Biogas as Fermentation Product of Baggase Hydrolysate Using Consortium Thermopilic Bacteria of Manure.
BIOGAS HASIL FERMENTASI HIDROLISAT BAGAS
MENGGUNAKAN KONSORSIUM BAKTERI
TERMOFILIK KOTORAN SAPI
IMAM SUCIPTO
PROGRAM STUDI BIOKIMIA
FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM
INSTITUT PERTANIAN BOGOR
BOGOR
2009
ABSTRAK
IMAM SUCIPTO. Biogas Hasil Fermentasi Hidrolisat Bagas menggunakan
Konsorsium Bakteri Termofilik Kotoran Sapi. Dibimbing oleh EMAN
KUSTAMAN dan DWI SUSILANINGSIH.
Pertumbuhan penduduk dan perkembangan teknologi mengakibatkan
dunia termasuk Indonesia membutuhkan energi yang sangat besar. Eksploitasi
energi yang berlebihan dari sumber daya yang tak terbarukan menimbulkan
kerusakan lingkungan dan krisis energi di seluruh dunia. Penelitian ini bertujuan
menghasilkan biogas dengan menggunakan substrat bagas tebu dengan bantuan
konsorsium bakteri termofilik kotoran sapi melalui fermentasi. Penelitian ini
diawali dengan melakukan preparasi seed sludge dengan pemanasan 102 °C.
Sebanyak 75 ml media ditambahkan substrat glukosa dan hidrolisat bagas dengan
konsentrasi glukosa yang berbeda, yaitu 0.5, 1.5, dan 2.5 g/L kemudian dishaker
selama lima hari pada suhu kamar. Biogas yang dihasilkan dianalisis dengan
kromatografi gas dengan temperatur injektor, detektor, dan kolom adalah 150,
250, dan 80 ºC.
Hasil penelitian menunjukkan bahwa peningkatan pertumbuhan bakteri
seiring dengan menurunnya kadar gula yang berarti bakteri mengkonsumsi gula
untuk menghasilkan biogas. Jumlah biogas yang diperoleh pada fermentasi
glukosa 0,5 g/L, 1,5 g/L, dan 2,5 g/L berturut-turut 2,5, 13, dan 38 ml sedangkan
fermentasi bagas tebu 0,5 g/L, 1,5 g/L, dan 2,5 g/L berturut-turut 30, 13, dan 2 ml.
Fermentasi glukosa menghasilkan hidrogen 0,6 % sedangkan fermentasi bagas
tebu 0,9 %. Jadi bagas tebu dapat menghasilkan biogas sebagai sumber energi
alternatif dengan menggunakan bakteri termofilik kotoran sapi.
ABSTRACT
IMAM SUCIPTO. Biogas as Fermentation Product of Baggase Hydrolysate Using
Consortium Thermopilic Bacteria of Manure. Under the direction of EMAN
KUSTAMAN and DWI SUSILANINGSIH.
Growth of society and development of technology cause the world
especially Indonesia require energy very much. Over exploitation of energy from
unrenewable resource cause environmental damage and crisis of energy in the
world. The purpose of this research was to produce biogas using baggase as
substrate by thermophilic bacteria consortium of manure with fermentation. This
research was begun by seed sludge preparation with heating 102 °C. A number of
75 ml of medium were mixed by substrate of glucose and baggase hydrolysate
with different glucose concentration, that is 0.5, 1.5, and 2.5 g/L then were shaked
for five days in normal temperature. The product of biogas was analyzed by gas
chromatography with temperature of injector, detector, and column were 150,
250, dan 80 ºC.
The result of this research shows the growing of bacteria was in
accordance with decreasing of sugar concentration implying that the bacteria
consume sugar to produce biogas. A mount of biogas produced in glucose
fermentation 0.5 g/L, 1.5 g/L, and 2.5 g/L were 2.5, 13, and 38 ml respectively in
the other hand baggase fermentation 0.5 g/L, 1.5 g/L, and 2.5 g/L were 0, 13, and
2 ml respectively. glucose fermentation produced hydrogen 0,6 % in the other
hand baggase fermentation 0,9 %. So that baggase can produce biogas as
alternative energy resource by using thermophilic bacteria of manure.
BIOGAS HASIL FERMENTASI HIDROLISAT BAGAS
MENGGUNAKAN KONSORSIUM BAKTERI
TERMOFILIK KOTORAN SAPI
IMAM SUCIPTO
Skripsi
sebagai salah satu syarat untuk memperoleh gelar
Sarjana Sains
Program Studi Biokimia
PROGRAM STUDI BIOKIMIA
FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM
INSTITUT PERTANIAN BOGOR
BOGOR
2009
Judul Skripsi
Nama
NIM
: Biogas Hasil Fermentasi Hidrolisat Bagas Menggunakan
Konsorsium Bakteri Termofilik Kotoran Sapi
: Imam Sucipto
: G44104004
Disetujui
Komisi Pembimbing
Ir. Eman Kustaman
Ketua
Dr. Dwi Susilaningsih, M. Pharm
Anggota
Diketahui
Dr. drh. Hasim, DEA
Dekan Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam
Institut Pertanian Bogor
Tanggal Lulus :
PRAKATA
Puji Syukur penulis panjatkan kehadirat Allah SWT, yang Maha Tinggi
lagi Maha Agung, yang Maha Pandai dan menguasai segala macam ilmu, karena
rahmat dan hidayah-Nya penulis dapat menyelesaikan penelitian ini yang
merupakan salah satu syarat memperoleh gelar Sarjana Sains Program Studi
Biokimia. Penelitian ini dilaksanakan pada bulan Maret sampai bulan Agustus
2008 di Laboratorium Biorekayasa Lingkungan, Puslit Bioteknologi, LIPI.
Terima kasih penulis sampaikan kepada Ir. Eman Kustaman selaku
pembimbing utama, dan Dr. Dwi Susilaningsih, M. Pharm selaku pembimbing
kedua, serta Mbak Umi sebagai asisten pembimbing atas semua arahan dan
bimbingannya kepada penulis. Terima kasih penulis sampaikan pula kepada ayah
dan ibu, adik, serta seluruh keluarga dan teman-teman yang senantiasa memberi
dorongan, doa, dan kasih sayangnya.
Akhirnya penulis berharap agar penelitian ini dapat bermanfaat untuk
semua pihak. Amin.
Bogor, Januari 2009
Imam Sucipto
RIWAYAT HIDUP
Penulis dilahirkan di Sumenep pada tanggal 25 Desember 1984 dari ayah
Moh. Salamet dan ibu Rachmani. Penulis merupakan anak pertama dari empat
bersaudara. Anak kedua bernama Moh. Saiful Rahman, ketiga bernama Miftahul
Arifin, dan yang keempat bernama Achmad Effendi.
Tahun 2004 penulis lulus dari SMUN 1 Sumenep dan pada tahun yang
sama lulus seleksi masuk IPB melalui jalur Undangan Seleksi Masuk IPB pada
Program Studi Biokimia, Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam.
Selama mengikuti perkuliahan, penulis pernah menjadi asisten praktikum
biokimia 2007/2008, pengajar kimia Bimbingan Belajar BTA 8 Bogor selama dua
tahun, dan mendapatkan beasiswa, diantaranya PPA, karya salemba empat, dan
PPSDMS Nurul Fikri. Penulis juga aktif berorganisasi, sebagai Kepala Divisi
Keilmuan CREBs dan Ketua Departemen Humas KAMMI Daerah Bogor. Prestasi
penulis adalah juara 2 lomba penulisan artikel ilmiah popular tanaman obat asal
hutan dalam rangkaian ITTO Project yang diadakan oleh PSB bekerjasama
dengan Dept. Kehutanan.
DAFTAR ISI
Halaman
DAFTAR TABEL ............................................................................................... ix
DAFTAR GAMBAR ....................................................................................... ... ix
DAFTAR LAMPIRAN ................................................................................... ... ix
PENDAHULUAN ........................................................................................... ... 1
TINJAUAN PUSTAKA
Biogas ..................................................................................................... ...
Biohidrogen ............................................................................................ ...
Bakteri Termofilik................................................................................... ...
Fermentasi .............................................................................................. ...
Kromatografi Gas .................................................................................... ...
Limbah Bagas ........................................................................................ ...
1
2
3
3
4
5
BAHAN DAN METODE
Alat dan Bahan ....................................................................................... ... 6
Metode ................................................................................................... ... 6
HASIL DAN PEMBAHASAN
Pertumbuhan Bakteri ............................................................................. ...
Penurunan Kadar Gula ........................................................................... ...
Biogas Hasil Fermentasi ......................................................................... ...
Analisis Biogas dengan Kromatografi Gas ............................................ ...
7
8
8
9
SIMPULAN DAN SARAN
Simpulan ................................................................................................. ... 9
Saran........................................................................................................ ... 10
DAFTAR PUSTAKA ..................................................................................... ... 10
LAMPIRAN .................................................................................................... ... 12
DAFTAR TABEL
Halaman
1
Komposisi biogas hasil fermentasi kotoran sapi ........................................ ...
2
2
Komposisi kimia bagas (ampas tebu) ........................................................ ...
6
3 Persentase komposisi karbon dioksida dan metana .................................. ... 9
DAFTAR GAMBAR
Halaman
1
Fermentasi laktat oleh S. lactis................................................................... ...
4
2
Pertumbuhan bakteri pada fermentasi glukosa .......................................... ...
7
3
Pertumbuhan bakteri pada fermentasi bagas tebu ...................................... ...
7
4 Penurunan konsentrasi gula total pada fermentasi bagas tebu .................. ...
8
5 Penurunan konsentrasi gula total pada fermentasi glukosa ....................... ... 8
6 Volume biogas yang dihasilkan pada fermentasi glukosa ........................ ... 9
7 Volume biogas yang dihasilkan pada fermentasi bagas tebu .................... ... 9
8
Konsentrasi hidrogen (% v/v) hasil fermentasi anaerob ........................... ... 9
DAFTAR LAMPIRAN
Halaman
1 Tahapan penelitian .................................................................................... ... 13
2
Optimasi seed sludge untuk penggunaan fermentasi anaerob.................... ... 14
3
Hasil pengamatan fermentasi glukosa ....................................................... ... 15
4 Hasil pengamatan fermentasi bagas tebu .................................................. ... 18
5 Pengukuran gula total hasil fermentasi glukosa dan bagas tebu ............... ... 21
6
Pengukuran kadar glukosa fermentasi bagas tebu .................................... ... 22
7
Hidrolisis bagas tebu ................................................................................. ... 23
PENDAHULUAN
Laju pertumbuhan penduduk, tingkat
ekonomi yang semakin meningkat, serta
perkembangan teknologi yang semakin pesat
dari waktu ke waktu mengakibatkan dunia
termasuk Indonesia membutuhkan energi
yang sangat besar. Bahan bakar fosil seperti
minyak bumi dan batu bara merupakan
sumber energi utama di Indonesia. Eksploitasi
energi yang berlebihan dari sumber daya alam
terutama
minyak
bumi
selama
ini
menyebabkan menipisnya kandungan minyak
bumi tersebut, menimbulkan kerusakan
lingkungan, dan krisis energi di seluruh dunia.
Minyak bumi adalah sumber energi yang tidak
terbarukan, butuh ratusan bahkan jutaan tahun
untuk mengkonversi biomassa menjadi
minyak bumi. Di antara beberapa jenis BBM,
premium cukup dominan penggunaannya
sebagai bahan bakar transportasi nasional.
Dari tahun ke tahun kebutuhan premium
meningkat dan akan terus bertambah sejalan
dengan perkembangan jumlah penduduk,
wilayah
permukiman,
perkotaan,
dan
infrastruktur transportasi.
Krisis energi dan kerusakan lingkungan ini
memerlukan penanganan serius. Usaha
mengurangi
dampak
negatif
terhadap
lingkungan dan pengembangan sumber energi
alternatif termasuk bioenergi terus diupayakan
dan dilakukan. Bioenergi merupakan energi
terbarukan yang berasal dari biomassa.
Bioenergi ini adalah salah satu bentuk energi
alternatif
yang
prospektif
untuk
dikembangkan. Pengembangan bioenergi ini
tidak hanya dapat mengurangi ketergantungan
terhadap bahan bakar minyak yang harganya
terus melambung, tetapi juga dapat
meningkatkan keamanan pasokan energi
nasional. Perhatian masyarakat dunia yang
semakin meningkat pada penggunaan bahan
bakar yang ramah lingkungan menjadikan
pengembangan bioenergi sangat strategis dan
menuntut untuk direalisasikan. Oleh karena
itu, energi alternatif yang dapat diperbaharui
(renewable energy) dan aman lingkungan
(green energy) sangat dibutuhkan dan sangat
penting untuk diupayakan serta dioptimalkan
pengolahan dan penggunaannya.
Biogas seperti metana dan biohidrogen
merupakan energi terbarukan yang dihasilkan
oleh bakteri dalam keadaan tanpa oksigen.
Umumnya bakteri yang menghasilkan biogas
adalah bakteri kotoran ternak termasuk
kotoran sapi. Gas yang dominan adalah
metana dan karbon dioksida disamping juga
dihasilkan hidrogen. Hidrogen merupakan
salah satu pilihan energi alternatif karena
mudah dikonversi dan tidak merusak
lingkungan baik dalam proses pembuatan
maupun penggunaannya. Hidrogen adalah
unsur paling ringan, sangat mudah terbakar,
dan paling banyak terdapat di alam semesta.
Unsur ini dikandung oleh air dan semua
senyawa organik serta makhluk hidup
(Mohsin 2007). Senyawa ini
dapat
dikembangkan di Indonesia karena bahan
bakunya
cukup
tersedia.
Biohidrogen
diproduksi dengan memanfaatkan organisme
bakteri melalui proses fermentasi atau
fotoproduksi untuk merombak substrat
organik (limbah atau nonlimbah) menjadi
hidrogen (Sirait 2007).
Krisis energi dan kerusakan lingkungan
yang ditimbulkan oleh pertumbuhan jumlah
penduduk, pembukaan lahan untuk wilayah
pemukiman, dan bertambahnya sarana
transportasi
mengakibatkan
keresahan
masyarakat, bangsa, dan negara. Sementara itu
sumber energi yang tersedia cukup menipis
dan hanya mengandalkan sumber daya yang
tak dapat diperbarui. Oleh sebab itu, energi
alternatif yang dapat diperbarui dan ramah
lingkungan perlu dikembangkan. Salah satu
sumber energi alternatif adalah biohidrogen.
Penelitian tentang biohidrogen masih jarang
padahal substrat untuk menghasilkan itu
melimpah di Indonesia.
Penelitian ini bertujuan menghasilkan
biogas dengan menggunakan substrat limbah
tebu (bagas) dengan bantuan konsorsium
bakteri termofilik kotoran sapi melalui teknik
fermentasi. Bakteri kotoran sapi dapat
menghasilkan biogas sebagai energi alternatif
seperti gas metana dan H2. Penelitian ini
diharapkan dapat memberikan informasi
ilmiah bahwa bioenergi dapat dihasilkan dari
limbah tebu dengan bantuan konversi
konsorsium bakteri kotoran sapi.
TINJAUAN PUSTAKA
Biogas
Kotoran sapi adalah limbah peternakan
yang merupakan buangan dari usaha
peternakan sapi yang bersifat padat dan dalam
proses pembuangannya sering bercampur
dengan urine dan gas seperti metana dan
amoniak. Kandungan unsur hara dalam
kotoran sapi bervariasi tergantung pada
keadaan tingkat produksinya, macam, jumlah
makanan yang dimakannya, serta individu
ternak sendiri (Abdulgani 1988). Kandungan
unsur hara dalam kotoran sapi antara lain
BIOGAS HASIL FERMENTASI HIDROLISAT BAGAS
MENGGUNAKAN KONSORSIUM BAKTERI
TERMOFILIK KOTORAN SAPI
IMAM SUCIPTO
PROGRAM STUDI BIOKIMIA
FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM
INSTITUT PERTANIAN BOGOR
BOGOR
2009
ABSTRAK
IMAM SUCIPTO. Biogas Hasil Fermentasi Hidrolisat Bagas menggunakan
Konsorsium Bakteri Termofilik Kotoran Sapi. Dibimbing oleh EMAN
KUSTAMAN dan DWI SUSILANINGSIH.
Pertumbuhan penduduk dan perkembangan teknologi mengakibatkan
dunia termasuk Indonesia membutuhkan energi yang sangat besar. Eksploitasi
energi yang berlebihan dari sumber daya yang tak terbarukan menimbulkan
kerusakan lingkungan dan krisis energi di seluruh dunia. Penelitian ini bertujuan
menghasilkan biogas dengan menggunakan substrat bagas tebu dengan bantuan
konsorsium bakteri termofilik kotoran sapi melalui fermentasi. Penelitian ini
diawali dengan melakukan preparasi seed sludge dengan pemanasan 102 °C.
Sebanyak 75 ml media ditambahkan substrat glukosa dan hidrolisat bagas dengan
konsentrasi glukosa yang berbeda, yaitu 0.5, 1.5, dan 2.5 g/L kemudian dishaker
selama lima hari pada suhu kamar. Biogas yang dihasilkan dianalisis dengan
kromatografi gas dengan temperatur injektor, detektor, dan kolom adalah 150,
250, dan 80 ºC.
Hasil penelitian menunjukkan bahwa peningkatan pertumbuhan bakteri
seiring dengan menurunnya kadar gula yang berarti bakteri mengkonsumsi gula
untuk menghasilkan biogas. Jumlah biogas yang diperoleh pada fermentasi
glukosa 0,5 g/L, 1,5 g/L, dan 2,5 g/L berturut-turut 2,5, 13, dan 38 ml sedangkan
fermentasi bagas tebu 0,5 g/L, 1,5 g/L, dan 2,5 g/L berturut-turut 30, 13, dan 2 ml.
Fermentasi glukosa menghasilkan hidrogen 0,6 % sedangkan fermentasi bagas
tebu 0,9 %. Jadi bagas tebu dapat menghasilkan biogas sebagai sumber energi
alternatif dengan menggunakan bakteri termofilik kotoran sapi.
ABSTRACT
IMAM SUCIPTO. Biogas as Fermentation Product of Baggase Hydrolysate Using
Consortium Thermopilic Bacteria of Manure. Under the direction of EMAN
KUSTAMAN and DWI SUSILANINGSIH.
Growth of society and development of technology cause the world
especially Indonesia require energy very much. Over exploitation of energy from
unrenewable resource cause environmental damage and crisis of energy in the
world. The purpose of this research was to produce biogas using baggase as
substrate by thermophilic bacteria consortium of manure with fermentation. This
research was begun by seed sludge preparation with heating 102 °C. A number of
75 ml of medium were mixed by substrate of glucose and baggase hydrolysate
with different glucose concentration, that is 0.5, 1.5, and 2.5 g/L then were shaked
for five days in normal temperature. The product of biogas was analyzed by gas
chromatography with temperature of injector, detector, and column were 150,
250, dan 80 ºC.
The result of this research shows the growing of bacteria was in
accordance with decreasing of sugar concentration implying that the bacteria
consume sugar to produce biogas. A mount of biogas produced in glucose
fermentation 0.5 g/L, 1.5 g/L, and 2.5 g/L were 2.5, 13, and 38 ml respectively in
the other hand baggase fermentation 0.5 g/L, 1.5 g/L, and 2.5 g/L were 0, 13, and
2 ml respectively. glucose fermentation produced hydrogen 0,6 % in the other
hand baggase fermentation 0,9 %. So that baggase can produce biogas as
alternative energy resource by using thermophilic bacteria of manure.
BIOGAS HASIL FERMENTASI HIDROLISAT BAGAS
MENGGUNAKAN KONSORSIUM BAKTERI
TERMOFILIK KOTORAN SAPI
IMAM SUCIPTO
Skripsi
sebagai salah satu syarat untuk memperoleh gelar
Sarjana Sains
Program Studi Biokimia
PROGRAM STUDI BIOKIMIA
FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM
INSTITUT PERTANIAN BOGOR
BOGOR
2009
Judul Skripsi
Nama
NIM
: Biogas Hasil Fermentasi Hidrolisat Bagas Menggunakan
Konsorsium Bakteri Termofilik Kotoran Sapi
: Imam Sucipto
: G44104004
Disetujui
Komisi Pembimbing
Ir. Eman Kustaman
Ketua
Dr. Dwi Susilaningsih, M. Pharm
Anggota
Diketahui
Dr. drh. Hasim, DEA
Dekan Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam
Institut Pertanian Bogor
Tanggal Lulus :
PRAKATA
Puji Syukur penulis panjatkan kehadirat Allah SWT, yang Maha Tinggi
lagi Maha Agung, yang Maha Pandai dan menguasai segala macam ilmu, karena
rahmat dan hidayah-Nya penulis dapat menyelesaikan penelitian ini yang
merupakan salah satu syarat memperoleh gelar Sarjana Sains Program Studi
Biokimia. Penelitian ini dilaksanakan pada bulan Maret sampai bulan Agustus
2008 di Laboratorium Biorekayasa Lingkungan, Puslit Bioteknologi, LIPI.
Terima kasih penulis sampaikan kepada Ir. Eman Kustaman selaku
pembimbing utama, dan Dr. Dwi Susilaningsih, M. Pharm selaku pembimbing
kedua, serta Mbak Umi sebagai asisten pembimbing atas semua arahan dan
bimbingannya kepada penulis. Terima kasih penulis sampaikan pula kepada ayah
dan ibu, adik, serta seluruh keluarga dan teman-teman yang senantiasa memberi
dorongan, doa, dan kasih sayangnya.
Akhirnya penulis berharap agar penelitian ini dapat bermanfaat untuk
semua pihak. Amin.
Bogor, Januari 2009
Imam Sucipto
RIWAYAT HIDUP
Penulis dilahirkan di Sumenep pada tanggal 25 Desember 1984 dari ayah
Moh. Salamet dan ibu Rachmani. Penulis merupakan anak pertama dari empat
bersaudara. Anak kedua bernama Moh. Saiful Rahman, ketiga bernama Miftahul
Arifin, dan yang keempat bernama Achmad Effendi.
Tahun 2004 penulis lulus dari SMUN 1 Sumenep dan pada tahun yang
sama lulus seleksi masuk IPB melalui jalur Undangan Seleksi Masuk IPB pada
Program Studi Biokimia, Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam.
Selama mengikuti perkuliahan, penulis pernah menjadi asisten praktikum
biokimia 2007/2008, pengajar kimia Bimbingan Belajar BTA 8 Bogor selama dua
tahun, dan mendapatkan beasiswa, diantaranya PPA, karya salemba empat, dan
PPSDMS Nurul Fikri. Penulis juga aktif berorganisasi, sebagai Kepala Divisi
Keilmuan CREBs dan Ketua Departemen Humas KAMMI Daerah Bogor. Prestasi
penulis adalah juara 2 lomba penulisan artikel ilmiah popular tanaman obat asal
hutan dalam rangkaian ITTO Project yang diadakan oleh PSB bekerjasama
dengan Dept. Kehutanan.
DAFTAR ISI
Halaman
DAFTAR TABEL ............................................................................................... ix
DAFTAR GAMBAR ....................................................................................... ... ix
DAFTAR LAMPIRAN ................................................................................... ... ix
PENDAHULUAN ........................................................................................... ... 1
TINJAUAN PUSTAKA
Biogas ..................................................................................................... ...
Biohidrogen ............................................................................................ ...
Bakteri Termofilik................................................................................... ...
Fermentasi .............................................................................................. ...
Kromatografi Gas .................................................................................... ...
Limbah Bagas ........................................................................................ ...
1
2
3
3
4
5
BAHAN DAN METODE
Alat dan Bahan ....................................................................................... ... 6
Metode ................................................................................................... ... 6
HASIL DAN PEMBAHASAN
Pertumbuhan Bakteri ............................................................................. ...
Penurunan Kadar Gula ........................................................................... ...
Biogas Hasil Fermentasi ......................................................................... ...
Analisis Biogas dengan Kromatografi Gas ............................................ ...
7
8
8
9
SIMPULAN DAN SARAN
Simpulan ................................................................................................. ... 9
Saran........................................................................................................ ... 10
DAFTAR PUSTAKA ..................................................................................... ... 10
LAMPIRAN .................................................................................................... ... 12
DAFTAR TABEL
Halaman
1
Komposisi biogas hasil fermentasi kotoran sapi ........................................ ...
2
2
Komposisi kimia bagas (ampas tebu) ........................................................ ...
6
3 Persentase komposisi karbon dioksida dan metana .................................. ... 9
DAFTAR GAMBAR
Halaman
1
Fermentasi laktat oleh S. lactis................................................................... ...
4
2
Pertumbuhan bakteri pada fermentasi glukosa .......................................... ...
7
3
Pertumbuhan bakteri pada fermentasi bagas tebu ...................................... ...
7
4 Penurunan konsentrasi gula total pada fermentasi bagas tebu .................. ...
8
5 Penurunan konsentrasi gula total pada fermentasi glukosa ....................... ... 8
6 Volume biogas yang dihasilkan pada fermentasi glukosa ........................ ... 9
7 Volume biogas yang dihasilkan pada fermentasi bagas tebu .................... ... 9
8
Konsentrasi hidrogen (% v/v) hasil fermentasi anaerob ........................... ... 9
DAFTAR LAMPIRAN
Halaman
1 Tahapan penelitian .................................................................................... ... 13
2
Optimasi seed sludge untuk penggunaan fermentasi anaerob.................... ... 14
3
Hasil pengamatan fermentasi glukosa ....................................................... ... 15
4 Hasil pengamatan fermentasi bagas tebu .................................................. ... 18
5 Pengukuran gula total hasil fermentasi glukosa dan bagas tebu ............... ... 21
6
Pengukuran kadar glukosa fermentasi bagas tebu .................................... ... 22
7
Hidrolisis bagas tebu ................................................................................. ... 23
PENDAHULUAN
Laju pertumbuhan penduduk, tingkat
ekonomi yang semakin meningkat, serta
perkembangan teknologi yang semakin pesat
dari waktu ke waktu mengakibatkan dunia
termasuk Indonesia membutuhkan energi
yang sangat besar. Bahan bakar fosil seperti
minyak bumi dan batu bara merupakan
sumber energi utama di Indonesia. Eksploitasi
energi yang berlebihan dari sumber daya alam
terutama
minyak
bumi
selama
ini
menyebabkan menipisnya kandungan minyak
bumi tersebut, menimbulkan kerusakan
lingkungan, dan krisis energi di seluruh dunia.
Minyak bumi adalah sumber energi yang tidak
terbarukan, butuh ratusan bahkan jutaan tahun
untuk mengkonversi biomassa menjadi
minyak bumi. Di antara beberapa jenis BBM,
premium cukup dominan penggunaannya
sebagai bahan bakar transportasi nasional.
Dari tahun ke tahun kebutuhan premium
meningkat dan akan terus bertambah sejalan
dengan perkembangan jumlah penduduk,
wilayah
permukiman,
perkotaan,
dan
infrastruktur transportasi.
Krisis energi dan kerusakan lingkungan ini
memerlukan penanganan serius. Usaha
mengurangi
dampak
negatif
terhadap
lingkungan dan pengembangan sumber energi
alternatif termasuk bioenergi terus diupayakan
dan dilakukan. Bioenergi merupakan energi
terbarukan yang berasal dari biomassa.
Bioenergi ini adalah salah satu bentuk energi
alternatif
yang
prospektif
untuk
dikembangkan. Pengembangan bioenergi ini
tidak hanya dapat mengurangi ketergantungan
terhadap bahan bakar minyak yang harganya
terus melambung, tetapi juga dapat
meningkatkan keamanan pasokan energi
nasional. Perhatian masyarakat dunia yang
semakin meningkat pada penggunaan bahan
bakar yang ramah lingkungan menjadikan
pengembangan bioenergi sangat strategis dan
menuntut untuk direalisasikan. Oleh karena
itu, energi alternatif yang dapat diperbaharui
(renewable energy) dan aman lingkungan
(green energy) sangat dibutuhkan dan sangat
penting untuk diupayakan serta dioptimalkan
pengolahan dan penggunaannya.
Biogas seperti metana dan biohidrogen
merupakan energi terbarukan yang dihasilkan
oleh bakteri dalam keadaan tanpa oksigen.
Umumnya bakteri yang menghasilkan biogas
adalah bakteri kotoran ternak termasuk
kotoran sapi. Gas yang dominan adalah
metana dan karbon dioksida disamping juga
dihasilkan hidrogen. Hidrogen merupakan
salah satu pilihan energi alternatif karena
mudah dikonversi dan tidak merusak
lingkungan baik dalam proses pembuatan
maupun penggunaannya. Hidrogen adalah
unsur paling ringan, sangat mudah terbakar,
dan paling banyak terdapat di alam semesta.
Unsur ini dikandung oleh air dan semua
senyawa organik serta makhluk hidup
(Mohsin 2007). Senyawa ini
dapat
dikembangkan di Indonesia karena bahan
bakunya
cukup
tersedia.
Biohidrogen
diproduksi dengan memanfaatkan organisme
bakteri melalui proses fermentasi atau
fotoproduksi untuk merombak substrat
organik (limbah atau nonlimbah) menjadi
hidrogen (Sirait 2007).
Krisis energi dan kerusakan lingkungan
yang ditimbulkan oleh pertumbuhan jumlah
penduduk, pembukaan lahan untuk wilayah
pemukiman, dan bertambahnya sarana
transportasi
mengakibatkan
keresahan
masyarakat, bangsa, dan negara. Sementara itu
sumber energi yang tersedia cukup menipis
dan hanya mengandalkan sumber daya yang
tak dapat diperbarui. Oleh sebab itu, energi
alternatif yang dapat diperbarui dan ramah
lingkungan perlu dikembangkan. Salah satu
sumber energi alternatif adalah biohidrogen.
Penelitian tentang biohidrogen masih jarang
padahal substrat untuk menghasilkan itu
melimpah di Indonesia.
Penelitian ini bertujuan menghasilkan
biogas dengan menggunakan substrat limbah
tebu (bagas) dengan bantuan konsorsium
bakteri termofilik kotoran sapi melalui teknik
fermentasi. Bakteri kotoran sapi dapat
menghasilkan biogas sebagai energi alternatif
seperti gas metana dan H2. Penelitian ini
diharapkan dapat memberikan informasi
ilmiah bahwa bioenergi dapat dihasilkan dari
limbah tebu dengan bantuan konversi
konsorsium bakteri kotoran sapi.
TINJAUAN PUSTAKA
Biogas
Kotoran sapi adalah limbah peternakan
yang merupakan buangan dari usaha
peternakan sapi yang bersifat padat dan dalam
proses pembuangannya sering bercampur
dengan urine dan gas seperti metana dan
amoniak. Kandungan unsur hara dalam
kotoran sapi bervariasi tergantung pada
keadaan tingkat produksinya, macam, jumlah
makanan yang dimakannya, serta individu
ternak sendiri (Abdulgani 1988). Kandungan
unsur hara dalam kotoran sapi antara lain
2
nitrogen (0,29 %), P2O5 (0,17 %), dan K2O
(0,35%) (Hardjowigeno 2003). Pupuk
kandang berupa kotoran sapi, babi, dan
unggas hampir 100 % menyumbangkan unsur
P dan K yang dikandungnya ke dalam tanah.
Kotoran sapi lebih efektif daripada kotoran
unggas dalam menurunkan bobot isi tanah
(Rahman 2007).
Kotoran sapi yang tinggi kandungan hara
dan energinya berpotensi untuk dijadikan
bahan baku penghasil biogas. Biogas adalah
campuran berbagai macam gas yang
susunannya tergantung pada komposisi bahan
baku
masukan.
Sahidu
(1983)
mengungkapkan bahwa biogas adalah suatu
campuran gas-gas yang dihasilkan dalam
suatu proses pengomposan bahan organik oleh
bakteri dalam keadaan tanpa oksigen (proses
anaerob). Definisi lain menyebutkan bahwa
biogas adalah campuran beberapa gas yang
tergolong bahan bakar hasil fermentasi dari
bahan organik dalam kondisi anaerob dan gas
yang dominan adalah metana (CH4) dan
karbondioksida (CO2) (Simamora et al. 2006).
Biogas merupakan energi terbarukan yang
fleksibel, dapat menghasilkan panas, dan
listrik sebagai pengganti bahan bakar
kendaraan. Selain berupa energi terbarukan,
proses perombakan anaerob menghasilkan
pupuk berharga dan mengurangi emisi serta
bau yang tak sedap. Biogas bersifat bersih,
tidak berasap hitam seperti kayu bakar dan
minyak tanah. Selain itu derajat panasnya
lebih tinggi dari bahan bakar minyak tanah
dan kayu bakar serta dapat disimpan untuk
penggunaan yang akan datang (Darminto
1984). Produksi biogas didasarkan pada
perombakan anaerob kotoran hewan dan
bahan buangan organik lainnya. Selama
perombakan anaerob akan menghasilkan gas
metana 54-70 %, karbondioksida 25-45 %,
hidrogen, nitrogen, dan hidrogen sulfida
dalam jumlah yang sedikit (Simamora et al.
2006) seperti yang terlihat pada Tabel 1.
Biogas berbeda dari sumber-sumber energi
terbarukan lainnya. Keuntungannya terkait
dengan pengendalian dan pengumpulan
limbah bahan organik, yaitu pada saat yang
sama dihasilkan pupuk dan air untuk
pemakaian kembali irigasi pertanian. Biogas
dapat digunakan untuk berbagai keperluan
sesuai dengan sifat gas alam. Pemanfaatan
biogas dalam teknologi mesin internal (mesin
berbahan bakar gas) sangat andal dan telah
berkembang. Ribuan mesin berbahan bakar
gas telah dioperasikan di areal pengolahan
limbah dan pembangkit biogas (ACE 2005).
Pemanfaatan biogas sebagai bahan bakar
kendaraan digunakan mesin yang sama
konstruksinya dengan kendaraan mesin
berbahan bakar gas alam. Terdapat lebih dari
tiga juta kendaraan berbahan bakar gas alam
di dunia dan sekitar 1000 kendaraan mobil
dan bus berbahan bakar biogas. Ini
menunjukkan bahwa konstruksi kendaraan
menggunakan biogas sebagai bahan bakar
kendaraan tidak bermasalah (IEA 2002).
Tabel 1 Komposisi biogas hasil fermentasi
kotoran sapi
Jenis Gas
Konsentrasi biogas
(%)
Metana (CH4)
65,7
27,0
Karbon dioksida
(CO2)
Nitrogen (N2)
2,3
0,1
Oksigen (O2)
0,7
Propena (C3H8)
Hidrogen sulfida
(H2S)
(Simamora et al. 2006)
Biohidrogen
Hidrogen merupakan sumber energi
alternatif yang bisa diproduksi dari sumber
yang
dapat diperbarui seperti biomassa.
Selain sumbernya melimpah, biohidrogen juga
ramah lingkungan. Hidrogen dapat diproduksi
dari mikrob melalui dua cara, yaitu perubahan
secara fotobiologis dan melalui teknik
fermentasi. Teknik yang pertama hanya dapat
dilakukan pada siang hari, yaitu ketika adanya
matahari. Hal ini disebabkan mikrob
fotosintetik menggunakan energi dari sinar
matahari sebagai sumber energi mereka, tetapi
teknik yang kedua dapat berlangsung pada
siang maupun malam hari (dalam keadaan
gelap). Hal ini bergantung pada tipe mikrob
yang digunakan dalam fermentasi (Sirait
2007). Produksi hidrogen yang dilakukan
dalam penelitian ini menggunakan teknik
fermentasi. Hal ini disebabkan produksi
hidrogen secara fermentasi lebih cepat
daripada secara fotosintetik.
Hidrogen yang diproduksi oleh
mikroalga dan bakteri disebut biohidrogen. Di
alam hanya bakteri dan mikroalga yang
mempunyai
kemampuan
memproduksi
biohidrogen. Di antara mikroorganisme ini,
yang sering digunakan untuk penelitian adalah
bakteri
anaerob
dan
mikroorganisme
fotosintetik seperti bakteri fotosintetik dan
sianobakteria.
Sianobakteria
dapat
menguraikan air menjadi hidrogen dan
oksigen dengan bantuan energi cahaya
3
(Zaborsky
1998).
Keuntungan
mikroorganisme ini dalam memproduksi
hidrogen adalah tidak menggunakan senyawa
organik sebagai substrat tetapi menggunakan
sinar matahari. Kelemahannya adalah
produksi
hidrogennya
lambat,
sistem
reaksinya membutuhkan energi yang besar,
dan pemisahan gas hidrogen dan oksigen
membutuhkan penanganan yang khusus
(Zaborsky 1998). Reaksi biofotolisis dari
organisme ini adalah sebagai berikut:
0.5 O2 + H2 ΔG = - 242 kJ
H2O
Bakteri fotosintetik tidak menggunakan air
sebagai senyawa penghasil biohidrogen
namun menggunakan senyawa organik.
Keuntungan dari bakteri ini adalah reaksi
pembentukan hidrogen yang cepat dan tidak
memerlukan energi solar. Kelemahan dari
bakteri ini dalam memproduksi gas hidrogen
adalah hasil dekomposisi atau penguraian
senyawa organik tersebut meninggalkan
asam-asam organik seperti asam asetat, asam
butirat, dan lain-lain. Asam organik tersebut
menjadi masalah baru jika tujuan dari
produksi adalah untuk menanggulangi limbah.
Reaksi produksi hidrogen dari substrat
glukosa sebagai berikut:
2Asetat+2CO2+4H2
Glukosa+2H2O
∆G = -184.2 kJ
Glukosa
Butirat + 2CO2 + 2H2
∆G = -257.1 kJ
Berbagai macam mikroorganisme yang
dapat menghasilkan biohidrogen antara lain
bakteri fotosintetik (Rhodopseudomonas,
Rhodobacter,
Chromatium,
Thiocapsa),
sianobakteri (Anabaena, Oscillatoria), alga
hijau (Chlamydomonas), bakteri pengikat
nitrogen
(Klebsiella,
Clostridium,
Enterobacter, Azotobacter), dan bakteri
anaerob (Zaborsky 1998).
Bakteri Termofilik
Bakteri adalah sel prokariot yang khas,
uniseluler dan tidak mengandung struktur
yang
terbatasi
membran
di
dalam
sitoplasmanya. Sel-selnya secara khas
berbentuk bola, batang, dan spiral. Bakteri
yang khas berdiameter sekitar 0.5-0.8 μm dan
panjangnya 1.5-2.5 μm (Pelczar & Chan
1986). Reproduksinya terutama dengan
pembelahan biner sederhana, yaitu suatu
proses aseksual. Beberapa dapat tumbuh pada
suhu 0 ºC, ada yang tumbuh dengan baik pada
sumber air panas yang suhunya 75-90 ºC atau
lebih. Kebanyakan tumbuh pada berbagai
suhu diantara kedua suhu ekstrim ini.
Beberapa membutuhkan oksigen bebas
sedangkan
yang
lainnya
tidak
membutuhkannya.
Sel-sel individu bakteri dapat berbentuk
elips, bola, batang (silindris), atau spiral
(heliks). Bakteri dibagi menjadi beberapa
kelas berdasarkan temperatur tempat dia
tumbuh. Psikrofilik merupakan bakteri yang
hidup pada temperatur terendah pada suhu
dibawah -10 ºC walaupun temperatur
optimumnya ialah 15 ºC atau lebih rendah.
Mesofilik hidup pada medium bersuhu 20-45
ºC dan termasuk patogen pada manusia.
Termofilik hidup di atas suhu 45 ºC dan
beberapa di antaranya bahkan dapat hidup
diatas titik didih air, yaitu hipertermofilik
yang hidup pada suhu 120-300 ºC (Edward
1990).
Bakteri termofilik pertama kali diisolasi
pada tahun 1879 oleh Miquel, yang
menemukan bakteri mampu berkembang biak
pada suhu 72 ºC. Dia menemukan bakteri ini
pada tanah, debu, kotoran badan, tempat
pembuangan limbah, dan lumpur sungai. Pada
tanah perkebunan yang mengandung pupuk
terdapat 1-10% bakteri termofilik sementara
tanah lapang yang luas biasanya hanya
mengandung 0.25 % atau kurang. Tanah yang
tidak ditumbuhi tanaman kemungkinan sama
sekali tidak terdapat bakteri termofilik.
Bakteri termofilik juga ditemukan pada
kotoran sapi setelah mengalami pemanasan
100 ºC. Jenis bakteri yang ditemukan setelah
diisolasi
adalah
genus
Clostridium.
Clostridium acetobutylicum dan Clostridium
felsineum paling banyak ditemukan. Selain itu
juga
ditemukan
C.
roseum,
C.
thiosulforeducens, C. subterminale, C.
argentinense, C. beijerinckii dan C.
botulinum. Banyak spesies ini yang dikenal
sebagai bakteri fermentatif dan dapat
memproduksi hidrogen, yaitu C. beijerinckii,
C. roseum, dan C. acetobutylicum (Fang et al.
2005).
Bakteri termofilik mempunyai peran
penting dalam mengembangkan ilmu dasar
selain juga bermanfaat untuk aplikasi industri.
Mikroorganisme ini menghasilkan enzimenzim tahan panas yang potensial dalam
penggunaan di bidang industri. Penggunaan
enzim termostabil dalam bidang bioteknologi
telah dapat menurunkan biaya operasi
(Aguilar et al. 1998) di samping dapat
meningkatkan kecepatan reaksi.
Fermentasi
Fermentasi merupakan proses penting
dalam kehidupan sehari-hari manusia.
4
Fermentasi berasal dari bahasa latin ferfere
yang artinya mendidihkan, yaitu berdasarkan
ilmu kimia terbentuknya gas-gas dari suatu
cairan kimia yang pengertiannya berbeda
dengan air mendidih. Gas yang terbenuk
diantaranya karbon dioksida (Herlina 2002).
Fermentasi secara umum dapat dinyatakan
sebagai proses katabolisme, yaitu suatu
pemecahan senyawa organik yang kompleks
menjadi bentuk yang lebih sederhana.
Aplikasi proses ini dapat dilihat pada produksi
minuman beralkohol atau produk yang
bersifat asam seperti asam asetat atau cuka.
Pengetahuan mengenai proses ini berkembang
pesat sejak penelitian Louis Pasteur mengenai
proses fermentasi yang terjadi dalam
pembuatan
wine
(anggur).
Penelitian
mengenai proses ini berkembang pesat
semenjak tumbuhnya industri minuman
beralkohol dan industri antibiotik (Rachman
1989).
Aplikasi metode ini diawali dengan
pembuatan bir sekira 6.000 tahun sebelum
masehi. Pembuatan roti dengan bantuan
khamir atau ragi diperkirakan sudah terjadi
sejak 4.000 tahun sebelum masehi. Pembuatan
produk fermentasi kecap dan tauco di Cina
telah dilakukan sejak 722 SM. Fermentasi
anggur mulai berkembang kira-kira abad ke17 dengan menggunakan bakteri Acetobacter
menghasilkan asam asetat (asam cuka). M J
Johnson membagi perkembangan teknologi
fermentasi ke dalam beberapa periode.
Periode pertama berlangsung sampai dengan
tahun
1860
dengan
mengembangkan
fermentasi alkohol, produksi ragi roti dan
produksi venegar. Antara tahun 1900 dan
1920 disebut sebagai periode lahirnya industri
fermentasi (Rachman 1989).
Berbagai penelitian di abad ke-20
melahirkan pengertian baru dari fermentasi,
yaitu reaksi oksidasi-reduksi. Zat yang
dioksidasi (pemberi elektron) maupun zat
yang direduksi (penerima elektron) adalah zat
organik dengan melibatkan mikroorganisme
(bakteri, kapang dan ragi). Jadi fermentasi
merupakan
proses
metabolisme
yang
menyangkut perubahan kimia bahan organik
yang disebabkan aktivitas enzim yang dimiliki
mikroorganisme (Amarine et al. 1987). Zat
organik yang digunakan umumnya glukosa
yang kemudian dipecah menjadi aldehid,
alkohol, atau asam.
Fermentasi
terbagi
menjadi
dua
berdasarkan kebutuhan akan oksigen, yaitu
fermentasi aerob dan anaerob. Fermentasi
aerob adalah fermentasi yang prosesnya
memerlukan oksigen. Keberadaan oksigen
membuat mikroorganisme dapat mencerna
glukosa menghasilkan air, karbondioksida dan
sejumlah besar energi. Fermentasi dalam
proses anaerob tidak memerlukan oksigen
(Pringgomulyo & Wardoyo 1980). Ada
berbagai produk metabolit yang bisa
dihasilkan dalam proses fermentasi, antara
lain berbagai jenis asam (asam laktat, asetat,
etanol, asam volatil), alkohol, protein, dan
ester. Produk hasil fermentasi dapat diubah
lebih lanjut melalui proses fermentasi lain
untuk menghasilkan produk akhir yang lain
seperti gas hidrogen (Zaborsky 1998).
Fermentasi asam laktat dari satu molekul
glukosa menghasilkan dua molekul ATP.
Bakteri
Streptococcus
lactis
dapat
menguraikan glukosa menjadi asam laktat
(Gambar 1) sedangkan bakteri E. coli
merupakan bakteri anaerob fakultatif yang
dapat melakukan respirasi aerob dan
fermentasi yang menghasilkan beberapa
produk, yaitu asam laktat, asam format,
etanol, asam asetat, hidrogen, dan CO2 (Sirait
2007).
Gambar 1 Fermentasi asam laktat oleh S.
lactis.
Kromatografi Gas
Analisis kromatografi gas adalah suatu
metode analisis pemisahan komponen kimia
yang didistribusikan di antara dua fase, yaitu
fase diam dan fase gerak. Fase gerak dapat
berupa gas atau cairan dan fase diam dapat
berupa padatan atau cairan. Fase gerak
berfungsi membawa sampel sedangkan fase
diam berfungsi untuk mengadsorpsi atau
mempartisi komponen. Prinsip pemisahan
kromatografi adalah partisi analat antara fase
gerak gas dengan fase diam cairan yang
diimobilisasi pada permukaan zat padat yang
inert. Sampel dapat berupa gas, senyawa
volatil, atau zat yang dapat diuapkan. Sampel
ini harus stabil terhadap panas dan umumnya
nonpolar (Currel 2002).
Peralatan kromatografi gas terdiri atas
injektor, kolom, detektor, pemanas (oven),
5
amplifier, rekorder, gas pembawa, dan
pengatur aliran dan tekanan. Injektor
berfungsi sebagai tempat masuknya sampel
yang dirancang sedemikian rupa sehingga
sampel dapat langsung masuk ke dalam kolom
dengan perantaraan gas pembawa. Kolom
berfungsi memisahkan komposisi sampel
menjadi komponen-komponennya sehingga
dapat terilusi dalam waktu yang berbeda.
Detektor
berfungsi
untuk
mendeteksi
komponen yang keluar dari kolom. Pemanas
berfungsi untuk memanaskan injektor, kolom
dan detektor untuk injektor, kolom dan
detektor yang dilengkapi dengan thermostate.
Amplifier berfungsi untuk memperbesar sinyal
arus listrik yang berasal dari detektor.
Rekorder berfungsi sebagai pencatat hasil
dalam bentuk kromatogram. Gas pembawa
berfungsi sebagai pembawa gas sampel. Gas
pembawa yang umum digunakan adalah
Helium (He), Nitrogen (N2), dan Argon (Ar).
Pengatur aliran dan tekanan berfungsi sebagai
pengatur tekanan yang dapat menentukan
kecepatan alir gas pembawa (Skoog 1998).
Prinsip kerjanya sampel diinjeksikan ke
dalam injektor kemudian diangkut oleh gas
pembawa masuk ke dalam kolom yang berisi
padatan sebagai fase diam. Fase diam
memiliki sifat dapat berinteraksi dengan
komponen-komponen dalam sampel sehingga
dapat menghambat laju alir masing-masing
komponen. Fase diam yang ideal memiliki
ciri-ciri, yaitu inert pada suhu tinggi, menahan
komponen sampel dengan kuat, dan memiliki
kekuatan mekanik yang baik (Hargis 1988).
Besarnya hambatan untuk masing-masing
komponen berbeda-beda sehingga sesampai di
ujung kolom tidak bersamaan melainkan satu
per satu. Komponen yang keluar dari kolom
dilewatkan ke detektor sedangkan signal dari
detektor dikirim dari amplifier ke rekorder
dan dicatat sebagai kromatogram (Skoog
2004).
Agar peralatan kromatografi gas bisa
bekerja dengan maksimal, maka perlu
dilakukan optimasi suhu seperti suhu injektor,
kolom, dan detektor. Injektor selain berfungsi
untuk tempat masuknya sampel, juga
berfungsi untuk mengubah sampel yang
berfase cair atau padat menjadi gas tanpa
terjadi dekomposisi. Umumnya suhu injektor
kira-kira 50 oC lebih tinggi dari titik didih
komponen sampel yang mempunyai titik didih
paling tinggi. Bila titik didih komponen belum
diketahui, dapat dilakukan secara coba-coba
(trial), dengan memulai suhu injektor rendah
kemudian dinaikkan. Jika diperoleh puncakpuncak kromatogram lebih baik berarti suhu
percobaan pertama terlalu rendah sehingga
perlu dicoba kembali dengan cara menaikkan
suhu secara bertahap hingga mendapatkan
kondisi yang tepat. Namun demikian, suhu
injektor tidak boleh terlalu tinggi sebab ada
kemungkinan
terjadinya
dekomposisi
(penguraian
komponen
yang
hendak
dianalisis). Kolom merupakan perangkat yang
memiliki peranan penting dalam proses
analisis dengan metode kromatografi sehingga
pemilihan jenis kolom yang tepat dan kondisi
yang optimal sangat diperlukan. Umumnya
suhu kolom dibuat kurang lebih sama dengan
titik didih rata-rata dari seluruh komponen
dalam sampel. Namun demikian juga dapat
dipilih
berdasarkan
coba-coba
untuk
mendapatkan kondisi operasi yang optimal
(tidak terlalu tinggi dan tidak terlalu rendah).
Kontrol suhu pada detektor sangat diperlukan
terutama untuk detektor yang sensitivitasnya
dipengaruhi oleh adanya fluktuasi suhu. Pada
umumnya suhu detektor dijaga 20-50 oC lebih
tinggi dari suhu kolom. Hal ini agar tidak
terjadi uap sampel terkondensasi (Currel
2002).
Limbah Bagas
Pabrik gula selain menghasilkan produk
utamanya berupa gula juga dihasilkan hasil
samping berupa limbah. Limbah pabrik gula
terdiri atas dua macam, yaitu limbah padat
dan limbah cair. Limbah padat adalah blotong
dan bagas atau ampas tebu sedangkan limbah
cair berasal dari tetes dan air bekas cucian
(Mubyarto & Daryanti 1991). Limbah padat
yang terdiri atas bahan organik akan
mengalami penguraian secara alamiah oleh
mikroorganisme.
Bagas terdiri atas sisa batang tebu yang
telah diperas niranya. Komponen utama bagas
antara lain serat kasar, air, dan sejumlah kecil
padatan terlarut. Komposisi kimia tebu sangat
variasi terutama dipengaruhi oleh varietas,
tingkat kematangan, dan cara pemanenan.
Komposisi kimia bagas dapat dilihat pada
Tabel 2.
Limbah pertanian seperti bagas, terutama
pada
dinding
selnya
mengandung
hemiselulosa, selulosa, dan lignin. Selulosa
merupakan sumber daya yang dapat
diperbarui yang melimpah di alam ini kirakira sekitar sepertiga sampai setengah dari
semua vegetasi. Bahan baku dalam bentuk
selulosa jarang digunakan dan dibuang begitu
saja walaupun kalau dilihat lebih jauh banyak
manfaatnya. Selulosa mudah dicerna oleh
bakteri anaerob, tapi zat kayu (lignin) sukar
6
dicerna. Bahan yang sukar dicerna ini akan
terapung pada permukaan cairan dan
membentuk lapisan kerak. Jaringan serat
penyusun bagas sangat baik digunakan
sebagai media fermentasi untuk menghasilkan
protein sel tunggal dan enzim selulosa
(Harahap et al. 1980).
Jumlah bagas yang dihasilkan dari industri
gula tebu di Indonesia belum diketahui secara
tepat, namun demikian dari data produksi gula
dan luas areal tanaman dapat diperkirakan
betapa besar jumlah bagas yang dihasilkan
sebagai limbah. Pemanfaatan bagas selama ini
hanya terbatas sebagai bahan bakar ketel uap
yang digunakan di pabrik gula tebu namun
bagas yang kaya akan selulosa mengandung
potensi yang cukup baik sebagai media
fermentasi yang dapat menghasilkan biogas
(Harahap 1994).
Tabel 2 Komposisi kimia bagas (ampas tebu)
No.
1.
2.
3.
4.
Komponen
Protein
Lemak
Serat Kasar
Ekstrak
Nitrogen
5.
Abu
(Hardjo 1989)
Bebas
% Berat
Kering
3,1
1,5
34,9
51,7
8,8
BAHAN DAN METODE
Alat dan Bahan
Alat-alat yang digunakan adalah pH meter,
sentrifus mikro, neraca analitik, hotplate,
spektrofotometer UV-Vis, laminar air flow
cabinet, stirer, pipet mikro, tips, ruang asam,
labu Erlenmeyer, tabung reaksi kecil, botol
serum, shaker, pipet volumetrik, tabung
Falcon, gelas, kuvet, microtube, cool room,
syringe, gelas piala, dan selang plastik.
Bahan–bahan yang digunakan adalah seed
sludge, substrat hidrolisis limbah tebu
(hidrolisat bagas), larutan NaOH 0.1 N,
larutan HCl 0.1 N, akuades, air mili-Q, larutan
glukosa 20%, laktat, larutan media nutrient
solution, larutan NaCl jenuh, larutan stok
glukosa, alkohol 70%, kertas aluminium foil,
plastik tahan panas, asam sulfat pekat, larutan
fenol 5%, dan kertas saring.
Metode
Preparasi Seed Sludge (Yang M et al.
2005). Sejumlah kotoran sapi setengah kering
dijemur selama beberapa hari sampai cukup
kering sehingga bisa diayak kemudian
dihaluskan dan diayak. Setelah itu dipanaskan
pada suhu 102 ºC selama 90 menit.
Pembuatan Media Nutrient Solution.
Untuk membuat 1 L larutan nutrient solution
dibutuhkan senyawa NH4HCO3 2025 mg/L,
K2HPO4.3H2O 800 mg/L, CaCl2 50 mg/L,
MgCl2.6H2O 100 mg/L, FeCl2 25 mg/L, NaCl
10 mg/L, CoCl2.6H2O 5 mg/L, MnCl2.4H2O 5
mg/L, AlCl3 2,5 mg/L, (NH4)6Mo7O24 15
mg/L, H3BO3 5 mg/L, NiCl2.6H2O 5 mg/L,
CuCl2.5H2O 5 mg/L, dan ZnCl2 5 mg/L.
Semua senyawa tersebut diaduk sampai larut
kemudian dimasukkan ke dalam botol serum
yang kemudian dialiri nitrogen untuk
menciptakan kondisi anaerob selanjutnya
disterilisasi.
Fermentasi Substrat. Sebanyak 75 ml
nutrient solution dalam botol serum
ditambahkan substrat (glukosa dan hidrolisat
bagas) dengan konsentrasi yang berbeda (0.5,
1.5, 2.5 g/L) pada pH 6. Selanjutnya
ditambahkan seed sludge dengan jumlah 250
mg kemudian dishaker pada 120 rpm selama
lima hari.
Pengukuran Optical Density (OD)
Larutan Bakteri Seed Sludge. Sebanyak ±1
mL larutan sampel diambil dengan
menggunakan syringe lalu dimasukkan ke
dalam microtube. Larutan ini diukur
absorbansinya pada panjang gelombang 660
nm. Nilai OD dihitung melalui persamaan:
OD = Absorbans x faktor pengenceran
Pengambilan
Sampel
(Sampling).
Larutan sampel diambil sebanyak 1 mL dan
dimasukkan ke dalam microtube yang diberi
label (H0 sampai H4) bergantung pada hari
sampling. Berikutnya microtube tersebut
disentrifus selama ±10 menit. Supernatannya
diambil dengan pipet mikro di dalam laminar
kemudian supernatan ini diukur kadar glukosa
dan laktatnya.
Pengukuran Kadar Gula Total dengan
Metode Phenol-Sulphuric (Asam Fenol
Sulfat) (Dubois et al. 1956). Hasil
pengambilan sampel dari H0-H4 yang tidak
diencerkan disentrifus selama 10 menit.
Supernatan kemudian diencerkan 10 dan 100
kali. Diambil sebanyak 0.5 mL dari larutan
hasil pengenceran tersebut ke dalam tabung
reaksi kecil, kemudian ditambahka
MENGGUNAKAN KONSORSIUM BAKTERI
TERMOFILIK KOTORAN SAPI
IMAM SUCIPTO
PROGRAM STUDI BIOKIMIA
FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM
INSTITUT PERTANIAN BOGOR
BOGOR
2009
ABSTRAK
IMAM SUCIPTO. Biogas Hasil Fermentasi Hidrolisat Bagas menggunakan
Konsorsium Bakteri Termofilik Kotoran Sapi. Dibimbing oleh EMAN
KUSTAMAN dan DWI SUSILANINGSIH.
Pertumbuhan penduduk dan perkembangan teknologi mengakibatkan
dunia termasuk Indonesia membutuhkan energi yang sangat besar. Eksploitasi
energi yang berlebihan dari sumber daya yang tak terbarukan menimbulkan
kerusakan lingkungan dan krisis energi di seluruh dunia. Penelitian ini bertujuan
menghasilkan biogas dengan menggunakan substrat bagas tebu dengan bantuan
konsorsium bakteri termofilik kotoran sapi melalui fermentasi. Penelitian ini
diawali dengan melakukan preparasi seed sludge dengan pemanasan 102 °C.
Sebanyak 75 ml media ditambahkan substrat glukosa dan hidrolisat bagas dengan
konsentrasi glukosa yang berbeda, yaitu 0.5, 1.5, dan 2.5 g/L kemudian dishaker
selama lima hari pada suhu kamar. Biogas yang dihasilkan dianalisis dengan
kromatografi gas dengan temperatur injektor, detektor, dan kolom adalah 150,
250, dan 80 ºC.
Hasil penelitian menunjukkan bahwa peningkatan pertumbuhan bakteri
seiring dengan menurunnya kadar gula yang berarti bakteri mengkonsumsi gula
untuk menghasilkan biogas. Jumlah biogas yang diperoleh pada fermentasi
glukosa 0,5 g/L, 1,5 g/L, dan 2,5 g/L berturut-turut 2,5, 13, dan 38 ml sedangkan
fermentasi bagas tebu 0,5 g/L, 1,5 g/L, dan 2,5 g/L berturut-turut 30, 13, dan 2 ml.
Fermentasi glukosa menghasilkan hidrogen 0,6 % sedangkan fermentasi bagas
tebu 0,9 %. Jadi bagas tebu dapat menghasilkan biogas sebagai sumber energi
alternatif dengan menggunakan bakteri termofilik kotoran sapi.
ABSTRACT
IMAM SUCIPTO. Biogas as Fermentation Product of Baggase Hydrolysate Using
Consortium Thermopilic Bacteria of Manure. Under the direction of EMAN
KUSTAMAN and DWI SUSILANINGSIH.
Growth of society and development of technology cause the world
especially Indonesia require energy very much. Over exploitation of energy from
unrenewable resource cause environmental damage and crisis of energy in the
world. The purpose of this research was to produce biogas using baggase as
substrate by thermophilic bacteria consortium of manure with fermentation. This
research was begun by seed sludge preparation with heating 102 °C. A number of
75 ml of medium were mixed by substrate of glucose and baggase hydrolysate
with different glucose concentration, that is 0.5, 1.5, and 2.5 g/L then were shaked
for five days in normal temperature. The product of biogas was analyzed by gas
chromatography with temperature of injector, detector, and column were 150,
250, dan 80 ºC.
The result of this research shows the growing of bacteria was in
accordance with decreasing of sugar concentration implying that the bacteria
consume sugar to produce biogas. A mount of biogas produced in glucose
fermentation 0.5 g/L, 1.5 g/L, and 2.5 g/L were 2.5, 13, and 38 ml respectively in
the other hand baggase fermentation 0.5 g/L, 1.5 g/L, and 2.5 g/L were 0, 13, and
2 ml respectively. glucose fermentation produced hydrogen 0,6 % in the other
hand baggase fermentation 0,9 %. So that baggase can produce biogas as
alternative energy resource by using thermophilic bacteria of manure.
BIOGAS HASIL FERMENTASI HIDROLISAT BAGAS
MENGGUNAKAN KONSORSIUM BAKTERI
TERMOFILIK KOTORAN SAPI
IMAM SUCIPTO
Skripsi
sebagai salah satu syarat untuk memperoleh gelar
Sarjana Sains
Program Studi Biokimia
PROGRAM STUDI BIOKIMIA
FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM
INSTITUT PERTANIAN BOGOR
BOGOR
2009
Judul Skripsi
Nama
NIM
: Biogas Hasil Fermentasi Hidrolisat Bagas Menggunakan
Konsorsium Bakteri Termofilik Kotoran Sapi
: Imam Sucipto
: G44104004
Disetujui
Komisi Pembimbing
Ir. Eman Kustaman
Ketua
Dr. Dwi Susilaningsih, M. Pharm
Anggota
Diketahui
Dr. drh. Hasim, DEA
Dekan Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam
Institut Pertanian Bogor
Tanggal Lulus :
PRAKATA
Puji Syukur penulis panjatkan kehadirat Allah SWT, yang Maha Tinggi
lagi Maha Agung, yang Maha Pandai dan menguasai segala macam ilmu, karena
rahmat dan hidayah-Nya penulis dapat menyelesaikan penelitian ini yang
merupakan salah satu syarat memperoleh gelar Sarjana Sains Program Studi
Biokimia. Penelitian ini dilaksanakan pada bulan Maret sampai bulan Agustus
2008 di Laboratorium Biorekayasa Lingkungan, Puslit Bioteknologi, LIPI.
Terima kasih penulis sampaikan kepada Ir. Eman Kustaman selaku
pembimbing utama, dan Dr. Dwi Susilaningsih, M. Pharm selaku pembimbing
kedua, serta Mbak Umi sebagai asisten pembimbing atas semua arahan dan
bimbingannya kepada penulis. Terima kasih penulis sampaikan pula kepada ayah
dan ibu, adik, serta seluruh keluarga dan teman-teman yang senantiasa memberi
dorongan, doa, dan kasih sayangnya.
Akhirnya penulis berharap agar penelitian ini dapat bermanfaat untuk
semua pihak. Amin.
Bogor, Januari 2009
Imam Sucipto
RIWAYAT HIDUP
Penulis dilahirkan di Sumenep pada tanggal 25 Desember 1984 dari ayah
Moh. Salamet dan ibu Rachmani. Penulis merupakan anak pertama dari empat
bersaudara. Anak kedua bernama Moh. Saiful Rahman, ketiga bernama Miftahul
Arifin, dan yang keempat bernama Achmad Effendi.
Tahun 2004 penulis lulus dari SMUN 1 Sumenep dan pada tahun yang
sama lulus seleksi masuk IPB melalui jalur Undangan Seleksi Masuk IPB pada
Program Studi Biokimia, Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam.
Selama mengikuti perkuliahan, penulis pernah menjadi asisten praktikum
biokimia 2007/2008, pengajar kimia Bimbingan Belajar BTA 8 Bogor selama dua
tahun, dan mendapatkan beasiswa, diantaranya PPA, karya salemba empat, dan
PPSDMS Nurul Fikri. Penulis juga aktif berorganisasi, sebagai Kepala Divisi
Keilmuan CREBs dan Ketua Departemen Humas KAMMI Daerah Bogor. Prestasi
penulis adalah juara 2 lomba penulisan artikel ilmiah popular tanaman obat asal
hutan dalam rangkaian ITTO Project yang diadakan oleh PSB bekerjasama
dengan Dept. Kehutanan.
DAFTAR ISI
Halaman
DAFTAR TABEL ............................................................................................... ix
DAFTAR GAMBAR ....................................................................................... ... ix
DAFTAR LAMPIRAN ................................................................................... ... ix
PENDAHULUAN ........................................................................................... ... 1
TINJAUAN PUSTAKA
Biogas ..................................................................................................... ...
Biohidrogen ............................................................................................ ...
Bakteri Termofilik................................................................................... ...
Fermentasi .............................................................................................. ...
Kromatografi Gas .................................................................................... ...
Limbah Bagas ........................................................................................ ...
1
2
3
3
4
5
BAHAN DAN METODE
Alat dan Bahan ....................................................................................... ... 6
Metode ................................................................................................... ... 6
HASIL DAN PEMBAHASAN
Pertumbuhan Bakteri ............................................................................. ...
Penurunan Kadar Gula ........................................................................... ...
Biogas Hasil Fermentasi ......................................................................... ...
Analisis Biogas dengan Kromatografi Gas ............................................ ...
7
8
8
9
SIMPULAN DAN SARAN
Simpulan ................................................................................................. ... 9
Saran........................................................................................................ ... 10
DAFTAR PUSTAKA ..................................................................................... ... 10
LAMPIRAN .................................................................................................... ... 12
DAFTAR TABEL
Halaman
1
Komposisi biogas hasil fermentasi kotoran sapi ........................................ ...
2
2
Komposisi kimia bagas (ampas tebu) ........................................................ ...
6
3 Persentase komposisi karbon dioksida dan metana .................................. ... 9
DAFTAR GAMBAR
Halaman
1
Fermentasi laktat oleh S. lactis................................................................... ...
4
2
Pertumbuhan bakteri pada fermentasi glukosa .......................................... ...
7
3
Pertumbuhan bakteri pada fermentasi bagas tebu ...................................... ...
7
4 Penurunan konsentrasi gula total pada fermentasi bagas tebu .................. ...
8
5 Penurunan konsentrasi gula total pada fermentasi glukosa ....................... ... 8
6 Volume biogas yang dihasilkan pada fermentasi glukosa ........................ ... 9
7 Volume biogas yang dihasilkan pada fermentasi bagas tebu .................... ... 9
8
Konsentrasi hidrogen (% v/v) hasil fermentasi anaerob ........................... ... 9
DAFTAR LAMPIRAN
Halaman
1 Tahapan penelitian .................................................................................... ... 13
2
Optimasi seed sludge untuk penggunaan fermentasi anaerob.................... ... 14
3
Hasil pengamatan fermentasi glukosa ....................................................... ... 15
4 Hasil pengamatan fermentasi bagas tebu .................................................. ... 18
5 Pengukuran gula total hasil fermentasi glukosa dan bagas tebu ............... ... 21
6
Pengukuran kadar glukosa fermentasi bagas tebu .................................... ... 22
7
Hidrolisis bagas tebu ................................................................................. ... 23
PENDAHULUAN
Laju pertumbuhan penduduk, tingkat
ekonomi yang semakin meningkat, serta
perkembangan teknologi yang semakin pesat
dari waktu ke waktu mengakibatkan dunia
termasuk Indonesia membutuhkan energi
yang sangat besar. Bahan bakar fosil seperti
minyak bumi dan batu bara merupakan
sumber energi utama di Indonesia. Eksploitasi
energi yang berlebihan dari sumber daya alam
terutama
minyak
bumi
selama
ini
menyebabkan menipisnya kandungan minyak
bumi tersebut, menimbulkan kerusakan
lingkungan, dan krisis energi di seluruh dunia.
Minyak bumi adalah sumber energi yang tidak
terbarukan, butuh ratusan bahkan jutaan tahun
untuk mengkonversi biomassa menjadi
minyak bumi. Di antara beberapa jenis BBM,
premium cukup dominan penggunaannya
sebagai bahan bakar transportasi nasional.
Dari tahun ke tahun kebutuhan premium
meningkat dan akan terus bertambah sejalan
dengan perkembangan jumlah penduduk,
wilayah
permukiman,
perkotaan,
dan
infrastruktur transportasi.
Krisis energi dan kerusakan lingkungan ini
memerlukan penanganan serius. Usaha
mengurangi
dampak
negatif
terhadap
lingkungan dan pengembangan sumber energi
alternatif termasuk bioenergi terus diupayakan
dan dilakukan. Bioenergi merupakan energi
terbarukan yang berasal dari biomassa.
Bioenergi ini adalah salah satu bentuk energi
alternatif
yang
prospektif
untuk
dikembangkan. Pengembangan bioenergi ini
tidak hanya dapat mengurangi ketergantungan
terhadap bahan bakar minyak yang harganya
terus melambung, tetapi juga dapat
meningkatkan keamanan pasokan energi
nasional. Perhatian masyarakat dunia yang
semakin meningkat pada penggunaan bahan
bakar yang ramah lingkungan menjadikan
pengembangan bioenergi sangat strategis dan
menuntut untuk direalisasikan. Oleh karena
itu, energi alternatif yang dapat diperbaharui
(renewable energy) dan aman lingkungan
(green energy) sangat dibutuhkan dan sangat
penting untuk diupayakan serta dioptimalkan
pengolahan dan penggunaannya.
Biogas seperti metana dan biohidrogen
merupakan energi terbarukan yang dihasilkan
oleh bakteri dalam keadaan tanpa oksigen.
Umumnya bakteri yang menghasilkan biogas
adalah bakteri kotoran ternak termasuk
kotoran sapi. Gas yang dominan adalah
metana dan karbon dioksida disamping juga
dihasilkan hidrogen. Hidrogen merupakan
salah satu pilihan energi alternatif karena
mudah dikonversi dan tidak merusak
lingkungan baik dalam proses pembuatan
maupun penggunaannya. Hidrogen adalah
unsur paling ringan, sangat mudah terbakar,
dan paling banyak terdapat di alam semesta.
Unsur ini dikandung oleh air dan semua
senyawa organik serta makhluk hidup
(Mohsin 2007). Senyawa ini
dapat
dikembangkan di Indonesia karena bahan
bakunya
cukup
tersedia.
Biohidrogen
diproduksi dengan memanfaatkan organisme
bakteri melalui proses fermentasi atau
fotoproduksi untuk merombak substrat
organik (limbah atau nonlimbah) menjadi
hidrogen (Sirait 2007).
Krisis energi dan kerusakan lingkungan
yang ditimbulkan oleh pertumbuhan jumlah
penduduk, pembukaan lahan untuk wilayah
pemukiman, dan bertambahnya sarana
transportasi
mengakibatkan
keresahan
masyarakat, bangsa, dan negara. Sementara itu
sumber energi yang tersedia cukup menipis
dan hanya mengandalkan sumber daya yang
tak dapat diperbarui. Oleh sebab itu, energi
alternatif yang dapat diperbarui dan ramah
lingkungan perlu dikembangkan. Salah satu
sumber energi alternatif adalah biohidrogen.
Penelitian tentang biohidrogen masih jarang
padahal substrat untuk menghasilkan itu
melimpah di Indonesia.
Penelitian ini bertujuan menghasilkan
biogas dengan menggunakan substrat limbah
tebu (bagas) dengan bantuan konsorsium
bakteri termofilik kotoran sapi melalui teknik
fermentasi. Bakteri kotoran sapi dapat
menghasilkan biogas sebagai energi alternatif
seperti gas metana dan H2. Penelitian ini
diharapkan dapat memberikan informasi
ilmiah bahwa bioenergi dapat dihasilkan dari
limbah tebu dengan bantuan konversi
konsorsium bakteri kotoran sapi.
TINJAUAN PUSTAKA
Biogas
Kotoran sapi adalah limbah peternakan
yang merupakan buangan dari usaha
peternakan sapi yang bersifat padat dan dalam
proses pembuangannya sering bercampur
dengan urine dan gas seperti metana dan
amoniak. Kandungan unsur hara dalam
kotoran sapi bervariasi tergantung pada
keadaan tingkat produksinya, macam, jumlah
makanan yang dimakannya, serta individu
ternak sendiri (Abdulgani 1988). Kandungan
unsur hara dalam kotoran sapi antara lain
BIOGAS HASIL FERMENTASI HIDROLISAT BAGAS
MENGGUNAKAN KONSORSIUM BAKTERI
TERMOFILIK KOTORAN SAPI
IMAM SUCIPTO
PROGRAM STUDI BIOKIMIA
FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM
INSTITUT PERTANIAN BOGOR
BOGOR
2009
ABSTRAK
IMAM SUCIPTO. Biogas Hasil Fermentasi Hidrolisat Bagas menggunakan
Konsorsium Bakteri Termofilik Kotoran Sapi. Dibimbing oleh EMAN
KUSTAMAN dan DWI SUSILANINGSIH.
Pertumbuhan penduduk dan perkembangan teknologi mengakibatkan
dunia termasuk Indonesia membutuhkan energi yang sangat besar. Eksploitasi
energi yang berlebihan dari sumber daya yang tak terbarukan menimbulkan
kerusakan lingkungan dan krisis energi di seluruh dunia. Penelitian ini bertujuan
menghasilkan biogas dengan menggunakan substrat bagas tebu dengan bantuan
konsorsium bakteri termofilik kotoran sapi melalui fermentasi. Penelitian ini
diawali dengan melakukan preparasi seed sludge dengan pemanasan 102 °C.
Sebanyak 75 ml media ditambahkan substrat glukosa dan hidrolisat bagas dengan
konsentrasi glukosa yang berbeda, yaitu 0.5, 1.5, dan 2.5 g/L kemudian dishaker
selama lima hari pada suhu kamar. Biogas yang dihasilkan dianalisis dengan
kromatografi gas dengan temperatur injektor, detektor, dan kolom adalah 150,
250, dan 80 ºC.
Hasil penelitian menunjukkan bahwa peningkatan pertumbuhan bakteri
seiring dengan menurunnya kadar gula yang berarti bakteri mengkonsumsi gula
untuk menghasilkan biogas. Jumlah biogas yang diperoleh pada fermentasi
glukosa 0,5 g/L, 1,5 g/L, dan 2,5 g/L berturut-turut 2,5, 13, dan 38 ml sedangkan
fermentasi bagas tebu 0,5 g/L, 1,5 g/L, dan 2,5 g/L berturut-turut 30, 13, dan 2 ml.
Fermentasi glukosa menghasilkan hidrogen 0,6 % sedangkan fermentasi bagas
tebu 0,9 %. Jadi bagas tebu dapat menghasilkan biogas sebagai sumber energi
alternatif dengan menggunakan bakteri termofilik kotoran sapi.
ABSTRACT
IMAM SUCIPTO. Biogas as Fermentation Product of Baggase Hydrolysate Using
Consortium Thermopilic Bacteria of Manure. Under the direction of EMAN
KUSTAMAN and DWI SUSILANINGSIH.
Growth of society and development of technology cause the world
especially Indonesia require energy very much. Over exploitation of energy from
unrenewable resource cause environmental damage and crisis of energy in the
world. The purpose of this research was to produce biogas using baggase as
substrate by thermophilic bacteria consortium of manure with fermentation. This
research was begun by seed sludge preparation with heating 102 °C. A number of
75 ml of medium were mixed by substrate of glucose and baggase hydrolysate
with different glucose concentration, that is 0.5, 1.5, and 2.5 g/L then were shaked
for five days in normal temperature. The product of biogas was analyzed by gas
chromatography with temperature of injector, detector, and column were 150,
250, dan 80 ºC.
The result of this research shows the growing of bacteria was in
accordance with decreasing of sugar concentration implying that the bacteria
consume sugar to produce biogas. A mount of biogas produced in glucose
fermentation 0.5 g/L, 1.5 g/L, and 2.5 g/L were 2.5, 13, and 38 ml respectively in
the other hand baggase fermentation 0.5 g/L, 1.5 g/L, and 2.5 g/L were 0, 13, and
2 ml respectively. glucose fermentation produced hydrogen 0,6 % in the other
hand baggase fermentation 0,9 %. So that baggase can produce biogas as
alternative energy resource by using thermophilic bacteria of manure.
BIOGAS HASIL FERMENTASI HIDROLISAT BAGAS
MENGGUNAKAN KONSORSIUM BAKTERI
TERMOFILIK KOTORAN SAPI
IMAM SUCIPTO
Skripsi
sebagai salah satu syarat untuk memperoleh gelar
Sarjana Sains
Program Studi Biokimia
PROGRAM STUDI BIOKIMIA
FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM
INSTITUT PERTANIAN BOGOR
BOGOR
2009
Judul Skripsi
Nama
NIM
: Biogas Hasil Fermentasi Hidrolisat Bagas Menggunakan
Konsorsium Bakteri Termofilik Kotoran Sapi
: Imam Sucipto
: G44104004
Disetujui
Komisi Pembimbing
Ir. Eman Kustaman
Ketua
Dr. Dwi Susilaningsih, M. Pharm
Anggota
Diketahui
Dr. drh. Hasim, DEA
Dekan Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam
Institut Pertanian Bogor
Tanggal Lulus :
PRAKATA
Puji Syukur penulis panjatkan kehadirat Allah SWT, yang Maha Tinggi
lagi Maha Agung, yang Maha Pandai dan menguasai segala macam ilmu, karena
rahmat dan hidayah-Nya penulis dapat menyelesaikan penelitian ini yang
merupakan salah satu syarat memperoleh gelar Sarjana Sains Program Studi
Biokimia. Penelitian ini dilaksanakan pada bulan Maret sampai bulan Agustus
2008 di Laboratorium Biorekayasa Lingkungan, Puslit Bioteknologi, LIPI.
Terima kasih penulis sampaikan kepada Ir. Eman Kustaman selaku
pembimbing utama, dan Dr. Dwi Susilaningsih, M. Pharm selaku pembimbing
kedua, serta Mbak Umi sebagai asisten pembimbing atas semua arahan dan
bimbingannya kepada penulis. Terima kasih penulis sampaikan pula kepada ayah
dan ibu, adik, serta seluruh keluarga dan teman-teman yang senantiasa memberi
dorongan, doa, dan kasih sayangnya.
Akhirnya penulis berharap agar penelitian ini dapat bermanfaat untuk
semua pihak. Amin.
Bogor, Januari 2009
Imam Sucipto
RIWAYAT HIDUP
Penulis dilahirkan di Sumenep pada tanggal 25 Desember 1984 dari ayah
Moh. Salamet dan ibu Rachmani. Penulis merupakan anak pertama dari empat
bersaudara. Anak kedua bernama Moh. Saiful Rahman, ketiga bernama Miftahul
Arifin, dan yang keempat bernama Achmad Effendi.
Tahun 2004 penulis lulus dari SMUN 1 Sumenep dan pada tahun yang
sama lulus seleksi masuk IPB melalui jalur Undangan Seleksi Masuk IPB pada
Program Studi Biokimia, Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam.
Selama mengikuti perkuliahan, penulis pernah menjadi asisten praktikum
biokimia 2007/2008, pengajar kimia Bimbingan Belajar BTA 8 Bogor selama dua
tahun, dan mendapatkan beasiswa, diantaranya PPA, karya salemba empat, dan
PPSDMS Nurul Fikri. Penulis juga aktif berorganisasi, sebagai Kepala Divisi
Keilmuan CREBs dan Ketua Departemen Humas KAMMI Daerah Bogor. Prestasi
penulis adalah juara 2 lomba penulisan artikel ilmiah popular tanaman obat asal
hutan dalam rangkaian ITTO Project yang diadakan oleh PSB bekerjasama
dengan Dept. Kehutanan.
DAFTAR ISI
Halaman
DAFTAR TABEL ............................................................................................... ix
DAFTAR GAMBAR ....................................................................................... ... ix
DAFTAR LAMPIRAN ................................................................................... ... ix
PENDAHULUAN ........................................................................................... ... 1
TINJAUAN PUSTAKA
Biogas ..................................................................................................... ...
Biohidrogen ............................................................................................ ...
Bakteri Termofilik................................................................................... ...
Fermentasi .............................................................................................. ...
Kromatografi Gas .................................................................................... ...
Limbah Bagas ........................................................................................ ...
1
2
3
3
4
5
BAHAN DAN METODE
Alat dan Bahan ....................................................................................... ... 6
Metode ................................................................................................... ... 6
HASIL DAN PEMBAHASAN
Pertumbuhan Bakteri ............................................................................. ...
Penurunan Kadar Gula ........................................................................... ...
Biogas Hasil Fermentasi ......................................................................... ...
Analisis Biogas dengan Kromatografi Gas ............................................ ...
7
8
8
9
SIMPULAN DAN SARAN
Simpulan ................................................................................................. ... 9
Saran........................................................................................................ ... 10
DAFTAR PUSTAKA ..................................................................................... ... 10
LAMPIRAN .................................................................................................... ... 12
DAFTAR TABEL
Halaman
1
Komposisi biogas hasil fermentasi kotoran sapi ........................................ ...
2
2
Komposisi kimia bagas (ampas tebu) ........................................................ ...
6
3 Persentase komposisi karbon dioksida dan metana .................................. ... 9
DAFTAR GAMBAR
Halaman
1
Fermentasi laktat oleh S. lactis................................................................... ...
4
2
Pertumbuhan bakteri pada fermentasi glukosa .......................................... ...
7
3
Pertumbuhan bakteri pada fermentasi bagas tebu ...................................... ...
7
4 Penurunan konsentrasi gula total pada fermentasi bagas tebu .................. ...
8
5 Penurunan konsentrasi gula total pada fermentasi glukosa ....................... ... 8
6 Volume biogas yang dihasilkan pada fermentasi glukosa ........................ ... 9
7 Volume biogas yang dihasilkan pada fermentasi bagas tebu .................... ... 9
8
Konsentrasi hidrogen (% v/v) hasil fermentasi anaerob ........................... ... 9
DAFTAR LAMPIRAN
Halaman
1 Tahapan penelitian .................................................................................... ... 13
2
Optimasi seed sludge untuk penggunaan fermentasi anaerob.................... ... 14
3
Hasil pengamatan fermentasi glukosa ....................................................... ... 15
4 Hasil pengamatan fermentasi bagas tebu .................................................. ... 18
5 Pengukuran gula total hasil fermentasi glukosa dan bagas tebu ............... ... 21
6
Pengukuran kadar glukosa fermentasi bagas tebu .................................... ... 22
7
Hidrolisis bagas tebu ................................................................................. ... 23
PENDAHULUAN
Laju pertumbuhan penduduk, tingkat
ekonomi yang semakin meningkat, serta
perkembangan teknologi yang semakin pesat
dari waktu ke waktu mengakibatkan dunia
termasuk Indonesia membutuhkan energi
yang sangat besar. Bahan bakar fosil seperti
minyak bumi dan batu bara merupakan
sumber energi utama di Indonesia. Eksploitasi
energi yang berlebihan dari sumber daya alam
terutama
minyak
bumi
selama
ini
menyebabkan menipisnya kandungan minyak
bumi tersebut, menimbulkan kerusakan
lingkungan, dan krisis energi di seluruh dunia.
Minyak bumi adalah sumber energi yang tidak
terbarukan, butuh ratusan bahkan jutaan tahun
untuk mengkonversi biomassa menjadi
minyak bumi. Di antara beberapa jenis BBM,
premium cukup dominan penggunaannya
sebagai bahan bakar transportasi nasional.
Dari tahun ke tahun kebutuhan premium
meningkat dan akan terus bertambah sejalan
dengan perkembangan jumlah penduduk,
wilayah
permukiman,
perkotaan,
dan
infrastruktur transportasi.
Krisis energi dan kerusakan lingkungan ini
memerlukan penanganan serius. Usaha
mengurangi
dampak
negatif
terhadap
lingkungan dan pengembangan sumber energi
alternatif termasuk bioenergi terus diupayakan
dan dilakukan. Bioenergi merupakan energi
terbarukan yang berasal dari biomassa.
Bioenergi ini adalah salah satu bentuk energi
alternatif
yang
prospektif
untuk
dikembangkan. Pengembangan bioenergi ini
tidak hanya dapat mengurangi ketergantungan
terhadap bahan bakar minyak yang harganya
terus melambung, tetapi juga dapat
meningkatkan keamanan pasokan energi
nasional. Perhatian masyarakat dunia yang
semakin meningkat pada penggunaan bahan
bakar yang ramah lingkungan menjadikan
pengembangan bioenergi sangat strategis dan
menuntut untuk direalisasikan. Oleh karena
itu, energi alternatif yang dapat diperbaharui
(renewable energy) dan aman lingkungan
(green energy) sangat dibutuhkan dan sangat
penting untuk diupayakan serta dioptimalkan
pengolahan dan penggunaannya.
Biogas seperti metana dan biohidrogen
merupakan energi terbarukan yang dihasilkan
oleh bakteri dalam keadaan tanpa oksigen.
Umumnya bakteri yang menghasilkan biogas
adalah bakteri kotoran ternak termasuk
kotoran sapi. Gas yang dominan adalah
metana dan karbon dioksida disamping juga
dihasilkan hidrogen. Hidrogen merupakan
salah satu pilihan energi alternatif karena
mudah dikonversi dan tidak merusak
lingkungan baik dalam proses pembuatan
maupun penggunaannya. Hidrogen adalah
unsur paling ringan, sangat mudah terbakar,
dan paling banyak terdapat di alam semesta.
Unsur ini dikandung oleh air dan semua
senyawa organik serta makhluk hidup
(Mohsin 2007). Senyawa ini
dapat
dikembangkan di Indonesia karena bahan
bakunya
cukup
tersedia.
Biohidrogen
diproduksi dengan memanfaatkan organisme
bakteri melalui proses fermentasi atau
fotoproduksi untuk merombak substrat
organik (limbah atau nonlimbah) menjadi
hidrogen (Sirait 2007).
Krisis energi dan kerusakan lingkungan
yang ditimbulkan oleh pertumbuhan jumlah
penduduk, pembukaan lahan untuk wilayah
pemukiman, dan bertambahnya sarana
transportasi
mengakibatkan
keresahan
masyarakat, bangsa, dan negara. Sementara itu
sumber energi yang tersedia cukup menipis
dan hanya mengandalkan sumber daya yang
tak dapat diperbarui. Oleh sebab itu, energi
alternatif yang dapat diperbarui dan ramah
lingkungan perlu dikembangkan. Salah satu
sumber energi alternatif adalah biohidrogen.
Penelitian tentang biohidrogen masih jarang
padahal substrat untuk menghasilkan itu
melimpah di Indonesia.
Penelitian ini bertujuan menghasilkan
biogas dengan menggunakan substrat limbah
tebu (bagas) dengan bantuan konsorsium
bakteri termofilik kotoran sapi melalui teknik
fermentasi. Bakteri kotoran sapi dapat
menghasilkan biogas sebagai energi alternatif
seperti gas metana dan H2. Penelitian ini
diharapkan dapat memberikan informasi
ilmiah bahwa bioenergi dapat dihasilkan dari
limbah tebu dengan bantuan konversi
konsorsium bakteri kotoran sapi.
TINJAUAN PUSTAKA
Biogas
Kotoran sapi adalah limbah peternakan
yang merupakan buangan dari usaha
peternakan sapi yang bersifat padat dan dalam
proses pembuangannya sering bercampur
dengan urine dan gas seperti metana dan
amoniak. Kandungan unsur hara dalam
kotoran sapi bervariasi tergantung pada
keadaan tingkat produksinya, macam, jumlah
makanan yang dimakannya, serta individu
ternak sendiri (Abdulgani 1988). Kandungan
unsur hara dalam kotoran sapi antara lain
2
nitrogen (0,29 %), P2O5 (0,17 %), dan K2O
(0,35%) (Hardjowigeno 2003). Pupuk
kandang berupa kotoran sapi, babi, dan
unggas hampir 100 % menyumbangkan unsur
P dan K yang dikandungnya ke dalam tanah.
Kotoran sapi lebih efektif daripada kotoran
unggas dalam menurunkan bobot isi tanah
(Rahman 2007).
Kotoran sapi yang tinggi kandungan hara
dan energinya berpotensi untuk dijadikan
bahan baku penghasil biogas. Biogas adalah
campuran berbagai macam gas yang
susunannya tergantung pada komposisi bahan
baku
masukan.
Sahidu
(1983)
mengungkapkan bahwa biogas adalah suatu
campuran gas-gas yang dihasilkan dalam
suatu proses pengomposan bahan organik oleh
bakteri dalam keadaan tanpa oksigen (proses
anaerob). Definisi lain menyebutkan bahwa
biogas adalah campuran beberapa gas yang
tergolong bahan bakar hasil fermentasi dari
bahan organik dalam kondisi anaerob dan gas
yang dominan adalah metana (CH4) dan
karbondioksida (CO2) (Simamora et al. 2006).
Biogas merupakan energi terbarukan yang
fleksibel, dapat menghasilkan panas, dan
listrik sebagai pengganti bahan bakar
kendaraan. Selain berupa energi terbarukan,
proses perombakan anaerob menghasilkan
pupuk berharga dan mengurangi emisi serta
bau yang tak sedap. Biogas bersifat bersih,
tidak berasap hitam seperti kayu bakar dan
minyak tanah. Selain itu derajat panasnya
lebih tinggi dari bahan bakar minyak tanah
dan kayu bakar serta dapat disimpan untuk
penggunaan yang akan datang (Darminto
1984). Produksi biogas didasarkan pada
perombakan anaerob kotoran hewan dan
bahan buangan organik lainnya. Selama
perombakan anaerob akan menghasilkan gas
metana 54-70 %, karbondioksida 25-45 %,
hidrogen, nitrogen, dan hidrogen sulfida
dalam jumlah yang sedikit (Simamora et al.
2006) seperti yang terlihat pada Tabel 1.
Biogas berbeda dari sumber-sumber energi
terbarukan lainnya. Keuntungannya terkait
dengan pengendalian dan pengumpulan
limbah bahan organik, yaitu pada saat yang
sama dihasilkan pupuk dan air untuk
pemakaian kembali irigasi pertanian. Biogas
dapat digunakan untuk berbagai keperluan
sesuai dengan sifat gas alam. Pemanfaatan
biogas dalam teknologi mesin internal (mesin
berbahan bakar gas) sangat andal dan telah
berkembang. Ribuan mesin berbahan bakar
gas telah dioperasikan di areal pengolahan
limbah dan pembangkit biogas (ACE 2005).
Pemanfaatan biogas sebagai bahan bakar
kendaraan digunakan mesin yang sama
konstruksinya dengan kendaraan mesin
berbahan bakar gas alam. Terdapat lebih dari
tiga juta kendaraan berbahan bakar gas alam
di dunia dan sekitar 1000 kendaraan mobil
dan bus berbahan bakar biogas. Ini
menunjukkan bahwa konstruksi kendaraan
menggunakan biogas sebagai bahan bakar
kendaraan tidak bermasalah (IEA 2002).
Tabel 1 Komposisi biogas hasil fermentasi
kotoran sapi
Jenis Gas
Konsentrasi biogas
(%)
Metana (CH4)
65,7
27,0
Karbon dioksida
(CO2)
Nitrogen (N2)
2,3
0,1
Oksigen (O2)
0,7
Propena (C3H8)
Hidrogen sulfida
(H2S)
(Simamora et al. 2006)
Biohidrogen
Hidrogen merupakan sumber energi
alternatif yang bisa diproduksi dari sumber
yang
dapat diperbarui seperti biomassa.
Selain sumbernya melimpah, biohidrogen juga
ramah lingkungan. Hidrogen dapat diproduksi
dari mikrob melalui dua cara, yaitu perubahan
secara fotobiologis dan melalui teknik
fermentasi. Teknik yang pertama hanya dapat
dilakukan pada siang hari, yaitu ketika adanya
matahari. Hal ini disebabkan mikrob
fotosintetik menggunakan energi dari sinar
matahari sebagai sumber energi mereka, tetapi
teknik yang kedua dapat berlangsung pada
siang maupun malam hari (dalam keadaan
gelap). Hal ini bergantung pada tipe mikrob
yang digunakan dalam fermentasi (Sirait
2007). Produksi hidrogen yang dilakukan
dalam penelitian ini menggunakan teknik
fermentasi. Hal ini disebabkan produksi
hidrogen secara fermentasi lebih cepat
daripada secara fotosintetik.
Hidrogen yang diproduksi oleh
mikroalga dan bakteri disebut biohidrogen. Di
alam hanya bakteri dan mikroalga yang
mempunyai
kemampuan
memproduksi
biohidrogen. Di antara mikroorganisme ini,
yang sering digunakan untuk penelitian adalah
bakteri
anaerob
dan
mikroorganisme
fotosintetik seperti bakteri fotosintetik dan
sianobakteria.
Sianobakteria
dapat
menguraikan air menjadi hidrogen dan
oksigen dengan bantuan energi cahaya
3
(Zaborsky
1998).
Keuntungan
mikroorganisme ini dalam memproduksi
hidrogen adalah tidak menggunakan senyawa
organik sebagai substrat tetapi menggunakan
sinar matahari. Kelemahannya adalah
produksi
hidrogennya
lambat,
sistem
reaksinya membutuhkan energi yang besar,
dan pemisahan gas hidrogen dan oksigen
membutuhkan penanganan yang khusus
(Zaborsky 1998). Reaksi biofotolisis dari
organisme ini adalah sebagai berikut:
0.5 O2 + H2 ΔG = - 242 kJ
H2O
Bakteri fotosintetik tidak menggunakan air
sebagai senyawa penghasil biohidrogen
namun menggunakan senyawa organik.
Keuntungan dari bakteri ini adalah reaksi
pembentukan hidrogen yang cepat dan tidak
memerlukan energi solar. Kelemahan dari
bakteri ini dalam memproduksi gas hidrogen
adalah hasil dekomposisi atau penguraian
senyawa organik tersebut meninggalkan
asam-asam organik seperti asam asetat, asam
butirat, dan lain-lain. Asam organik tersebut
menjadi masalah baru jika tujuan dari
produksi adalah untuk menanggulangi limbah.
Reaksi produksi hidrogen dari substrat
glukosa sebagai berikut:
2Asetat+2CO2+4H2
Glukosa+2H2O
∆G = -184.2 kJ
Glukosa
Butirat + 2CO2 + 2H2
∆G = -257.1 kJ
Berbagai macam mikroorganisme yang
dapat menghasilkan biohidrogen antara lain
bakteri fotosintetik (Rhodopseudomonas,
Rhodobacter,
Chromatium,
Thiocapsa),
sianobakteri (Anabaena, Oscillatoria), alga
hijau (Chlamydomonas), bakteri pengikat
nitrogen
(Klebsiella,
Clostridium,
Enterobacter, Azotobacter), dan bakteri
anaerob (Zaborsky 1998).
Bakteri Termofilik
Bakteri adalah sel prokariot yang khas,
uniseluler dan tidak mengandung struktur
yang
terbatasi
membran
di
dalam
sitoplasmanya. Sel-selnya secara khas
berbentuk bola, batang, dan spiral. Bakteri
yang khas berdiameter sekitar 0.5-0.8 μm dan
panjangnya 1.5-2.5 μm (Pelczar & Chan
1986). Reproduksinya terutama dengan
pembelahan biner sederhana, yaitu suatu
proses aseksual. Beberapa dapat tumbuh pada
suhu 0 ºC, ada yang tumbuh dengan baik pada
sumber air panas yang suhunya 75-90 ºC atau
lebih. Kebanyakan tumbuh pada berbagai
suhu diantara kedua suhu ekstrim ini.
Beberapa membutuhkan oksigen bebas
sedangkan
yang
lainnya
tidak
membutuhkannya.
Sel-sel individu bakteri dapat berbentuk
elips, bola, batang (silindris), atau spiral
(heliks). Bakteri dibagi menjadi beberapa
kelas berdasarkan temperatur tempat dia
tumbuh. Psikrofilik merupakan bakteri yang
hidup pada temperatur terendah pada suhu
dibawah -10 ºC walaupun temperatur
optimumnya ialah 15 ºC atau lebih rendah.
Mesofilik hidup pada medium bersuhu 20-45
ºC dan termasuk patogen pada manusia.
Termofilik hidup di atas suhu 45 ºC dan
beberapa di antaranya bahkan dapat hidup
diatas titik didih air, yaitu hipertermofilik
yang hidup pada suhu 120-300 ºC (Edward
1990).
Bakteri termofilik pertama kali diisolasi
pada tahun 1879 oleh Miquel, yang
menemukan bakteri mampu berkembang biak
pada suhu 72 ºC. Dia menemukan bakteri ini
pada tanah, debu, kotoran badan, tempat
pembuangan limbah, dan lumpur sungai. Pada
tanah perkebunan yang mengandung pupuk
terdapat 1-10% bakteri termofilik sementara
tanah lapang yang luas biasanya hanya
mengandung 0.25 % atau kurang. Tanah yang
tidak ditumbuhi tanaman kemungkinan sama
sekali tidak terdapat bakteri termofilik.
Bakteri termofilik juga ditemukan pada
kotoran sapi setelah mengalami pemanasan
100 ºC. Jenis bakteri yang ditemukan setelah
diisolasi
adalah
genus
Clostridium.
Clostridium acetobutylicum dan Clostridium
felsineum paling banyak ditemukan. Selain itu
juga
ditemukan
C.
roseum,
C.
thiosulforeducens, C. subterminale, C.
argentinense, C. beijerinckii dan C.
botulinum. Banyak spesies ini yang dikenal
sebagai bakteri fermentatif dan dapat
memproduksi hidrogen, yaitu C. beijerinckii,
C. roseum, dan C. acetobutylicum (Fang et al.
2005).
Bakteri termofilik mempunyai peran
penting dalam mengembangkan ilmu dasar
selain juga bermanfaat untuk aplikasi industri.
Mikroorganisme ini menghasilkan enzimenzim tahan panas yang potensial dalam
penggunaan di bidang industri. Penggunaan
enzim termostabil dalam bidang bioteknologi
telah dapat menurunkan biaya operasi
(Aguilar et al. 1998) di samping dapat
meningkatkan kecepatan reaksi.
Fermentasi
Fermentasi merupakan proses penting
dalam kehidupan sehari-hari manusia.
4
Fermentasi berasal dari bahasa latin ferfere
yang artinya mendidihkan, yaitu berdasarkan
ilmu kimia terbentuknya gas-gas dari suatu
cairan kimia yang pengertiannya berbeda
dengan air mendidih. Gas yang terbenuk
diantaranya karbon dioksida (Herlina 2002).
Fermentasi secara umum dapat dinyatakan
sebagai proses katabolisme, yaitu suatu
pemecahan senyawa organik yang kompleks
menjadi bentuk yang lebih sederhana.
Aplikasi proses ini dapat dilihat pada produksi
minuman beralkohol atau produk yang
bersifat asam seperti asam asetat atau cuka.
Pengetahuan mengenai proses ini berkembang
pesat sejak penelitian Louis Pasteur mengenai
proses fermentasi yang terjadi dalam
pembuatan
wine
(anggur).
Penelitian
mengenai proses ini berkembang pesat
semenjak tumbuhnya industri minuman
beralkohol dan industri antibiotik (Rachman
1989).
Aplikasi metode ini diawali dengan
pembuatan bir sekira 6.000 tahun sebelum
masehi. Pembuatan roti dengan bantuan
khamir atau ragi diperkirakan sudah terjadi
sejak 4.000 tahun sebelum masehi. Pembuatan
produk fermentasi kecap dan tauco di Cina
telah dilakukan sejak 722 SM. Fermentasi
anggur mulai berkembang kira-kira abad ke17 dengan menggunakan bakteri Acetobacter
menghasilkan asam asetat (asam cuka). M J
Johnson membagi perkembangan teknologi
fermentasi ke dalam beberapa periode.
Periode pertama berlangsung sampai dengan
tahun
1860
dengan
mengembangkan
fermentasi alkohol, produksi ragi roti dan
produksi venegar. Antara tahun 1900 dan
1920 disebut sebagai periode lahirnya industri
fermentasi (Rachman 1989).
Berbagai penelitian di abad ke-20
melahirkan pengertian baru dari fermentasi,
yaitu reaksi oksidasi-reduksi. Zat yang
dioksidasi (pemberi elektron) maupun zat
yang direduksi (penerima elektron) adalah zat
organik dengan melibatkan mikroorganisme
(bakteri, kapang dan ragi). Jadi fermentasi
merupakan
proses
metabolisme
yang
menyangkut perubahan kimia bahan organik
yang disebabkan aktivitas enzim yang dimiliki
mikroorganisme (Amarine et al. 1987). Zat
organik yang digunakan umumnya glukosa
yang kemudian dipecah menjadi aldehid,
alkohol, atau asam.
Fermentasi
terbagi
menjadi
dua
berdasarkan kebutuhan akan oksigen, yaitu
fermentasi aerob dan anaerob. Fermentasi
aerob adalah fermentasi yang prosesnya
memerlukan oksigen. Keberadaan oksigen
membuat mikroorganisme dapat mencerna
glukosa menghasilkan air, karbondioksida dan
sejumlah besar energi. Fermentasi dalam
proses anaerob tidak memerlukan oksigen
(Pringgomulyo & Wardoyo 1980). Ada
berbagai produk metabolit yang bisa
dihasilkan dalam proses fermentasi, antara
lain berbagai jenis asam (asam laktat, asetat,
etanol, asam volatil), alkohol, protein, dan
ester. Produk hasil fermentasi dapat diubah
lebih lanjut melalui proses fermentasi lain
untuk menghasilkan produk akhir yang lain
seperti gas hidrogen (Zaborsky 1998).
Fermentasi asam laktat dari satu molekul
glukosa menghasilkan dua molekul ATP.
Bakteri
Streptococcus
lactis
dapat
menguraikan glukosa menjadi asam laktat
(Gambar 1) sedangkan bakteri E. coli
merupakan bakteri anaerob fakultatif yang
dapat melakukan respirasi aerob dan
fermentasi yang menghasilkan beberapa
produk, yaitu asam laktat, asam format,
etanol, asam asetat, hidrogen, dan CO2 (Sirait
2007).
Gambar 1 Fermentasi asam laktat oleh S.
lactis.
Kromatografi Gas
Analisis kromatografi gas adalah suatu
metode analisis pemisahan komponen kimia
yang didistribusikan di antara dua fase, yaitu
fase diam dan fase gerak. Fase gerak dapat
berupa gas atau cairan dan fase diam dapat
berupa padatan atau cairan. Fase gerak
berfungsi membawa sampel sedangkan fase
diam berfungsi untuk mengadsorpsi atau
mempartisi komponen. Prinsip pemisahan
kromatografi adalah partisi analat antara fase
gerak gas dengan fase diam cairan yang
diimobilisasi pada permukaan zat padat yang
inert. Sampel dapat berupa gas, senyawa
volatil, atau zat yang dapat diuapkan. Sampel
ini harus stabil terhadap panas dan umumnya
nonpolar (Currel 2002).
Peralatan kromatografi gas terdiri atas
injektor, kolom, detektor, pemanas (oven),
5
amplifier, rekorder, gas pembawa, dan
pengatur aliran dan tekanan. Injektor
berfungsi sebagai tempat masuknya sampel
yang dirancang sedemikian rupa sehingga
sampel dapat langsung masuk ke dalam kolom
dengan perantaraan gas pembawa. Kolom
berfungsi memisahkan komposisi sampel
menjadi komponen-komponennya sehingga
dapat terilusi dalam waktu yang berbeda.
Detektor
berfungsi
untuk
mendeteksi
komponen yang keluar dari kolom. Pemanas
berfungsi untuk memanaskan injektor, kolom
dan detektor untuk injektor, kolom dan
detektor yang dilengkapi dengan thermostate.
Amplifier berfungsi untuk memperbesar sinyal
arus listrik yang berasal dari detektor.
Rekorder berfungsi sebagai pencatat hasil
dalam bentuk kromatogram. Gas pembawa
berfungsi sebagai pembawa gas sampel. Gas
pembawa yang umum digunakan adalah
Helium (He), Nitrogen (N2), dan Argon (Ar).
Pengatur aliran dan tekanan berfungsi sebagai
pengatur tekanan yang dapat menentukan
kecepatan alir gas pembawa (Skoog 1998).
Prinsip kerjanya sampel diinjeksikan ke
dalam injektor kemudian diangkut oleh gas
pembawa masuk ke dalam kolom yang berisi
padatan sebagai fase diam. Fase diam
memiliki sifat dapat berinteraksi dengan
komponen-komponen dalam sampel sehingga
dapat menghambat laju alir masing-masing
komponen. Fase diam yang ideal memiliki
ciri-ciri, yaitu inert pada suhu tinggi, menahan
komponen sampel dengan kuat, dan memiliki
kekuatan mekanik yang baik (Hargis 1988).
Besarnya hambatan untuk masing-masing
komponen berbeda-beda sehingga sesampai di
ujung kolom tidak bersamaan melainkan satu
per satu. Komponen yang keluar dari kolom
dilewatkan ke detektor sedangkan signal dari
detektor dikirim dari amplifier ke rekorder
dan dicatat sebagai kromatogram (Skoog
2004).
Agar peralatan kromatografi gas bisa
bekerja dengan maksimal, maka perlu
dilakukan optimasi suhu seperti suhu injektor,
kolom, dan detektor. Injektor selain berfungsi
untuk tempat masuknya sampel, juga
berfungsi untuk mengubah sampel yang
berfase cair atau padat menjadi gas tanpa
terjadi dekomposisi. Umumnya suhu injektor
kira-kira 50 oC lebih tinggi dari titik didih
komponen sampel yang mempunyai titik didih
paling tinggi. Bila titik didih komponen belum
diketahui, dapat dilakukan secara coba-coba
(trial), dengan memulai suhu injektor rendah
kemudian dinaikkan. Jika diperoleh puncakpuncak kromatogram lebih baik berarti suhu
percobaan pertama terlalu rendah sehingga
perlu dicoba kembali dengan cara menaikkan
suhu secara bertahap hingga mendapatkan
kondisi yang tepat. Namun demikian, suhu
injektor tidak boleh terlalu tinggi sebab ada
kemungkinan
terjadinya
dekomposisi
(penguraian
komponen
yang
hendak
dianalisis). Kolom merupakan perangkat yang
memiliki peranan penting dalam proses
analisis dengan metode kromatografi sehingga
pemilihan jenis kolom yang tepat dan kondisi
yang optimal sangat diperlukan. Umumnya
suhu kolom dibuat kurang lebih sama dengan
titik didih rata-rata dari seluruh komponen
dalam sampel. Namun demikian juga dapat
dipilih
berdasarkan
coba-coba
untuk
mendapatkan kondisi operasi yang optimal
(tidak terlalu tinggi dan tidak terlalu rendah).
Kontrol suhu pada detektor sangat diperlukan
terutama untuk detektor yang sensitivitasnya
dipengaruhi oleh adanya fluktuasi suhu. Pada
umumnya suhu detektor dijaga 20-50 oC lebih
tinggi dari suhu kolom. Hal ini agar tidak
terjadi uap sampel terkondensasi (Currel
2002).
Limbah Bagas
Pabrik gula selain menghasilkan produk
utamanya berupa gula juga dihasilkan hasil
samping berupa limbah. Limbah pabrik gula
terdiri atas dua macam, yaitu limbah padat
dan limbah cair. Limbah padat adalah blotong
dan bagas atau ampas tebu sedangkan limbah
cair berasal dari tetes dan air bekas cucian
(Mubyarto & Daryanti 1991). Limbah padat
yang terdiri atas bahan organik akan
mengalami penguraian secara alamiah oleh
mikroorganisme.
Bagas terdiri atas sisa batang tebu yang
telah diperas niranya. Komponen utama bagas
antara lain serat kasar, air, dan sejumlah kecil
padatan terlarut. Komposisi kimia tebu sangat
variasi terutama dipengaruhi oleh varietas,
tingkat kematangan, dan cara pemanenan.
Komposisi kimia bagas dapat dilihat pada
Tabel 2.
Limbah pertanian seperti bagas, terutama
pada
dinding
selnya
mengandung
hemiselulosa, selulosa, dan lignin. Selulosa
merupakan sumber daya yang dapat
diperbarui yang melimpah di alam ini kirakira sekitar sepertiga sampai setengah dari
semua vegetasi. Bahan baku dalam bentuk
selulosa jarang digunakan dan dibuang begitu
saja walaupun kalau dilihat lebih jauh banyak
manfaatnya. Selulosa mudah dicerna oleh
bakteri anaerob, tapi zat kayu (lignin) sukar
6
dicerna. Bahan yang sukar dicerna ini akan
terapung pada permukaan cairan dan
membentuk lapisan kerak. Jaringan serat
penyusun bagas sangat baik digunakan
sebagai media fermentasi untuk menghasilkan
protein sel tunggal dan enzim selulosa
(Harahap et al. 1980).
Jumlah bagas yang dihasilkan dari industri
gula tebu di Indonesia belum diketahui secara
tepat, namun demikian dari data produksi gula
dan luas areal tanaman dapat diperkirakan
betapa besar jumlah bagas yang dihasilkan
sebagai limbah. Pemanfaatan bagas selama ini
hanya terbatas sebagai bahan bakar ketel uap
yang digunakan di pabrik gula tebu namun
bagas yang kaya akan selulosa mengandung
potensi yang cukup baik sebagai media
fermentasi yang dapat menghasilkan biogas
(Harahap 1994).
Tabel 2 Komposisi kimia bagas (ampas tebu)
No.
1.
2.
3.
4.
Komponen
Protein
Lemak
Serat Kasar
Ekstrak
Nitrogen
5.
Abu
(Hardjo 1989)
Bebas
% Berat
Kering
3,1
1,5
34,9
51,7
8,8
BAHAN DAN METODE
Alat dan Bahan
Alat-alat yang digunakan adalah pH meter,
sentrifus mikro, neraca analitik, hotplate,
spektrofotometer UV-Vis, laminar air flow
cabinet, stirer, pipet mikro, tips, ruang asam,
labu Erlenmeyer, tabung reaksi kecil, botol
serum, shaker, pipet volumetrik, tabung
Falcon, gelas, kuvet, microtube, cool room,
syringe, gelas piala, dan selang plastik.
Bahan–bahan yang digunakan adalah seed
sludge, substrat hidrolisis limbah tebu
(hidrolisat bagas), larutan NaOH 0.1 N,
larutan HCl 0.1 N, akuades, air mili-Q, larutan
glukosa 20%, laktat, larutan media nutrient
solution, larutan NaCl jenuh, larutan stok
glukosa, alkohol 70%, kertas aluminium foil,
plastik tahan panas, asam sulfat pekat, larutan
fenol 5%, dan kertas saring.
Metode
Preparasi Seed Sludge (Yang M et al.
2005). Sejumlah kotoran sapi setengah kering
dijemur selama beberapa hari sampai cukup
kering sehingga bisa diayak kemudian
dihaluskan dan diayak. Setelah itu dipanaskan
pada suhu 102 ºC selama 90 menit.
Pembuatan Media Nutrient Solution.
Untuk membuat 1 L larutan nutrient solution
dibutuhkan senyawa NH4HCO3 2025 mg/L,
K2HPO4.3H2O 800 mg/L, CaCl2 50 mg/L,
MgCl2.6H2O 100 mg/L, FeCl2 25 mg/L, NaCl
10 mg/L, CoCl2.6H2O 5 mg/L, MnCl2.4H2O 5
mg/L, AlCl3 2,5 mg/L, (NH4)6Mo7O24 15
mg/L, H3BO3 5 mg/L, NiCl2.6H2O 5 mg/L,
CuCl2.5H2O 5 mg/L, dan ZnCl2 5 mg/L.
Semua senyawa tersebut diaduk sampai larut
kemudian dimasukkan ke dalam botol serum
yang kemudian dialiri nitrogen untuk
menciptakan kondisi anaerob selanjutnya
disterilisasi.
Fermentasi Substrat. Sebanyak 75 ml
nutrient solution dalam botol serum
ditambahkan substrat (glukosa dan hidrolisat
bagas) dengan konsentrasi yang berbeda (0.5,
1.5, 2.5 g/L) pada pH 6. Selanjutnya
ditambahkan seed sludge dengan jumlah 250
mg kemudian dishaker pada 120 rpm selama
lima hari.
Pengukuran Optical Density (OD)
Larutan Bakteri Seed Sludge. Sebanyak ±1
mL larutan sampel diambil dengan
menggunakan syringe lalu dimasukkan ke
dalam microtube. Larutan ini diukur
absorbansinya pada panjang gelombang 660
nm. Nilai OD dihitung melalui persamaan:
OD = Absorbans x faktor pengenceran
Pengambilan
Sampel
(Sampling).
Larutan sampel diambil sebanyak 1 mL dan
dimasukkan ke dalam microtube yang diberi
label (H0 sampai H4) bergantung pada hari
sampling. Berikutnya microtube tersebut
disentrifus selama ±10 menit. Supernatannya
diambil dengan pipet mikro di dalam laminar
kemudian supernatan ini diukur kadar glukosa
dan laktatnya.
Pengukuran Kadar Gula Total dengan
Metode Phenol-Sulphuric (Asam Fenol
Sulfat) (Dubois et al. 1956). Hasil
pengambilan sampel dari H0-H4 yang tidak
diencerkan disentrifus selama 10 menit.
Supernatan kemudian diencerkan 10 dan 100
kali. Diambil sebanyak 0.5 mL dari larutan
hasil pengenceran tersebut ke dalam tabung
reaksi kecil, kemudian ditambahka