Pembuatan Bioetanol dari Limbah Biji Rambutan
Program Studi Teknik Kimia Fakultas Teknolgi Industri
– UPN”Veteran”Jatim 9
BAB II TINJAUAN PUSTAKA
II.1. Secara Umum
II.1.1. Biji Rambutan
Biji rambutan Nephelium lappaceum L., Sapindaceae tidak beracun dan mengandung karbohidrat,protein yang dapat memenuhi kebutuhan dari gizi.Biji rambutan juga mengandung
lemak polofenol cukup tinggi. Komposisi zat-zat kimia dalam biji rambutan tersebut menghasilkan hipoglikernik menurunkan kadar gula dalam darah. Biji berbentuk elips dan kulit
biji tipis berkayu.
http:meyka.blogdetik.comtagmanfaat-biji-rambutan?l991101blog
Biji rambutan basah sebanyak 1000gr jika dikeringkan dengan dioven pada suhu 100 C
selama 90menit didapatkan biji rambutan kering dengan berat 440gr.
Gambar II.2.Gambar Biji Rambutan
Hak Cipta © milik UPN Veteran Jatim : Dilarang mengutip sebagian atau seluruh karya tulis ini tanpa mencantumkan dan menyebutkan sumber.
Pembuatan Bioetanol dari Limbah Biji Rambutan
Program Studi Teknik Kimia Fakultas Teknolgi Industri
– UPN”Veteran”Jatim 10
Tabel II.1.Analisa Kandungan biji Rambutan :
Kandungan Jumlah
Glukosa 2,3506 ml
Pati 248,0901 ml
II.1.2. Bioetanol
Bioetanol merupakan cairan hasil proses fermentasi gula dari polisakarida menggunakan bantuan mikroorganisme.Bahan baku meliputi bahan baku sumber gula diantaranya adalah
molases dan nira, bahan baku sumber pati yaitu ubikayu, jagung serta ubi-ubian lain, serta bahan baku sumber serat lignoselulosa diantaranya tongkol jagung, sekam dan sebagainya. Proses
pembuatan bioetanol dibedakan menjadi tiga berdasarkan bahan bakunya yaitu bahan bakusumber gula, pati dan serat. Proses pembuatan bioetanol meliputi aspek fermentasi dan
destilasinya. Bahan - bahan yang mengandung sakarin dapat langsung di fermentasi, akan tetapi bahan
yang mengandung pati dan selulosa harus dihidrolisis terlebih dahulu menjadi komponen yang sederhana.Meskipun pada dasarnya fermentasi dapat langsung menggunakan enzim tetapi saat
ini industri fermentasi masih memanfaatkan mikroorganisme karena cara ini jauh lebih mudah dan murah, mikroba yang banyak digunakan dalam proses fermentasi adalah khamir, kapang dan
bakteri Agus Krisno, 2002. http:www.alpensteel.comarticle51-113-energi-lain-lain510-proses-produksi-bioetanol.html
Hak Cipta © milik UPN Veteran Jatim : Dilarang mengutip sebagian atau seluruh karya tulis ini tanpa mencantumkan dan menyebutkan sumber.
Pembuatan Bioetanol dari Limbah Biji Rambutan
Program Studi Teknik Kimia Fakultas Teknolgi Industri
– UPN”Veteran”Jatim 11
II.1.3. Proses ProduksiBioetanol
Produksi etanolbioetanol alkohol dengan bahan baku tanaman yang mengandung pati atau karbohidrat, dilakukan melalui proses konversi karbohidrat menjadi gula glukosa larut air.
Glukosa dapat dibuat dari pati-patian, proses pembuatannya dapat dibedakan berdasarkan zat pembantu yang dipergunakan, yaitu Hidrolisa asam dan Hidrolisa enzym. Berdasarkan kedua
jenis hidrolisa tersebut, saat ini hidrolisa enzym lebih banyak dikembangkan, sedangkan hidrolisa asam misalnya dengan asam sulfat kurang dapat berkembang, sehingga proses
pembuatan glukosa dari pati-patian sekarang ini dipergunakan dengan hidrolisa enzym. Dalam proses konversi karbohidrat menjadi gula glukosa larut air dilakukan dengan penambahan air
dan enzym; kemudian dilakukan proses peragian atau fermentasi gula menjadi etanol dengan menambahkan yeast atau ragi. Reaksi yang terjadi pada proses produksi etanolbioetanol secara
sederhana ditujukkan pada reaksi berikut :
C6H10O5n
N C6H12O6…………………1 pati
glukosa
C6H12O6n
2 C2H5OH + 2 CO2………..2 glukosa
ethanol
H
2
O
Enzim Yeastragi
Hak Cipta © milik UPN Veteran Jatim : Dilarang mengutip sebagian atau seluruh karya tulis ini tanpa mencantumkan dan menyebutkan sumber.
Pembuatan Bioetanol dari Limbah Biji Rambutan
Program Studi Teknik Kimia Fakultas Teknolgi Industri
– UPN”Veteran”Jatim 12
Selain etanolbioetanol dapat diproduksi dari bahan baku tanaman yang mengandung pati atau karbohidrat, juga dapat diproduksi dari bahan tanaman yang mengandung selulosa, namun
dengan adanya lignin mengakibatkan proses penggulaannya menjadi lebih sulit, sehingga pembuatan etanolbioetanol dari selulosa tidak perlu direkomendasikan. Meskipun teknik
produksi etanolbioetanol merupakan teknik yang sudah lama diketahui, namun etanolbioetanol untuk bahan bakar kendaraan memerlukan etanol dengan karakteristik tertentu yang memerlukan
teknologi yang relatif baru di Indonesia antara lain mengenai neraca energi energy balance dan efisiensi produksi, sehingga penelitian lebih lanjut mengenai teknologi proses produksi etanol
masih perlu dilakukan. http:www.oocities.orgmarkal_bpptpublishbiofbbmbiindy.pdf
II.1.4. Hidrolisis
Hidrolisis merupakan proses pemecahan suatu senyawa menjadi senyawa yang lebih sederhana dengan bantuan molekul air. Kirck Othmer, 1967. Salah satu hidrolisis yaitu
Hidrolisis dengan enzym, hidrolisis ini dilakukan dengan mengunakan enzym sebagai katalis. Enzym yang digunakan dihasilkan dari mikroba sepert
i enzym α-amylase yang dipakai untuk hidrolisis pati menjadi glukosa dan maltosa.
Hak Cipta © milik UPN Veteran Jatim : Dilarang mengutip sebagian atau seluruh karya tulis ini tanpa mencantumkan dan menyebutkan sumber.
Pembuatan Bioetanol dari Limbah Biji Rambutan
Program Studi Teknik Kimia Fakultas Teknolgi Industri
– UPN”Veteran”Jatim 13
Reaksi Hidrolisis : Likuifikasi :
Reaksi 1 : α-amylase
C
6
H
12
O
5
+ H
2
O C
6
H
12
O
5
+ C
12
H
22
O
11
+ C
6
H
22
O
11
………..3
Pati Dekstrin Maltosa Glukosa
Sakarifikasi : Reaksi 2 : glucoamylase
C
6
H
12
O
5
+ H
2
O C
12
H
22
O
11
…………………………………………….4
Pati Maltosa
Reaksi 3 : glucoamylase
C
6
H
12
O
5
+ H
2
O C
6
H
12
O
6
……………………………………………….5
Pati Glukosa
http:komo.padinet.combebasv13Sponsor_SponsorPendampingPrawedaKimia018920Ki m202-2e.htm
II.1.5. Fermentasi
Hak Cipta © milik UPN Veteran Jatim : Dilarang mengutip sebagian atau seluruh karya tulis ini tanpa mencantumkan dan menyebutkan sumber.
Pembuatan Bioetanol dari Limbah Biji Rambutan
Program Studi Teknik Kimia Fakultas Teknolgi Industri
– UPN”Veteran”Jatim 14
Fermentasi adalah proses produksi energi dalam sel dalam keadaan anaerobik tanpa oksigen. Secara umum, fermentasi adalah salah satu bentuk respirasi anaerobik, akan
tetapiterdapat definisi yang lebih jelas yang mendefinisikan fermentasi sebagai respirasi dalam lingkungan anaerobik dengan tanpa akseptor elektron eksternal. Dirmanto,2006.
Reaksi dalam fermentasi berbeda-beda tergantung pada jenis gula yang digunakan dan produk yang dihasilkan. Secara singkat, glukosa C
6
H
12
O
6
yang merupakan gula palingsederhana, melalui fermentasi akan menghasilkan etanol 2C
2
H
5
OH. Reaksi fermentasi ini dilakukan oleh ragi, dan digunakan pada produksi makanan.
Persamaan Reaksi Kimia
C
6
H
12
O
6
→ 2C
2
H
5
OH + 2CO
2
+ 2 ATP Energi yang dilepaskan:118
kJ per mol……6
Dijabarkan sebagai
Gula glukosa, fruktosa, atau sukrosa → Alkohol etanol + Karbon dioksida + Energi ATP
Jalur biokimia yang terjadi, sebenarnya bervariasi tergantung jenis gula yang terlibat, tetapi umumnya melibatkan jalur glikolisis, yang merupakan bagian dari tahap awal respirasi
aerobik pada sebagian besar organisme. Jalur terakhir akan bervariasi tergantung produk akhir yang dihasilkan.
http:id.wikipedia.orgwikiFermentasi
Faktor - faktor yang mempengaruhi dalam proses fermentasi antara lain sebagai berikut :
Hak Cipta © milik UPN Veteran Jatim : Dilarang mengutip sebagian atau seluruh karya tulis ini tanpa mencantumkan dan menyebutkan sumber.
Pembuatan Bioetanol dari Limbah Biji Rambutan
Program Studi Teknik Kimia Fakultas Teknolgi Industri
– UPN”Veteran”Jatim 15
1. Nutrien
Unsur-unsur dasar untuk suplai zat gizi mikroba adalah karbon, nitrogen, hidrogen, oksigen, sulfur, fosfor, magnesium, zat besi dan sejumlah kecil logam lainnya. Karbon dan
sumber energi untuk hampir semua bakteri yang berhubungan dengan bahan pangan, dapat diperoleh dari jenis gula karbohidrat sederhana seperti glukosa. Tergantung dari spesiesnya,
kebutuhan nitrogen dapat diperoleh dari sumber-sumber anorganik seperti NH
4 2
SO
4
atau NaNO
3
atau sumber-sumber organik seperti asam amino dan protein. Molekul-molekul kompleks dari zat-zat organik seperti polisakarida, lemak dan protein harus dipecahkan
terlebih dahulu menjadi unit yang lebih sederhana sebelum zat tersebutdapat masuk ke dalam sel dan dipergunakan. Pemecahan awal ini dapat terjadi akibat ekskresi enzim
ekstraseluler – suatu sifat yang sangat erat hubungannya dengan pembusukan bahan pangan.
2. Suhu
Suhu adalah salah satu faktor lingkungan terpenting yang mempengaruhi kehidupan dan pertumbuhan organisme. Beberapa mikroorganisme dapat tumbuh pada kisaran suhu
yang luas. Berkaitan dengan suhu pertumbuhan dikenal suhu minimum, maksimum dan optimum. Suhu minimum adalah suhu yang paling rendah dimana kegiatan mikroba masih
berlangsung. Suhu optimum adalah suhu yang paling baik untuk kehidupan jasad. Sedangkan suhu maksimum adalah suhu tertinggi yang masih dapat menumbuhkan mikroba
tetapi pada tingkat kegiatan fisiologi yang paling rendah. 3.
pH Setiap organisme mempunyai kisaran nilai pH dimana pertumbuhan masih
Hak Cipta © milik UPN Veteran Jatim : Dilarang mengutip sebagian atau seluruh karya tulis ini tanpa mencantumkan dan menyebutkan sumber.
Pembuatan Bioetanol dari Limbah Biji Rambutan
Program Studi Teknik Kimia Fakultas Teknolgi Industri
– UPN”Veteran”Jatim 16
memungkinkan. Masing-masing mikroorganisme biasanya mempunyai pH optimum.untuk menjaga agar pH dalm medium konstan, maka perlu ditambahkan zat-zat buffer, misalnya
KH
2
PO
4
dan K
2
HPO
4
. Dalam campuran garam tersebut garam-garam dibasis akan mengadsorbsi ion-ion H, sedangkan garam-garam monoabsis akn menyerap ion OH.
4. Jumlah Starter
Kuantitas starter yang ditambahkan dalam media bergantung pada temperatur inkubasi, kurang lebih 5
– 10 vv. Pada umumnya jumlah starter yang ditambahkan tergantung pada keasaman starter, suhu dan lama fermentasi yang diinginkan.
5. Lama Fermentasi
Lama fermentasi adalah waktu yang dibutuhkan oleh suatu mikroorganisme untuk merombak bahan menjadi lebih sederhana. Media bisa berupa karbohidrat atau protein.
Lama fermentasi dipengaruhi oleh konsentrasi gula, kultur yang digunakan dan suhu fermentasi Judoamidjojo, 1992.
http:www.gogreen.web.id200708faktor-faktor-yang-mempengaruhi.html
II.1.5. Mikroorganisme Dalam Fermentasi
Saccharomyces Ceriviceae
Spesies yang paling umum digunakan dalam industri makanan misalnya dalam pembuatan roti dan produksi alkohol anggur ,brem,gliserol dan enzim invertase. Dalam industri
alkohol dan anggur digunakan khamir yang disebut khamir permukaan Top yeast, yaitu khamir yang bersifat fermentative kuat dan tumbuh dengan cepat pada suhu 20
C.S.Cereviceae var
Hak Cipta © milik UPN Veteran Jatim : Dilarang mengutip sebagian atau seluruh karya tulis ini tanpa mencantumkan dan menyebutkan sumber.
Pembuatan Bioetanol dari Limbah Biji Rambutan
Program Studi Teknik Kimia Fakultas Teknolgi Industri
– UPN”Veteran”Jatim 17
Ellipsoideus adalah galur yang memproduksi alkohol dalam jumlah tinggi sehingga sering digunakan
dalam produksi
alkohol,anggur dan
minuman keras.Srikandi
Fardiaz, 1992.Saccharomyces cereviceae umumnya digunakan karena :
Jenis ini berproduksi etanol tinggi Toleransi terhadap kadar alkohol cukup tinggi 8-12
Tahan terhadap kadar gula tinggi Tetap aktif melakukan fermentasi pada suhu 9-37
o
C dengan suhu optimum D.Syamsul Bahri,1973
Saccharomyces cerevisiae berfungsi dalam pembuatan roti dan bir,karena Saccharomyces bersifat fermentatif melakukan fermentasi, yaitu memecah glukosa menjadi karbondioksida dan
alkohol kuat.Namun, dengan adanya oksigen, Saccharomyces juga dapat melakukan respirasi yaitu mengoksidasi gula menjadi karbon dioksida dan air.
http:id.wikipedia.orgwikiSaccharomyces_cerevisiae
Hak Cipta © milik UPN Veteran Jatim : Dilarang mengutip sebagian atau seluruh karya tulis ini tanpa mencantumkan dan menyebutkan sumber.
Pembuatan Bioetanol dari Limbah Biji Rambutan
Program Studi Teknik Kimia Fakultas Teknolgi Industri
– UPN”Veteran”Jatim 18
Gambar II.2.Gambar Saccharomyces Ceriviceae
Klasifikasi ilmiah
Kerajaan : Fungi Filum
: Ascomycota Kelas
:Saccharomycetes Ordo
: Saccharomycetales Family : Saccharomycetaceae
Genus : Saccharomyces E.C Hansen 1838 Meyen
II.1.7. Distilasi
Distilasi atau penyulingan adalah suatu metode pemisahan bahan kimia berdasarkan perbedaan kecepatan atau kemudahan menguap volatilitas bahan atau didefinisikan juga teknik
Hak Cipta © milik UPN Veteran Jatim : Dilarang mengutip sebagian atau seluruh karya tulis ini tanpa mencantumkan dan menyebutkan sumber.
Pembuatan Bioetanol dari Limbah Biji Rambutan
Program Studi Teknik Kimia Fakultas Teknolgi Industri
– UPN”Veteran”Jatim 19
pemisahan kimia yang berdasarkan perbedaan titik didih.Dalam penyulingan, campuran zat dididihkan sehingga menguap, dan uap ini kemudian didinginkan kembali ke dalam bentuk
cairan. Zat yang memiliki titik didih lebih rendah akan menguap lebih dulu. Metode ini merupakan termasuk unit operasi kimia jenis perpindahan massa. Penerapan proses ini
didasarkan pada teori bahwa pada suatu larutan, masing-masing komponen akan menguap pada
titik didihnya. Model ideal distilasi didasarkan pada Hukum Raoult dan Hukum Dalton.
Gambar II.3.Gambar Alat Destilasi
Gambar di atas merupakan alat destilasi atau yang disebut destilator.Yang terdiri dari thermometer, labu didih, steel head, pemanas, kondensor, dan labu penampung destilat.
Thermometer Biasanya digunakan untuk mengukur suhu uap zat cair yang didestilasi selama proses destilasi berlangsung. Pemisahan senyawa dengan destilasi bergantung pada perbedaan
tekanan uap senyawa dalam campuran.Tekanan uap campuran diukur sebagai kecenderungan molekul dalam permukaan cairan untuk berubah menjadi uap. Jika suhu dinaikkan, tekanan uap
cairan akan naik sampai tekanan uap cairan sama dengan tekanan uap atmosfer. Pada keadaan itu cairan akan mendidih. Suhu pada saat tekanan uap cairan sama dengan tekanan uap atmosfer
Hak Cipta © milik UPN Veteran Jatim : Dilarang mengutip sebagian atau seluruh karya tulis ini tanpa mencantumkan dan menyebutkan sumber.
Pembuatan Bioetanol dari Limbah Biji Rambutan
Program Studi Teknik Kimia Fakultas Teknolgi Industri
– UPN”Veteran”Jatim 20
disebut titik didih. Cairan yang mempunyai tekanan uap yang lebih tinggi pada suhu kamar akan mempnyai titik didih lebih rendah daripada cairan yang tekanan uapnya rendah pada suhu kamar.
http:chemistry35.blogspot.com201108pengertian-destilasi.html
II.1.8. Landasan Teori
Biji rambutan yang mengandung glukosa dapat diubah menjadi bioetanol dengan proses hidrolisis.Hidrolisis merupakan proses pemecahan suatu senyawa menjadi senyawa yang lebih
sederhana dengan bantuan molekul airKirck Othmer, 1967. Salah satu hidrolisis yaitu Hidrolisis dengan enzym, hidrolisis ini dilakukan dengan mengunakan enzym sebagai katalis,
lalu difermentasi hingga terbentuk bioetanol.Mekanisme reaksi seperti di bawah ini : Pati
Hidrolisis
Glukosa
Fermentasi
Etanol Proses
fermentasi merupakan
salah satu
caramendapatkan bioetanoldengan
memanfaatkan kemampuan mikroorganisme. Adapun mikroorganisme yang digunakan untuk memproduksi bioetanol dalam penelitian ini adalah bakteri Saccharomyces Ceriviceae.Karena
kemampuannya dalam menghasilkan alkohol inilah, S. cerevisiae disebut sebagai mikroorganisme aman Generally Regarded as Safe yang paling komersial saat ini. Dengan
menghasilkan berbagai minuman beralkohol, mikroorganisme tertua yang dikembangbiakkan
oleh manusia ini memungkinkan terjadinya proses bioteknologi.
Dalam proses fermentasi ini, glukosa dari hasil fermentasi diubah menjadi etanol dengan reaksi sebagai berikut :
Hak Cipta © milik UPN Veteran Jatim : Dilarang mengutip sebagian atau seluruh karya tulis ini tanpa mencantumkan dan menyebutkan sumber.
Pembuatan Bioetanol dari Limbah Biji Rambutan
Program Studi Teknik Kimia Fakultas Teknolgi Industri
– UPN”Veteran”Jatim 21
C
6
H
12
O
6
2C
2
H
5
OH + 2CO
2..................
7
II.1.9. Hipotesis
Adanya kandungan pati karbohidrat
yang terdapat didalam limbah
biji rambutanmemungkinkan untuk dapat dijadikan bioetanol dengan cara menghidrolisis pati
katbohidrat menjadi glukosa menggunakan enzim, yang kemudian dilanjutkan dengan proses fermentasi. Pada proses fermentasi diduga konsentrasi starter dan waktu fermentasi sangat
mempengaruhi kualitas dari bioetanol yang dihasilkan. Glukosa
Etanol
Saccharomyces Ceriviceae
Hak Cipta © milik UPN Veteran Jatim : Dilarang mengutip sebagian atau seluruh karya tulis ini tanpa mencantumkan dan menyebutkan sumber.
Pembuatan Bioetanol dari Limbah Biji Rambutan
Program Studi Teknik Kimia Fakultas Teknolgi Industri
– UPN”Veteran”Jatim 22
BAB III PELAKSANAANPENELITIAN