FERMENTASI Pembuatan Bioetanol dari Hidrolisat Kulit Kakao (Theobroma Cacao, L)Menggunakan Fermipan
13 Hidrolisis bahan lignoselulosik dapat dilakukan dengan asam atau enzim. Perlakuan
awal terhadap substrat lignoselulosik diperlukan agar substrat mudah bereaksi dengan asam atau enzim. Perlakuan awal yang efisien harus dapat membebaskan struktur kristal
selulosa dengan memperluas daerah amorf serta membebaskan dari lapisan lignin [ ].
Pada penelitian yang telah dilakukan adalah hidrolisat kulit buah kakao Theobroma
cacao L.
yang menggunakan asam sulfat saat proses hidrolisisnya.
Tahap berikutnya adalah fermentasi proses, yang melibatkan menambahkan ragi untuk mengkonversi gula untuk etanol dan karbon dioksida
[ ]. Fermentasi adalah proses produksi energi dalam sel dalam keadaan anaerobik tanpa
oksigen. Secara umum, fermentasi adalah salah satu bentuk respirasi anaerobik, akan tetapi, terdapat definisi yang lebih jelas yang mendefinisikan fermentasi sebagai
respirasi dalam lingkungan anaerobik dengan tanpa akseptor elektron eksternal [ ].
Tahap fermentasi merupakan tahap kedua dalam proses produksi bioetanol. Pada tahap ini terjadi pemecahan gula-gula sederhana menjadi etanol dengan melibatkan
enzim dan ragi. Fermentasi dilakukan pada kisaran suhu 27 –32
o
C. Pada tahap ini akan dihasilkan gas CO
2
dengan perbandingan stokiometri yang sama dengan etanol yang dihasilkan yaitu 1:1
[ ]. Pada penelitian yang telah dilakukan adalah fermentasi hidrolisat kulit kakao
menggunakan ragi roti yang mengandung Saccharomyces cereviceae. Reaksi selengkapnya dari fermentasi glukosa menggunakan ragi sebagai berikut:
Glikolisis: Glukosa + 2 ADP + 2 NAD+ → 2 Piruvat + 2 ATP + 2 NADH
Fermentasi: 2 Piruvat → 2 Asetaldehid + 2 CO
2
2 Asetaldehid + 2 NADH → 2 Etanol + 2 NAD
Reaksi fermentasi glukosa selengkapnya yang menggunakan ragi tidak melibatkan pertumbuhan sel
Glukosa + 2 ADP → 2 Etanol + 2 CO
2
+ 2 ATP C
6
H
12
O
6
+ 2 ADP → 2 C
2
H
5
OH + 2 CO
2
+ 2 ATP [ ]
14 Gambar 2.4 Fermentasi Glukosa Menjadi Etanol Dengan Menggunakan Ragi
[ ]
15 Variabel yang berpengaruh pada proses fermentasi adalah bahan baku, suhu, pH,
konsentrasi ragi, lama fermentasi, kadar gula,dan nutrisi ragi [ ].
1 Bahan baku
Etanol merupakan bahan bakar berbasis alkohol yang dihasilkan dari fermentasi tanaman gula, yang berasal dari produk pertanian dan limbah makanan, yang
mengandung gula, pati, atau selulosa, yang kemudian dapat difermentasi dan didistilasi menjadi etanol
[ ]. Bahan baku yang digunakan pada penelitian ini adalah hidrolisat kulit buah kakao Theobroma cacao L..
2 Suhu
Suhu fermentasi mempengaruhi lama fermentasi karena pertumbuhan mikroba dipengaruhi suhu lingkungan fermentasi. Mikroba memiliki kriteria pertumbuhan yang
berbeda-beda. Saccharomyces cerevisiae memliki kisaran suhu pertumbuhan antara 20- 30 °C. Jika suhu terlalu rendah, maka fermentasi akan berlangsung secara lambat dan
sebaliknya jika suhu terlalu tinggi maka Saccharomyces Cerevisiae akan mati sehingga proses fermentasi tidak akan berlangsung
[ ]. Ragi tape dan ragi roti mempunyai temperatur maksimal sekitar 40
–50
o
C dengan temperatur minimum 0
o
C. Pada interval 15 –30
o
C fermentasi mengikuti pola bahwa semakin tinggi suhu, fermentasi makin cepat berlangsung. Suhu optimum untuk ragi roti
adalah 19 –32
o
C dan suhu optimum untuk ragi tape adalah 35 –47
o
C. Oleh karena itu, pengaturan suhu dibuat dalam range tersebut
[ ]. Pada penelitian yang akan dilakukan menggunakan temperatur ruangan.
3 pH
Secara umum khamir dapat tumbuh dan memproduksi etanol secara efisien pada pH 3,5-6,0 dan suhu 28-35
o
C [ ]. Pada umumnya pH untuk fermentasi dibutuhkan
keasaman 3,4 –4, ini didasari lingkungan hidup dari starter yang dapat tumbuh dan
melakukan metabolisme pada pH tersebut [ ] .
4 konsentrasi ragi
Konsentrasi ragi yang diberikan pada larutan yang akan difermentasikan optimalnya adalah 2
–4 dari volume larutan [ ]. .
Jika konsentrasi ragi yang diberikan kurang dari kadar optimal yang disarankan akan menurunkan kecepatan fermentasi karena
16 sedikitnya massa yang akan menguraikan glukosa menjadi etanol maka akan dibutuhkan
substrat yang lebih banyak karena substrat yang ada tidak cukup [ ]. Konsentrasi ragi
yang digunakana adalah 3; 5; dan 7 wv. 5
Lama fermentasi Lama fermentasi biasanya ditentukan pada jenis bahan dan jenis ragi serta gula.
Fermentasi berhenti ditandai dengan tidak terproduksinya lagi CO
2
. Kadar etanol yang dihasilkan akan semakin tinggi sampai waktu optimal dan setelah itu kadar etanol yang
dihasilkan menurun [ ]
. Pada penelitian ini fermentasi akan dilakukan selama 2, 3, 4,
dan 5 hari. 6
Kadar gula Kadar gula yang optimum untuk aktivitas pertumbuhan starter adalah 10
– 18. Gula disini sebagai substrat, yaitu sumber karbon bagi nutrient Saccharomyces
cereviceae yang mempercepat pertumbuhan untuk selanjutnya menguraikan karbohidrat menjadi etanol. Jika kadar gula di bawah 10 fermentasi dapat berjalan tetapi etanol
yang dihasilkan terlalu encer sehingga tidak efisien untuk didestilasi dan biayanya mahal. Jika kadar gula di atas 18 fermentasi akan menurun dan alkohol yang terbentuk
akan menghambat aktivitas ragi, sehingga waktu fermentasi bertambah lama dan ada sebagian gula yang tidak terfermentasi
[ ]. 7
Nutrisi ragi Nutrisi diperlukan sebagai tambahan makanan bagi pertumbuhan ragi. Nutrisi yang
diperlukan misalnya: garam ammonium NH
4
Cl dan garam fosfat [ ].
Produk baku didistilasi setelah dilakukan fermentasi. Penyulingan memisahkan cairan etanol dari residu yang mengendap ke bawah setelah fermentasi
[ ]. Distilasi adalah suatu proses penguapan dan pengembunan kembali, yaitu untuk
memisahkan campuran dua atau lebih zat cair ke dalam fraksi-fraksinya berdasarkan perbedaan titik didihnya. Pada pemisahan hasil fermentasi glukosa menggunakan sistem
uap-cairan, dan terdiri dari komponen-komponen tertentu yang mudah tercampur [ ].
Pemurnian dilakukan untuk mendapatkan bioetanol dengan kadar lebih tinggi. Distilasi adalah metode pemisahan campuran yang saling melarut berdasar perbedaan
17 tekanan uap murni atau titik didih masing-masing komponen yang terdapat dalam
campuran
[ ].
Pada umumnya hasil fermentasi berupa bioetanol atau alkohol yang mempunyai kemurnian sekitar 30
–40 belum dapat diketegorikan sebagai fuel based ethanol. Untuk memurnikan bioetanol menjadi berkadar lebih dari 95 agar dapat dipergunakan
sebagai bahan bakar, harus melewati proses distilasi untuk memisahkan alkohol dengan air dengan memperhitungkan perbedaan titik didih kedua bahan tersebut yang kemudian
diembunkan kembali untuk memperoleh bioetanol dengan kemurnian hingga 99,5- 99,8
[ ].