Analisis pengaruh hidrolisis asam terhadap fermentable sugar pada proses produksi bioetanol
PENDAHULUAN
Latar Belakang
Berkurangnya sumber bahan bakar minyak di Indonesia ditambah
dengan laju penggunaannya yang meningkat mendorong berbagai kalangan
untuk mencari sumber-sumber energi baru untuk menggantikan minyak bumi,
salah satunya adalah bahan bakar nabati. Bahan bakar berbasis nabati
diharapkan dapat mengurangi terjadinya kelangkaan BBM, juga dapat
mengurangi pencemaran lingkungan, sehingga lebih ramah lingkungan. Salah
satu contoh bahan bakar nabati adalah bioetanol. Bioetanol dapat dibuat dari
bahan-bahan bergula, berpati, atau berserat. Bahan baku yang biasa digunakan
sebagai bioetanol antara lain adalah singkong atau ubi kayu, tebu, nira,
sorgum, nira nipah, ubi jalar, ganyong, rumput laut dan lain-lain.
Dari bahan baku tersebut, rumput laut memiliki keunggulan sebagai
bahan baku bioetanol. Keunggulan tersebut adalah lahan budidaya yang luas
di Indonesia mencapai 2,2 juta hektar (Dahuri, 2002); potensi hasilnya yang
diperkirakan mencapai 145.850 ton basah/tahun; mudah dibudidayakan tanpa
modal yang besar untuk irigasi, pupuk, dan sebagainya; waktu panen relatif
singkat (4-6 kali/tahun) dan memiliki kemampuan penyerapan CO2 mencapai
36,7 ton per hektar, lebih besar 5-7 kali dibandingkan tanaman kayu (Wie, et
al.,2009). Dalam pengolahannya sebagai bioetanol, komponen utama dalam
rumput laut (pati) merupakan komponen yang akan dikonversi menjadi
bietanol. Oleh karena itu, sangat penting untuk mengetahui pengaruh
hidrolisis asam dari rumput laut terhadap perolehan fermentable sugar dalam
proses pembuatan bioetanol. Dengan penelitian lebih lanjut, diketahuinya ini
akan membantu produsen bioetanol untuk mengetahui spesies yang dapat
menghasilkan bioetanol yang baik, dilihat dari jumlah pati yang dihasilkan
spesies tersebut setelah dihidrolisis.
Perumusan Masalah
Permasalahan yang menjadi fokus tulisan ini adalah:
1. Beragamnya spesies rumput laut di Indonesia dengan jenis karbohidrat
yang berbeda-beda
2. Adanya pengaruh jenis karbohidrat dan proses hidrolisis asam
terhadap efisiensi pembuatan bioetanol dan produk bioetanol yang
dihasilkan
Tujuan
Tujuan penulisan karya tulis ilmiah ini adalah untuk mempelajari
pengaruh hidrolisis asam dari rumput laut terhadap perolehan fermentable
sugar dalam proses pembuatan bioetanol.
2
GAGASAN
Rumput Laut
Rumput laut adalah salah satu jenis alga yang hidup di perairan dan
merupakan tanaman tingkat rendah yang tidak memiliki perbedaan susunan
kerangka seperti akar, batang, dan daun. Rumput laut dikenal juga dengan
nama seaweed merupakan bagian terbesar dari makro alga yang tergolong
dalam divisi Thalophyta (Winarno, 1996).
Komposisi kimia rumput laut bervariasi karena perbedaan individu,
spesies, habitat, kematangan, dan kondisi lingkungannya. Komponen utama
rumput laut adalah karbohidrat (gula dan vegetable-gum), protein, lemak dan
abu yang sebagian besar merupakan senyawa garam natrium dan kalium
(Ishibashi dan Yamamoto, 1960).
Umumnya kandungan protein kasar, karbohidrat, lemak dan abu dari
rumput laut kering berturut-turut adalah 5 – 35%, 35-74%, 0.2-3.8% dan 1015% (Ito dan Hori, 1989). Komponen rumput laut segar adalah air yang
mencapai 80-90%, sedangkan kadar protein dan lemaknya sangat kecil.
Dalam 100 g rumput laut kering mengandung asam lemak ω-3 berkisar 128 1629 mg dan asam lemak ω-6 berkisar 188-1704 mg (Winarno, 1996).
Hidrolisis Asam
Hidrolisis merupakan reaksi kimia yang memecah molekul menjadi
dua bagian dengan penambahan molekul air (H2O), dengan tujuan untuk
mengkonversi polisakarida menjadi monomer-monomer sederhana Satu
bagian dari molekul memiliki ion hidrogen (H+) dan bagian lain memiliki ion
hidroksil (OH-). Umumnya hidrolisis ini terjadi saat garam dari asam lemah
atau basa lemah (atau keduanya) terlarut di dalam air. Reaksi umum yakni
sebagai berikut:
AB + H2O Æ AH + BOH
Akan tetapi, dalam kondisi normal hanya beberapa reaksi yang dapat
terjadi antara air dengan komponen organik. Penambahan asam, basa, atau
enzim umumnya dilakukan untuk membuat reaksi hidrolisis dapat terjadi pada
kondisi penambahan air tidak memberikan efek hidrolisis. Asam, basa
maupun enzim dalam reaksi hidrolisis disebut sebagai katalis, yakni zat yang
dapat mempercepat terjadinya reaksi (Lowry, 1987). Hidrolisis secara
kimiawi umumnya menggunakan asam. Hidrolisis secar asam ini memiliki
kelebihan karena murah dan mudah digunakan. Asam yang sering
dipergunakan adalah asam sulfat, asam klorida dan asam fosfat. Beberapa
polisakarida biasanya terhidrolisis oleh asam mineral seperti H2SO4. Selain
3
asam mineral, asam-asam organik seperti asam oksalat, asam trikloroasetat
dan asam inflouroasetat juga dimanfaatkan sebagai katalis dalam proses
hidrolisis pati (Tjokroadikoesoemo, 1986). Hidrolisis asam dapat
dikategorikan melalui dua pendekatan umum, yaitu hidrolisis asam
konsentrasi tinggi pada suhu rendah dan hidrolisis asam konsentrasi rendah
pada suhu tinggi. Pemilihan antara dua cara tersebut biasanya didasarkan pada
beberapa pertimbangan seperi laju hidrolisis, tingkat degradasi, produksi dan
biaya total proses produksi (Kosaric et al., 1983).
Hidrolisis asam merupakan proses yang dilakukan secara acak atau
tidak spesifik. Pada hidrolisis selulosa secara asam untuk menghasilkan gula,
terbentuk pula 5-hidroksimetil-2-2 furfuraldehida atau disebut juga
hidroksimetilfurfural (HMF) akibat penguraian glukosa pada suasana asam.
HMF ini akan terus bereaksi membentuk asam-asam organik seperti asam
levulinat dan asam format pada suasana asam dan suhu tinggi (Ulbricht et al.,
1984). Pada umumnya komponen terlarut yang terdapat pada hasil hidrolisis
asam polisakarida adalah xilosa, glukosa, selobiosa, furfuraldehida,
hidroksimetilfurfural dan asam-asam organik seperti asam format, asam
levulinat serta asam asetat (Tsao et al., 1978).
Fermentasi Etanol
Bioetanol merupakan istilah untuk etanol yang terbuat dari bahan baku
nabati dan diproduksi oleh mikroorganisme melalui proses yang disebut
fermentasi. Etanol merupakan nama trivial dari etil alhokol (C2H5OH), sering
pula disebut alkohol saja. Bentuknya berupa cairan yang tidak berwarna dan
mempunyai bau yang khas. Penggunaan etanol yang terbanyak adalah sebaga
pelarut sebesar 40% untuk membuat asetildehid 36% untuk penggunaan
secara kimiawi yang lain 15%, serta eter, glikol eter, etil asetat dan khoral 9%
(Paturau, 1981). Jika dibakar, etanol menghasilkan karbondioksida dan air.
Dengan mencampur etanol dan bensin, maka dapat dihasilkan bahan bakar
campuran yang dapat terbakar dengan sempurna dan dapat mengurangi emisi
pencemaran udara. Menurut Hambali et al. (2007), bioetanol memiliki
kerakteristik yang lebih baik dibandingkan dengan bensin berbasis petrokimia
karena beberapa hal:
1. Bioetanol mengandung 35% oksigen, sehingga dapat meningkatkan
efisiensi pembakaran dan mengurangi emisi gas rumah kaca.
2. Bioetanol memiliki nilai oktan yang lebih tinggi sehingga dapat
menggantikan fungsi bahan aditif seperti metil tetra butil eter dan tetra
etil timbal.
3. Bioetanol memiliki nilai oktan (ON) 96-113, sedangkan nilai oktan
bensin hanya 85-96
4
4. Bioetanol bersifat ramah lingkungan, karena gas buangnya rendah
terhadap senyawa-senyawa yang berpotensi sebagai karbon monokdisa,
nitrogen oksida, dan gas-gas rumah kaca.
5. Bioetanol mudah terurai dan aman karena tak mencemari air.
6. Bioetanol dapat diperbaharui (renewable energy) dan proses produksinya
relatif lebih rendah dibandingkan dengan proses produksi bensin.
Umumnya, penggunaan bioetanol masih dalam bentuk campuran
dengan bensin pada konsentras 10% (E-10) yaitu 10% bioetanol dan 90%
bensin. Campuran bioetanol dalam bensin disamping dapat menambah
volume BBM, juga dapat meningkatkan nilai oktan hingga mencapai poin ON
92-95. Selain itu, penambahan etanol dalam bensin dapat berfungsi sebagai
pengganti MTBE (metil tetra butil eter) yang sekarang ini banyak digunakan
sebagai bahan aditif alam bensin (Hambali et al., 2007).
Etanol dapat diperoleh dari hasil proses fermentasi. Fermentasi adalah
suatu proses perubahan kimia pada substrat organik, baik karohidrat, protein,
lemak atau lainnya oleh mikroba spesifik (Prescott dan Dunn, 1981).
Mikroorganisme yang dipakai dalam fermentasi etanol umumnya adalah
khamir. Khamir yang biasa digunakan untuk menghasilkan etanol adalah
Saccharomyces cereviseae. Produk metabolit utama adalah etanol, CO2, dan
air, sedangkan beberapa produk lain dihasilkan dalam jumlah sedikit. Khamir
ini bersifat fakultatif anaerobik (Oura, 1983).
Untuk substrat dari rumput laut, telah dilakukan beberapa penelitian
sebelumnya namun jumlahnya masil belum banyak. Dari hasil penelitian yang
dilakukan, antara lain diperoleh kadar etanol sebesar 4,1% (b/v) yang
diproduksi dari rumput laut jenis Gelidium amansii (Kim, 2008) dan dari hasil
penelitian Devis (2008) yang memproduksi bioetanol dari bahan limbah
karaginan Euchema cottonii dihasilkan etanol berkadar 3,28 % (b/v).
Menurut Reed dan Rehm (1981), Saccharomyces cerevisiae sering
dipakai pada fermentasi etanol karena menghasilkan etanol yang tinggi,
toleran terhadap kadar etanol tinggi, mampu hidup pada suhu tnggi, tetap stail
selama kondisi fermentasi dan dapat bertahan hidup pada pH rendah. Harrison
dan Graham (1970) menambahkan bahwa Saccharomyces cerevisiae dapat
toleran terhadap alkohol yang cukup tinggi (12-18 % v/v), tahan terhadap
kadar gula yang tinggi dan tetap aktif melakukan fermentasi pada suhu 4320C. Kunkee dan Mardon (1970) menyatakan bahwa Saccharomyces
cerevisiae mampu memfermentasi glukosa, sukrosa, galaktosa serta rafinosa.
Secara umum, mikroorganisme ini dapat tumbuh dan memfermentasi gula
menjadi etanol secara efisien pada pH 3,5-6,0 dan suhu 28-350C. Pada kondisi
anaerobik, khamir memetabolisme gula menjadi etanol. Secara sederhana
proses fermentasi etanol dari bahan baku yang mengandung gula terlihat pada
reaksi berikut:
C6H12O6 Æ 2 C2H5OH + 2 CO2 + 2 ATP + 5 Kkal
5
Setiap mol glukosa terfermentasi menghasilkan dua mol etanol, CO2
dan ATP. Oleh karena itu, secara teoritis setiap garam glukosa memberikan
0,51 g etanol (Oura, 1983).
Metode untuk mengetahui pengaruh hidrolisis asam terhadap perolehan
fermentable sugar
1. Identifikasi Jenis Karbohidrat pada Rumput Laut
Langkah kerja preparasi sampel dapat dilihat pada Gambar 1.
Timbang 2 gram ekstrak
rumput laut
Masukkan ke dalam labu ukur
100 ml
Dilusikan dengan 20 ml aquades + 1
ml TCA 3 M
Diamkan selama 10 menit
Netralisasikan dengan 1 M
NaOH
Tambahkan aquades sampai
100 ml
Filter dengan kertas Whatman
No.1
Filter dengan syringe 0,45 µm
Gambar 1. Langkah kerja preparasi sampel HPLC
a. Kemudian Sampel dimasukkan ke dalam venojek yang terlebih
dahulu telah disterilkan. Kemudian ditutup rapat-rapat dan
langsung dianalisis dengan menggunakan HPLC.
6
b. Selanjutnya adalah penginjeksian sampel ke dalam perangkat
HPLC. Sampel diuji dengan HPLC dengan menggunakan 3
jenis kolom yang berbeda untuk analisis karbohidrat.
c. Semua data yang didapat kemudian dianalisis secara kuantitatif
dengan membandingkan hasil kromatogram dari 3 jenis kolom
yang berbeda dengan menggunakan uji “Completely
Randomized Design” pola faktorial 3 x 3.
2. Sakarifikasi dengan Hidrolisis Asam
Hidrolisis polisakarida dilakukan secara asam. Sebanyak 5 % bahan
digunakan dalam larutan H2SO4. Untuk penentuan perlakuan hidrolisis asam
yang digunakan, dipilih dua faktor yaitu konsentrasi asam dan waktu hidrolisis.
Konsentrasi asam yang dipilih adalah lima taraf yakni 0,25 %, 0,5 %, 1,0 %,
1,5 % dan 2,0 % (v/v). Untuk waktu hidrolisis yang digunakan dipilih dua taraf
yakni 10 dan 20 menit. Proses hidrolisis dilakukan dalam autoclave pada suhu
121 oC dengan tekanan 1 kg/cm2 dengan dua kali ulangan. Hasil dari hidrolisis
dianalisis kadar gula pereduksi dan total gulanya dan dipilih perlakuan terbaik
berdasarkan parameter tersebut. Prosedur perlakuan ini ditunjukkan pada
Gambar 2.
Mulai
Bahan 5 % (% b/v)
Hidrolisis dengan H2SO4
Konsentrasi 0,25 %, 0,5 %, 1,0 %,
1,5 % dan 2,0 % (v/v) dan Waktu 10 menit dan 20 menit
(121 oC,1 kg/cm2)
Analisa kadar gula pereduksi dan total
Pemilihan perlakuan terbaik
Selesai
Gambar 2. Diagram Alir Sakarifikasi dengan Hidrolisis Asam
3. Analisis Hasil Hidrolisis Asam
Karakterisasi hasil hidrolisis asam meliputi analisis jenis gula, gula total,
jenis monosakarida penyusun karbohidrat, dan derajat hidrolisisnya.
7
4. Persiapan Kultur Saccharomyces cerevisiae
Isolat khamir Saccharomyces cerevisiae diremajakan pada media PDA dan
diinkubasi selama 2 hari. Setelah itu isolat ditumbuhkan kembali dalam 30
ml media YGMP (± 9 ose/30 ml) yang terdiri daei ekstrak khamir 5 g/l,
malt ekstrak 5 g/l, glukosa 10 g/l, dan pepton 5 g/l. Inkubasi dilakukan
pada shaker berkecepatan 120 rpm pada suhu kamar (28-300C) selama 24
jam.
5. Proses Fermentasi
Larutan substrat dihidrolisis yang telah disaring dan diambil filtratnya,
kemudian dipekatkan hingga total gula sekitar 10%. Campuran
ditambahkan pupuk NPK dan ZA masing-masing sebanyak 0,0% dan
0,15% dari volume larutan substrat. Volume yang digunakan adalah 300
ml. Selanjutnya larutan diatur pHnya hingga mencapai pH ± 5
menggunakan NaOh 1 N, kemudian sebelum substrat ditambahkan
inokulum starter, dilakukan terlebih dahulu pasteurisasi pada suhu ± 850C
selama 5 menit. Inokulum starter yang ditambahkan sebesar 10% dari
volume substrat.
Proses fermentasi berlangsung pada sistem tertutup selama 72 jam
dalam suhu ruang. Labu ditutup dengan sumbat dan dihubungkan selang
yang dimasukkan ke gelas ukur dalam air untuk mengukur laju gas CO2
yang dihasilkan dari proses fermentasi. Hasil fermentasi kemudian
dianalisa dengan terlebih dahulu dipasteurisasi pada suhu ± 650C selama 30
menit untuk mengaktifkan mikroorgnisme. Proses fermentasi secara umum
dapat dilihat pada Gambar 3.
8
Cairan Hidrolisat
Kultur Khamir
Inokulasi PDA
t = 48 jam, suhu ruang
Pengaturan pH (± 5)
Penambahan nutrien/pupuk
NPK 0,04% Za 0,15 %
Inokulasi YMGP
t = 48 jam, suhu ruang
Pasteurisasi
T = ± 850 C, t = 5 menit
Inokulum Starter
10% (v/v)
Fermentasi
Sistem tertutup, t = 72 jam, suhu ruang
Pasteurisasi
T = ± 650 C, t = 30 menit
Destilasi
Bioetanol
Analisa Bioetanol
Gambar 3. Diagram Alir Proses Fermentasi Bioetanol
Setelah diketahui spesies rumput laut yang memiliki monosakarida paling
banyak, maka dapat dilakukan fermentasi terhadap spesies tersebut. Diketahuinya
pengaruh hidrolisis asam pada spesies rumput laut di Indonesia akan membantu
industri bioetanol di Indonesia dalam membudidayakan jenis rumput laut yang
potensil, sehingga proses produksi bioetanol dapat berjalan lebih efisien.
9
KESIMPULAN DAN SARAN
Kesimpulan
Terbatasnya sumber bahan bakar minyak di Indonesia ditambah lagi
dengan laju penggunaannya semakin
meningkat mendorong berbagai
kalangan untuk melakukan langkah-langkah penghematan energi dan mencari
sumber-sumber energi baru untuk menggantikan minyak bumi.
Bioetanol merupakan salah satu bentuk dari bahan bakar nabati, yang
dibuat dari bahan berserat atau berpati seperti singkong, ganyong, rumput
laut, dan sebagainya. Salah satu bahan yang memiliki keunggulan sebagai
bahan baku bioetanol adalah rumput laut. Rumput laut sangat menjanjikan
sebagai bahan baku bioetanol karena ketersediaanya yang melimpah dan
kecepatan budidayanya.
Indonesia sendiri merupakan negara yang memiliki keragaman rumput
laut yang kaya. Setiap spesies rumput laut memiliki jenis karbohidrat yang
berbeda, yang akan menentukan perolehan gula terfermentasi (fermentable
sugar) yang merupakan salah satu penentu banyaknya rendemen bioetanol.
Oleh karena itu, perlu diketahui pengaruh reaksi hidrolisis asam
terhadap perolehan fermentable sugar , terutama dari spesies rumput laut yang
banyak dibudidayakan di Indonesia, sehingga proses produksi bioetanoldapat
berlangsung dengan efisien.
Saran
Perlu adanya penelitian lebih lanjut jenis-jenis karbohidrat pada
berbagai jenis rumput laut lainya, sehingga potensi spesies rumput laut
tertentu sebagai komoditi produsen bioetanol dapat diidentifikasi.
\
10
DAFTAR PUSTAKA
Hambali, E., S. Mujdalipah, A.H. Tambunan, A.W. Pattiwiri, dan R.
Hendoroko.2007. Teknologi Bioenergi. Agromedia, Jakarta.
Harrison, J.S. dan J.C.J.Graham. 1970. Yeast in Distilery Practice. Academic Press,
London.
Ishibashi, M dan T. Yamamoto. 1960. In Organic Constituents in Seaweeds. Record
of Oceanographic Work In Japan. 5 (2). 55.
Ito, K. dan K. Hori, 1989. Seaweed : Chemical Composition and Potential Uses. Food
Rev. Int. 5 (10) : 101.
Kim, G.S. 2008. Method of Producing Biofuel Using Sea Algae. Patent Application
Korea PCT/KR2008/001102.
Kosaric, H., A. Wieczorec, G.P. Cosentino, R.J. Magee dan J.E. Presonil. 1983.
Ethanol Fermentation. Di dalam. H. Dellweg (ed). Biotechnology. Volume III.
Verlag Cheme, Weinheim.
Lachke, A. 2002. Biofuel from D-Xylose the Second Most Abundant Sugar.
Biochemical Science of Chemical Laboratory, India.
Lowry, T.H. 1987. Mechanism and Theory in Organic Chemistry. Harper and Row
Publishers, Inc. New York
Oura, E. 1983. Reaction Product of Yeast Fermentation. Di dalam H. Dellweg (ed).
Biotechnology Volume III. Academic Press, New York.
Paturau, J.M. 1981. By Products of Yeast Fermentations : An Introduction to Their
Industrial Utilization. Elsevier Scientific Publ.Co., Amsterdam.
Prahastha, Indra. 2010. Produksi Etanol dari Rumput Laut Sargassum Sp. dan
Limbah Agar Gracilaria Sp. Skripsi. Departemen Tin-IPB. FATETA-IPB. Bogor
Prescott, S.C. dan C.G. Dunn. 1981. Industrial Microbiology. McGraw-Hill Book Co.
Ltd., New York.
Reed, G. dan H.J. Rehm. 1983. Biotechnology Vol III. Industrial Microbiology. AVI
Publishing Company Inc, Connecticut.
Taherzadeh M.J. dan Karimi K. 2007. Acid-Based Hydrolysis Processes for Ethanol
from Lignocellulosic Materials. J Bioresources 2 : 472-499.
Tjokroadikoesoemo, P. 1986. HFS dan Industri Ubi Kayu Lainnya. Gramedia,
Jakarta
Tsao, G.T., M. Ladisch, T.A. Hsu, B. Dale, C. Ladisch dan T. Chou. 1978.
Fermentation Substrates from Cellulosic Materials : Production of
Fermentable Sugars from Cellulosic Materials. Di dalam. D. Perlman (ed).
Annual Reports on Fermentation Processes Volume 2. Academic Press, New
York.
Ulbricht, R.J., J. Sharon dan J. Thomas. 1984. A Review of 5-hydroxymethylfurfural
(HMF) in parental solutions. Fundamental Appl. Toxicol. 4: 843-853.
Winarno, F.G. 1996. Teknologi Pengolahan Rumput Laut. PT Gramedia Pustaka
Utama, Jakarta.
PROGRAM KREATIVITAS MAHASISWA
JUDUL PROGRAM
ANALISIS PENGARUH HIDROLISIS ASAM TERHADAP
FERMENTABLE SUGAR PADA PROSES PRODUKSI BIOETANOL
BIDANG KEGIATAN :
PKM-GT
Diusulkan oleh:
Sabila Putri Dian
F34070049 (2007)
Dimas Surya Utama
F34080121 (2008)
Iqdam Nadirman
G34080077 (2008)
INSTITUT PERTANIAN BOGOR
BOGOR
2011
HALAMAN PENGESAHAN
PROGRAM KREATIVITAS MAHASISWA
1. Judul Kegiatan
: Analisis Pengaruh Hidrolisis Asam terhadap
Fermentable Sugar pada Proses Produksi Bioetanol
2. Bidang Kegiatan : ( ) PKM-AI ( √ ) PKM-GT
3. Bidang Ilmu
: Teknologi dan Rekayasa
4. Ketua Pelaksana Kegiatan
a.
b.
c.
d.
e.
Nama Lengkap
NIM
Jurusan
Universitas
Alamat Rumah dan No.Telp/HP
Jaya
f. Alamat e-mail
5. Anggota Pelaksana Kegiatan/Penulis
: Sabila Putri Dian
: F34070049
: Teknologi Industri Pertanian
: Institut Pertanian Bogor
: GR 29 No.35, Graha Bintaro
Tangerang, Banten 15225
: [email protected]
: 2 orang
6. Dosen Pembimbing
a. Nama Lengkap dan Gelar
b. NIP
c. No. Telp/HP
: Dr. Dwi Setyaningsih, S.TP, M.Si
: NIP. 19700103 199412 2 001
: 08158314669
Bogor, 04 Maret 2011
Menyetujui
Kepala Departemen Teknologi Industri
Ketua Pelaksana Kegiatan
Pertanian
Prof. Dr. Ir. Nastiti Siswi Indrasti
NIP. 19621009 198903 2 001
Sabila Putri Dian
NIM. F34070049
Wakil Rektor Bidang Akademik dan
Kemahasiswaan
Dosen Pendamping
Prof.Dr.Ir. Yonny Koesmaryono, MS
NIP. 19581228 98503 1 003
Dr. Dwi Setyaningsih, S.TP, M.Si
NIP. 19700103 199412 2 001
ii
KATA PENGANTAR
Segala puji bagi Allah S.W.T. yang telah mengizinkan penulis untuk
menyelesaikan karya tulis ini. Shalawat dan salam semoga tercurah pada
Rasulullah S.A.W yang segala perilakunya menjadi model bagi seluruh umat
muslim di dunia.
Karya tulis ini disusun untuk diajukan pada “Program Kreatifitas
Mahasiswa - Gagasan Tertulis” yang diselenggarakan oleh Departemen
Pendidikan Nasional, Direktorat Jenderal Pendidikan Tinggi. Karya tulis ini
berjudul “Analisis Pengaruh Hidrolisis Asam terhadap Fermentable Sugar pada
Proses Produksi Bioetanol”
Bioetanol merupakan salah satu bentuk dari bahan bakar nabati, yang
dibuat dari bahan berserat atau berpati seperti singkong, ganyong, rumput laut,
dan sebagainya. Salah satu bahan yang memiliki keunggulan sebagai bahan baku
bioetanol adalah rumput laut. Rumput laut sangat menjanjikan sebagai bahan baku
bioetanol karena ketersediaanya yang melimpah dan kecepatan budidayanya.
Indonesia sendiri merupakan negara yang memiliki keragaman rumput laut
yang kaya. Setiap spesies rumput laut memiliki jenis karbohidrat yang berbeda,
yang akan menentukan perolehan gula terfermentasi (fermentable sugar) yang
merupakan salah satu penentu banyaknya rendemen bioetanol. Oleh karena itu,
perlu diketahui pengaruh reaksi hidrolisis asam terhadap perolehan fermentable
sugar , terutama dari spesies rumput laut yang banyak dibudidayakan di
Indonesia, sehingga proses produksi bioetanoldapat berlangsung dengan efisien.
Selama penyelesaian karya tulis ini penulis menyadari begitu banyak
bantuan yang diberikan oleh berbagai pihak berupa materi maupun non materi.
Oleh karena itu penulis ingin menyampaikan rasa terimakasih kepada Ibu Dwi
Setyaningsih selaku dosen pembimbing, serta keluarga tercinta di rumah yang
doanya selalu terasa mengalir di tiap aktivitas yang penulis lakukan, serta semua
pihak yang mendukung penulisan ini
Tiada yang sempurna di dunia ini selain Allah S.W.T. Penulis sangat
menyadari betapa banyak kesalahan dan kekurangan yang mungkin ada pada
tulisan ini oleh karena itu kritik dan saran dari rekan-rekan sekalian sangat
diharapkan. Tiada harapan utama dari penulisan ini selain sebuah tekad yang
mengharu biru dalam hati ini untuk melihat sebuah Indonesia baru yang lebih baik
dan bermartabat serta kebaikan dari Allah S.W.T.
Bogor, 03 Maret 2011
Penulis
iii
DAFTAR ISI
Halaman Judul ....................................................................................
i
Lembar Pengesahan ...........................................................................
ii
Kata Pengantar ...................................................................................
iii
Daftar Isi .............................................................................................
iv
Daftar Gambar ....................................................................................
v
Ringkasan ...........................................................................................
vi
Pendahuluan
Latar Belakang .............................................................................
1
Perumusan Masalah .....................................................................
1
Tujuan ..........................................................................................
1
Gagasan
Rumput laut ................................................................................
2
Hidrolisis Asam ..........................................................................
2
Fermentasi Etanol ......................................................................
3
Metode untuk mengetahui pengaruh hidrolisis asam terhadap
perolehan fermentable sugar ....................................................
4
1. Identifikasi Jenis Karbohidrat pada Rumput Laut …………
5
2. Sakarifikasi dengan Hidrolisis Asam ………………………
6
3. Analisis Hasil Hidrolisis Asam ……………………………
7
4. Persiapan Kultur Saccharomyces cerevisiae ……………...
7
5. Proses Fermentasi ………………………………………….
7
Kesimpulan dan Saran
Kesimpulan ……………………………………………………..
9
Saran …………………………………………………………….
9
Daftar Pustaka ………………………………………………………
10
Lampiran 1: Daftar Riwayat Hidup
iv
DAFTAR GAMBAR
Gambar 1
Langkah kerja preparasi sampel HPLC …………….…………..
5
Gambar 2 Diagram Alir Sakarifikasi dengan Hidrolisis Asam ……………
6
Gambar 3 Diagram Alir Proses Fermentasi Bioetanol …………………….
8
v
RINGKASAN
Terbatasnya sumber bahan bakar minyak di Indonesia ditambah
lagi dengan laju penggunaannya semakin meningkat mendorong berbagai
kalangan untuk melakukan langkah-langkah penghematan energi dan
mencari sumber-sumber energi baru untuk menggantikan minyak bumi.
Bioetanol merupakan salah satu bentuk dari bahan bakar nabati,
yang dibuat dari bahan berserat atau berpati seperti singkong, ganyong,
rumput laut, dan sebagainya. Salah satu bahan yang memiliki keunggulan
sebagai bahan baku bioetanol adalah rumput laut. Rumput laut sangat
menjanjikan sebagai bahan baku bioetanol karena ketersediaanya yang
melimpah dan kecepatan budidayanya.
Indonesia sendiri merupakan negara yang memiliki keragaman
rumput laut yang kaya. Setiap spesies rumput laut memiliki jenis
karbohidrat yang berbeda, yang akan menentukan perolehan gula
terfermentasi (fermentable sugar) yang merupakan salah satu penentu
banyaknya rendemen bioetanol.
Oleh karena itu, perlu diketahui pengaruh reaksi hidrolisis asam
terhadap perolehan fermentable sugar , terutama dari spesies rumput laut
yang banyak dibudidayakan di Indonesia, sehingga proses produksi
bioetanol dapat berlangsung dengan efisien.
Metode untuk mengetahui pengaruh hidrolisis asam terhadap
perolehan fermentable sugar dimulai dengan identifikasi jenis karbohidrat
pada rumput laut dengan penginjeksian sampel ke dalam perangkat HPLC.
Kemudian dilakukan sakarifikasi dengan hidrolisis asam dengan memilih
dua faktor yaitu konsentrasi asam dan waktu hidrolisis. Konsentrasi asam
yang dipilih adalah lima taraf yakni 0,25 %, 0,5 %, 1,0 %, 1,5 % dan 2,0
% (v/v). Untuk waktu hidrolisis yang digunakan dipilih dua taraf yakni 10
dan 20 menit. Hasil dari hidrolisis dianalisis kadar gula pereduksi dan total
gulanya dan dipilih perlakuan terbaik berdasarkan parameter tersebut.
Setelah dihidrolisis, dilakukan karakterisasi hasil hidrolisis asam
meliputi analisis jenis gula, gula total, jenis monosakarida penyusun
vi
karbohidrat, dan derajat hidrolisisnya. Kemudian spesies terbaik akan
difermentasi dan ditentukan rendemennya.
Setelah diketahui spesies rumput laut yang memiliki monosakarida
paling banyak, maka dapat dilakukan fermentasi terhadap spesies tersebut.
Diketahuinya pengaruh hidrolisis asam pada spesies rumput laut di
Indonesia akan membantu industri bioetanol di Indonesia dalam
membudidayakan jenis rumput laut yang potensil, sehingga proses
produksi bioetanol dapat berjalan lebih efisien.
vii
DAFTAR RIWAYAT HIDUP
1. Ketua Pelaksana Kegiatan
Nama
: Sabila Putri Dian
Tempat/Tanggal Lahir
: Jakarta, 29 Maret 1990
Agama
: Islam
NRP
: F34070049
Departemen/ Fakultas
: Teknologi Industri Pertanian/ Teknologi Pertanian
Universitas
: Institut Pertanian Bogor
No. Telepon
: 0856 9247 4344
Email
: [email protected]
Alamat
: GR 29 No. 35, Bintaro Jaya, Tangerang
Karya tulis
1.
Global warming and staple food security in social-economy and politics
2.
Pemanfaatan Serat Daun Nanas (Ananas Comosus) sebagai bahan baku
kertas
3.
Coconut Oil Based Biodiesel Development: The Power of Local
Resources to Support National Energy Sustainability
Prestasi
1. Mahasiswa Berprestasi 1, Departemen Teknologi Industri Pertanian
FATETA IPB
2. Delegasi PIMNAS XXIII, Univ. Mahasaraswati Denpasar-Bali
3. Pendanaan Program Kreativitas Mahasiswa Pengabdian Masyarakat tahun
2009 oleh Dikti
4. Juara 1 Lomba Karya Tulis Mahasiswa bidang Lingkungan Hidup
(LKTM-LH) oleh BEM FEM 2009 dan 2010
2. Anggota Pelaksana Kegiatan
Nama
: Dimas Surya Utama
Tempat/Tanggal Lahir
: Jakarta, 17 Agustus 1989
Agama
: Islam
NRP
: F34080121
Departemen/ Fakultas
: Teknologi Industri Pertanian/ Teknologi Pertanian
Universitas
: Institut Pertanian Bogor
No. Telepon
: 0857 8114 46 48 /(0251) 965 7 695
Email
: [email protected]
Alamat
: Asrama TPB-IPB C1/MU, Dramaga Bogor
Prestasi :
1. Senior Resident di Asrama TPB IPB
2. Mentor bagi penerima beasiswa Lembaga Pengembangan Insani Dompet
Dhuafa di SMP Asy-Syukro Pamulang
3.
Anggota Pelaksana Kegiatan
Nama
Tempat/Tanggal Lahir
Agama
NRP
Departemen/ Fakultas
Universitas
No. Telepon
Email
Alamat
: Iqdam Nadirman
: Jakarta, 17 Mei 1991
: Islam
: G34080077
: Biologi/MIPA
: Institut Pertanian Bogor
: +628568484438
: [email protected]
: Asrama TPB-IPB,
Prestasi :
1. Peringkat Pertama dalam TOEFL Prediction Test di the International
Scholarship and Education Expo (ISEE) IPB (2010)
2. Ranking ke-3 kelas IPA SMA 85 Jakarta (2008)
3. Peringkat 250 besar dalam OSN (Olimpiade Sains Nasional) Provinsi DKI
Jakarta, bidang Bahasa Inggris.
4. Daftar Riwayat Hidup Dosen Pendamping
Nama
NIP/NIK
Tempat dan Tanggal Lahir
Jenis Kelamin
Status Perkawinan
Agama
Pangkat/Gol
Alamat
Alamat Rumah
Alamat Email/HP
Pendidikan Tertinggi
: Dr. Ir. Dwi Setyaningsih, MSi
: 19700103 199412 2001
: Purwokerto, 3 Januari 1970
: Perempuan
: Kawin
: Islam
: IIIc/Lektor Kepala
: Departemen Teknologi Industri Pertanian
Kampus Fateta IPB Darmaga PO Box 220
Bogor 16002 telp/fax. 0251-621974, 627830
: Jl. Bantar Kemang 295, Bogor telp. 0251-8379044
: [email protected]/08158314669
: S-3
Latar Belakang
Berkurangnya sumber bahan bakar minyak di Indonesia ditambah
dengan laju penggunaannya yang meningkat mendorong berbagai kalangan
untuk mencari sumber-sumber energi baru untuk menggantikan minyak bumi,
salah satunya adalah bahan bakar nabati. Bahan bakar berbasis nabati
diharapkan dapat mengurangi terjadinya kelangkaan BBM, juga dapat
mengurangi pencemaran lingkungan, sehingga lebih ramah lingkungan. Salah
satu contoh bahan bakar nabati adalah bioetanol. Bioetanol dapat dibuat dari
bahan-bahan bergula, berpati, atau berserat. Bahan baku yang biasa digunakan
sebagai bioetanol antara lain adalah singkong atau ubi kayu, tebu, nira,
sorgum, nira nipah, ubi jalar, ganyong, rumput laut dan lain-lain.
Dari bahan baku tersebut, rumput laut memiliki keunggulan sebagai
bahan baku bioetanol. Keunggulan tersebut adalah lahan budidaya yang luas
di Indonesia mencapai 2,2 juta hektar (Dahuri, 2002); potensi hasilnya yang
diperkirakan mencapai 145.850 ton basah/tahun; mudah dibudidayakan tanpa
modal yang besar untuk irigasi, pupuk, dan sebagainya; waktu panen relatif
singkat (4-6 kali/tahun) dan memiliki kemampuan penyerapan CO2 mencapai
36,7 ton per hektar, lebih besar 5-7 kali dibandingkan tanaman kayu (Wie, et
al.,2009). Dalam pengolahannya sebagai bioetanol, komponen utama dalam
rumput laut (pati) merupakan komponen yang akan dikonversi menjadi
bietanol. Oleh karena itu, sangat penting untuk mengetahui pengaruh
hidrolisis asam dari rumput laut terhadap perolehan fermentable sugar dalam
proses pembuatan bioetanol. Dengan penelitian lebih lanjut, diketahuinya ini
akan membantu produsen bioetanol untuk mengetahui spesies yang dapat
menghasilkan bioetanol yang baik, dilihat dari jumlah pati yang dihasilkan
spesies tersebut setelah dihidrolisis.
Perumusan Masalah
Permasalahan yang menjadi fokus tulisan ini adalah:
1. Beragamnya spesies rumput laut di Indonesia dengan jenis karbohidrat
yang berbeda-beda
2. Adanya pengaruh jenis karbohidrat dan proses hidrolisis asam
terhadap efisiensi pembuatan bioetanol dan produk bioetanol yang
dihasilkan
Tujuan
Tujuan penulisan karya tulis ilmiah ini adalah untuk mempelajari
pengaruh hidrolisis asam dari rumput laut terhadap perolehan fermentable
sugar dalam proses pembuatan bioetanol.
2
GAGASAN
Rumput Laut
Rumput laut adalah salah satu jenis alga yang hidup di perairan dan
merupakan tanaman tingkat rendah yang tidak memiliki perbedaan susunan
kerangka seperti akar, batang, dan daun. Rumput laut dikenal juga dengan
nama seaweed merupakan bagian terbesar dari makro alga yang tergolong
dalam divisi Thalophyta (Winarno, 1996).
Komposisi kimia rumput laut bervariasi karena perbedaan individu,
spesies, habitat, kematangan, dan kondisi lingkungannya. Komponen utama
rumput laut adalah karbohidrat (gula dan vegetable-gum), protein, lemak dan
abu yang sebagian besar merupakan senyawa garam natrium dan kalium
(Ishibashi dan Yamamoto, 1960).
Umumnya kandungan protein kasar, karbohidrat, lemak dan abu dari
rumput laut kering berturut-turut adalah 5 – 35%, 35-74%, 0.2-3.8% dan 1015% (Ito dan Hori, 1989). Komponen rumput laut segar adalah air yang
mencapai 80-90%, sedangkan kadar protein dan lemaknya sangat kecil.
Dalam 100 g rumput laut kering mengandung asam lemak ω-3 berkisar 128 1629 mg dan asam lemak ω-6 berkisar 188-1704 mg (Winarno, 1996).
Hidrolisis Asam
Hidrolisis merupakan reaksi kimia yang memecah molekul menjadi
dua bagian dengan penambahan molekul air (H2O), dengan tujuan untuk
mengkonversi polisakarida menjadi monomer-monomer sederhana Satu
bagian dari molekul memiliki ion hidrogen (H+) dan bagian lain memiliki ion
hidroksil (OH-). Umumnya hidrolisis ini terjadi saat garam dari asam lemah
atau basa lemah (atau keduanya) terlarut di dalam air. Reaksi umum yakni
sebagai berikut:
AB + H2O Æ AH + BOH
Akan tetapi, dalam kondisi normal hanya beberapa reaksi yang dapat
terjadi antara air dengan komponen organik. Penambahan asam, basa, atau
enzim umumnya dilakukan untuk membuat reaksi hidrolisis dapat terjadi pada
kondisi penambahan air tidak memberikan efek hidrolisis. Asam, basa
maupun enzim dalam reaksi hidrolisis disebut sebagai katalis, yakni zat yang
dapat mempercepat terjadinya reaksi (Lowry, 1987). Hidrolisis secara
kimiawi umumnya menggunakan asam. Hidrolisis secar asam ini memiliki
kelebihan karena murah dan mudah digunakan. Asam yang sering
dipergunakan adalah asam sulfat, asam klorida dan asam fosfat. Beberapa
polisakarida biasanya terhidrolisis oleh asam mineral seperti H2SO4. Selain
3
asam mineral, asam-asam organik seperti asam oksalat, asam trikloroasetat
dan asam inflouroasetat juga dimanfaatkan sebagai katalis dalam proses
hidrolisis pati (Tjokroadikoesoemo, 1986). Hidrolisis asam dapat
dikategorikan melalui dua pendekatan umum, yaitu hidrolisis asam
konsentrasi tinggi pada suhu rendah dan hidrolisis asam konsentrasi rendah
pada suhu tinggi. Pemilihan antara dua cara tersebut biasanya didasarkan pada
beberapa pertimbangan seperi laju hidrolisis, tingkat degradasi, produksi dan
biaya total proses produksi (Kosaric et al., 1983).
Hidrolisis asam merupakan proses yang dilakukan secara acak atau
tidak spesifik. Pada hidrolisis selulosa secara asam untuk menghasilkan gula,
terbentuk pula 5-hidroksimetil-2-2 furfuraldehida atau disebut juga
hidroksimetilfurfural (HMF) akibat penguraian glukosa pada suasana asam.
HMF ini akan terus bereaksi membentuk asam-asam organik seperti asam
levulinat dan asam format pada suasana asam dan suhu tinggi (Ulbricht et al.,
1984). Pada umumnya komponen terlarut yang terdapat pada hasil hidrolisis
asam polisakarida adalah xilosa, glukosa, selobiosa, furfuraldehida,
hidroksimetilfurfural dan asam-asam organik seperti asam format, asam
levulinat serta asam asetat (Tsao et al., 1978).
Fermentasi Etanol
Bioetanol merupakan istilah untuk etanol yang terbuat dari bahan baku
nabati dan diproduksi oleh mikroorganisme melalui proses yang disebut
fermentasi. Etanol merupakan nama trivial dari etil alhokol (C2H5OH), sering
pula disebut alkohol saja. Bentuknya berupa cairan yang tidak berwarna dan
mempunyai bau yang khas. Penggunaan etanol yang terbanyak adalah sebaga
pelarut sebesar 40% untuk membuat asetildehid 36% untuk penggunaan
secara kimiawi yang lain 15%, serta eter, glikol eter, etil asetat dan khoral 9%
(Paturau, 1981). Jika dibakar, etanol menghasilkan karbondioksida dan air.
Dengan mencampur etanol dan bensin, maka dapat dihasilkan bahan bakar
campuran yang dapat terbakar dengan sempurna dan dapat mengurangi emisi
pencemaran udara. Menurut Hambali et al. (2007), bioetanol memiliki
kerakteristik yang lebih baik dibandingkan dengan bensin berbasis petrokimia
karena beberapa hal:
1. Bioetanol mengandung 35% oksigen, sehingga dapat meningkatkan
efisiensi pembakaran dan mengurangi emisi gas rumah kaca.
2. Bioetanol memiliki nilai oktan yang lebih tinggi sehingga dapat
menggantikan fungsi bahan aditif seperti metil tetra butil eter dan tetra
etil timbal.
3. Bioetanol memiliki nilai oktan (ON) 96-113, sedangkan nilai oktan
bensin hanya 85-96
4
4. Bioetanol bersifat ramah lingkungan, karena gas buangnya rendah
terhadap senyawa-senyawa yang berpotensi sebagai karbon monokdisa,
nitrogen oksida, dan gas-gas rumah kaca.
5. Bioetanol mudah terurai dan aman karena tak mencemari air.
6. Bioetanol dapat diperbaharui (renewable energy) dan proses produksinya
relatif lebih rendah dibandingkan dengan proses produksi bensin.
Umumnya, penggunaan bioetanol masih dalam bentuk campuran
dengan bensin pada konsentras 10% (E-10) yaitu 10% bioetanol dan 90%
bensin. Campuran bioetanol dalam bensin disamping dapat menambah
volume BBM, juga dapat meningkatkan nilai oktan hingga mencapai poin ON
92-95. Selain itu, penambahan etanol dalam bensin dapat berfungsi sebagai
pengganti MTBE (metil tetra butil eter) yang sekarang ini banyak digunakan
sebagai bahan aditif alam bensin (Hambali et al., 2007).
Etanol dapat diperoleh dari hasil proses fermentasi. Fermentasi adalah
suatu proses perubahan kimia pada substrat organik, baik karohidrat, protein,
lemak atau lainnya oleh mikroba spesifik (Prescott dan Dunn, 1981).
Mikroorganisme yang dipakai dalam fermentasi etanol umumnya adalah
khamir. Khamir yang biasa digunakan untuk menghasilkan etanol adalah
Saccharomyces cereviseae. Produk metabolit utama adalah etanol, CO2, dan
air, sedangkan beberapa produk lain dihasilkan dalam jumlah sedikit. Khamir
ini bersifat fakultatif anaerobik (Oura, 1983).
Untuk substrat dari rumput laut, telah dilakukan beberapa penelitian
sebelumnya namun jumlahnya masil belum banyak. Dari hasil penelitian yang
dilakukan, antara lain diperoleh kadar etanol sebesar 4,1% (b/v) yang
diproduksi dari rumput laut jenis Gelidium amansii (Kim, 2008) dan dari hasil
penelitian Devis (2008) yang memproduksi bioetanol dari bahan limbah
karaginan Euchema cottonii dihasilkan etanol berkadar 3,28 % (b/v).
Menurut Reed dan Rehm (1981), Saccharomyces cerevisiae sering
dipakai pada fermentasi etanol karena menghasilkan etanol yang tinggi,
toleran terhadap kadar etanol tinggi, mampu hidup pada suhu tnggi, tetap stail
selama kondisi fermentasi dan dapat bertahan hidup pada pH rendah. Harrison
dan Graham (1970) menambahkan bahwa Saccharomyces cerevisiae dapat
toleran terhadap alkohol yang cukup tinggi (12-18 % v/v), tahan terhadap
kadar gula yang tinggi dan tetap aktif melakukan fermentasi pada suhu 4320C. Kunkee dan Mardon (1970) menyatakan bahwa Saccharomyces
cerevisiae mampu memfermentasi glukosa, sukrosa, galaktosa serta rafinosa.
Secara umum, mikroorganisme ini dapat tumbuh dan memfermentasi gula
menjadi etanol secara efisien pada pH 3,5-6,0 dan suhu 28-350C. Pada kondisi
anaerobik, khamir memetabolisme gula menjadi etanol. Secara sederhana
proses fermentasi etanol dari bahan baku yang mengandung gula terlihat pada
reaksi berikut:
C6H12O6 Æ 2 C2H5OH + 2 CO2 + 2 ATP + 5 Kkal
5
Setiap mol glukosa terfermentasi menghasilkan dua mol etanol, CO2
dan ATP. Oleh karena itu, secara teoritis setiap garam glukosa memberikan
0,51 g etanol (Oura, 1983).
Metode untuk mengetahui pengaruh hidrolisis asam terhadap perolehan
fermentable sugar
1. Identifikasi Jenis Karbohidrat pada Rumput Laut
Langkah kerja preparasi sampel dapat dilihat pada Gambar 1.
Timbang 2 gram ekstrak
rumput laut
Masukkan ke dalam labu ukur
100 ml
Dilusikan dengan 20 ml aquades + 1
ml TCA 3 M
Diamkan selama 10 menit
Netralisasikan dengan 1 M
NaOH
Tambahkan aquades sampai
100 ml
Filter dengan kertas Whatman
No.1
Filter dengan syringe 0,45 µm
Gambar 1. Langkah kerja preparasi sampel HPLC
a. Kemudian Sampel dimasukkan ke dalam venojek yang terlebih
dahulu telah disterilkan. Kemudian ditutup rapat-rapat dan
langsung dianalisis dengan menggunakan HPLC.
6
b. Selanjutnya adalah penginjeksian sampel ke dalam perangkat
HPLC. Sampel diuji dengan HPLC dengan menggunakan 3
jenis kolom yang berbeda untuk analisis karbohidrat.
c. Semua data yang didapat kemudian dianalisis secara kuantitatif
dengan membandingkan hasil kromatogram dari 3 jenis kolom
yang berbeda dengan menggunakan uji “Completely
Randomized Design” pola faktorial 3 x 3.
2. Sakarifikasi dengan Hidrolisis Asam
Hidrolisis polisakarida dilakukan secara asam. Sebanyak 5 % bahan
digunakan dalam larutan H2SO4. Untuk penentuan perlakuan hidrolisis asam
yang digunakan, dipilih dua faktor yaitu konsentrasi asam dan waktu hidrolisis.
Konsentrasi asam yang dipilih adalah lima taraf yakni 0,25 %, 0,5 %, 1,0 %,
1,5 % dan 2,0 % (v/v). Untuk waktu hidrolisis yang digunakan dipilih dua taraf
yakni 10 dan 20 menit. Proses hidrolisis dilakukan dalam autoclave pada suhu
121 oC dengan tekanan 1 kg/cm2 dengan dua kali ulangan. Hasil dari hidrolisis
dianalisis kadar gula pereduksi dan total gulanya dan dipilih perlakuan terbaik
berdasarkan parameter tersebut. Prosedur perlakuan ini ditunjukkan pada
Gambar 2.
Mulai
Bahan 5 % (% b/v)
Hidrolisis dengan H2SO4
Konsentrasi 0,25 %, 0,5 %, 1,0 %,
1,5 % dan 2,0 % (v/v) dan Waktu 10 menit dan 20 menit
(121 oC,1 kg/cm2)
Analisa kadar gula pereduksi dan total
Pemilihan perlakuan terbaik
Selesai
Gambar 2. Diagram Alir Sakarifikasi dengan Hidrolisis Asam
3. Analisis Hasil Hidrolisis Asam
Karakterisasi hasil hidrolisis asam meliputi analisis jenis gula, gula total,
jenis monosakarida penyusun karbohidrat, dan derajat hidrolisisnya.
7
4. Persiapan Kultur Saccharomyces cerevisiae
Isolat khamir Saccharomyces cerevisiae diremajakan pada media PDA dan
diinkubasi selama 2 hari. Setelah itu isolat ditumbuhkan kembali dalam 30
ml media YGMP (± 9 ose/30 ml) yang terdiri daei ekstrak khamir 5 g/l,
malt ekstrak 5 g/l, glukosa 10 g/l, dan pepton 5 g/l. Inkubasi dilakukan
pada shaker berkecepatan 120 rpm pada suhu kamar (28-300C) selama 24
jam.
5. Proses Fermentasi
Larutan substrat dihidrolisis yang telah disaring dan diambil filtratnya,
kemudian dipekatkan hingga total gula sekitar 10%. Campuran
ditambahkan pupuk NPK dan ZA masing-masing sebanyak 0,0% dan
0,15% dari volume larutan substrat. Volume yang digunakan adalah 300
ml. Selanjutnya larutan diatur pHnya hingga mencapai pH ± 5
menggunakan NaOh 1 N, kemudian sebelum substrat ditambahkan
inokulum starter, dilakukan terlebih dahulu pasteurisasi pada suhu ± 850C
selama 5 menit. Inokulum starter yang ditambahkan sebesar 10% dari
volume substrat.
Proses fermentasi berlangsung pada sistem tertutup selama 72 jam
dalam suhu ruang. Labu ditutup dengan sumbat dan dihubungkan selang
yang dimasukkan ke gelas ukur dalam air untuk mengukur laju gas CO2
yang dihasilkan dari proses fermentasi. Hasil fermentasi kemudian
dianalisa dengan terlebih dahulu dipasteurisasi pada suhu ± 650C selama 30
menit untuk mengaktifkan mikroorgnisme. Proses fermentasi secara umum
dapat dilihat pada Gambar 3.
8
Cairan Hidrolisat
Kultur Khamir
Inokulasi PDA
t = 48 jam, suhu ruang
Pengaturan pH (± 5)
Penambahan nutrien/pupuk
NPK 0,04% Za 0,15 %
Inokulasi YMGP
t = 48 jam, suhu ruang
Pasteurisasi
T = ± 850 C, t = 5 menit
Inokulum Starter
10% (v/v)
Fermentasi
Sistem tertutup, t = 72 jam, suhu ruang
Pasteurisasi
T = ± 650 C, t = 30 menit
Destilasi
Bioetanol
Analisa Bioetanol
Gambar 3. Diagram Alir Proses Fermentasi Bioetanol
Setelah diketahui spesies rumput laut yang memiliki monosakarida paling
banyak, maka dapat dilakukan fermentasi terhadap spesies tersebut. Diketahuinya
pengaruh hidrolisis asam pada spesies rumput laut di Indonesia akan membantu
industri bioetanol di Indonesia dalam membudidayakan jenis rumput laut yang
potensil, sehingga proses produksi bioetanol dapat berjalan lebih efisien.
9
KESIMPULAN DAN SARAN
Kesimpulan
Terbatasnya sumber bahan bakar minyak di Indonesia ditambah lagi
dengan laju penggunaannya semakin
meningkat mendorong berbagai
kalangan untuk melakukan langkah-langkah penghematan energi dan mencari
sumber-sumber energi baru untuk menggantikan minyak bumi.
Bioetanol merupakan salah satu bentuk dari bahan bakar nabati, yang
dibuat dari bahan berserat atau berpati seperti singkong, ganyong, rumput
laut, dan sebagainya. Salah satu bahan yang memiliki keunggulan sebagai
bahan baku bioetanol adalah rumput laut. Rumput laut sangat menjanjikan
sebagai bahan baku bioetanol karena ketersediaanya yang melimpah dan
kecepatan budidayanya.
Indonesia sendiri merupakan negara yang memiliki keragaman rumput
laut yang kaya. Setiap spesies rumput laut memiliki jenis karbohidrat yang
berbeda, yang akan menentukan perolehan gula terfermentasi (fermentable
sugar) yang merupakan salah satu penentu banyaknya rendemen bioetanol.
Oleh karena itu, perlu diketahui pengaruh reaksi hidrolisis asam
terhadap perolehan fermentable sugar , terutama dari spesies rumput laut yang
banyak dibudidayakan di Indonesia, sehingga proses produksi bioetanoldapat
berlangsung dengan efisien.
Saran
Perlu adanya penelitian lebih lanjut jenis-jenis karbohidrat pada
berbagai jenis rumput laut lainya, sehingga potensi spesies rumput laut
tertentu sebagai komoditi produsen bioetanol dapat diidentifikasi.
\
10
DAFTAR PUSTAKA
Hambali, E., S. Mujdalipah, A.H. Tambunan, A.W. Pattiwiri, dan R.
Hendoroko.2007. Teknologi Bioenergi. Agromedia, Jakarta.
Harrison, J.S. dan J.C.J.Graham. 1970. Yeast in Distilery Practice. Academic Press,
London.
Ishibashi, M dan T. Yamamoto. 1960. In Organic Constituents in Seaweeds. Record
of Oceanographic Work In Japan. 5 (2). 55.
Ito, K. dan K. Hori, 1989. Seaweed : Chemical Composition and Potential Uses. Food
Rev. Int. 5 (10) : 101.
Kim, G.S. 2008. Method of Producing Biofuel Using Sea Algae. Patent Application
Korea PCT/KR2008/001102.
Kosaric, H., A. Wieczorec, G.P. Cosentino, R.J. Magee dan J.E. Presonil. 1983.
Ethanol Fermentation. Di dalam. H. Dellweg (ed). Biotechnology. Volume III.
Verlag Cheme, Weinheim.
Lachke, A. 2002. Biofuel from D-Xylose the Second Most Abundant Sugar.
Biochemical Science of Chemical Laboratory, India.
Lowry, T.H. 1987. Mechanism and Theory in Organic Chemistry. Harper and Row
Publishers, Inc. New York
Oura, E. 1983. Reaction Product of Yeast Fermentation. Di dalam H. Dellweg (ed).
Biotechnology Volume III. Academic Press, New York.
Paturau, J.M. 1981. By Products of Yeast Fermentations : An Introduction to Their
Industrial Utilization. Elsevier Scientific Publ.Co., Amsterdam.
Prahastha, Indra. 2010. Produksi Etanol dari Rumput Laut Sargassum Sp. dan
Limbah Agar Gracilaria Sp. Skripsi. Departemen Tin-IPB. FATETA-IPB. Bogor
Prescott, S.C. dan C.G. Dunn. 1981. Industrial Microbiology. McGraw-Hill Book Co.
Ltd., New York.
Reed, G. dan H.J. Rehm. 1983. Biotechnology Vol III. Industrial Microbiology. AVI
Publishing Company Inc, Connecticut.
Taherzadeh M.J. dan Karimi K. 2007. Acid-Based Hydrolysis Processes for Ethanol
from Lignocellulosic Materials. J Bioresources 2 : 472-499.
Tjokroadikoesoemo, P. 1986. HFS dan Industri Ubi Kayu Lainnya. Gramedia,
Jakarta
Tsao, G.T., M. Ladisch, T.A. Hsu, B. Dale, C. Ladisch dan T. Chou. 1978.
Fermentation Substrates from Cellulosic Materials : Production of
Fermentable Sugars from Cellulosic Materials. Di dalam. D. Perlman (ed).
Annual Reports on Fermentation Processes Volume 2. Academic Press, New
York.
Ulbricht, R.J., J. Sharon dan J. Thomas. 1984. A Review of 5-hydroxymethylfurfural
(HMF) in parental solutions. Fundamental Appl. Toxicol. 4: 843-853.
Winarno, F.G. 1996. Teknologi Pengolahan Rumput Laut. PT Gramedia Pustaka
Utama, Jakarta.
PROGRAM KREATIVITAS MAHASISWA
JUDUL PROGRAM
ANALISIS PENGARUH HIDROLISIS ASAM TERHADAP
FERMENTABLE SUGAR PADA PROSES PRODUKSI BIOETANOL
BIDANG KEGIATAN :
PKM-GT
Diusulkan oleh:
Sabila Putri Dian
F34070049 (2007)
Dimas Surya Utama
F34080121 (2008)
Iqdam Nadirman
G34080077 (2008)
INSTITUT PERTANIAN BOGOR
BOGOR
2011
HALAMAN PENGESAHAN
PROGRAM KREATIVITAS MAHASISWA
1. Judul Kegiatan
: Analisis Pengaruh Hidrolisis Asam terhadap
Fermentable Sugar pada Proses Produksi Bioetanol
2. Bidang Kegiatan : ( ) PKM-AI ( √ ) PKM-GT
3. Bidang Ilmu
: Teknologi dan Rekayasa
4. Ketua Pelaksana Kegiatan
a.
b.
c.
d.
e.
Nama Lengkap
NIM
Jurusan
Universitas
Alamat Rumah dan No.Telp/HP
Jaya
f. Alamat e-mail
5. Anggota Pelaksana Kegiatan/Penulis
: Sabila Putri Dian
: F34070049
: Teknologi Industri Pertanian
: Institut Pertanian Bogor
: GR 29 No.35, Graha Bintaro
Tangerang, Banten 15225
: [email protected]
: 2 orang
6. Dosen Pembimbing
a. Nama Lengkap dan Gelar
b. NIP
c. No. Telp/HP
: Dr. Dwi Setyaningsih, S.TP, M.Si
: NIP. 19700103 199412 2 001
: 08158314669
Bogor, 04 Maret 2011
Menyetujui
Kepala Departemen Teknologi Industri
Ketua Pelaksana Kegiatan
Pertanian
Prof. Dr. Ir. Nastiti Siswi Indrasti
NIP. 19621009 198903 2 001
Sabila Putri Dian
NIM. F34070049
Wakil Rektor Bidang Akademik dan
Kemahasiswaan
Dosen Pendamping
Prof.Dr.Ir. Yonny Koesmaryono, MS
NIP. 19581228 98503 1 003
Dr. Dwi Setyaningsih, S.TP, M.Si
NIP. 19700103 199412 2 001
ii
KATA PENGANTAR
Segala puji bagi Allah S.W.T. yang telah mengizinkan penulis untuk
menyelesaikan karya tulis ini. Shalawat dan salam semoga tercurah pada
Rasulullah S.A.W yang segala perilakunya menjadi model bagi seluruh umat
muslim di dunia.
Karya tulis ini disusun untuk diajukan pada “Program Kreatifitas
Mahasiswa - Gagasan Tertulis” yang diselenggarakan oleh Departemen
Pendidikan Nasional, Direktorat Jenderal Pendidikan Tinggi. Karya tulis ini
berjudul “Analisis Pengaruh Hidrolisis Asam terhadap Fermentable Sugar pada
Proses Produksi Bioetanol”
Bioetanol merupakan salah satu bentuk dari bahan bakar nabati, yang
dibuat dari bahan berserat atau berpati seperti singkong, ganyong, rumput laut,
dan sebagainya. Salah satu bahan yang memiliki keunggulan sebagai bahan baku
bioetanol adalah rumput laut. Rumput laut sangat menjanjikan sebagai bahan baku
bioetanol karena ketersediaanya yang melimpah dan kecepatan budidayanya.
Indonesia sendiri merupakan negara yang memiliki keragaman rumput laut
yang kaya. Setiap spesies rumput laut memiliki jenis karbohidrat yang berbeda,
yang akan menentukan perolehan gula terfermentasi (fermentable sugar) yang
merupakan salah satu penentu banyaknya rendemen bioetanol. Oleh karena itu,
perlu diketahui pengaruh reaksi hidrolisis asam terhadap perolehan fermentable
sugar , terutama dari spesies rumput laut yang banyak dibudidayakan di
Indonesia, sehingga proses produksi bioetanoldapat berlangsung dengan efisien.
Selama penyelesaian karya tulis ini penulis menyadari begitu banyak
bantuan yang diberikan oleh berbagai pihak berupa materi maupun non materi.
Oleh karena itu penulis ingin menyampaikan rasa terimakasih kepada Ibu Dwi
Setyaningsih selaku dosen pembimbing, serta keluarga tercinta di rumah yang
doanya selalu terasa mengalir di tiap aktivitas yang penulis lakukan, serta semua
pihak yang mendukung penulisan ini
Tiada yang sempurna di dunia ini selain Allah S.W.T. Penulis sangat
menyadari betapa banyak kesalahan dan kekurangan yang mungkin ada pada
tulisan ini oleh karena itu kritik dan saran dari rekan-rekan sekalian sangat
diharapkan. Tiada harapan utama dari penulisan ini selain sebuah tekad yang
mengharu biru dalam hati ini untuk melihat sebuah Indonesia baru yang lebih baik
dan bermartabat serta kebaikan dari Allah S.W.T.
Bogor, 03 Maret 2011
Penulis
iii
DAFTAR ISI
Halaman Judul ....................................................................................
i
Lembar Pengesahan ...........................................................................
ii
Kata Pengantar ...................................................................................
iii
Daftar Isi .............................................................................................
iv
Daftar Gambar ....................................................................................
v
Ringkasan ...........................................................................................
vi
Pendahuluan
Latar Belakang .............................................................................
1
Perumusan Masalah .....................................................................
1
Tujuan ..........................................................................................
1
Gagasan
Rumput laut ................................................................................
2
Hidrolisis Asam ..........................................................................
2
Fermentasi Etanol ......................................................................
3
Metode untuk mengetahui pengaruh hidrolisis asam terhadap
perolehan fermentable sugar ....................................................
4
1. Identifikasi Jenis Karbohidrat pada Rumput Laut …………
5
2. Sakarifikasi dengan Hidrolisis Asam ………………………
6
3. Analisis Hasil Hidrolisis Asam ……………………………
7
4. Persiapan Kultur Saccharomyces cerevisiae ……………...
7
5. Proses Fermentasi ………………………………………….
7
Kesimpulan dan Saran
Kesimpulan ……………………………………………………..
9
Saran …………………………………………………………….
9
Daftar Pustaka ………………………………………………………
10
Lampiran 1: Daftar Riwayat Hidup
iv
DAFTAR GAMBAR
Gambar 1
Langkah kerja preparasi sampel HPLC …………….…………..
5
Gambar 2 Diagram Alir Sakarifikasi dengan Hidrolisis Asam ……………
6
Gambar 3 Diagram Alir Proses Fermentasi Bioetanol …………………….
8
v
RINGKASAN
Terbatasnya sumber bahan bakar minyak di Indonesia ditambah
lagi dengan laju penggunaannya semakin meningkat mendorong berbagai
kalangan untuk melakukan langkah-langkah penghematan energi dan
mencari sumber-sumber energi baru untuk menggantikan minyak bumi.
Bioetanol merupakan salah satu bentuk dari bahan bakar nabati,
yang dibuat dari bahan berserat atau berpati seperti singkong, ganyong,
rumput laut, dan sebagainya. Salah satu bahan yang memiliki keunggulan
sebagai bahan baku bioetanol adalah rumput laut. Rumput laut sangat
menjanjikan sebagai bahan baku bioetanol karena ketersediaanya yang
melimpah dan kecepatan budidayanya.
Indonesia sendiri merupakan negara yang memiliki keragaman
rumput laut yang kaya. Setiap spesies rumput laut memiliki jenis
karbohidrat yang berbeda, yang akan menentukan perolehan gula
terfermentasi (fermentable sugar) yang merupakan salah satu penentu
banyaknya rendemen bioetanol.
Oleh karena itu, perlu diketahui pengaruh reaksi hidrolisis asam
terhadap perolehan fermentable sugar , terutama dari spesies rumput laut
yang banyak dibudidayakan di Indonesia, sehingga proses produksi
bioetanol dapat berlangsung dengan efisien.
Metode untuk mengetahui pengaruh hidrolisis asam terhadap
perolehan fermentable sugar dimulai dengan identifikasi jenis karbohidrat
pada rumput laut dengan penginjeksian sampel ke dalam perangkat HPLC.
Kemudian dilakukan sakarifikasi dengan hidrolisis asam dengan memilih
dua faktor yaitu konsentrasi asam dan waktu hidrolisis. Konsentrasi asam
yang dipilih adalah lima taraf yakni 0,25 %, 0,5 %, 1,0 %, 1,5 % dan 2,0
% (v/v). Untuk waktu hidrolisis yang digunakan dipilih dua taraf yakni 10
dan 20 menit. Hasil dari hidrolisis dianalisis kadar gula pereduksi dan total
gulanya dan dipilih perlakuan terbaik berdasarkan parameter tersebut.
Setelah dihidrolisis, dilakukan karakterisasi hasil hidrolisis asam
meliputi analisis jenis gula, gula total, jenis monosakarida penyusun
vi
karbohidrat, dan derajat hidrolisisnya. Kemudian spesies terbaik akan
difermentasi dan ditentukan rendemennya.
Setelah diketahui spesies rumput laut yang memiliki monosakarida
paling banyak, maka dapat dilakukan fermentasi terhadap spesies tersebut.
Diketahuinya pengaruh hidrolisis asam pada spesies rumput laut di
Indonesia akan membantu industri bioetanol di Indonesia dalam
membudidayakan jenis rumput laut yang potensil, sehingga proses
produksi bioetanol dapat berjalan lebih efisien.
vii
DAFTAR RIWAYAT HIDUP
1. Ketua Pelaksana Kegiatan
Nama
: Sabila Putri Dian
Tempat/Tanggal Lahir
: Jakarta, 29 Maret 1990
Agama
: Islam
NRP
: F34070049
Departemen/ Fakultas
: Teknologi Industri Pertanian/ Teknologi Pertanian
Universitas
: Institut Pertanian Bogor
No. Telepon
: 0856 9247 4344
: [email protected]
Alamat
: GR 29 No. 35, Bintaro Jaya, Tangerang
Karya tulis
1.
Global warming and staple food security in social-economy and politics
2.
Pemanfaatan Serat Daun Nanas (Ananas Comosus) sebagai bahan baku
kertas
3.
Coconut Oil Based Biodiesel Development: The Power of Local
Resources to Support National Energy Sustainability
Prestasi
1. Mahasiswa Berprestasi 1, Departemen Teknologi Industri Pertanian
FATETA IPB
2. Delegasi PIMNAS XXIII, Univ. Mahasaraswati Denpasar-Bali
3. Pendanaan Program Kreativitas Mahasiswa Pengabdian Masyarakat tahun
2009 oleh Dikti
4. Juara 1 Lomba Karya Tulis Mahasiswa bidang Lingkungan Hidup
(LKTM-LH) oleh BEM FEM 2009 dan 2010
2. Anggota Pelaksana Kegiatan
Nama
: Dimas Surya Utama
Tempat/Tanggal Lahir
: Jakarta, 17 Agustus 1989
Agama
: Islam
NRP
: F34080121
Departemen/ Fakultas
: Teknologi Industri Pertanian/ Teknologi Pertanian
Universitas
: Institut Pertanian Bogor
No. Telepon
: 0857 8114 46 48 /(0251) 965 7 695
: [email protected]
Alamat
: Asrama TPB-IPB C1/MU, Dramaga Bogor
Prestasi :
1. Senior Resident di Asrama TPB IPB
2. Mentor bagi penerima beasiswa Lembaga Pengembangan Insani Dompet
Dhuafa di SMP Asy-Syukro Pamulang
3.
Anggota Pelaksana Kegiatan
Nama
Tempat/Tanggal Lahir
Agama
NRP
Departemen/ Fakultas
Universitas
No. Telepon
Alamat
: Iqdam Nadirman
: Jakarta, 17 Mei 1991
: Islam
: G34080077
: Biologi/MIPA
: Institut Pertanian Bogor
: +628568484438
: [email protected]
: Asrama TPB-IPB,
Prestasi :
1. Peringkat Pertama dalam TOEFL Prediction Test di the International
Scholarship and Education Expo (ISEE) IPB (2010)
2. Ranking ke-3 kelas IPA SMA 85 Jakarta (2008)
3. Peringkat 250 besar dalam OSN (Olimpiade Sains Nasional) Provinsi DKI
Jakarta, bidang Bahasa Inggris.
4. Daftar Riwayat Hidup Dosen Pendamping
Nama
NIP/NIK
Tempat dan Tanggal Lahir
Jenis Kelamin
Status Perkawinan
Agama
Pangkat/Gol
Alamat
Alamat Rumah
Alamat Email/HP
Pendidikan Tertinggi
: Dr. Ir. Dwi Setyaningsih, MSi
: 19700103 199412 2001
: Purwokerto, 3 Januari 1970
: Perempuan
: Kawin
: Islam
: IIIc/Lektor Kepala
: Departemen Teknologi Industri Pertanian
Kampus Fateta IPB Darmaga PO Box 220
Bogor 16002 telp/fax. 0251-621974, 627830
: Jl. Bantar Kemang 295, Bogor telp. 0251-8379044
: [email protected]/08158314669
: S-3