PEMANFAATAN LIMBAH CAIR TEPUNG TAPIOKA SEBAGAI ETHANOL

PEMANFAATAN LIMBAH CAIR TEPUNG TAPIOKA SEBAGAI ETHANOL

 

PENDAHULUAN

Latar Belakang Masalah

Pada saat ini industri kimia telah berkembang pesat di Indonesia, hal ini disebabkan karena kebutuhan manusia yang semakin meningkat dan beragam. Dengan adanya kebutuhan tersebut, maka industri-industri kimia berusaha untuk memenuhinya. Oleh karena itu kebutuhan akan bahan-bahan kimia juga meningkat, salah satu bahan kimia adalah etanol.

Alkohol banyak digunakan dalam kehidupan sehari-hari, misalnya sebagai bahan kosmetik, industri minuman, bahan minuman, bahan pelarut organik dan sebagai bahan bakar. Kebutuhan ini akan bertambah banyak dengan adanya kemungkinan alkohol menggantikan minyak bumi sebagai bahan bakar. Dimana bahan bakar dari alkohol ini merupakan bahan bakar yang bersumber dari bahan yang dapat diperbaharui dan tentunya bertolak belakang dengan bahan bakar minyak bumi atau gas yang sekarang digunakan yang lama kelamaan akan semakin habis.

Alkohol dapat diperoleh melalui proses fermentasi dan sintetis. Proses pembuatan alkohol untuk skala industri biasanya menggunakan bantuan mikroorganisme untuk merubah bahan dasar yang mengandung gula menjadi alkohol. Pada umumnya bahan baku untuk membuat etanol diperoleh dari tetes atau molase, dimana tetes juga merupakan bahan yang dibutuhkan untuk industri lain seperti pembuatan bir dan pembuatan bumbu masak. Karena banyaknya kebutuhan industri yang menggunakan tetes sebagai bahan baku, maka secara tidak langsung persediaan tetes akan semakin habis. Oleh karena itu, diperlukan adanya pembaharuan atau alternatif bahan baku lain yaitu dengan memanfaatkan limbah tepung tapioka (kanji) sebagai bahan baku pembuatan etanol.

Tepung tapioka adalah tepung yang diperoleh dari ubi kayu. Dalam kehidupan sehari-hari tepung tapioka dikenal dengan nama pati atau kanji dan merupakan salah satu bahan untuk keperluan industri makanan, industri farmasi, industri tekstil, industri perekat dll.

Limbah cair tepung tapioka dihasilkan dari proses produksi tepung tapioka, baik dari pencucian bahan baku sampai pada proses pemisahan pati dari airnya atau proses pengendapan.

Limbah cair tepung tapioka mempunyai kandungan karbohidrat sebanyak 8,14% dan glukosanya 1,72% (BBLK, 2008). Dengan adanya kandungan karbohidrat tersebut memungkinkan untuk dimanfaatkan sebagai bahan baku untuk produksi etanol.

 

 

Perumusan Masalah

Semakin banyaknya kebutuhan Alkohol yang digunakan dalam kehidupan sehari-hari, misalnya sebagai bahan kosmetik, industri minuman, bahan minuman, bahan pelarut organik dan sebagai bahan bakar. Kebutuhan ini akan bertambah banyak dengan adanya kemungkinan alkohol menggantikan minyak bumi sebagai bahan bakar. Dimana bahan bakar dari alkohol ini merupakan bahan bakar yang bersumber dari bahan yang dapat diperbaharui dan tentunya bertolak belakang dengan bahan bakar minyak bumi atau gas yang sekarang digunakan yang lama kelamaan akan semakin habis.

Untuk itu perlu diadakannya alternative tambahan dalam pembutan etanol,untuk memenuhi semua kebutuhan yang semakin meningkat,salah satu nya adalah memenfaatkan limbah cair tepung tapioka yang selama ini hanya dibuang begitu saja.

Etanol yang dibuat dari limbah cair tepung tapioka yang dihidrolisis menjadi glukosa dengan menggunakan enzim α-amilase, kemudian dilanjutkan dengan proses fermentasi. Diharapkan dari proses tersebut dapat diperoleh hasil etanol yang terbaik.

Tujuan Program

Tujuan dari penelitian ini adalah mencari kondisi terbaik pada proses fermentasi sehingga diperoleh hasil etanol yang optimal.

Luaran yang Diharapkan

Kegunaan Program

Adapun manfaat dari penelitian ini antara lain :

  1. Memberikan nilai tambah dari limbah cair tepung tapioka
  2. Memberikan alternatif lain pada limbah cair tepung tapioka sebagai pengganti tetes yang selama ini digunakan untuk pembuatan etanol
  3. Etanol dapat digunakan sebagai pengganti bahan bakar, pelarut, dan bahan dasar pembuatan asetaldehyde, ethyl acetate dan sebagainya

 

 

 

TINJAUAN PUSTAKA

Limbah Cair Tepung Tapioka

Limbah cair industri tapioka dihasilkan dari proses pembuatan, baik dari pencucian bahan baku sampai pada proses pemisahan pati dari airnya atau proses pengendapan

Limbah cair industri tapioka memiliki kandungan bahan organik yang tinggi, selain itu mengandung senyawa sianida yang bersifat toksik. Karena tingginya kandungan bahan organik dalam limbah cair ini, maka pengolahan yang paling sesuai adalah secara biologi. limbah cair sintetis yang dibuat dengan menggunakan bahan baku tepung gaplek, karena memiliki karakteristik yang terdekat dengan limbah cair industri tapioka yang sebenarnya. Karakterisasi limbah cair industri tapioka mendapatkan konsenterasi COD total sebesar 6600 mg/l dan COD terlarut 6507 mg/l, sedangkan konsentrasi senyawa sianida yang terukur 8,27 mg/l (http://www.itb.ac.id/).

Tabel I-2.   Kandungan Limbah Cair Tepung Tapioka

Komposisi

Jumlah (mg/lt)

COD

BOD

Total Solid

Total Soluble Starch

Sianida

6600

6507

12.500 – 20.000

5800 – 8000

8,27

Sumber : http://www.itb.ac.id/

Landasan Teori

Bahan yang mengandung disakarida pati maupun karbohidrat harus dihidrolisa terlebih dahulu menjadi komponen yang sederhana yaitu monosakarida (Agus krisno, 2002)

Pati            Hidrolisis             Gula          Fermentasi              Alkohol

Pati adalah polysacharida yang terdiri dari polimer glukosa dengan rumus molekul (C6H10O5). Pati alami terdiri dari dua macam komponen,  yaitu amylase dengan kadar 10-20% dan amylopectin dengan kadar 80-90%. Pati yang terkandung dalam limbah cair tepung tapioka dapat diubah menjadi ethanol melalui proses biologi dan kimia (biokimia)

Hidrolisis dengan enzym

 

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

 

 

 

 

 

 

 

Proses hidrolisis dipengaruhi dengan beberapa faktor, antara lain sebagai berikut :

a.  Jumlah kandungan karbohidrat pada bahan baku

Kandungan karbohidrat sedikit maka akan menghasilkan glukosa sedikit dan sebaliknya. Pada kandungan suspensi terlalu tinggi, maka akan mengakibatkan campuran akan meningkat

b.   Suhu Hidrolisis

Pada umumnya semakin tinggi suhu, semakin  naik laju reaksi baik yang tidak dikatalis maupun yang dikatalis oleh enzim. Akan tetapi jika suhu yang terlalu tinggi dapat mempercepat pemecahan atau perusakan enzim. Tetapi  perlu diingat bahwa enzim adalah protein, jadi semakin tinggi suhu proses inaktifasi enzim juga meningkat. Keduanya mempengaruhi laju reaksi enzimatik secara keseluruhan.

Hampir semua enzim mempunyai aktivasi optimal pada suhu  30 ºC – 40 ºC.

c.   pH

pH berpengaruh terhadap jumlah produk hidrolisis, Enzim menunjukkan aktivitas maksimum pada suatu kisaran pH yang disebut pH  optimum. Dimana pH optimum umumnya berkisar antara 4.5–8. pH  optimum suatu enzim berbeda tergantung asal enzim tersebut.

d. Kadar Air

Kadar air dari bahan sangat mempengaruhi  laju  reaksi   enzimatik. Pada kadar air bebas yang rendah terjadi halangan dan rintangan sehingga baik difusi enzim atau substrat terhambat, Akibatnya hidrolisa hanya terejadi pada bagian substrat yang langsung berhubungan dengan enzim (winarno,1994).

  1. Kecepatan pengadukan

Kecepatan pengadukan yang digunakan untuk proses hidrolisis adalah 200 rpm (Soebijanto, 1986).

Jika α-amylase yang diperoleh dari bacillus subtilis menghidrolisis pati dengan hasil utama maltoheksosa, maltopentaosa, dan sedikit glukosa 4-5%, maka α-amylase yang dihasilkan oleh bacillus licheniformis menghasilkan maltose, maltotriosa, maltopentosa, glukosa 8–10% (Soebijnto,1986).

Fermentasi

Ethanol merupakan bentuk alami yang dihasikan 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 mikrobiologi sangat besar dan biasanya mikrobiologi yang digunakan untuk fermentasi mempunyai beberapa syarat sebagai berikut :

  1.  Mempunyai kemampuan untuk memfermentasi karbohidrat yang cocok secara cepat.
  2.  Bersifat membentuk flakulasi dan sedimentasi.
  3.  Mempunyai genetik yang stabil (tidak mudah mengalami mutasi).
  4.  Toleran terhadap alkohol yanng tinggi (antara 14 – 15 %).
  5.  Mempunyai sifat regenerasi yang cepat.

Minuman beralkohol yang dihasilkan tanpa distilasi (hasil fermentasi) biasanya mempunyai kadar alkohol antara 3 – 18 %. Untuk mempertinggi kadar alkohol dalam produk sering kali hasil fermentasi di distilasi dan kadar alkohol yang dihasilkan antara 29 – 50 %. Prinsipnya reaksi proses pembentukan ethanol dengan fermentasi sebagai berikut :

 

 

Pada hasil fermentasi biasanya terbentuk larutan alkohol yang encer, karena sel-sel khamir akan mati bila kadar ethanol melebihi 12–15% (Gumbira Sa’id, 1987).

Hasil fermentasi yang ideal adalah 51,1 % ethanol dan 48,9 % karbondioksida. Hasil fermentasi alkohol yang optimum dinyatakan dalam % glukosa yang difermentasi diantaranya :

Ethyl alkohol                         = 48,8

Karbondioksida                     = 46,6

Gliserol                                  = 3,3

Asam suksinat                       = 0,6

Selulosa dan sebagainya        = 1,2

(Soebijanto, 1986)

Faktor – faktor yang mempengaruhi dalam proses fermentasi antara lain sebagai berikut :

  1.  pH

pH yang baik untuk fermentasi, yaitu antara pH 4 – 5. pH ini adalah pH yang disenangi oleh ragi dan pada pH ini dapat menahan perkembangan banyak jenis bakteri. Untuk mengasamkan biasanya dipergunakan asam sulfat. Yang lebih baik lagi adalag asam laktat, karena asam laktat baik untuk pertumbuhan ragi, tetapi keburukannya dapat tumbuh bakteri asam butirat yang dapat merugikan fermentasi dari ragi.

  1. Waktu

Waktu yang diperlukan untuk fermentasi tergantung pada temperatur, konsentrasi gula. Tetapi pada umumnya waktu yang diperlukan antara 36 – 50 jam (D. Syamsul bahri).

  1. Suhu

Pada umumnya suhu yang baik untuk proses fermentasi antara 25–30ºC. Semakin rendah suhu fermentasi akan semakin tinggi alkohol yang di hasilkan. Hal ini dikarenakan pada suhu yang rendah fermentasi akan lebih lengkap dan kehilangan alkohol karena terbawa oleh gas karbondioksida akan lebih sedikit.

  1. Bahan Nutrient

Kecepatan fermentasi akan dipengaruhi oleh konsentrasi garam logam dalam perasan. Pada konsentrasi yang rendah akan menstimulur. Aktivitas dan pertumbuhan khamir, sedangkan pada konsentrasi tinggi akan menghambat pertumbuhan khamir. Unsur yang dibutuhkan untuk aktivitas khamir antara lain Mg, K, Zn, CO, Fe, Ca, Cu, P, S, dan N. Sebagai sumber P dan N perlu ditambahkan ammonium phospat. Sebagai sumber N lainnya dapat pula ditambahkan ammonium klorida dan ammonium karbonat. Vitamin yang berfungsi sebagi faktor pertumbuhan khamir.

  1. Konsentarsi Gula

Gula yang ditambahkan pada sari buah bertujuan untuk memperoleh kadar alkohol yang lebih tinggi, walaupun jika kadar gula tertalu tinggi aktivitas khamir dapat terhambat. Kadar gula yang baik untuk permulaan fermentasi adalah 16 %. Hal ini bertujuan untuk mempercepat pertumbuhan khamir pada awal fermentasi. Penambahan kadar gula akan mengarahkan fermentasi lebih sempurna serta menghasilkan alkohol yang tinggi. Kadar gula yang optimum untuk aktivitas pertumbuhan khamir adalah 10 % (Agus Krisno, 2002).

Etanol

Ethanol dapat dibuat dari berbagai bahan hasil pertanian. Secara umum, bahan-bahan tersebut dapat dibagi dalam tiga golongan yaitu golongan pertama adalah bahan yang mengandung turunan gula, antara lain molase, gula tebu, gula bit, dan sari buah-buahan. Golongan kedua adalah bahan-bahan yang mengandung pati seperti biji-bijian (misalnya gandum), kentang, dan tapioka. Golongan yang ketiga adalah bahan yang mengandung selulosa seperti kayu dan beberapa limbah pertanian. Selain ketiga jenis bahan tersebut, ethanol dapat dibuat juga dari bahan bukan asli pertanian tetapi dari bahan yang merupakan hasil proses lain. Sebagai contohnya adalah ethylene (Gumbira Sa’id, 1987).

Ethanol merupakan produk fermentasi yang dapat dibuat dari substrat yang mengandung karbohidrat (gula, pati / sukrosa). Fermentasi ethanol terjadi pada kondisi anaerob dengan menggunakan khamir tertentu yang dapat mengubah glukosa menjadi ethanol (Kirck Othmer, 1953).

METODE PELAKSANAAN PROGRAM

Bahan dasar yang digunakan dalam penelitian ini adalah limbah cair tepung tapioka. Khamir jenis Saccharomyces Cereviseae. Ekstrak Yeast, Ekstrak Malt, nutrient, dan bakteri penghasil amilase (Bacillus) yang digunakan untuk proses hidrolisis.

 

Alat-alat yang digunakan untuk proses meliputi :

  1. Alat fermentasi dan Alat hidrolisa
  2.  Alat distilasi

 

 

 

 

 

                                    Gambar.1.  Alat Hidrolisis dan fermentasi

 

 

 

 

 

 

 

 

 

                                    Gambar.2.  Alat Destilasi

Peubah

Hidrolisis

  • Peubah yang ditetapkan
  1. Volume Limbah cair tepung tapioka               = 2000 ml
  2. Waktu Hidrolisa                                              = 4 Hari
  • Peubah yang dijalankan

a. Bacillus ( % v/v )                                               = 5 ; 7,5 ; 10

Fermentasi

  • Peubah yang ditetapkan

a. Volume limbah cair tapioka                              = 200 ml

b. Saccharomyces Cereviseae                               = 10 % v/v

  • Peubah yang dijalankan

a. Waltu Fermentasi ( Hari )                                  = 5 ; 10 ;15 ; 20 ; 25

Distilasi

  • Peubah yang ditetapkan

a. Volume limbah cair tapioka                              = 200 ml

b. Suhu distilasi                                                     = 70 oC

Prosedur Penelitian

Pembuatan Starter Bacillus 

Tahap pertama adalah membuat media cair untuk pembiakan Bacillus. Bahan-bahan seperti ekstrak yeast sebanyak 5 gram, ekstrak malt sebanyak 30 gram, dan pepton sebanyak 3 gram dicampur dalam erlenmeyer lalu dilarutkan dengan aquadest hingga volumenya mencapai 100 ml. Kemudian sterilkan dalam autoclave pada suhu 121 oC selama 15 menit. Setelah itu, dinginkan sampai suhu kamar, lalu masukkan Bacillus sebanyak 10 % sekitar 10 ml, dishaker dengan kecepatan 75 rpm selama 24 jam pada suhu 37 oC.

Tahap berikutnya adalah membuat starter Bacillus. Ekstrak yeast sebanyak 25 gram, ekstrak malt sebanyak 150 gram, dan pepton sebanyak 15 gram dicampur dalam erlenmeyer lalu dilarutkan dengan aquadest hingga volumenya mencapai 100ml, 150 ml, dan 200 ml. Kemudian sterilkan dalam autoclave pada suhu 121 oC selama 15 menit. Setelah itu dinginkan sampai suhu kamar lalu masukkan media cair pembiakan Bacillus sebanyak 10 % sekitar 50 ml, dishaker dengan kecepatan 75 rpm selama 24 jam pada suhu 37 oC.

 Pembuatan Starter Saccharomyces Cereviceae

Tahap pertama adalah membuat media cair untuk pembiakan Saccharomyces Cereviceae. Bahan-bahan seperti ekstrak yeast sebanyak 5 gram, ekstrak malt sebanyak 30 gram, dan pepton sebanyak 3 gram dicampur dalam erlenmeyer lalu dilarutkan dengan aquadest hingga volumenya mencapai 100 ml. Kemudian sterilkan dalam autoclave pada suhu 121 oC selama 15 menit. Setelah itu, dinginkan sampai suhu kamar, lalu masukkan Saccharomyces Cereviceae sebanyak 10 % sekitar 10 ml, dishaker dengan kecepatan 75 rpm selama 48 jam pada suhu 30 oC.

Tahap berikutnya adalah membuat starter Saccharomyces Cereviceae. Ekstrak yeast sebanyak 25 gram, ekstrak malt sebanyak 150 gram, dan pepton sebanyak 15 gram dicampur dalam erlenmeyer lalu dilarutkan dengan aquadest hingga volumenya mencapai 500 ml. Kemudian sterilkan dalam autoclave pada suhu 121 oC selama 15 menit. Setelah itu dinginkan sampai suhu kamar lalu masukkan media cair pembiakan Saccharomyces Cereviceae sebanyak 10 % sekitar 50 ml, dishaker dengan kecepatan 75 rpm selama 48 jam pada suhu 30 oC.

Pembuatan Ethanol

Limbah cair  tepung tapioka dimasak pada suhu 65 – 76 oC hingga larut sempurna lalu didinginkan. Kemudian inokulasi I yang bertujuan untuk menanamkan starter Bacillus sebanyak 10 % v/v ke dalam limbah cair tepung tapioka tersebut. Lalu larutan tersebut dikocok dengan menggunakan alat shaker dengan kecepatan 75 rpm. Setelah 4 hari, dilakukan pasteurisasi pada suhu 85 oC selama 15 menit dengan tujuan  menon-aktifkan Bacillus lalu didinginkan.

Tahap berikutnya adalah inokulasi II yang bertujuan untuk menanamkan starter Saccharomyces Cereviseae sebanyak 10 % v/v ke dalam media ethanol. Kemudian proses fermentasi dilakukan di dalam tabung erlenmeyer yang disumbat dengan kapas dan ditutup dengan aluminium foil. Setelah proses fermentasi selesai, dilakukan pasteurisasi pada suhu 85 oC selama 15 menit. Lalu ethanol yang dihasilkan tersebut didistilasi pada suhu 60 – 70 oC untuk mengukur kadarnya dan diperoleh ethanol yang murni.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Gambar.3.  Pembuatan Starter Bacillus

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Gambar.4.  Pembuatan Starter Saccharomyces Cereviceae

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Gambar.5.  Proses Pembuatan Ethanol

 

DAFTAR PUSTAKA

Bahri, D Syamsul. Laporan Penelitian Pembuatan Alkohol dari Nira Aren dan Lontara. Departemen Perindustrian Balai Penelitian Kimia :Ujung Pandang

Budiyanto, Krisno Agus. H.DR.MKes.2002. Mikrobiologi Dasar.  Universitas MuhammadiyahMalang :Malang

Fardiaz, Srikandi.1992. Mikrobiologi Pangan. Edisi 1. PT. Gramedia Pustaka Utama :Jakarta

Groggins, P H.1958. Unit Proses in Organic Synthetis. Fifth edition. Mc Graw Hill : Kogakasha

Kirck, Othmer. 1953. Encyclopedia of Chemical Technologi. 2nd edition Volume 10

Kusnawidjaja, K.Dr.1983. Biokimia. Alumni :Bandung

Munajim.1984.  Teknologi Pengolahan Pisang.  PT. Gramedia Pustaka Utama :Jakarta

 Rahman, Ansori. 1989. Pengantar Teknologi Fermentasi. Departemen Pendidikan dan Kebudayaan Direktorat Jendral Pendidikan Tinggi Pusat Antar Universitas Pangan dan Gizi IPB :Bogor

Sa’id, E Gumbira.1987. Penerapan Teknologi Fermentasi. PT. Melton Putra :Jakarta

Sa’id, E Gumbira.1989. Fermentor. IPB :Bogor

Soeroto, S. 1983. Bercocok Tanam Ubi Kayu. CV. Yasaguna :Jakarta

Tjokroadikoesoemo, P. Soebijanto. 1986. HFS dan Industri Ubi Kayu Lainnya. PT. Gramedia Pustaka Utama :Jakarta

Winarno, F.G. 1994. Kimia Pangan dan Gizi. PT. Gramedia Pustaka Utana :Jakarta

Winarno, F.G.1994. Enzim Pangan. PT. Gramedia Pustaka Utama :Jakarta

 

 

 

 

 

Nama dan Biodata Ketua serta Anggota Kelompok

  1. Ketua Pelaksana Kegiatan
    1. Nama Lengkap                  :
    2. NIM                                  :
    3. Fak/Program Studi            :
    4. Perguruan Tinggi               :
    5. Waktu untuk Kegiatan      :           jam/minggu
    6. Anggota Pelaksana Kegiatan
      1. Nama Lengkap                  :
      2. NIM                                  :
      3. Fak/Program Studi            :
      4. Perguruan Tinggi               :
      5. Waktu untuk Kegiatan      :

 

  1. Nama dan Biodata Dosen Pendamping
    1. Nama Lengkap                  :
    2. NIP                                   :
    3. Golongan Pangkat dan     :
    4. Jabatan Fungsional            :
    5. Jabatan Struktural             :
    6. Fakultas/Program studi     :
    7. Perguruan tinggi                :
    8. Bidang keahlian                :
    9. Waktu untuk Kegiatan      :           jam/minggu

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

DAFTAR RIWAYAT HIDUP

Curriculum Vitae

 

Yang bertanda tangan dibawah ini :

Nama                                      :

Tempat, Tanggal Lahir          :

Alamat                                    :

Jenis Kelamin                         :

Kewarganegaraan                 :

Umur                                      :

Tinggi Badan                          :

Status                                     :

Kewarganegaraan                 :

Agama                                    :

Hobby                                     :

 

Pendidikan:

 

Demikian daftar riwayat hidup ini, saya buat dengan sebenar-benarnya.

Hormat saya,

 

 

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

%d bloggers like this: