihitung menu rut rumus (Anonymous, 1983)
sebagai berikut:
V j • Ceth
FR = ------------------------ x 100 % Vf . TS j x (0.6439)
FR Fermentation Ratio
Vj Volume media pada awal fermentasi
Vf Volume media pada akhir fermentasi
Ceth : Konsentrasi alkohol (%vv)
TSj Nilai Total Sugar awal (%wv).
III 19
BABV HASIL DAN PEMBAHASAN
5.1 HASIL
a. Kegiatan Distribusi Partikel Tepung Biji Sorgum
Hasil distribusi partikel tepung biji sorgum varietas Lokal, sebagai
berikut:
Tabel 1. Hasil distribusi partikel tepung biji sorgum varietas Lokal
Ukuran Partikel
Tertahan di 20 mesh
Tertahan di 32 mesh
Tertahan di 40 mesh
Tertahan di 60 mesh
Lolos dari 60 mesh
Terbuang
Total
Berat
0
250,4
94,8
95,8
499,0
60,0
1000,0
Persentase (%)
0
25,04
9,48
9,58
49,90
6,00
100,00
b. Kegiatan Hidrolisa Tepung Biji Sorgum
Hasil Percobaan:
No.1. Hasil analisa pada percobaan hidrolisa tepung sorgum varietas
Lokal dengan perendaman larutan NaOH 0,05% selama 30 menit,
sebagai berikut:
20
Tabel 2. Hasil analisa pada percobaan hidrolisa tepung sorgum varietas
Lokal dengan perendaman larutan NaOH 0,05% selama 30 menit
No Parameter Hidrolisa Tepung Sorgum
Trendam =35°C
Trendam =40°C
Trendam =40°C
Tanpa Perlakuan
1 TS awal 15,36 % 15,36% 15,36% 15,36%
2 pH likuifikasi 6,50 6,50 6,50 6,50
3 Viskositas setelah likuifikasi 100 cP 90 cP 90 cP 100 cP
4 RS setelah likuifikasi 1,45 1,45 1,88 1,16
5 pH sakarifikasi 6,48 6,48 6,47 6,32
6 Viskositas setelah sakarifikasi 30 cP 25 cP 25 cP 40 cP
7 i RS setelah sakarifikasi 9,70% 9,70% 9,85% 8,11%
8 I DE 63,15 63,15 64,13 52,80
• No.2. Hasil analisa pada percobaan hidrolisa tepung sorgum varietas
Lokal dengan perendaman larutan NaOH 0,1% selama 30 menit,
sebagai berikut:
Tabel 3. Hasil analisa pada percobaan hidrolisa tepung sorgum varietas
Lokal dengan perendaman larutan NaOH 0,1% selama 30 menit
No Parameter
Hidrolisa Tepung Sorgum
Trendam =35°C
Trendam
=40°C
Trendam =40°C
Tanpa Perlakuan
1 TS awal 15,36 % 15,36% 15,36% 15,36%
2 pH likuifikasi 6,50 6,50 6,51 6,50
3 Viskositas setelah likuifikasi 85 cP 75 cP 60 cP 100 cP
4 RS setelah likuifikasi 1,59 1,88 1,16 1,16
5 pH sakarifikasi 6,48 6,50 6,32 6,32
6 Viskositas setelah sakarifikasi 10 cP 5 cP < 5 cP 40 cP
7 RS setelah sakarifikasi 9,70% 9,85% 9,85% 8,11%
8 DE 63,15 64,13 64 ,13 52 ,80
21
NO.3. Hasil analisa pada percobaan hidrolisa tepung sorgum varietas
Lokal dengan perendaman larutan t\laOH 0,05% selama 1 jam,
sebagai berikut:
Tabel 4. Hasil anallsa pada percobaan hidrolisa tepung sorgum varietas
Lokal dengan perendaman larutan NaOH 0,05% selama 1 jam
Hidrolisa Tepung Sorgum ParameterNo Trendam Trendam Trendam Tanpa
= 35°C =40°C Perlakuan=40°C
15,36% 15,36% 15,36 % 15,36%1 TS awal 2 6,51 6,52 6,456,47pH likllifikasi
Viskositas setelah 15 cP 200 cP 60 cP 50 cP 3 likuifikasi
4 2,60 3,33 1,882,46RS setelah likuifikasi 6,22 5,965 6,07 6,20pH sakarifikasi
Viskositas setelah 6 10 cP < 5 cP 30 cP 15 cP
sakarifikasi 7 9,85% 9,85%9,85% 9,85%RS setelah sakarifikasi 8 63,15 63,15 63,1563,15 DE
Hidrolisa Tepung Sorgum
No Parameter Trendam Trendam Trendam Tanpa =35°C =40°C =40°C Perlakuan
1 TS awal 15,36 % 15,36% 15,36% 15,36% 2 pH likuifikasi 6,53 6,49 6,52 6,48
3 Viskositas setelah
50 cP 30 cP 15 cP 10 cP likuifikasi 4 RS setelah likuifikasi 2,46 2,60 3,33 3,33
5 pH sakarifikasi 6,04 6,08 6,22 6,17
6 Viskositas setelah
15 cP 10 cP < 5 cP <5 cP sakarifikasi 7 RS setelah sakarifikasi 10,14% 10,14% 9,85% 10,14% 8 DE 66,02 66,02 63 ,15 66,02
- -
No.4. Hasil analisa pada percobaan hidrolisa tepung sorgum varietas
Lokal dengan perendaman larutan NaOH 0,1% selama 1 jam,
sebagai berikut:
Tabel 5. Hasil analisa pada percobaan hidrolisa tepung sorgum varietas
Lokal dengan perendaman larutan NaOH 0,1% selama 1 jam
22
NO.5. Hasil analisa pad a percobaan hidrolisa tepung sorgum varietas
Lokal dengan perendaman larutan NaOH 0,05% selama 1,5 jam,
sebagai berikut:
Tabel 6. Hasil analisa pada percobaan hidrolisa tepung sorgum varietas
Lokal dengan perendaman larutan NaOH 0,05% selama 1,5 jam
Hidrolisa Tepung Sorgum ParameterNo , Trendam Trendam TanpaTrendam
Perlakuan . =40°C=35°C =40°C
15,36% 15,36%1 15,36 % 15,36%TS awal 6,472 6,486,48 6,48pH likuifikasi
Viskositas setelah 20 cP 20 cP 50 cP 3 30 cP
likuifikasi 4 2,31 2,60 2,172,31RS setelah likuifikasi
6,35 6,355 6,44 6,44pH sakarifikasi Viskositas setelah < 10 cP 6 15 cP <10 cP 10 cP sakarifikasi
9,85% 10,14% 10,43% 9,85%7 RS setelah sakarifikasi 67,90 8 63,15 66,02 63,15DE
NO.6. Hasil analisa pada percobaan hidrolisa tepung sorgum varietas
Lokal dengan perendaman larutan NaOH 0,1% selama 1,5 jam,
sebagai berikut:
Tabel 7. Hasil analisa pada percobaan hidrolisa tepung sorgum varietas
Lokal dengan perendaman larutan NaOH 0,1% selama 1,5 jam
• .'
Hidrolisa Tepung Sorgum
No Parameter Trendam Trendam Trendam Tanpa =35°C =40°C =40°C Perlakuan
1 TS awal 15,36 % 15,36% 15,36% 15,36%
2 pH likuifikasi 6,47 6,48 6,48 6,48
3 Viskositas setelah
15 cP 10 cP 10 cP 50 cPlikuifikasi 4 RS setelah likuifikasi 3,04 3,33 3,47 2,17
5 pH sakarifikasi 6,73 6,60 6,54 6,35
6 Viskositas setelah
<10 cP <5 cP < 5 cP 10 cP sakarifikasi 7 RS setelah sakarifikasi 9,85% 10,14% 10,43% 9,85% 8 DE 63,15 66,02 67,90 63,15
23
NO .7. Hasil analisa pada percobaan hidrolisa tepung sorgum varietas
Lokal dengan perendaman larutan NaOH 0,05% selama 2 jam,
sebagai berikut:
Tabel B. Hasil analisa pada percobaan hidrolisa tepung sorgum varietas
Lokal dengan perendaman larutan NaOH 0,05% selama 2 jam
HidroJisa Tepung Sorgum
No Parameter Trendam Trendam Trendam Tanpa
= 35°C = 40°C = 40°C Perlakuan
1 TS awal 15,36 % 15,36% 15,36% 15,36%
2 pH likuifikasi 6,48 6,47 6,48 6,47
3 Visko.sitas setelah
15 cP 15 cP 15 cP 35 cP likuifikasi
4 RS setelah likuifikasi 2,31 2,31 2,40 2,17
5 pH sakarifikasi 6,43 6,45 6,40 6,36
6 Viskositas setelah
<10 cP <10 cP < 10 cP 15 cP sakarifikasi
7 RS setelah sakarifikasi 10,14% 10,43% 10,43% 9,85%
8 DE 66,02 67,90 67,90 63,15
NO.B. Hasil analisa pada percobaan hidrolisa tepung sorgum varietas
Lokal dengan perendaman larutan NaOH 0,1% selama 2 jam,
sebagai berikut:
Tabel 9. Hasil analisa pada percobaan hidrolisa tepung sorgum varietas
Lokal dengan perendaman larutan NaOH 0,1% selama 2 jam
Hidrolisa Tepung Sorgum
No Parameter Trendam Trendam Trendam Tanpa
=35°C = 40°C =40°C Perlakuan
1 TS awal 15,36 % 15,36% 15,36% 15,36%
2 pH likuifikasi 6,49 6,48 6,48 6,47
3 Viskositas setelah
10 cP 5 cP 5 cP 35 cP likuifikasi
4 RS setelah likuifikasi 3,04 3,33 2,17 2,17
5 pH sakarifikasi 6,59 6,50 6,51 6,36
6 Viskositas setelah
<10 cP <5 cP < 5 cP 15 cP sakarifikasi
7 RS setelah sakarifikasi 10,14% 10,43% 10,43% 9,85%
8 DE 66,02 67,90 67,90 63,15 -
24
NO.9. Hasil analisa pada percobaan hidrolisa tepung sorgum varietas
Numbu dengan perendaman larutan NaOH 0,05% selama 30
menit, sebagai berikut:
Tabel 10. Hasil analisa pada percobaan hidrolisa tepung sorgum varietas
Numbu dengan perendaman larutan NaOH 0,05% selama 30
menit
Hidrolisa Tepung Sorgum
No Parameter Trendam Trendam Trendam Tanpa = 35°C = 40°C = 40°C Perlakuan
1 TS awal 17,09 % 17,09 % 17,09 % 17,09 %
2 pH liku'ifikasi 6,45 6,44 6,44 6,47
3 Viskositas setelah likuifikasi
15 cP < 5 cP < 5 cP 15 cP
4 RS setelah likuifikasi 1,73 2,02 2,17 1,73
5 pH sakarifikasi 6,41 6,46 6,46 6,43
6 Viskositas setelah sakarifikasi
<5 cP <5 cP < 5 cP < 5 cP
7 RS setelah sakarifikasi 10,72% 10,72% 10,72% 10,72%
8 DE 62,73 62,73 62,73 62,73
No.10. Hasil analisa pada percobaan hidrolisa tepung sorgum varietas
Numbu dengan perendaman larutan NaOH 0,1% selama 30
menit, sebagai berikut:
Tabel 11 . Hasil analisa pada percobaan hidrolisa tepung sorgum varietas
Numbu dengan perendaman larutan NaOH 0,1% selama 30
menit
No
1
2
3
4
5
6
7
8
Hidrolisa Tepung Sorgum Parameter Trendam Trendam Trendam Tanpa
= 35°C = 40°C = 40°C Perlakuan
TS awal 17,09 % 17,09 % 17,09 % 17,09 %
pH likuifikasi 6,46 6,47 6,46 6,47 Viskositas setelah
15 cP < 5 cP < 5 cP 15 cP likuifikasi
RS setelah likuifikasi 1,73 2,02 2,17 1,73
pH sakarifikasi 6,56 6,52 6,43 6,43 Viskositas setelah
<5 cP <5 cP < 5 cP < 5 cP sakarifikasi
RS setelah sakarifikasi 10,72% 10,72% 10,72% 10,72%
DE 62,73 62 ,73 62,73 62,73
25
c. Kegiatan Fermentasi Bioetanol dari Hasil Hidrolisis Tepung Biji Sorgum
Pada Skala 2 Liter
Hasil Kegiatan:
c.1 Kegiatan Fermentasi Bioetanol dari Hasil Hidrolisis Tepung Biji Sorgum
Varietas Lokal dengan Perlakuan Perendaman NaOH 0,05% selama 1 %
Jam pada Suhu Perendaman 45°C Skala 2000 ml
Hasil analisa 'selama proses fermentasi , sebagai berikut:
Tabel 12. Fermentasi bioetanol dari hasil hidrolisis tepung biji sorgum varietas
lokal dengan perlakuan perendaman naoh 0,05% selama 1 % jam
pada suhu Perendaman 45°c skala 2000 ml
, Umur Suhu pH RS Jumlah Sel . Acidity TS Alkohol
Uam) CC) (%) (x 107 ) (ml NaOH 0.1 N) (%) (%)
0 31 .2 6.06 10.14 0.81 1.1 16.80
12 28.0 5.27 8.11 8.75 2.5 13.33
24 31 .6 4.88 4.05 11 .81 8.5 7.97 5.7
36 26.2 4.39 0.87 10.75 7.4 2.61 8.5
48 29 .3 4.75 0.72 15.58 I
7.0 ! 2.46 8.6
60 27.2 4 .51 0.57 15.63 6.9 2.31 8.9
72 29.0 4.90 0.48 14.38 4.9 2.02 9.3
Hasil perhitungan Fermentation Ratio (FR) =85,97%
c.2 Kegiatan Fermentasi Bioetanol dari Hasil Hidrolisis Tepung Biji Sorgulll
Varietas Lokal Tanpa Perlakuan Skala 2000 ml
Hasil analisa selama proses fermentasi, sebagai berikut:
26
Tabel 13. Fermentasi bioetanol dari hasil hidrolisis tepung biji sorgum
varietas lokal tanpa perlakuan skala 2000 ml
i I iAcidity TS AlkoholUmur Jumlah Sel Suhu pH RS
(0C) (%) (%)(%) Jml NaOH 0.1 N)Uam) (x 107L 16.659.27 1.50 33.3 5.98 0.8
13.04 12 7.24 4.6 28.2 4.93 9.3
5.631.7 3.18 11.6 11.2 7.2424 4.73
7.4 3.33 8.236 27.0 4.38 0.72 10.0
7.3 3.04 8.448 29.2 4.59 0.58 11 .9
7.1 60 27.3 4.38 0.29 14.8 2.46 8.85
72 28.5 4.84 0.29 14.6 5.3 2.31 8.9 I
Hasil perhitungan Fermentation Ratio (FR) =83,02%
c.3 Kegiatan Fermentasi Bioetanol dari Hasil Hidrolisis Tepung Biji Sorgum
Varietas Lokal dengan Perlakuan Perendaman NaOH 0,05% selama 1 %
Jam pada Suhu Perendaman 45°C Skala 2000 ml (pengulangan 1)
• Hasil analisa selama proses fermentasi, sebagai berikut:
•
,-r
27
Tabel 14. Fermentasi bioetanol dari hasil hidrolisis tepung biji sorgum
varietas lokal dengan perlakuan perendaman naoh 0,05% selama
11;2 jam pada suhu perendaman 45°c skala 2000 ml
(pengulangan 1)
Umur
Uam)
Suhu
(OCt
pH RS
(%)
Jumlah Sel
( x 107 )
Acidity
(ml NaOH 0.1 N)
TS
(%)
Alkohol
(%)
0 32.8 5.79 12.46 0.63 1.3 16.65 -
12 21.9 5.21 8.89 4.56 5.1 15.64 -
24
36
27'.8
22.5
4.80
4.50
7.53
2.17
10.50
14.38
7.4
10.5
12.46
5.21
2.6
7.3
48 28 .1 4.37 0.72 12.38 9.5 3.76 8.4
60 22.2 4.40 0.43 17.31 9.4 2.60 9.2
72 24.1 4.36 0.29 16.06 8.4 1.16 9.3
Hasil perhitungan Fermentation Ratio (FR) =86,75%
cA Kegiatan Fermentasi Bioetanol dari Hasil Hidrolisis Tepung Biji Sorgum
Varietas Lokal Tanpa Perlakuan Skala 2000 ml (Pengulangan 2)
Tabel 15. Fermentasi bioethanol varietas lokal tanpa perlakuan skala 2000
ml (pengulangan 2)
Umur Suhu RS Jumlah Sel Acidity TS AlkoholpH I ( x 107
) (ml NaOH 0.1 N)(%) (%) (%)flam) rC)
0 11.8832 .9 5.68 0.44 1.7 16.65
12 22.1 5.14 10.43 5.31 5.9 16.08
24 27.8 4 .70 7.53 8.5 12.46 2.610.38
36 22.7 4.46 2.17 11.015.19 5.21 7.3
48 27.8 4.34 0.72 13.00 9.8 3.76 8.4
22.2 60 4.31 0.58 10.0 2.89 9.0 16.81
72 24.2 4.44 0.43 14.50 1.459.0 9 .2 I
Hasil perhitungan Fermentation Ratio (FR) = 85 ,81 %
28
c.5 Kegiatan Fermentasi Bioetanol dari Hasil Hidrolisis Tepung Biji Sorgum
Varietas Lokal Tanpa Perlakuan Awal Skala 2000 ml
Hasil analisa selama proses fermentasi , sebagai berikut:
Tabel 16. Fermentasi bioetanol dari hasil hidrolisis tepung biji sorgum varietas
lokal tanpa perlakuan awal skala 2000 ml
Umur
U.am)
Suhu (0C)
pH RS
(%) Jumlah Sel
( x 107 )
Acidity
(ml NaOH 0 1 N)
I TS
(%) Alkohol
(%)
0 33.3 5.98 9.27 0.8 1.5 16.65
12 28.2 4.93 7.24 9.3 4.6 13.04
24
36
31.7
27.0
4.73
4.38
3.18
0.72
11.6
10.0
11.2
7.4 I
7.24
3.33
5.6
8.2
48 29.2 4.59 0.58 11.9 7.3 3.04 8.4
60 27.3 4.38 0.29 14.8 7.1 2.46 8.85
72 28.5 4.84 0.29 14.6 5.3 2.31 8.9 1
Hasil perhitungan fermentation ratio (fr) = 83,02%
c.6 Kegiatan Fermentasi Bioetanol dari Hasil Hidrolisis Tepung Biji Sorgum
Varietas Numbu dengan Perlakuan Perendaman NaOH 0,05% selama 1 %
Jam pada Suhu Perendaman 45°C Skala 2000 ml
Hasil analisa selama proses fermentasi, sebagai berikut:
29
Tabel 17. Fermentasi bioetanol dari hasil hidrolisis tepung biji sorgum
varietas numbu dengan perlakuan perendaman NaOH 0,05%
selama 1 Yz jam pada suhu perendaman 45°c skala 2000 ml
AlkoholUmur Jumlah Sel Acidity TSSuhu pH RS
(0C) (%) (%)(ml NaOH 0.1 N)(%) ( x 107)(jam)
1.3 ' 16.8010.14 0 32.2 6.02 0.75
6.66 6.6 12.4612 28 .7 5.03 8.69
9.6 7.1 24 2.60 10.25 4 .78 32.3 4.60
7.4 2.31 9.326.8 4.56 0.15 9.37536
0.15 7.1 1.74 9.348 29.2 4.91 12.44
7.0 1.16 9.760 27.2 4.66 0 13.63
4.9 1.16 9.772 28 .9 5.16 0 9
Hasil perhitungan Fermentation Ratio (FR) =89,67%
c.7 Kegiatan Fermentasi Bioetanol dari Hasil Hidrolisis Tepung Biji Sorgum
Varietas Numbu Tanpa Perlakuan Awal Skala 2000 ml (Pengulangan)
Hasil analisa selama proses fermentasi, sebagai berikut:
Tabel 18. Fermentasi bioetanol dari hasil hidrolisis tepung biji sorgum
varietas numbu tanpa perlakuan awal skala 2000 ml
(pengulangan)
Umur
(jam)
0
12
24
36
48
60
72
Suhu
(0C)
32.7
28 .2
31.7
27 .1
29.2
27 .2
28.9
pH
5.98
5.05
4.70
4.52
4.56
4.59
5.07
RS
(%)
10.14
8.11
3.18
0.43
0.29
0.29
0.29
Jumlah Sel
(x 107 )
0.4
8.3
11.0
8.8
10.6
11.1
8.9 .
Acidity
(ml NaOH 0.1 N)
1.7
3.8
12.0
7.9
7.2
6.9
4.4 - - -
TS
(%)
16.65
12.75
6.08
2.31
1.74
1.30
1.16
Alkohol
(%)
6.2
9.0
9.2
9.4
9.4
30
1
-- --
• •
Hasil perhitungan Fermentation Ratio (FR) =87,768%
d. Kegiatan Fermentasi Bioetanol dari Hasil Hidrolisis Tepung Biji Sorgum
Pada Skala 200 Liter
Hasil Kegiatan:
d.1. Kegiatan Fermentasi Bioetanol dari Hasil Hidrolisis Tepung Biji Sorgum
Varietas Lokal dengan Perlakuan Perendaman NaOH 0,05% selama
1~ Jam .pada Suhu Perendaman 45°C Skala 200 liter
Hasil analisa selama proses hidrolisa , sebagai berikut:
Table 19. Hasil analisa selama proses hidrolisa
Setelah Likuifikasi Setelah Sakarifikasi pH awal Visco DE
(cp) RS Visco RS TS
(%) (cp) pHj:>H (%L1%) -(%)
-6,3 <5 <5 8--,69 ~7 ~66~ ~
Hasil analisa selama proses fermentasi, sebagai berikut:
Table 20. Hasil analisa selama proses fermentasi
Umur Suhu pH RS Jumlah Sel Acidity TS Alkohol
(jam) (OC) (%) ( x 107 ) 1ml NaOH 0 1 Nl 1%) (%)
0 33,5 5,70 8,69 0 1,0 15,07 0
12 29,1 5,17 3,33 10,75 4 ,8 7,53 4,2
24 31,5 4,42 0,72 15,19 5,3 3,76 7,1
36 27 ,5 4,49 0,43 18,25 5,6 2,31 8 ,1
48 29,3 4,39 0,36 17,5 5,6 1,45 8,2
60 28,0 4,48 0,21 15,69 4 ,7 1,16 8,3
72 29 ,7 4 ,51 0,21 12,69 4 ,9 0,48 8,3 - ~ -
Hasil perhitungan Fermentation Ratio (FR) 72 jam = 85,54%
31
Media Lokal dengan Perendaman 40
35
30
25
20
15
JO
5
0
80
TS
Gambar 2. Grafik Fermentasi bioetanol dari hasil hidrolisis tepung biji sorgum
varietas lokal dengan perlakuan perendaman naoh 0,05% selama
11i jam pada suhu perendaman 45°c skala 200 liter
d.2. Kegiatan Fermentasi Bioetanol dari Hasil Hidrolisis Tepung Biji Sorgum
Varietas Lokal Tanpa Perlakuan Skala 200 liter
Hasil analisa selama proses hidrolisa, sebagai berikut:
Tabel 21 . Hasil analisa selama proses hidrolisa
0 10 20
-+- Su ilu ~pl l
30 40 Umur{jam)
50
RS --Jllllli ah SL'i - - Ac id it y
70GO
Alkohol
• pH Setelah Likuifikasi Setelah Sakarifikasi
awal Visco RS Visco RS TS DE (cp) (%) pH (cp) (%) pH (%) (%)
6,3 <5 - ~,2 ~5 8,69 6,0 15,07 57,66 I"-----
32
Hasil analisa selama proses fermentasi, sebagai berikut:
Tabel 22. Hasil analisa selama proses fermentasi
Umur Suhu pH RS Jumlah Sel Acidity TS Alkohol
Gam) (OC) (%) ( x 107 ) (ml NaOH 0 1 N) (%) (%)
0 31 ,2 5,70 8,24 1,0 15,07
12 28,0 5,27 3,18 9,3 4,6 7,24 3,6
24 31 ,6 4,88 0,72 11 ,6 5,2 3,33 6,9
36 26,2 4,39 0,58 10,0 5,4 2,46 7,9
48 29 ,3 4,57 0,36 11,9 5,3 2,31 8,0
60 27,2 4,51 0,29 14,8 5,1 1,16 8,1
72 29,0 4,90 0,21 14,6 5,3 0,87 8,2
Hasil perhitungan Fermentation Ratio (FR) = 84,50%
Media Lokal Tanpa Perendaman 3'),0
30,0
2'),0
20 ,0
1') ,0
10,0
-, ~---=-. • • • 5,0
o 10 20 30 40 ')0 60 70 80 Umur(jJm)
-+- Suhu _ pH RS - JUI1lI,) i1 Sci - AC iQlt\, Alkohol TS
Gambar 3. Grafik Fermentasi Bioetanol dari Hasil Hidrolisis Tepung Biji
Sorgum Varietas Lokal Tanpa Perlakuan Skala 200 liter
1
33
d.3. Kegiatan Fermentasi Bioetanol dari Hasil Hidrolisis Tepung Biji Sorgum
Varietas Numbu dengan Perlakuan Perendaman NaOH 0,05% selama 1~
Jam pad a Suhu Perendaman 45°C Skala 200 liter
Hasil analisa selama proses hidrolisa , sebagai berikut:
Tabel23. Hasil analisa selama proses hidrolisa
pH Setelah Likuifikasi Setelah Sakarifikasi
awal Visco RS Visco RS TS DE (cp) . (%) pH (cp) (%) pH (%) (%)
6,2 <5 - 5,86 <5 9,85 5,65 J7,67 55,7A_
Umur I Suhu pH RS Jumlah Sel Acidity TS Alkohol i
Uam) (0C) (%) ( x 107 ) (ml NaOH 0.1 N) (%) (%)
0 33,0 5,65 9,85 1,4 16,67
12 38,2 4,70 5,07 7,62 8,6 9,56 5,3
24 33,0 4,31 0,87 10,19 9,8 2,89 8,8
36 28,2 4,55 0,21 8,31 9,4 1,16 9,5
48 29,1 4,42 0,21 9,81 9,0 0,87 9,7
60 28,3 4,61 0 9,18 8,4 0,72 9,8
72 29,3 4,58 0 8,00 8,9 0,72 9,8
'-- - - - -
Hasil analisa selama proses fermentasi, sebagai berikut:
Tabel 24. Hasil analisa selama proses fermentasi
Hasil perhitungan Fermentation Ratio (FR) 72 jam = 91,30%
,.....
34
Media Numbu dengan Perendaman 45 .0
40 ,(J
35.0
30.0
•• pH Setelah Likuifikasi Setelah Sakarifikasi awal Visc o RS Visco RS TS DE
(cp) (%) pH (cp) (%) pH (%) (%)
6,3 <5 - 5,8 <5 9,85 5,6 17,09 57,64
2) .0
20 .0
15 .0
10 .0
0.0
o 10 20 30 40 so 60 70 80 Umur(j<lm)
~Sllh l l ...... pH RS -Jllll1 l,lh Sci - ACId ily Alk ohol I ~
Gambar 4. Grafik Fermentasi Bioetanol dari Hasil Hidrolisis Tepung Biji
Sorgum Varietas Lokal dengan Perlakuan Perendaman NaOH
0,05% selama 1 ~ Jam pada Suhu Perendaman 45°C Skala
200 liter
d.4. Kegiatan Fermentasi Bioetanol dari Hasil Hidrolisis Tepung Biji Sorgum
Varietas Numbu Tanpa Perlakuan Awal Skala 200 liter
Hasil analisa selama proses hidrolisa, sebagai berikut:
Tabel25. Hasil analisa selama proses hidrolisa
35
Hasil analisa selama proses fermentasi , sebagai berikut:
Tabel 26. Hasil analisa selama proses fermentasi
! RSpH ;; TS AlkoholUmur Jumlah Sel AciditySuhu
(0C) (%) (x 107) (%)(ml NaOH 0.1NlUam) (%1
2,2 17,0933,3 5,60 9,850
4,18,8 10,4332,6 4,77 7,303,0412
5,21 7,033,6 4,31 0,28 8,75 8,024
8,18,229,9 4 ,33 0,15 11,60 4 ,0536
31,7 4,36 0,094 11 ,88 8,39,2 i 3,7648
30 ,1 0 10,31 9,1 3,184,35 8,860
9,030,0 4,35 0 9,37 0,87 9,272
-
Hasil perhitungan Fermentation Ratio (FR) 72 jam = 83,60%
Media Numbu tanpa Perendaman 40
3S >- ..--
30
25
20
15
10
5 !! ., • • 0
0 10 20 30 ·~o SO 60 70 gO Umur(j<lm)
~<'1I1l 1l .... pH - RS -JlltllI JhSt'l • - AclclilV Alkoho l TS
---.
Gambar 5. Grafik Fermentasi Bioetanol dari Hasil Hidrolisis Tepung Biji
Sorgum Varietas Numbu Tanpa Perlakuan Awal Skala 200 liter
36
5.2 Pembahasan
Dari data-data yang diperoleh, diketahui bahwa biji sorgum dapat
dijadikan sebagai bahan baku bioethanol baik varietas lokal maupun
varietas Numbu. Adapun kandungan matrix protein yang dapat
menghambat proses hidrolisa pada varietas sorgum yang diujikan tidak
tampak secara dominan sehingga pengaruh perendaman larutan NaOH
untuk mengkoagulasi protein tersebut tidak banyak. Perbedaan hasil DE
(Dextrose equivalent) memang menunjukan perlakuan dengan
perendalaman dalam larutan NaOH sedikit lebih baik daripada dengan
perlakuan 'tanpa perendaman, dan itu berdampak pula pada hasil
fermentasi yang dapat menghasilkan ethanol lebih besar.
BABVI KESIMPULAN DAN SARAN
• 6.1 KESIMPULAN
a. Kondisi optimum proses hidrolisis biji sorgum untuk varietas Lokal
(Hermada) dan Numbu (sorgum manis) tercapai pada kondisi perendaman
dengan NaOH 0,05% pada suhu 45°C selama 1,5 jam.
b. Rasio fermentasi untuk varietas Lokal (Hermada) dengan perendaman
NaOH adalah 86,75%, tanpa perendaman 85,81 %. Sedangkan , rasio
fermentasi untuk varietas Numbu dengan perendaman NaOH adalah
89,67%, tanpa perendaman 87,68%.
c. Untuk 2 (dua) varietas sorgum yang dicoba, tidak menunjukkan perbedaan
yang cukup berarti antara diberi perlakuan dan tanpa perlakuan.
6.2SARAN
Perlu dicari varietas sorgum yang memerlukan perlakuan awal untuk
membuktikan adanya protein body yang menghalangi proses hidrolisis
secara signifikan.
37
0 .. ' "J ""j,,,,,,, . • ,, ., I 'f'''' I ,. ~"f'
"'1" 1_ ~. -,,,, .' .t ' w ••• ~ .
, ' r' ... ..... .J
N'v'~ Idll\l'v'l
017
ljsaw 017 5010 1 UeJn~n ue5uap wn5Jos !f!8 5undal ·6 Jeq we8
It
Zf
--"'~ . b.1"i! ,' ':"':'1 "
\ .. I":"·' • , . •.•~
je6ns 6upnpaC/ SISIIOJPIH '9 ~ Jeqwe8
Gambar 16. Fermentasi dengan jar fermentor 2000 ml
Gambar 17. Persiapan bahan baku untuk proses hidrolisis dan
fermentasi bioetanol dari hasil hidrolisis tepung biji
sorgum skala jar fermentor 200 liter
44
Gambar 18. Pencampuran enzim ami lase pad a proses hidrolisis dan
fermentasi bioetanol dari hasil hidrolisis tepung biji sorgum
skala jar fermentor 200 liter
Gambar 19. Pengambilan sampel fermentasi jar fermentor 200 liter
...:'
1
••••••••