b BAB 2 PROSES KIMIA DAN BIOLOGI PEMBUATAN BIOETHANOL DARI RUMPUT GAJAH


BAB 2

PROSES KIMIA DAN BIOLOGI PEMBUATAN BIOETHANOL DARI RUMPUT GAJAH

Pokok Bahasan :

Proses hidrolisis selulosa harus dilakukan dengan asam pekat agar dapat menghasilkan glukosa. Dalam pembentukan alkohol melalui fermentasi, peran mikroorganisme sangat besar, pertumbuhan mikroorganisme dapat ditandai dengan peningkatan jumlah dan masa sel, sedangkan kecepatan pertumbuhan tergantung pada lingkungan fisik dan kimianya. Minuman beralkohol yang dihasilkan tanpa distilasi (hasil fermentasi) biasanya mempunyai kadar alkohol antara 12 – 15%. Untuk mempertinggi kadar alkohol sering dilakukan tahap lanjutan yaitu didistilasi dan kadar alkohol yang dihasilkan antara 95 – 96%.

Tujuan Instruksional , pembaca diharapkan :

  1. Memahami pengertian tentang proses hidrolisis
  2. Memahami pengertian tentang khamir
  3. Memahami pengertian tentang proses fermentasi

2.1. Pendahuluan

Selulosa dari rumput dapat diubah menjadi ethanol dengan proses hidrolisis asam dengan kadar tertentu. Proses hidrolisis selulosa harus dilakukan dengan asam pekat agar dapat menghasilkan glukosa.

Fermentasi pertama kalinya dilakukan perlakuan dasar terhadap bibit fermentor / persiapan starter. Dimana starter diinokulasikan sampai benar-benar siap menjadi fermentor, baru dimasukkan ke dalam substrat yang akan difermentasi. Bioethanol merupakan bentuk alami yang dihasilkan dari proses fermentasi yang banyak ditemukan dalam produk bir, anggur, spiritus, dan masih banyak lagi. Minuman beralkohol dapat digolongkan menjadi dua bagian, yaitu :

  1. Produk hasil fermentasi yang dikonsumsi langsung
  2. Produk hasil fermentasi yang didistilasi lebih dahulu sebelum dikonsumsi

Dalam pembentukan alkohol melalui fermentasi, peran mikroorganisme sangat besar dan biasanya mikroorganisme yang digunakan untuk fermentasi mempunyai beberapa syarat sebagai berikut :

  1. Mempunyai kemampuan untuk memfermentasi glukosa secara cepat
  2. Mempunyai genetik yang stabil (tidak mudah mengalami mutasi)
  3. Toleran terhadap alkohol yang tinggi (antara 14 – 15%)
  4. Mempunyai sifat regenerasi yang cepat.

Pertumbuhan sel merupakan puncak aktivitas fisiologik yang saling mempengaruhi secara beraturan. Proses pertumbuhan ini sangat kompleks mencakup pemasukan nutrient dasar dari lingkungan ke dalam sel, konversi bahan – bahan nutrient menjadi energi dan berbagai konstituen sel yang vital serta perkembangbiakan. Pertumbuhan mikroorganisme dapat ditandai dengan peningkatan jumlah dan masa sel, sedangkan kecepatan pertumbuhan tergantung pada lingkungan fisik dan kimianya.

Minuman beralkohol yang dihasilkan tanpa distilasi (hasil fermentasi) biasanya mempunyai kadar alkohol antara 12 – 15%. Untuk mempertinggi kadar alkohol sering dilakukan tahap lanjutan yaitu didistilasi dan kadar alkohol yang dihasilkan antara 95 – 96%.

2.2. Proses Hidrolisis

Hidrolisis adalah reaksi organik dan anorganik yang mana terdapat pengaruh air yang terhadap dekomposisi ganda dengan komponen yang lain, hydrogen menjadi 1 komponen dan yang lain adalah hidroksil :

XY  +  H2O             HY +   XOH        …………….……. (1)

Hidrolisis, merupakan proses pemecahan suatu senyawa menjadi senyawa yang lebih sederhana dengan bantuan molekul air (Othmer, 1952).

2.2.1. Jenis Proses Hidrolisis

Jenis proses hidrolisis ada lima macam yaitu sebagai berikut :

  1. Hidrolisis murni

Pada proses ini hanya melibatkan air saja. Proses ini tidak dapat menghidrolisis secara efektif karena reaksi berjalan lambat. Hidrolisis murni ini biasanya hanya untuk senyawa yang sangat reaktif dan reaksinya dapat dipercepat dengan memakai uap air.

  1. Hidrolisis dengan larutan asam

Menggunakan larutan asam sebagai katalis. Larutan asam yang digunakan dapat encer atau pekat, seperti H2SO4 atau HCl.

  1. Hidrolisis dengan larutan basa

Menggunakan larutan basa encer maupun pekat sebagai katalis. Basa yang digunakan pada umumnya adalah NaOH atau KOH. Selain berfungsi sebagai katalis, larutan basa pada proses hidrolisis berfungsi untuk mengikat asam sehingga kesetimbangan akan bergeser ke kanan.

  1. Alkali fusion

Hidrolisis ini dilakukan tanpa menggunakan air pada suhu tinggi, misalnya dengan menggunakan NaOH padat.

  1. Hidrolisis dengan enzym

Hidrolisis ini dilakukan dengan menggunakan enzym sebagai katalis. Enzym yang digunakan dihasilkan dari mikroba seperti enzym α-amylase yang dipakai untuk hidrolisis pati menjadi glukosa dan maltosa (Groggins, 1958).

 

2.2.2. Faktor-Faktor Yang Mempengaruhi Hidrolisis

            Selulosa dari rumput dapat diubah menjadi ethanol dengan proses hidrolisis asam dengan kadar tertentu. Proses hidrolisis selulosa harus dilakukan dengan asam pekat agar dapat menghasilkan glukosa.(Fieser.1963).

Proses hidrolisis ini dipengaruhi oleh beberapa faktor, diantaranya :

  1. pH (derajat keasaman)

pH mempengaruhi proses hidrolisis sehingga dapat dihasilkan hidrolisis yang sesuai dengan yang diinginkan. pH yang baik untuk proses hidrolisis adalah 2,3.(Soebijanto,1986).

  1. Suhu

Suhu juga mempengaruhi proses kecepatan reaksi hidrolisis. Suhu yang baik untuk hidrolisis selulosa adalah sekitar 21 oC

  1. Konsentrasi

Konsentrasi mempengaruhi laju reaksi hidrolisis. Untuk hidrolisis asam digunakan konsentrasi HCl pekat atau H2SO4 pekat.(Groggins,1985)

Dalam proses ini selulosa dalam rumput gajah diubah menjadi glukosa dengan reaksi sebagai berikut:

(C6H10O5)n  +  n H2O                   C6H12O  …………………….  (2)

Selulosa                                     Glukosa

2.3. KHAMIR

            Khamir adalah mikroorganisme bersel tunggal dengan ukuran antara 5 – 20 mikron. Biasanya berukuran sampai 5-10x lebih besar dari bakteri. Terdapat berbagai  macam bentuk ragi, dan bentuk ini tergantung pada pembelahannya. Sel khamir sering dijumpai secara sel tunggal, tetapi apabila anak-anak sel tidak dilepaskan dari induknya setelah pembelahan, maka akan terjadi bentuk yang disebut pseudomiselum. Khamir tidak bergerak. Pembelahan khamir terjadi secara aseksual atau tunas. Khamir sangat berperan penting dalam membantu proses-proses pembuatan bir. Salah satu khamir yang baik untuk pembuatan ethanol adalah Saccharomyces Cerevisiae yang mana tunasnya berkembang dari bagian permukaan sel induk (Buckle,1985).

 

 

 

2.4. Proses Fermentasi

            Proses fermentasi yang dilakukan adalah proses fermentasi yang tidak menggunakan oksigen atau proses anaerob. Cara pengaturan produksi ethanol dari gula cukup komplek, konsentrasi substrat, oksigen, dan produk ethanol, semua mempengaruhi metabolisme khamir, daya hidup sel, pertumbuhan sel, pembelahan sel, dan produksi ethanol. Seleksi galur khamir yang cocok dan mempunyai toleransi yang tinggi terhadap baik konsentrasi, substrat ataupun alkohol merupakan hal yang penting untuk peningkatan hasil (Hall dan Higgins, 1985)

Faktor-faktor Dalam Fermentasi

Fermentasi pertama kalinya dilakukan perlakuan dasar terhadap bibit fermentor / persiapan starter. Dimana starter diinokulasikan sampai benar-benar siap menjadi fermentor, baru dimasukkan ke dalam substrat yang akan difermentasi.(Dwijoseputro). Bibit fermentor yang biasa digunakan adalah Saccharomyces Cerevisiae.                    

         Saccharomyces Cerevisiae mempunyai ciri-ciri sebagai berikut:

  1. Mempunyai bentuk sel yang bulat, pendek oval, atau oval.
  2. Mempunyai ukuran sel (4,2-6,6) x (5-11) mikron dalam waktu tiga hari pada 25oC dan pada media agar.
  3. Dapat bereproduksi dengan cara penyembulan atau multilateral.
  4. Mampu mengubah glukosa dengan baik.
  5. Dapat berkembang dengan baik pada suhu antara 20-30 oC (Judoamidjojo,1992 dan Faith Keyes).

Khamir mempunyai kurva pertumbuhan tertentu, dengan adanya kurva pertumbuhan ini maka dapat diketahui waktu yang tepat untuk memasukkan khamir ke dalam substrat yang akan difermentasi.

Jumlah sel

Waktu

Gambar 2.1. Kurva Pertumbuhan

            Pada fase pertama, khamir masih dalam tahap pemindahan dan belum mengadakan pembiakan dan disebut fase adaptasi.

Pada fase kedua, jumlah khamir mulai bertambah banyak sedikit demi sedikit yang mana dalam fase ini sel-sek tampak lebih gemuk. Dan langsung disusul oleh fase pembiakan cepat. Dalam fase ini disebut sebagai fase log. Pada fase ini khamir berkembang biak dengan cepat. Fase ini merupakan fase yang sangat baik untuk menjadikannya sebagai inokulum.

Pada fase ketiga, khamir mulai dalam fase stagnant yaitu dimana khamir kecepatan berkembang biaknya berkurang, sehingga jumlah bakteri yang mati sama dengan jumlah bakteri yang berkembang biak. Dengan demikian, kurva menunjukkan garis yang horizontal.

Pada fase keempat karena berbagai faktor baik keadaan medium yang memburuk, perubahan pH, atau pun karena bertumpuk-tumpuknya zat kotoran, maka jumlah bakteri yang mati semakin banyak dan makin melebihi jumlah bakteri yang membelah diri, sehingga grafiknya menunjukkan keadaan menurun. Fase itu disebut fase kematian (Dwidjoseputro,1990)

Proses fermentasi dipengaruhi oleh :

  1. 1.    Nutrisi

Pada proses fermentasi, mikoroorganisme sangat memerlukan nutrisi yang baik agar dapat diperoleh hasil fermentasi yang baik. Nutrisi yang tepat untuk menyuplai mikroorganisme adalah nitrogen yang mana dapat diperolah dari penambahan NH3­, garam amonium, pepton, asam amino, urea. Nitrogen yang dibutuhkan sebesar 400-1000 gram/1000 L cairan. Dan phospat yang dibutuhkan sebesar 400 gram/1000 L cairan (Soebijanto,1986).

Nutrisi yang lain adalah amonium sulfat dengan kadar 70-400 gram / 100 liter cairan.(Judoamidjojo,1992).

  1. 2.    pH

pH yang baik untuk pertumbuhan bakteri adalah 4,5 – 5. Tetapi pada pH 3,5 fermentasi masih dapat berjalan dengan baik dan bakteri pembusuk akan terhambat. Untuk mengatur pH dapat digunakan NaOH dan HNO3.     

 

 

 

 

 

  1. 3.    Suhu

Suhu yang baik untuk pertumbuhan bakteri adalah antara 20-30 oC. Makin rendah suhu fermentasi, maka akan semakin tinggi ethanol yang akan dihasilkan, karena pada suhu rendah fermentasi akan lebih komplit dan kehilangan ethanol karena terbawa oleh gas CO2 akan lebih sedikit.

  1. 4.    Waktu

Waktu yang dibutuhkan untuk fermentasi adalah 7 hari (Judoamidjojo, 1992)

  1. 5.    Kandungan gula

Kandungan gula akan sangat menpengaruhi proses fermentasi, kandungan gula optimum yang diberikan untuk fermentasi adalah 25%. Untuk permulaan, kadar gula yang digunakan adalah 16% (Sardjoko.1991).

  1. 6.    Volume starter

Volume starter yang baik untuk melakukan fermentasi adalah 1/10 bagian dari volume substrat.

Dalam proses fermentasi ini, glukosa dari hasil fermentasi diubah menjadi ethanol dengan reaksi sebagai berikut :

Saccharomyces Cereviceae

C6H12O6                                          2C2H5OH  +  2CO­2          ………….. (3)Glukosa                                          Ethanol

Pada penelitian terdahulu telah dilakukan penelitian terhadap biji kapas dengan proses hidrolisis yang menggunakan 0,8 % H­2SO4 pada suhu 120oC selama 1 jam sehingga dihasilkan kadar glukosa tertinggi 13,848 %. Glukosa ini mendapat perlakuan fermentasi yang optimum selama 72 jam dengan kadar ethanol 7,86 % setelah proses distilasi.( Rois Akbar Zulzaki,2005 ).

Pada penelitian terdahulu tentang buah siwalan dilakukan proses hidrolisis dengan pH 2,3 , suhu 100oC , H2SO4 1 N. Dengan proses tersebut dapat dihasilkan kadar glukosa optimum sebesar 21,86 % kemudian dilakukan proses fermentasi dengan penambahan optimum (NH4)HPO4 sebesar 9 gram sehingga didapatkan 9,92 % ethanol setelah distilasi dan kadar glukosa sisa sebesar 8,02 % (Eri Maryudha Saputra, 2007).

Pada PT. MOLINDO RAYA INDUSTIAL dilakukan proses fermentasi pada molasses dengan kadar glukosa 12 % dapat menghasilkan ethanol dengan kadar 9 % sebelum proses distilasi. Setelah proses distilasi dapat dihasilkan kadar ethanol 96-99.9%. Pada proses fermentasi suhunya dijaga 33 oC dan pH 4,5. Serta ditambahkan bahan-bahan penunjang seperti urea, SP 36, asam sulfat, defoaming agent.

 

About these ads

Leave a Reply

Fill in your details below or click an icon to log in:

WordPress.com Logo

You are commenting using your WordPress.com account. Log Out / Change )

Twitter picture

You are commenting using your Twitter account. Log Out / Change )

Facebook photo

You are commenting using your Facebook account. Log Out / Change )

Google+ photo

You are commenting using your Google+ account. Log Out / Change )

Connecting to %s

Follow

Get every new post delivered to your Inbox.

%d bloggers like this: