Pemanfaatan Senyawa Hasil Samping Biodiesel Minyak Jelantah Untuk Produksi Biohidrogen Oleh Rhodobium Marinum
PEMANFAATAN SENYAWA HASIL SAMPING BIODIESEL
MINYAK JELANTAH UNTUK PRODUKSI BIOHIDROGEN
OLEH Rhodobium marinum
DICKA WAHYU SETIASARI
DEPARTEMEN BIOKIMIA
FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM
INSTITUT PERTANIAN BOGOR
BOGOR
2016
PERNYATAAN MENGENAI SKRIPSI DAN
SUMBER INFORMASI SERTA PELIMPAHAN HAK CIPTA*
Dengan ini saya menyatakan bahwa skripsi berjudul Pemanfaatan Senyawa
Hasil Samping Biodiesel Minyak Jelantah untuk Produksi Biohidrogen oleh
Rhodobium marinum adalah benar karya saya dengan arahan dari komisi
pembimbing dan belum diajukan dalam bentuk apa pun kepada perguruan tinggi
mana pun. Sumber informasi yang berasal atau dikutip dari karya yang diterbitkan
maupun tidak diterbitkan dari penulis lain telah disebutkan dalam teks dan
dicantumkan dalam Daftar Pustaka di bagian akhir skripsi ini.
Dengan ini saya melimpahkan hak cipta dari karya tulis saya kepada Institut
Pertanian Bogor dan Pusat Penelitian Bioteknologi Lembaga Ilmu Pengetahuan
Indonesia.
Bogor, Maret 2016
Dicka Wahyu Setiasari
NIM G84110073
ABSTRAK
DICKA WAHYU SETIASARI. Pemanfaatan Senyawa Hasil Samping Biodiesel
Minyak Jelantah untuk Produksi Biohidrogen oleh Rhodobium marinum.
Dibimbing oleh MEGA SAFITHRI dan DWI SUSILANINGSIH
Biohidrogen merupakan energi alternatif terbarukan yang ramah
lingkungan dan berpotensi untuk mengatasi permasalahan energi. Biohidrogen
dapat dihasilkan oleh bakteri fotosintetik Rhodobium marinum dengan
memanfaatkan limbah organik. Penelitian ini bertujuan untuk produksi biohidrogen
dengan memanfaatkan substrat berupa senyawa hasil samping biodiesel dari
minyak jelantah menggunakan bakteri R. marinum, serta memperoleh formulasi
media produksi yang efektif untuk menghasilkan biohidrogen secara optimal.
Substrat diperoleh dari reaksi esterifikasi dan transesterifikasi minyak jelantah.
Optimasi produksi biohidrogen dilakukan dengan cara kombinasi konsentrasi
senyawa hasil samping biodiesel, ekstrak khamir, dan basal medium ASY dalam
media produksi. Gas hidrogen dianalisis menggunakan kromatografi gas. Media
produksi dengan komposisi senyawa hasil samping biodiesel 4%, ekstrak khamir
0.15%, dan basal medium ASY 0.5% merupakan kombinasi terbaik yang dapat
memproduksi hidrogen hingga 1.23 l/l kultur. Hidrogen yang diproduksi tersebut
berasal dari konsumsi gula total sebesar 182 ppm dan senyawa organik sebesar 4185
ppm yang terkandung dalam substrat.
Kata kunci: Biohidrogen, senyawa hasil samping biodiesel, Rhodobium marinum,
kromatografi gas.
ABSTRACT
DICKA WAHYU SETIASARI. The Utilization of Byproduct from Waste Cooking
Oil Biodiesel for Biohydrogen Production by Rhodobium marinum. Supervised by
MEGA SAFITHRI and DWI SUSILANINGSIH
Biohydrogen is a renewable alternative energy which is environmentally
friendly and potentially overcoming energy issues. Biohydrogen can be produced
by photosynthetic bacteria Rhodobium marinum by utilizing organic waste. The
objectives of this research were to produce by utilizing byproduct compound of
biodiesel production from waste cooking oil as the substrate for bacteria R.
marinum and to obtain the effective formula of production media for producing
biohydrogen optimally. The substrate was obtained from esterification and
transesterification reaction of waste cooking oil. The optimization of biohydrogen
production was conducted by combining the byproduct compound of biodiesel,
yeast extract, and basal medium ASY in production medium. The hydrogen gas was
analyzed using gas chromatography. Production medium containing byproduct
compound of biodiesel 4%, yeast extract 0.15%, and basal medium ASY 0.5% was
the best combination which was able to produce hydrogen up to 1.23 l/l culture.
The hydrogen production from total sugar consumption of 182 ppm and organic
compound consumption of 4185 ppm in the substrate.
Keyword : Biohydrogen, byproduct compound of biodiesel, Rhodobium marinum,
gas chromatography
PEMANFAATAN SENYAWA HASIL SAMPING BIODIESEL
MINYAK JELANTAH UNTUK PRODUKSI BIOHIDROGEN
OLEH Rhodobium marinum
DICKA WAHYU SETIASARI
Skripsi
sebagai salah satu syarat untuk memperoleh gelar
Sarjana Sains
pada
Departemen Biokimia
DEPARTEMEN BIOKIMA
FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM
INSTITUT PERTANIAN BOGOR
BOGOR
2016
PRAKATA
Bismillahirrahmanirrahim,
Puji dan syukur penulis panjatkan kepada Allah subhanahu wa ta’ala atas
segala karunia-Nya sehingga karya ilmiah ini berhasil diselesaikan. Penelitian
tentang produksi biohidrogen yang dihasilkan oleh bakteri fotosintetik ini
dilaksanakan sejak bulan Maret 2015 hingga bulan Oktober 2015, dengan judul
Pemanfaatan Senyawa Hasil Samping Biodiesel Minyak Jelantah Untuk Produksi
Biohidrogen Oleh Rhodobium marinum.
Terima kasih kasih penulis ucapkan kepada Ibu Dr Mega Safithri, SSi MSi
selaku dosen pembimbing yang telah banyak memberikan pengarahan dan saran.
Terima kasih kepada ibu Dr Dwi Susilaningsih, MPharm untuk segala bimbingan,
proyek penelitian, serta kesempatan melakukan penelitian sampai selesai di
Lembaga Ilmu Pengetahuan Indonesia (LIPI) Cibinong, Bogor. Penghargaan juga
penulis sampaikan kepada Bapak Khairul Anam, MSi Apt, Kak Peza Batamarlia
Reko, SSi, Kak Tami Astie Ulhiza, BEng, beserta seluruh staf Laboratorium
Bioenergi dan Bioproses, Pusat penelitian Bioteknologi LIPI yang telah membantu
selama penelitian berlangsung hingga pengumpulan data. Terima kasih juga kepada
rekan-rekan penelitian atas segala bantuannya dalam menyelesaikan penelitian dan
skripsi ini. Ungkapan terima kasih juga disampaikan kepada ayah, ibu, serta seluruh
keluarga atas segala do’a dan kasih sayangnya. Terima kasih juga kepada temanteman statistika yang membantu dalam mengolah data, keluarga Biokimia 48,
keluarga SEL, lingkaran ukhuwah, teman-teman Andika house, serta keluarga
Serum G IPB untuk segala do’a, bantuan, dan dukungan yang terus diberikan.
Semoga karya ilmiah ini bermanfaat.
Bogor, Maret 2016
Dicka Wahyu Setiasari
DAFTAR ISI
PENDAHULUAN
1
METODE
2
Alat dan Bahan
2
Prosedur Penelitian
3
HASIL
7
Karakterisasi Senyawa Hasil Samping Biodiesel
7
Kurva Pertumbuhan Bakteri
8
Pengaruh Kombinasi Media Produksi terhadap Produksi Hidrogen
9
Pengaruh Konsumsi Gula Total dan Senyawa Organik terhadap Hasil
Foto Fermentasi
PEMBAHASAN
12
15
Karakterisasi Senyawa Hasil Samping Biodiesel
15
Kurva Pertumbuhan Bakteri
16
Pengaruh Kombinasi Media Produksi terhadap Produksi Hidrogen
18
Pengaruh Konsumsi Gula Total dan Senyawa Organik terhadap Hasil
Foto Fermentasi
20
SIMPULAN DAN SARAN
22
DAFTAR PUSTAKA
23
LAMPIRAN
27
RIWAYAT HIDUP
39
DAFTAR TABEL
1
2
3
4
5
Komposisi media produksi
Desain eksperimen formulasi media produksi
Karakteristik senyawa hasil samping biodiesel
Produksi hidrogen pada berbagai kombinasi media produksi
Signifikasi konsentrasi masing-masing faktor terhadap produksi
hidrogen
6 Jumlah konsumsi gula total dan senyawa organik
5
6
8
10
11
13
DAFTAR GAMBAR
1
2
3
4
5
Sampel minyak jelantah
Hasil esterifikasi dan transesterifikasi minyak jelantah
Kurva pertumbuhan bakteri R. marinum
Diagram hasil produksi hidrogen
Diagram konsumsi gula total, konsumsi senyawa organik dan
produksi H2
7
8
9
11
14
DAFTAR LAMPIRAN
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
Diagram alir penelitian
Kadar asam lemak bebas (FFA)
Diagram alir pembuatan biodiesel
Kultivasi bakteri R. marinum
Foto fermentasi bakteri R. marinum
Hasil pengukuran OD bakteri R. marinum pada λ = 680 nm
Hasil produksi hidrogen pada berbagai kombinasi media produksi
Kromatogram hasil analisis gas H2 sampel A1B1C1
Hasil analisis statistika pengaruh kombinasi konsentrasi media produksi
terhadap produksi H2 menggunakan SPSS 16.00
Absorbansi standar glukosa pada λ = 490 nm
Hasil pengukuran kadar gula total
Absorbansi standar KHP pada λ = 600 nm
Hasil pengukuran kadar senyawa organik
Hasil produksi biohidrogen melalui foto fermentasi dengan berbagai
sumber substrat pada beberapa literatur
28
28
29
30
30
30
31
32
32
34
35
36
37
38
PENDAHULUAN
Energi menjadi komponen penting bagi kelangsungan hidup manusia karena
hampir semua aktivitas kehidupan manusia sangat tergantung pada ketersediaan
energi. Hari ini dan beberapa tahun ke depan, diperkirakan manusia masih akan
tergantung pada sumber energi fosil dan minyak bumi. Eksploitasi energi dari
sumber daya alam yang berlebihan terutama minyak bumi menyebabkan
menipisnya kandungan minyak bumi sehingga menimbulkan berbagai masalah,
yaitu kerusakan lingkungan, perubahan iklim global, dan krisis energi di seluruh
dunia (Irawulan 2009). Krisis energi dan kerusakan lingkungan ini memerlukan
penanganan serius, serta diperlukan usaha untuk mengurangi dampak negatif
kerusakan lingkungan dan mengembangkan sumber energi alternatif.
Perhatian masyarakat dunia saat ini semakin meningkat pada penggunaan
bahan bakar yang ramah lingkungan (green energy) dan dapat diperbaharui
(renewable energy). Saat ini banyak penelitian yang menaruh perhatian pada
produksi dan pengolahan hidrogen. Hal tersebut dikarenakan hidrogen merupakan
sumber energi yang bersih dan efisien. Dibandingkan dengan bahan bakar fosil,
hidrogen menghasilkan energi sebesar 122 kJ/g, 2.75 kali lebih besar dibandingkan
dengan bahan bakar hidrokarbon yang hanya dapat menghasilkan energi sebesar
44.36 kJ/g (Agrawal et al. 2007). Selain itu, pembakaran hidrogen di udara hanya
akan menghasilkan uap air dan energi panas. Dengan demikian, pembakaran
hidrogen tidak akan menimbulkan efek rumah kaca, penipisan lapisan ozon, atau
hujan asam. Gas hidrogen juga dapat diaplikasikan menjadi bahan bakar melalui
sistem fuel cell yang dapat menghasilkan listrik (Miyamoto 1997).
Beberapa metode dapat digunakan untuk menghasilkan hidrogen, diantaranya
adalah dengan cara steam reforming, elektrolisis, gasifikasi dan biologi (Chen et al.
2006, Kapdan dan Kargi 2006, Li dan Fang 2008, Kirtay 2011). Menurut Li dan
Fang (2008), pendekatan biologi paling efektif untuk digunakan dalam produksi
biohidrogen. Biohidrogen diproduksi secara biologi, yaitu dengan memanfaatkan
organisme mikroalga atau bakteri melalui proses fermentasi atau fotoproduksi
untuk merombak substrat organik (limbah atau non limbah) menjadi energi
hidrogen (Kotay dan Das 2008). Beberapa mikroorganisme yang dapat
menghasilkan hidrogen antara lain adalah cyanobacteria, bakteri anaerob, dan
bakteri fotosintetik. Miyake (1998) menyatakan bahwa penggunaan bakteri
fotosintetik dinilai lebih efektif, karena dapat menghasilkan hidrogen yang lebih
banyak, serta dapat memanfaatkan senyawa organik berupa limbah sebagai substrat.
Salah satu bakteri fotosintetik yang mampu memproduksi hidrogen adalah
Rhodobium marinum (Sirait 2007). Maka dari itu, dalam penelitian ini digunakan
bakteri R. marinum untuk memproduksi hidrogen.
R. marinum mampu mengubah senyawa organik menjadi gas hidrogen
dengan adanya energi cahaya. Senyawa organik yang dapat digunakan sebagai
substrat dalam produksi biohidrogen dapat berupa asam lemak, gula, selulosa, asam
laktat, dan asam organik lainnya (Ike et al. 1999, Barbosa et al. 2001, Kawaguci et
al. 2002, Li dan Fang 2008, Sirait 2007). Sementara, Miyake (1998) menyebutkan
bahwa limbah cair yang mengandung bahan-bahan organik merupakan bentuk
limbah yang paling mudah untuk dikonversi menjadi gas hidrogen. Salah satu
limbah yang dapat dijadikan substrat dalam produksi hidrogen adalah limbah
biodiesel.
2
Minyak jelantah merupakan minyak yang berasal dari sisa minyak
penggorengan bahan makanan. Minyak goreng bekas selama ini selalu dianggap
sebagai limbah oleh sebagian masyarakat. Minyak jelantah yang tidak
termanfaatkan selama ini juga menjadi masalah tersendiri, karena jumlahnya yang
melimpah, serta dapat berkontribusi sebagai agen pencemar lingkungan.
Banyaknya eksplorasi yang dilakukan untuk mencari energi alternatif, membuat
minyak goreng bekas mulai dilirik pemanfaatannya. Salah satunya adalah sebagai
bahan baku untuk pembuatan biodiesel (Aziz 2008). Biodiesel dari minyak nabati
dapat dihasilkan melalui proses transesterifikasi trigliserida dari minyak goreng.
Minyak jelantah, menurut Ruhyat dan Firdaus (2006) merupakan miyak nabati yang
paling layak digunakan sebagai bahan baku biodiesel. Hal tersebut dikarenakan
jumlahnya yang melimpah sehingga efektif dapat menurunkan biaya produksi serta
dapat mengurangi angka pencemaran lingkungan akibat pembuangan limbah
minyak (Zhang et al. 2003).
Pembuatan biodiesel dengan reaksi transesterifikasi minyak goreng bekas
menghasilkan produk samping atau limbah biodiesel. Limbah (byproduct) biodiesel
ini dihasilkan sekitar 10-20 % dari total volume produk. Tahun 2010 Indonesia
memproduksi biodiesel sekitar 1,24 juta ton, dengan jumlah biodiesel sebesar itu
akan dihasilkan senyawa hasil samping biodiesel sekitar 124000-248000 ton
pertahun (Darnoko dan Cheryan 2000). Selama ini limbah biodiesel yang dihasilkan
tersebut belum dimanfaatkan secara optimal. Siregar (2008) menyebutkan bahwa
limbah biodiesel ini mengandung beberapa senyawa organik dan juga gliserol
dengan tingkat kemurnian yang rendah, yang biasa disebut dengan crude glycerol.
Crude glyserol yang dihasilkan selama ini belum banyak dimanfaatkan oleh
industri penghasil biodiesel, karena banyaknya zat pengotor (Darnoko dan Cheryan
2000). Senyawa organik dan crude glycerol yang terdapat dalam limbah biodiesel
ini dapat dimanfaatkan oleh bakteri sebagai substrat pada proses fermentasi untuk
menghasilkan biohidrogen. Oleh karena itu, dalam penelitian ini dilakukan studi
pemanfaatan limbah biodiesel sebagi substrat dalam produksi biohidrogen sebagai
energi alternatif menggunakan bakteri R. marinum.
Penelitian ini bertujuan untuk mendapatkan produksi biohidrogen dengan
memanfaatkan substrat berupa senyawa hasil samping biodiesel dari minyak
jelantah menggunakan bakteri fotosintetik R. marinum. Hasil penelitian diharapkan
dapat memperoleh formulasi media produksi yang efektif untuk menghasilkan
biohidrogen secara optimal.
METODE PENELITIAN
Penelitian ini dilaksanakan di Laboratorium Bioenergi dan Bioproses, Pusat
penelitian Bioteknologi, Lembaga Ilmu Pengetahuan Indonesia (LIPI) Cibinong,
Bogor. Penelitian ini berlangsung dari bulan Maret hingga Oktober 2015.
Alat dan Bahan
Alat-alat yang digunakan yaitu magnetic stirrer (Ika), vortex (Fisher), pH
meter (Jenway 3505), pH universal (Merck), laminar air flow (ESCO), autoklaf
(Tomy), spektrofotometer UV-Vis (Shimadzu), shaker (Certomat), sentrifuge
3
(Hitachi), syringe, lampu TL (tubular lamp, Philips) 4 x 15 watt, kromatografi gas
(GC) (HP 5890), neraca analitik, termometer, viskometer, alumunium foil, kertas
saring, buret, dan alat gelas.
Bahan-bahan yang digunakan yaitu minyak goreng bekas, stok kultur bakteri
Rhodobium marinum yang diperoleh dari NBRC, Jepang (NITE Biological
Resource Center) dengan nomor koleksi 100434, amonium sulfat (Merck),
dinatrium suksinat (Merck), ekstrak khamir (Wako), D-glukosa (Merck), K2HPO4,
KH2PO4, EDTA.2Na, H3BO3, Na2MoO4. 2H2O, ZnSO4.7H2O, MnCl2, Cu(Mo3)2.
3H2O, FeSO4. 7H2O, CaCl2. 2H2O, MgSO4. 7 H2O, HCl 1N, NaOH 1N, H2SO4
pekat, fenol 5%, indikator fenolftalein (PP), etanol 96%, etanol 70%, AgSO4
(Merck), K2Cr2O7 1N, larutan KHP (kalium hidrogen phtalat), metanol teknis,
NaOH teknis, akuades, gas N2 ultra high purity, dan gas H2 ultra high purity.
Prosedur Penelitian
Pengambilan Sampel Limbah Minyak Jelantah
Sampel limbah yang digunakan yaitu minyak jelantah yang didapat secara
acak dari beberapa rumah makan di daerah Dramaga, Bogor. Minyak jelantah
tersebut merupakan minyak bekas yang telah dipakai beberapa kali untuk
menggoreng hingga berubah warna dan tidak layak untuk digunakan kembali.
Karakterisasi Fisik (Husni dan Esmiralda 2009)
Uji karakteristik fisik meliputi uji bau dan warna. Uji ini dilakukan dengan
menghirup bau limbah minyak yang telah didapat. Sedangkan uji warna dilakukan
secara visual dengan melihat warna minyak jelantah yang telah didapat
Karakterisasi Kimia (SNI 01-3555-1998)
Uji karakterisasi kimia dilakukan dengan mengukur kadar asam lemak bebas
atau free fatty acid (FFA) dalam minyak jelantah. Sebanyak 2 g contoh minyak
ditimbang dan dimasukkan ke dalam labu erlenmeyer. Kemudian ditambahkan 50
ml alkohol 95% netral. Indikator phenolphthalein (PP) ditambahkan sebanyak 3-5
tetes pada larutan dan ditirasi dengan 0.1 N KOH standar. Akhir titrasi tercapai jika
terbentuk warna merah muda yang tidak hilang selama 0.5 menit.
Pembuatan Biodiesel (Farobie 2009)
Minyak jelantah yang telah diperoleh disaring dahulu dengan menggunakan
kertas saring. Minyak jelantah dipanaskan pada suhu 55ºC. Setelah itu ditambah
larutan yang diperoleh dari hasil pencampuran antara metanol sebanyak 225% dan
asam sulfat sebanyak 5% dari FFA minyak jelantah. Larutan diaduk pada suhu 55ºC
selama 1 jam. Larutan kemudian dimasukkan ke dalam corong pisah untuk
memisahkan ester metil asam lemak (fatty acid metil ester, FAME) + trigliserida
dan metanol yang tidak bereaksi. Lapisan bawah, yaitu larutan ester metil asam
lemak dan trigliserida dipanaskan kembali pada suhu yang sama. Setelah mencapai
suhu 55ºC, larutan kemudian ditambah larutan metoksida yang diperoleh dari hasil
pencampuran antara metanol sebanyak 15% dan kalium hidroksida sebanyak 1%
dari volume minyak jelantah. Larutan dipanaskan pada suhu yang sama selama 1
jam sehingga terbentuk biodiesel dan hasil sampingnya. Kedua larutan ini dipisah
4
dengan menggunakan corong pisah. Lapisan atas sebagai biodiesel dan lapisan atas
sebagai hasil samping biodiesel.
Karakterisasi Senyawa Hasil Samping Biodiesel (Pagliaro et al 2008)
Karakterisasi senyawa hasil samping biodiesel ini dilakukan untuk
mengetahui kondisi fisika dan kimia awal dari senyawa tersebut dengan beberapa
parameter uji. Sehingga dapat diketahui kondisi senyawa yang dihasilkan dari
percobaan sebelumnya sesuai dengan lingkungan bakteri dan layak untuk dijadikan
substrat media produksi. Karakterisasi ini juga dilakukan selama fermentasi hingga
beberapa hari. Limbah minyak jelantah yang sudah didapat dipreparasi dan diukur
pH, densitas, kandungan glukosa total, dan kebutuhan oksigen kimiawi (COD).
Penentuan pH dan Densitas
Pengukuran pH cairan sampel senyawa hasil samping biodiesel dilakukan
dengan menggunakan pH-meter yang telah dikalibrasi dengan menggunakan
larutan buffer standar. Sampel cairan langsung diukur dengan pH-meter tanpa
dilakukan pengenceran terlebih dahulu. Pengukuran densitas dilakukan dengan
menimbang 1 ml sampel hasil samping biodiesel selanjutnya ditentukan
densitasnya.
Pengukuran Kadar Gula Total (Dubois et al. 1956)
Pengukuran ini dilakukan dengan metode fenol asam sulfat. Sampel
disentrifugasi pada 6000 rpm selama 5 menit. Supernatan kemudian diencerkan 100
kali, kemudian diambil 0.5 ml dari larutan hasil pengenceran tersebut ke dalam
tabung reaksi kecil, setelah itu ditambahkan fenol 5% sebanyak 0.5 ml dan 2.5 ml
larutan H2SO4 lalu dikocok dengan vortex. Setelah dikocok, sampel didiamkan 10
menit dan diletakkan di dalam water bath dengan suhu 400C selama 20 menit.
Kadar glukosa (gula total) dalam sampel dianalisis dengan diukur absorbansinya
menggunakan spektrofotometer vis 490 nm. Sebelumnya dibuat standar glukosa
dengan konsentrasi 10, 20, 30, 40, 50, 60, 70, 80, 90 dan 100 ppm untuk
mendapatkan persamaan matematis dan regresi liner agar nilai absorbansi sampel
gula dapat diubah menjadi ppm.
Pengukuran Kebutuhan Oksigen Kimiawi (COD) (SNI 2004)
Pertama-tama dibuat reagen alkali asam sulfat dengan cara mencampurkan
1.02 g AgSO4 dan 100 ml H2SO4 di dalam labu takar. Larutan dihomogenkan
dengan magnetic stirrer. Sampel disentrifugasi dengan kecepatan 6000 rpm selama
5 menit. Kemudian supernatannya diencerkan dengan air bebas mineral. Sebanyak
1.25 ml sampel yang telah diencerkan ditambah 0.5 ml oksidator K2Cr2O7 1 N, dan
1.75 ml reagen alkali asam sulfat yang telah dibuat di lemari asam kemudian
divorteks. Sampel dimasukkan ke dalam DO meter dan dipanaskan dengan suhu
1200C selama 2 jam, kemudian didinginkan di suhu ruang. Setelah itu, sampel
diukur absorbansinya dengan spektrofotometer UV-vis pada panjang gelombang
600 nm. Sebelumnya dibuat dahulu kurva kalibrasi dari larutan KHP (kalium
hidrogen phtalat). Perhitungan kadar oksigen terlarut didasarkan pada persamaan
linier kurva.
5
Pembuatan Media Tumbuh Bakteri (Habibi 2009)
Mula-mula dibuat media dasar dengan komposisi: 1 g ekstrak khamir, 2.75 g
natrium suksinat, 1.35 g amonium sulfat, 0.75 g K2HPO4, 0.85 g KH2PO4, 2 mg
EDTA.2Na, 2.8 mg H3BO3, 0.75 mg Na2MoO4.2H2O, 0.24 mg ZnSO4.7H2O, 2.1
mg MnCl2.4H2O, 0.04 mg CuCl2.2H2O, 10 mg FeSO4.7H2O, 0.75 mg CaCl2.2H2O,
dan 0.2 g MgSO4.7H2O dalam 1L akuades. Kemudian media dasar ini dilarutkan
dalam 1 L akuades dan diaduk hingga homogen serta disesuaikan pH-nya hingga
6,8-7 dengan menggunakan larutan NaOH (Merck) 0,1 N dan HCl (Merck) 0,1 N.
Setelah itu, media tersebut disterilisasi (autoklaf 121ºC selama 15 menit).
Selanjutnya ditambahkan 250 µl biotin, 250 µl niasin, 250 µl p-aminobenzoat, dan
250 µl tiamin.
Kultivasi Bakteri (Anam 2012)
Media tumbuh yang telah steril kemudian ditambahkan stok kultur dari R.
marinum sebanyak sepersepuluh bagian (v/v) dan dikultivasi di atas shaker
(Certomat) dengan kecepatan 120 rpm yang disertai lampu TL dalam suhu kamar.
Kultur sel akan dipanen setelah mencapai OD ± 1 atau lebih dengan ditandai
semakin memerahnya warna kultur bakteri (± 2 minggu)
Pembuatan Media Produksi
Media produksi dibuat dengan cara menyampurkan bahan-bahan antara lain
ekstrak khamir, basal medium ammonium sulfate succinate yeast (ASY), dan
senyawa hasil samping biodiesel yang diperoleh dari percobaan sebelumnya.
Terdapat 3 faktor yang digunakan dalam percobaan ini, yaitu senyawa hasil
samping biodiesel sebagai faktor A, ekstrak khamir sebagai faktor B, dan basal
medium ASY sebagai faktor C. Masing-masing faktor terdiri dari 3 level
konsentrasi, yaitu senyawa hasil samping biodiesel dengan konsentrasi sebesar 1%,
4%, dan 7%, ekstrak khamir dengan konsentrasi sebesar 0.05%, 0.10%, dan 0.15%,
serta basal medium ASY dengan konsentrasi sebesar 0.5%, 1.0%, dan 1.5%. Total
dari ketiga kombinasi pelakuan tersebut akan menghasilkan 27 kombinasi media
produksi. Kombinasi media produksi dapat dilihat pada Tabel 1. Desain eksperimen
formulasi media produksi disajikan dalam Tabel 2.
Tabel 1 Komposisi media produksi
Level 1
Level 2
Level 3
Faktor A
Senyawa hasil
samping biodiesel (%)
1
4
7
Faktor B
Ekstrak khamir (%)
Faktor C
Basal medium ASY (%)
0.05
0.10
0.15
0.5
1.0
1.5
6
Tabel 2 Desain eksperimen formulasi media produksi
Sampel
A1B1C1
A1B1C2
A1B1C3
A1B2C1
A1B2C2
A1B2C3
A1B3C1
A1B3C2
A1B3C3
A2B1C1
A2B1C2
A2B1C3
A2B2C1
A2B2C2
A2B2C3
A2B3C1
A2B3C2
A2B3C3
A3B1C1
A3B1C2
A3B1C3
A3B2C1
A3B2C2
A3B2C3
A3B3C1
A3B3C2
A3B3C3
Senyawa hasil
samping biodiesel (%)
1
1
1
1
1
1
1
1
1
4
4
4
4
4
4
4
4
4
7
7
7
7
7
7
7
7
7
Ekstrak khamir (%)
Basal medium ASY (%)
0.05
0.05
0.05
0.10
0.10
0.10
0.15
0.15
0.15
0.05
0.05
0.05
0.10
0.10
0.10
0.15
0.15
0.15
0.05
0.05
0.05
0.10
0.10
0.10
0.15
0.15
0.15
0.5
1.0
1.5
0.5
1.0
1.5
0.5
1.0
1.5
0.5
1.0
1.5
0.5
1.0
1.5
0.5
1.0
1.5
0.5
1.0
1.5
0.5
1.0
1.5
0.5
1.0
1.5
Kontrol positif dibuat dengan menggunakan glukosa 1% sebagai substrat.
Selanjutnya bahan-bahan tersebut dicampurkan di dalam botol serum 120 ml
dengan volume kerja 40 ml. Kemudian, dihomogenisasi menggunakan magnetic
stirrer. Media produksi dinetralisasi hingga pH 7 dengan menambahkan NaOH 1
M atau HCl 1 M. Lalu sterilisasi menggunakan autoklaf selama 15 menit dengan
suhu 1210C 1 atm. Respon yang akan diukur dalam percobaan ini yaitu kadar
hidrogen.
Foto Fermentasi (Zaborsky 1998, Kawaguchi et al. 2001)
Fermentasi produksi hidrogen ini dilakukan secara foto fermentasi dengan
sistem fermentasi diskontinu (batch). Kultur bakteri R. marinum (umur 14 hari)
pada media tumbuh dibuat menjadi stok. OD (optical density) dari stok diperiksa
untuk mengetahui berapa ml stok dari kultur yang dibutuhkan untuk mencapai OD
0.1-0.2 pada volume media produksi, selanjutnya stok kultur disentrifugasi pada
6000 rpm selama 10 menit. Pelet yang diperoleh kemudian diresuspensi dengan
media produksi yang telah dibuat sebelumnya di dalam botol serum. Produksi
hidrogen dilakukan pada suhu ruang, yaitu sekitar ± 30°C di atas shaker dengan
kecepatan 120 rpm, dengan intensitas cahaya 60 watt/m2.
7
Analisis Gas Hidrogen (Susilaningsih et al. 2008)
Pengukuran produk fermentasi (gas H2) dilakukan menggunakan GC dengan
metode detektor TCD (thermal conductivity detector). Kolom yang digunakan
adalah kolom poropak, dengan temperatur injektor, detektor, dan kolom masingmasing adalah 150, 250, dan 80 °C. Gas pembawa yang digunakan adalah gas
nitrogen (N2). Sebanyak 1 ml sampel diinjeksikan ke dalam kolom, kemudian
hasilnya dapat dilihat pada layar monitor setelah tiga menit.
Analisis Data
Seluruh analisis statistik yang diperlukan dilakukan dengan bantuan
perangkat lunak statistika SPSS 16.0. Model percobaan yang digunakan adalah
Rancangan Acak Lengkap (RAL) dengan jenis analisis ANOVA one-way. Uji yang
digunakan adalah Uji Duncan pada taraf nyata 5%.
HASIL
Karakteristik Senyawa Hasil Samping Biodiesel
Minyak jelantah yang digunakan pada penelitian ini memiliki kadar asam
lemak bebas (free fatty acid, FFA) sebesar 3.827%. Minyak jelantah ini berwana
coklat kehitaman, keruh, dan berbau tengik, serta terdapat endapan tepung (Gambar
1). Endapan tepung pada minyak perlu dihilangkan dengan cara disaring
menggunakan kertas saring. Minyak juga perlu dipanaskan untuk menghilangkan
air yang tercampur dalam minyak.
Gambar 1 Sampel minyak jelantah
Pembuatan biodiesel dilakukan melalui reaksi transesterifikasi minyak
jelantah. Oleh karena kadar FFA yang tinggi pada minyak, maka diperlukan dua
tahap reaksi pembentukan biodiesel, yaitu tahap esterifikasi sebelum dilakukannya
tahap transesterifikasi. Tahap esterifikasi dilakukan dengan mereaksikan minyak
jelantah dengan metanol dan asam sulfat (H2SO4). Hasil dari reaksi esterifikasi
adalah diperoleh dua lapisan, lapisan bawah ialah ester metil asam lemak (fatty acid
metil ester, FAME) dan trigliserida sedangkan lapisan atas ialah sisa metanol yang
tidak bereaksi (Gambar 2). Lapisan yang digunakan untuk tahap transesterifikasi
ialah lapisan bawah. Transesterifikasi dilakukan dengan cara mereaksikan
trigliserida dengan metanol dan KOH. Hasil dari reaksi transesterifikasi yaitu
diperoleh dua lapisan, yaitu biodiesel pada lapisan atas dan senyawa hasil samping
(byproduct) biodiesel pada lapisan bawah (Gambar 2). Senyawa hasil samping
biodiesel yang diperoleh kemudian dipanaskan untuk menghilangkan sisa metanol.
8
Gambar 2 Hasil esterifikasi dan transesterifikasi
Senyawa hasil samping biodiesel yang telah diperoleh kemudian dipisahkan
dan dikarakterisasi dengan beberapa parameter. Karakterisasi tersebut dilakukan
untuk mengetahui kondisi fisika dan kimia awal senyawa yang akan digunakan
sebagai substrat dalam produksi hidrogen. Karakteristik senyawa hasil samping
pembuatan biodiesel tersebut dapat dilihat pada Tabel 3.
Tabel 3 Karakteristik senyawa hasil samping biodiesel
Parameter Uji
Gula total
Kebutuhan oksigen kimia (COD)
pH
Nilai
2700 ppm
426000 ppm
11
Berdasarkan data pada Tabel 3, dapat dilihat bahwa senyawa hasil samping
biodiesel mempunyai kadar gula total sebesar 2700 ppm dan kadar COD sebesar
4426000 ppm serta bersifat basa, dengan pH yaitu 11. Sementara, karakteristik fisik
senyawa tersebut berupa larutan berwarna coklat kehitaman, dengan densitas
sebesar 880 g/L. Nilai gula total dan COD pada Tabel 3 menunjukkan bahwa
terdapatnya senyawa organik dalam senyawa tersebut, yang akan dimanfaatkan
oleh bakteri R. marinum sebagai substrat dalam produksi hidrogen.
Kurva Pertumbuhan Bakteri
Kultivasi bakteri bertujuan untuk meremajakan dan memperbanyak sel
bakteri dari stok kultur yang lama ke dalam media tumbuh baru sehingga didapat
stok kultur bakteri yang prima, serta diharapkan mampu memproduksi gas hidrogen
dengan baik. Adapun untuk mengetahui rekam pertumbuhan R. marinum, dalam
penelitian ini dilakukan pengecekan optical density (OD) setiap hari, menggunakan
spektrofotometer pada panjang gelombang 680 nm (Gambar 2)
9
1.6
OD (λ = 680 nm)
1.2
0.8
0.4
0
0
2
4
6
8
10
12
14
16
Waktu (hari)
Gambar 3 Kurva pertumbuhan bakteri R. marinum
Kurva pertumbuhan bakteri (Gambar 3) menunjukkan bahwa nilai OD
meningkat dari hari ke-0 hingga hari ke-11. Penurunan nilai OD terjadi pada hari
ke-12, lalu meningkat kembali pada hari ke-13, dan menurun kembali pada hari ke14. Nilai OD maksimum pada penelitian ini dicapai pada hari ke-11, dengan nilai
OD sebesar 1.417 A dari OD awal sebesar 0.168 A. Berdasarkan Gambar 3, dapat
dilihat bahwa bakteri R. marinum mengalami fase log selama 12 hari, dari hari ke0 hingga hari ke-11, dengan puncak fase log pada hari ke-11. Hari ke-11 hingga
hari ke-14 merupakan fase stasioner, sedangkan fase lag tidak terlihat.
Pengaruh Kombinasi Media Produksi terhadap Produksi Hidrogen
Biohidrogen pada penelitian ini dihasilkan oleh bakteri R. marinum melalui
proses foto fermentasi. Bakteri ini mampu mengonversi substrat yang terdapat
dalam media produksi menjadi gas hidrogen. Beberapa perlakuan dilakukan untuk
memperoleh gas hidrogen tertinggi, yaitu dengan mengkombinasikan konsentrasi
dari senyawa hasil samping biodiesel, ekstrak khamir, dan basal medium ASY
dalam media produksi. Hidrogen akan dihasilkan oleh R. marinum melalui proses
foto fermentasi selama dua hari. Fermentasi dilakukan dengan sistem diskontinyu
(batch). Gas hidrogen yang dihasilkan kemudian diukur dengan meggunakan
kromatografi gas. Hasil produksi hidrogen dapat dilihat pada Tabel 4 berikut.
10
Tabel 4 Produksi hidrogen pada berbagai kombinasi media produksi
Sampel
A1B1C1
A1B1C2
A1B1C3
A1B2C1
A1B2C2
A1B2C3
A1B3C1
A1B3C2
A1B3C3
A2B1C1
A2B1C2
A2B1C3
A2B2C1
A2B2C2*
A2B2C3
A2B3C1*
A2B3C2*
A2B3C3*
A3B1C1
A3B1C2
A3B1C3
A3B2C1
A3B2C2
A3B2C3
A3B3C1
A3B3C2
A3B3C3
Kontrol*
Produksi H2 (l/l)
0.26
0.28
0.20
0.31
0.28
0.28
0.27
0.44
0.17
0.21
0.44
0.25
0.67
0.89
0.71
1.23
0.98
0.95
0.20
0.19
0.42
0.43
0.55
0.21
0.73
0.35
0.50
1.28
Keterangan : Produksi hidrogen pada berbagai perlakuan. (A1 = konsentrasi senyawa hasil samping
biodiesel 1%, A2 = konsentrasi senyawa hasil samping biodiesel 4%, A3 = konsentrasi
senyawa hasil samping biodiesel 7%, B1 = konsentrasi ekstrak khamir 0.05%, B2 =
konsentrasi ekstrak khamir 0.10%, B3 = konsentrasi ekstrak khamir 0.15%, C1 =
konsentrasi basal medium ASY 0.5%, C2 = konsentrasi basal medium ASY 1.0%, C3
= konsentrasi basal medium ASY 1.5%. Kontrol = substrat glukosa 1%. * = Produksi
hidrogen tertinggi).
Berdasarkan keseluruhan produksi gas hidrogen pada Tabel 4, produksi gas
hidrogen tertinggi ditunjukkan oleh sampel A2B3C1, dengan produksi gas hidrogen
mencapai 1.23 l/l kultur. Produksi hidrogen tertinggi kemudian dihasilkan oleh
sampel A2B3C2, sampel A2B3C3, dan sampel A2B2C2 dengan produksi hidrogen
berturut-turut sebesar 0.98 l/l kultur, 0.95 l/l kultur, dan 0.89 l/l kultur. Produksi
hidrogen tertinggi dari sampel ditunjukkan oleh sampel A2B3C1, akan tetapi
produksi gas hidrogen dari sampel tersebut masih lebih rendah dari produksi
hidrogen yang dihasilkan oleh variabel kontrol, yakni rata-rata sebanyak 1.28 l/l
kultur. Gas hidrogen dengan dari kelima sampel tersebut disajikan pada diagram di
bawah ini.
11
Produksi H2 (l/l kultur)
1.5
1.2
0.9
0.6
0.3
0
A2B2C2
A2B3C1
A2B3C2
A2B3C3
kontrol
Kombinasi sampel (%)
Gambar 4 Produksi hidrogen pada berbagai perlakuan. (A2B2C2 = konsentrasi
senyawa hasil samping biodiesel 4%, ekstrak khamir 0.1%, basal
medium ASY 1%, A2B3C1 = konsentrasi senyawa hasil samping
biodiesel 4%, ekstrak khamir 0.15%, basal medium ASY 0.5%,
A2B3C2 = konsentrasi senyawa hasil samping biodiesel 4%, ekstrak
khamir 0.15%, basal medium ASY 1%, A2B3C3 = konsentrasi senyawa
hasil samping biodiesel 4%, ekstrak khamir 0.15%, basal medium ASY
1.5%. Kontrol = substrat glukosa 1%).
Analisis ANOVA dilakukan untuk mengetahui pengaruh faktor kombinasi
media produksi terhadap jumlah gas hidrogen yang terbentuk. Berdasarkan analisis
ANOVA diperoleh p-value 0.001 pada taraf nyata 0.05 (p
MINYAK JELANTAH UNTUK PRODUKSI BIOHIDROGEN
OLEH Rhodobium marinum
DICKA WAHYU SETIASARI
DEPARTEMEN BIOKIMIA
FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM
INSTITUT PERTANIAN BOGOR
BOGOR
2016
PERNYATAAN MENGENAI SKRIPSI DAN
SUMBER INFORMASI SERTA PELIMPAHAN HAK CIPTA*
Dengan ini saya menyatakan bahwa skripsi berjudul Pemanfaatan Senyawa
Hasil Samping Biodiesel Minyak Jelantah untuk Produksi Biohidrogen oleh
Rhodobium marinum adalah benar karya saya dengan arahan dari komisi
pembimbing dan belum diajukan dalam bentuk apa pun kepada perguruan tinggi
mana pun. Sumber informasi yang berasal atau dikutip dari karya yang diterbitkan
maupun tidak diterbitkan dari penulis lain telah disebutkan dalam teks dan
dicantumkan dalam Daftar Pustaka di bagian akhir skripsi ini.
Dengan ini saya melimpahkan hak cipta dari karya tulis saya kepada Institut
Pertanian Bogor dan Pusat Penelitian Bioteknologi Lembaga Ilmu Pengetahuan
Indonesia.
Bogor, Maret 2016
Dicka Wahyu Setiasari
NIM G84110073
ABSTRAK
DICKA WAHYU SETIASARI. Pemanfaatan Senyawa Hasil Samping Biodiesel
Minyak Jelantah untuk Produksi Biohidrogen oleh Rhodobium marinum.
Dibimbing oleh MEGA SAFITHRI dan DWI SUSILANINGSIH
Biohidrogen merupakan energi alternatif terbarukan yang ramah
lingkungan dan berpotensi untuk mengatasi permasalahan energi. Biohidrogen
dapat dihasilkan oleh bakteri fotosintetik Rhodobium marinum dengan
memanfaatkan limbah organik. Penelitian ini bertujuan untuk produksi biohidrogen
dengan memanfaatkan substrat berupa senyawa hasil samping biodiesel dari
minyak jelantah menggunakan bakteri R. marinum, serta memperoleh formulasi
media produksi yang efektif untuk menghasilkan biohidrogen secara optimal.
Substrat diperoleh dari reaksi esterifikasi dan transesterifikasi minyak jelantah.
Optimasi produksi biohidrogen dilakukan dengan cara kombinasi konsentrasi
senyawa hasil samping biodiesel, ekstrak khamir, dan basal medium ASY dalam
media produksi. Gas hidrogen dianalisis menggunakan kromatografi gas. Media
produksi dengan komposisi senyawa hasil samping biodiesel 4%, ekstrak khamir
0.15%, dan basal medium ASY 0.5% merupakan kombinasi terbaik yang dapat
memproduksi hidrogen hingga 1.23 l/l kultur. Hidrogen yang diproduksi tersebut
berasal dari konsumsi gula total sebesar 182 ppm dan senyawa organik sebesar 4185
ppm yang terkandung dalam substrat.
Kata kunci: Biohidrogen, senyawa hasil samping biodiesel, Rhodobium marinum,
kromatografi gas.
ABSTRACT
DICKA WAHYU SETIASARI. The Utilization of Byproduct from Waste Cooking
Oil Biodiesel for Biohydrogen Production by Rhodobium marinum. Supervised by
MEGA SAFITHRI and DWI SUSILANINGSIH
Biohydrogen is a renewable alternative energy which is environmentally
friendly and potentially overcoming energy issues. Biohydrogen can be produced
by photosynthetic bacteria Rhodobium marinum by utilizing organic waste. The
objectives of this research were to produce by utilizing byproduct compound of
biodiesel production from waste cooking oil as the substrate for bacteria R.
marinum and to obtain the effective formula of production media for producing
biohydrogen optimally. The substrate was obtained from esterification and
transesterification reaction of waste cooking oil. The optimization of biohydrogen
production was conducted by combining the byproduct compound of biodiesel,
yeast extract, and basal medium ASY in production medium. The hydrogen gas was
analyzed using gas chromatography. Production medium containing byproduct
compound of biodiesel 4%, yeast extract 0.15%, and basal medium ASY 0.5% was
the best combination which was able to produce hydrogen up to 1.23 l/l culture.
The hydrogen production from total sugar consumption of 182 ppm and organic
compound consumption of 4185 ppm in the substrate.
Keyword : Biohydrogen, byproduct compound of biodiesel, Rhodobium marinum,
gas chromatography
PEMANFAATAN SENYAWA HASIL SAMPING BIODIESEL
MINYAK JELANTAH UNTUK PRODUKSI BIOHIDROGEN
OLEH Rhodobium marinum
DICKA WAHYU SETIASARI
Skripsi
sebagai salah satu syarat untuk memperoleh gelar
Sarjana Sains
pada
Departemen Biokimia
DEPARTEMEN BIOKIMA
FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM
INSTITUT PERTANIAN BOGOR
BOGOR
2016
PRAKATA
Bismillahirrahmanirrahim,
Puji dan syukur penulis panjatkan kepada Allah subhanahu wa ta’ala atas
segala karunia-Nya sehingga karya ilmiah ini berhasil diselesaikan. Penelitian
tentang produksi biohidrogen yang dihasilkan oleh bakteri fotosintetik ini
dilaksanakan sejak bulan Maret 2015 hingga bulan Oktober 2015, dengan judul
Pemanfaatan Senyawa Hasil Samping Biodiesel Minyak Jelantah Untuk Produksi
Biohidrogen Oleh Rhodobium marinum.
Terima kasih kasih penulis ucapkan kepada Ibu Dr Mega Safithri, SSi MSi
selaku dosen pembimbing yang telah banyak memberikan pengarahan dan saran.
Terima kasih kepada ibu Dr Dwi Susilaningsih, MPharm untuk segala bimbingan,
proyek penelitian, serta kesempatan melakukan penelitian sampai selesai di
Lembaga Ilmu Pengetahuan Indonesia (LIPI) Cibinong, Bogor. Penghargaan juga
penulis sampaikan kepada Bapak Khairul Anam, MSi Apt, Kak Peza Batamarlia
Reko, SSi, Kak Tami Astie Ulhiza, BEng, beserta seluruh staf Laboratorium
Bioenergi dan Bioproses, Pusat penelitian Bioteknologi LIPI yang telah membantu
selama penelitian berlangsung hingga pengumpulan data. Terima kasih juga kepada
rekan-rekan penelitian atas segala bantuannya dalam menyelesaikan penelitian dan
skripsi ini. Ungkapan terima kasih juga disampaikan kepada ayah, ibu, serta seluruh
keluarga atas segala do’a dan kasih sayangnya. Terima kasih juga kepada temanteman statistika yang membantu dalam mengolah data, keluarga Biokimia 48,
keluarga SEL, lingkaran ukhuwah, teman-teman Andika house, serta keluarga
Serum G IPB untuk segala do’a, bantuan, dan dukungan yang terus diberikan.
Semoga karya ilmiah ini bermanfaat.
Bogor, Maret 2016
Dicka Wahyu Setiasari
DAFTAR ISI
PENDAHULUAN
1
METODE
2
Alat dan Bahan
2
Prosedur Penelitian
3
HASIL
7
Karakterisasi Senyawa Hasil Samping Biodiesel
7
Kurva Pertumbuhan Bakteri
8
Pengaruh Kombinasi Media Produksi terhadap Produksi Hidrogen
9
Pengaruh Konsumsi Gula Total dan Senyawa Organik terhadap Hasil
Foto Fermentasi
PEMBAHASAN
12
15
Karakterisasi Senyawa Hasil Samping Biodiesel
15
Kurva Pertumbuhan Bakteri
16
Pengaruh Kombinasi Media Produksi terhadap Produksi Hidrogen
18
Pengaruh Konsumsi Gula Total dan Senyawa Organik terhadap Hasil
Foto Fermentasi
20
SIMPULAN DAN SARAN
22
DAFTAR PUSTAKA
23
LAMPIRAN
27
RIWAYAT HIDUP
39
DAFTAR TABEL
1
2
3
4
5
Komposisi media produksi
Desain eksperimen formulasi media produksi
Karakteristik senyawa hasil samping biodiesel
Produksi hidrogen pada berbagai kombinasi media produksi
Signifikasi konsentrasi masing-masing faktor terhadap produksi
hidrogen
6 Jumlah konsumsi gula total dan senyawa organik
5
6
8
10
11
13
DAFTAR GAMBAR
1
2
3
4
5
Sampel minyak jelantah
Hasil esterifikasi dan transesterifikasi minyak jelantah
Kurva pertumbuhan bakteri R. marinum
Diagram hasil produksi hidrogen
Diagram konsumsi gula total, konsumsi senyawa organik dan
produksi H2
7
8
9
11
14
DAFTAR LAMPIRAN
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
Diagram alir penelitian
Kadar asam lemak bebas (FFA)
Diagram alir pembuatan biodiesel
Kultivasi bakteri R. marinum
Foto fermentasi bakteri R. marinum
Hasil pengukuran OD bakteri R. marinum pada λ = 680 nm
Hasil produksi hidrogen pada berbagai kombinasi media produksi
Kromatogram hasil analisis gas H2 sampel A1B1C1
Hasil analisis statistika pengaruh kombinasi konsentrasi media produksi
terhadap produksi H2 menggunakan SPSS 16.00
Absorbansi standar glukosa pada λ = 490 nm
Hasil pengukuran kadar gula total
Absorbansi standar KHP pada λ = 600 nm
Hasil pengukuran kadar senyawa organik
Hasil produksi biohidrogen melalui foto fermentasi dengan berbagai
sumber substrat pada beberapa literatur
28
28
29
30
30
30
31
32
32
34
35
36
37
38
PENDAHULUAN
Energi menjadi komponen penting bagi kelangsungan hidup manusia karena
hampir semua aktivitas kehidupan manusia sangat tergantung pada ketersediaan
energi. Hari ini dan beberapa tahun ke depan, diperkirakan manusia masih akan
tergantung pada sumber energi fosil dan minyak bumi. Eksploitasi energi dari
sumber daya alam yang berlebihan terutama minyak bumi menyebabkan
menipisnya kandungan minyak bumi sehingga menimbulkan berbagai masalah,
yaitu kerusakan lingkungan, perubahan iklim global, dan krisis energi di seluruh
dunia (Irawulan 2009). Krisis energi dan kerusakan lingkungan ini memerlukan
penanganan serius, serta diperlukan usaha untuk mengurangi dampak negatif
kerusakan lingkungan dan mengembangkan sumber energi alternatif.
Perhatian masyarakat dunia saat ini semakin meningkat pada penggunaan
bahan bakar yang ramah lingkungan (green energy) dan dapat diperbaharui
(renewable energy). Saat ini banyak penelitian yang menaruh perhatian pada
produksi dan pengolahan hidrogen. Hal tersebut dikarenakan hidrogen merupakan
sumber energi yang bersih dan efisien. Dibandingkan dengan bahan bakar fosil,
hidrogen menghasilkan energi sebesar 122 kJ/g, 2.75 kali lebih besar dibandingkan
dengan bahan bakar hidrokarbon yang hanya dapat menghasilkan energi sebesar
44.36 kJ/g (Agrawal et al. 2007). Selain itu, pembakaran hidrogen di udara hanya
akan menghasilkan uap air dan energi panas. Dengan demikian, pembakaran
hidrogen tidak akan menimbulkan efek rumah kaca, penipisan lapisan ozon, atau
hujan asam. Gas hidrogen juga dapat diaplikasikan menjadi bahan bakar melalui
sistem fuel cell yang dapat menghasilkan listrik (Miyamoto 1997).
Beberapa metode dapat digunakan untuk menghasilkan hidrogen, diantaranya
adalah dengan cara steam reforming, elektrolisis, gasifikasi dan biologi (Chen et al.
2006, Kapdan dan Kargi 2006, Li dan Fang 2008, Kirtay 2011). Menurut Li dan
Fang (2008), pendekatan biologi paling efektif untuk digunakan dalam produksi
biohidrogen. Biohidrogen diproduksi secara biologi, yaitu dengan memanfaatkan
organisme mikroalga atau bakteri melalui proses fermentasi atau fotoproduksi
untuk merombak substrat organik (limbah atau non limbah) menjadi energi
hidrogen (Kotay dan Das 2008). Beberapa mikroorganisme yang dapat
menghasilkan hidrogen antara lain adalah cyanobacteria, bakteri anaerob, dan
bakteri fotosintetik. Miyake (1998) menyatakan bahwa penggunaan bakteri
fotosintetik dinilai lebih efektif, karena dapat menghasilkan hidrogen yang lebih
banyak, serta dapat memanfaatkan senyawa organik berupa limbah sebagai substrat.
Salah satu bakteri fotosintetik yang mampu memproduksi hidrogen adalah
Rhodobium marinum (Sirait 2007). Maka dari itu, dalam penelitian ini digunakan
bakteri R. marinum untuk memproduksi hidrogen.
R. marinum mampu mengubah senyawa organik menjadi gas hidrogen
dengan adanya energi cahaya. Senyawa organik yang dapat digunakan sebagai
substrat dalam produksi biohidrogen dapat berupa asam lemak, gula, selulosa, asam
laktat, dan asam organik lainnya (Ike et al. 1999, Barbosa et al. 2001, Kawaguci et
al. 2002, Li dan Fang 2008, Sirait 2007). Sementara, Miyake (1998) menyebutkan
bahwa limbah cair yang mengandung bahan-bahan organik merupakan bentuk
limbah yang paling mudah untuk dikonversi menjadi gas hidrogen. Salah satu
limbah yang dapat dijadikan substrat dalam produksi hidrogen adalah limbah
biodiesel.
2
Minyak jelantah merupakan minyak yang berasal dari sisa minyak
penggorengan bahan makanan. Minyak goreng bekas selama ini selalu dianggap
sebagai limbah oleh sebagian masyarakat. Minyak jelantah yang tidak
termanfaatkan selama ini juga menjadi masalah tersendiri, karena jumlahnya yang
melimpah, serta dapat berkontribusi sebagai agen pencemar lingkungan.
Banyaknya eksplorasi yang dilakukan untuk mencari energi alternatif, membuat
minyak goreng bekas mulai dilirik pemanfaatannya. Salah satunya adalah sebagai
bahan baku untuk pembuatan biodiesel (Aziz 2008). Biodiesel dari minyak nabati
dapat dihasilkan melalui proses transesterifikasi trigliserida dari minyak goreng.
Minyak jelantah, menurut Ruhyat dan Firdaus (2006) merupakan miyak nabati yang
paling layak digunakan sebagai bahan baku biodiesel. Hal tersebut dikarenakan
jumlahnya yang melimpah sehingga efektif dapat menurunkan biaya produksi serta
dapat mengurangi angka pencemaran lingkungan akibat pembuangan limbah
minyak (Zhang et al. 2003).
Pembuatan biodiesel dengan reaksi transesterifikasi minyak goreng bekas
menghasilkan produk samping atau limbah biodiesel. Limbah (byproduct) biodiesel
ini dihasilkan sekitar 10-20 % dari total volume produk. Tahun 2010 Indonesia
memproduksi biodiesel sekitar 1,24 juta ton, dengan jumlah biodiesel sebesar itu
akan dihasilkan senyawa hasil samping biodiesel sekitar 124000-248000 ton
pertahun (Darnoko dan Cheryan 2000). Selama ini limbah biodiesel yang dihasilkan
tersebut belum dimanfaatkan secara optimal. Siregar (2008) menyebutkan bahwa
limbah biodiesel ini mengandung beberapa senyawa organik dan juga gliserol
dengan tingkat kemurnian yang rendah, yang biasa disebut dengan crude glycerol.
Crude glyserol yang dihasilkan selama ini belum banyak dimanfaatkan oleh
industri penghasil biodiesel, karena banyaknya zat pengotor (Darnoko dan Cheryan
2000). Senyawa organik dan crude glycerol yang terdapat dalam limbah biodiesel
ini dapat dimanfaatkan oleh bakteri sebagai substrat pada proses fermentasi untuk
menghasilkan biohidrogen. Oleh karena itu, dalam penelitian ini dilakukan studi
pemanfaatan limbah biodiesel sebagi substrat dalam produksi biohidrogen sebagai
energi alternatif menggunakan bakteri R. marinum.
Penelitian ini bertujuan untuk mendapatkan produksi biohidrogen dengan
memanfaatkan substrat berupa senyawa hasil samping biodiesel dari minyak
jelantah menggunakan bakteri fotosintetik R. marinum. Hasil penelitian diharapkan
dapat memperoleh formulasi media produksi yang efektif untuk menghasilkan
biohidrogen secara optimal.
METODE PENELITIAN
Penelitian ini dilaksanakan di Laboratorium Bioenergi dan Bioproses, Pusat
penelitian Bioteknologi, Lembaga Ilmu Pengetahuan Indonesia (LIPI) Cibinong,
Bogor. Penelitian ini berlangsung dari bulan Maret hingga Oktober 2015.
Alat dan Bahan
Alat-alat yang digunakan yaitu magnetic stirrer (Ika), vortex (Fisher), pH
meter (Jenway 3505), pH universal (Merck), laminar air flow (ESCO), autoklaf
(Tomy), spektrofotometer UV-Vis (Shimadzu), shaker (Certomat), sentrifuge
3
(Hitachi), syringe, lampu TL (tubular lamp, Philips) 4 x 15 watt, kromatografi gas
(GC) (HP 5890), neraca analitik, termometer, viskometer, alumunium foil, kertas
saring, buret, dan alat gelas.
Bahan-bahan yang digunakan yaitu minyak goreng bekas, stok kultur bakteri
Rhodobium marinum yang diperoleh dari NBRC, Jepang (NITE Biological
Resource Center) dengan nomor koleksi 100434, amonium sulfat (Merck),
dinatrium suksinat (Merck), ekstrak khamir (Wako), D-glukosa (Merck), K2HPO4,
KH2PO4, EDTA.2Na, H3BO3, Na2MoO4. 2H2O, ZnSO4.7H2O, MnCl2, Cu(Mo3)2.
3H2O, FeSO4. 7H2O, CaCl2. 2H2O, MgSO4. 7 H2O, HCl 1N, NaOH 1N, H2SO4
pekat, fenol 5%, indikator fenolftalein (PP), etanol 96%, etanol 70%, AgSO4
(Merck), K2Cr2O7 1N, larutan KHP (kalium hidrogen phtalat), metanol teknis,
NaOH teknis, akuades, gas N2 ultra high purity, dan gas H2 ultra high purity.
Prosedur Penelitian
Pengambilan Sampel Limbah Minyak Jelantah
Sampel limbah yang digunakan yaitu minyak jelantah yang didapat secara
acak dari beberapa rumah makan di daerah Dramaga, Bogor. Minyak jelantah
tersebut merupakan minyak bekas yang telah dipakai beberapa kali untuk
menggoreng hingga berubah warna dan tidak layak untuk digunakan kembali.
Karakterisasi Fisik (Husni dan Esmiralda 2009)
Uji karakteristik fisik meliputi uji bau dan warna. Uji ini dilakukan dengan
menghirup bau limbah minyak yang telah didapat. Sedangkan uji warna dilakukan
secara visual dengan melihat warna minyak jelantah yang telah didapat
Karakterisasi Kimia (SNI 01-3555-1998)
Uji karakterisasi kimia dilakukan dengan mengukur kadar asam lemak bebas
atau free fatty acid (FFA) dalam minyak jelantah. Sebanyak 2 g contoh minyak
ditimbang dan dimasukkan ke dalam labu erlenmeyer. Kemudian ditambahkan 50
ml alkohol 95% netral. Indikator phenolphthalein (PP) ditambahkan sebanyak 3-5
tetes pada larutan dan ditirasi dengan 0.1 N KOH standar. Akhir titrasi tercapai jika
terbentuk warna merah muda yang tidak hilang selama 0.5 menit.
Pembuatan Biodiesel (Farobie 2009)
Minyak jelantah yang telah diperoleh disaring dahulu dengan menggunakan
kertas saring. Minyak jelantah dipanaskan pada suhu 55ºC. Setelah itu ditambah
larutan yang diperoleh dari hasil pencampuran antara metanol sebanyak 225% dan
asam sulfat sebanyak 5% dari FFA minyak jelantah. Larutan diaduk pada suhu 55ºC
selama 1 jam. Larutan kemudian dimasukkan ke dalam corong pisah untuk
memisahkan ester metil asam lemak (fatty acid metil ester, FAME) + trigliserida
dan metanol yang tidak bereaksi. Lapisan bawah, yaitu larutan ester metil asam
lemak dan trigliserida dipanaskan kembali pada suhu yang sama. Setelah mencapai
suhu 55ºC, larutan kemudian ditambah larutan metoksida yang diperoleh dari hasil
pencampuran antara metanol sebanyak 15% dan kalium hidroksida sebanyak 1%
dari volume minyak jelantah. Larutan dipanaskan pada suhu yang sama selama 1
jam sehingga terbentuk biodiesel dan hasil sampingnya. Kedua larutan ini dipisah
4
dengan menggunakan corong pisah. Lapisan atas sebagai biodiesel dan lapisan atas
sebagai hasil samping biodiesel.
Karakterisasi Senyawa Hasil Samping Biodiesel (Pagliaro et al 2008)
Karakterisasi senyawa hasil samping biodiesel ini dilakukan untuk
mengetahui kondisi fisika dan kimia awal dari senyawa tersebut dengan beberapa
parameter uji. Sehingga dapat diketahui kondisi senyawa yang dihasilkan dari
percobaan sebelumnya sesuai dengan lingkungan bakteri dan layak untuk dijadikan
substrat media produksi. Karakterisasi ini juga dilakukan selama fermentasi hingga
beberapa hari. Limbah minyak jelantah yang sudah didapat dipreparasi dan diukur
pH, densitas, kandungan glukosa total, dan kebutuhan oksigen kimiawi (COD).
Penentuan pH dan Densitas
Pengukuran pH cairan sampel senyawa hasil samping biodiesel dilakukan
dengan menggunakan pH-meter yang telah dikalibrasi dengan menggunakan
larutan buffer standar. Sampel cairan langsung diukur dengan pH-meter tanpa
dilakukan pengenceran terlebih dahulu. Pengukuran densitas dilakukan dengan
menimbang 1 ml sampel hasil samping biodiesel selanjutnya ditentukan
densitasnya.
Pengukuran Kadar Gula Total (Dubois et al. 1956)
Pengukuran ini dilakukan dengan metode fenol asam sulfat. Sampel
disentrifugasi pada 6000 rpm selama 5 menit. Supernatan kemudian diencerkan 100
kali, kemudian diambil 0.5 ml dari larutan hasil pengenceran tersebut ke dalam
tabung reaksi kecil, setelah itu ditambahkan fenol 5% sebanyak 0.5 ml dan 2.5 ml
larutan H2SO4 lalu dikocok dengan vortex. Setelah dikocok, sampel didiamkan 10
menit dan diletakkan di dalam water bath dengan suhu 400C selama 20 menit.
Kadar glukosa (gula total) dalam sampel dianalisis dengan diukur absorbansinya
menggunakan spektrofotometer vis 490 nm. Sebelumnya dibuat standar glukosa
dengan konsentrasi 10, 20, 30, 40, 50, 60, 70, 80, 90 dan 100 ppm untuk
mendapatkan persamaan matematis dan regresi liner agar nilai absorbansi sampel
gula dapat diubah menjadi ppm.
Pengukuran Kebutuhan Oksigen Kimiawi (COD) (SNI 2004)
Pertama-tama dibuat reagen alkali asam sulfat dengan cara mencampurkan
1.02 g AgSO4 dan 100 ml H2SO4 di dalam labu takar. Larutan dihomogenkan
dengan magnetic stirrer. Sampel disentrifugasi dengan kecepatan 6000 rpm selama
5 menit. Kemudian supernatannya diencerkan dengan air bebas mineral. Sebanyak
1.25 ml sampel yang telah diencerkan ditambah 0.5 ml oksidator K2Cr2O7 1 N, dan
1.75 ml reagen alkali asam sulfat yang telah dibuat di lemari asam kemudian
divorteks. Sampel dimasukkan ke dalam DO meter dan dipanaskan dengan suhu
1200C selama 2 jam, kemudian didinginkan di suhu ruang. Setelah itu, sampel
diukur absorbansinya dengan spektrofotometer UV-vis pada panjang gelombang
600 nm. Sebelumnya dibuat dahulu kurva kalibrasi dari larutan KHP (kalium
hidrogen phtalat). Perhitungan kadar oksigen terlarut didasarkan pada persamaan
linier kurva.
5
Pembuatan Media Tumbuh Bakteri (Habibi 2009)
Mula-mula dibuat media dasar dengan komposisi: 1 g ekstrak khamir, 2.75 g
natrium suksinat, 1.35 g amonium sulfat, 0.75 g K2HPO4, 0.85 g KH2PO4, 2 mg
EDTA.2Na, 2.8 mg H3BO3, 0.75 mg Na2MoO4.2H2O, 0.24 mg ZnSO4.7H2O, 2.1
mg MnCl2.4H2O, 0.04 mg CuCl2.2H2O, 10 mg FeSO4.7H2O, 0.75 mg CaCl2.2H2O,
dan 0.2 g MgSO4.7H2O dalam 1L akuades. Kemudian media dasar ini dilarutkan
dalam 1 L akuades dan diaduk hingga homogen serta disesuaikan pH-nya hingga
6,8-7 dengan menggunakan larutan NaOH (Merck) 0,1 N dan HCl (Merck) 0,1 N.
Setelah itu, media tersebut disterilisasi (autoklaf 121ºC selama 15 menit).
Selanjutnya ditambahkan 250 µl biotin, 250 µl niasin, 250 µl p-aminobenzoat, dan
250 µl tiamin.
Kultivasi Bakteri (Anam 2012)
Media tumbuh yang telah steril kemudian ditambahkan stok kultur dari R.
marinum sebanyak sepersepuluh bagian (v/v) dan dikultivasi di atas shaker
(Certomat) dengan kecepatan 120 rpm yang disertai lampu TL dalam suhu kamar.
Kultur sel akan dipanen setelah mencapai OD ± 1 atau lebih dengan ditandai
semakin memerahnya warna kultur bakteri (± 2 minggu)
Pembuatan Media Produksi
Media produksi dibuat dengan cara menyampurkan bahan-bahan antara lain
ekstrak khamir, basal medium ammonium sulfate succinate yeast (ASY), dan
senyawa hasil samping biodiesel yang diperoleh dari percobaan sebelumnya.
Terdapat 3 faktor yang digunakan dalam percobaan ini, yaitu senyawa hasil
samping biodiesel sebagai faktor A, ekstrak khamir sebagai faktor B, dan basal
medium ASY sebagai faktor C. Masing-masing faktor terdiri dari 3 level
konsentrasi, yaitu senyawa hasil samping biodiesel dengan konsentrasi sebesar 1%,
4%, dan 7%, ekstrak khamir dengan konsentrasi sebesar 0.05%, 0.10%, dan 0.15%,
serta basal medium ASY dengan konsentrasi sebesar 0.5%, 1.0%, dan 1.5%. Total
dari ketiga kombinasi pelakuan tersebut akan menghasilkan 27 kombinasi media
produksi. Kombinasi media produksi dapat dilihat pada Tabel 1. Desain eksperimen
formulasi media produksi disajikan dalam Tabel 2.
Tabel 1 Komposisi media produksi
Level 1
Level 2
Level 3
Faktor A
Senyawa hasil
samping biodiesel (%)
1
4
7
Faktor B
Ekstrak khamir (%)
Faktor C
Basal medium ASY (%)
0.05
0.10
0.15
0.5
1.0
1.5
6
Tabel 2 Desain eksperimen formulasi media produksi
Sampel
A1B1C1
A1B1C2
A1B1C3
A1B2C1
A1B2C2
A1B2C3
A1B3C1
A1B3C2
A1B3C3
A2B1C1
A2B1C2
A2B1C3
A2B2C1
A2B2C2
A2B2C3
A2B3C1
A2B3C2
A2B3C3
A3B1C1
A3B1C2
A3B1C3
A3B2C1
A3B2C2
A3B2C3
A3B3C1
A3B3C2
A3B3C3
Senyawa hasil
samping biodiesel (%)
1
1
1
1
1
1
1
1
1
4
4
4
4
4
4
4
4
4
7
7
7
7
7
7
7
7
7
Ekstrak khamir (%)
Basal medium ASY (%)
0.05
0.05
0.05
0.10
0.10
0.10
0.15
0.15
0.15
0.05
0.05
0.05
0.10
0.10
0.10
0.15
0.15
0.15
0.05
0.05
0.05
0.10
0.10
0.10
0.15
0.15
0.15
0.5
1.0
1.5
0.5
1.0
1.5
0.5
1.0
1.5
0.5
1.0
1.5
0.5
1.0
1.5
0.5
1.0
1.5
0.5
1.0
1.5
0.5
1.0
1.5
0.5
1.0
1.5
Kontrol positif dibuat dengan menggunakan glukosa 1% sebagai substrat.
Selanjutnya bahan-bahan tersebut dicampurkan di dalam botol serum 120 ml
dengan volume kerja 40 ml. Kemudian, dihomogenisasi menggunakan magnetic
stirrer. Media produksi dinetralisasi hingga pH 7 dengan menambahkan NaOH 1
M atau HCl 1 M. Lalu sterilisasi menggunakan autoklaf selama 15 menit dengan
suhu 1210C 1 atm. Respon yang akan diukur dalam percobaan ini yaitu kadar
hidrogen.
Foto Fermentasi (Zaborsky 1998, Kawaguchi et al. 2001)
Fermentasi produksi hidrogen ini dilakukan secara foto fermentasi dengan
sistem fermentasi diskontinu (batch). Kultur bakteri R. marinum (umur 14 hari)
pada media tumbuh dibuat menjadi stok. OD (optical density) dari stok diperiksa
untuk mengetahui berapa ml stok dari kultur yang dibutuhkan untuk mencapai OD
0.1-0.2 pada volume media produksi, selanjutnya stok kultur disentrifugasi pada
6000 rpm selama 10 menit. Pelet yang diperoleh kemudian diresuspensi dengan
media produksi yang telah dibuat sebelumnya di dalam botol serum. Produksi
hidrogen dilakukan pada suhu ruang, yaitu sekitar ± 30°C di atas shaker dengan
kecepatan 120 rpm, dengan intensitas cahaya 60 watt/m2.
7
Analisis Gas Hidrogen (Susilaningsih et al. 2008)
Pengukuran produk fermentasi (gas H2) dilakukan menggunakan GC dengan
metode detektor TCD (thermal conductivity detector). Kolom yang digunakan
adalah kolom poropak, dengan temperatur injektor, detektor, dan kolom masingmasing adalah 150, 250, dan 80 °C. Gas pembawa yang digunakan adalah gas
nitrogen (N2). Sebanyak 1 ml sampel diinjeksikan ke dalam kolom, kemudian
hasilnya dapat dilihat pada layar monitor setelah tiga menit.
Analisis Data
Seluruh analisis statistik yang diperlukan dilakukan dengan bantuan
perangkat lunak statistika SPSS 16.0. Model percobaan yang digunakan adalah
Rancangan Acak Lengkap (RAL) dengan jenis analisis ANOVA one-way. Uji yang
digunakan adalah Uji Duncan pada taraf nyata 5%.
HASIL
Karakteristik Senyawa Hasil Samping Biodiesel
Minyak jelantah yang digunakan pada penelitian ini memiliki kadar asam
lemak bebas (free fatty acid, FFA) sebesar 3.827%. Minyak jelantah ini berwana
coklat kehitaman, keruh, dan berbau tengik, serta terdapat endapan tepung (Gambar
1). Endapan tepung pada minyak perlu dihilangkan dengan cara disaring
menggunakan kertas saring. Minyak juga perlu dipanaskan untuk menghilangkan
air yang tercampur dalam minyak.
Gambar 1 Sampel minyak jelantah
Pembuatan biodiesel dilakukan melalui reaksi transesterifikasi minyak
jelantah. Oleh karena kadar FFA yang tinggi pada minyak, maka diperlukan dua
tahap reaksi pembentukan biodiesel, yaitu tahap esterifikasi sebelum dilakukannya
tahap transesterifikasi. Tahap esterifikasi dilakukan dengan mereaksikan minyak
jelantah dengan metanol dan asam sulfat (H2SO4). Hasil dari reaksi esterifikasi
adalah diperoleh dua lapisan, lapisan bawah ialah ester metil asam lemak (fatty acid
metil ester, FAME) dan trigliserida sedangkan lapisan atas ialah sisa metanol yang
tidak bereaksi (Gambar 2). Lapisan yang digunakan untuk tahap transesterifikasi
ialah lapisan bawah. Transesterifikasi dilakukan dengan cara mereaksikan
trigliserida dengan metanol dan KOH. Hasil dari reaksi transesterifikasi yaitu
diperoleh dua lapisan, yaitu biodiesel pada lapisan atas dan senyawa hasil samping
(byproduct) biodiesel pada lapisan bawah (Gambar 2). Senyawa hasil samping
biodiesel yang diperoleh kemudian dipanaskan untuk menghilangkan sisa metanol.
8
Gambar 2 Hasil esterifikasi dan transesterifikasi
Senyawa hasil samping biodiesel yang telah diperoleh kemudian dipisahkan
dan dikarakterisasi dengan beberapa parameter. Karakterisasi tersebut dilakukan
untuk mengetahui kondisi fisika dan kimia awal senyawa yang akan digunakan
sebagai substrat dalam produksi hidrogen. Karakteristik senyawa hasil samping
pembuatan biodiesel tersebut dapat dilihat pada Tabel 3.
Tabel 3 Karakteristik senyawa hasil samping biodiesel
Parameter Uji
Gula total
Kebutuhan oksigen kimia (COD)
pH
Nilai
2700 ppm
426000 ppm
11
Berdasarkan data pada Tabel 3, dapat dilihat bahwa senyawa hasil samping
biodiesel mempunyai kadar gula total sebesar 2700 ppm dan kadar COD sebesar
4426000 ppm serta bersifat basa, dengan pH yaitu 11. Sementara, karakteristik fisik
senyawa tersebut berupa larutan berwarna coklat kehitaman, dengan densitas
sebesar 880 g/L. Nilai gula total dan COD pada Tabel 3 menunjukkan bahwa
terdapatnya senyawa organik dalam senyawa tersebut, yang akan dimanfaatkan
oleh bakteri R. marinum sebagai substrat dalam produksi hidrogen.
Kurva Pertumbuhan Bakteri
Kultivasi bakteri bertujuan untuk meremajakan dan memperbanyak sel
bakteri dari stok kultur yang lama ke dalam media tumbuh baru sehingga didapat
stok kultur bakteri yang prima, serta diharapkan mampu memproduksi gas hidrogen
dengan baik. Adapun untuk mengetahui rekam pertumbuhan R. marinum, dalam
penelitian ini dilakukan pengecekan optical density (OD) setiap hari, menggunakan
spektrofotometer pada panjang gelombang 680 nm (Gambar 2)
9
1.6
OD (λ = 680 nm)
1.2
0.8
0.4
0
0
2
4
6
8
10
12
14
16
Waktu (hari)
Gambar 3 Kurva pertumbuhan bakteri R. marinum
Kurva pertumbuhan bakteri (Gambar 3) menunjukkan bahwa nilai OD
meningkat dari hari ke-0 hingga hari ke-11. Penurunan nilai OD terjadi pada hari
ke-12, lalu meningkat kembali pada hari ke-13, dan menurun kembali pada hari ke14. Nilai OD maksimum pada penelitian ini dicapai pada hari ke-11, dengan nilai
OD sebesar 1.417 A dari OD awal sebesar 0.168 A. Berdasarkan Gambar 3, dapat
dilihat bahwa bakteri R. marinum mengalami fase log selama 12 hari, dari hari ke0 hingga hari ke-11, dengan puncak fase log pada hari ke-11. Hari ke-11 hingga
hari ke-14 merupakan fase stasioner, sedangkan fase lag tidak terlihat.
Pengaruh Kombinasi Media Produksi terhadap Produksi Hidrogen
Biohidrogen pada penelitian ini dihasilkan oleh bakteri R. marinum melalui
proses foto fermentasi. Bakteri ini mampu mengonversi substrat yang terdapat
dalam media produksi menjadi gas hidrogen. Beberapa perlakuan dilakukan untuk
memperoleh gas hidrogen tertinggi, yaitu dengan mengkombinasikan konsentrasi
dari senyawa hasil samping biodiesel, ekstrak khamir, dan basal medium ASY
dalam media produksi. Hidrogen akan dihasilkan oleh R. marinum melalui proses
foto fermentasi selama dua hari. Fermentasi dilakukan dengan sistem diskontinyu
(batch). Gas hidrogen yang dihasilkan kemudian diukur dengan meggunakan
kromatografi gas. Hasil produksi hidrogen dapat dilihat pada Tabel 4 berikut.
10
Tabel 4 Produksi hidrogen pada berbagai kombinasi media produksi
Sampel
A1B1C1
A1B1C2
A1B1C3
A1B2C1
A1B2C2
A1B2C3
A1B3C1
A1B3C2
A1B3C3
A2B1C1
A2B1C2
A2B1C3
A2B2C1
A2B2C2*
A2B2C3
A2B3C1*
A2B3C2*
A2B3C3*
A3B1C1
A3B1C2
A3B1C3
A3B2C1
A3B2C2
A3B2C3
A3B3C1
A3B3C2
A3B3C3
Kontrol*
Produksi H2 (l/l)
0.26
0.28
0.20
0.31
0.28
0.28
0.27
0.44
0.17
0.21
0.44
0.25
0.67
0.89
0.71
1.23
0.98
0.95
0.20
0.19
0.42
0.43
0.55
0.21
0.73
0.35
0.50
1.28
Keterangan : Produksi hidrogen pada berbagai perlakuan. (A1 = konsentrasi senyawa hasil samping
biodiesel 1%, A2 = konsentrasi senyawa hasil samping biodiesel 4%, A3 = konsentrasi
senyawa hasil samping biodiesel 7%, B1 = konsentrasi ekstrak khamir 0.05%, B2 =
konsentrasi ekstrak khamir 0.10%, B3 = konsentrasi ekstrak khamir 0.15%, C1 =
konsentrasi basal medium ASY 0.5%, C2 = konsentrasi basal medium ASY 1.0%, C3
= konsentrasi basal medium ASY 1.5%. Kontrol = substrat glukosa 1%. * = Produksi
hidrogen tertinggi).
Berdasarkan keseluruhan produksi gas hidrogen pada Tabel 4, produksi gas
hidrogen tertinggi ditunjukkan oleh sampel A2B3C1, dengan produksi gas hidrogen
mencapai 1.23 l/l kultur. Produksi hidrogen tertinggi kemudian dihasilkan oleh
sampel A2B3C2, sampel A2B3C3, dan sampel A2B2C2 dengan produksi hidrogen
berturut-turut sebesar 0.98 l/l kultur, 0.95 l/l kultur, dan 0.89 l/l kultur. Produksi
hidrogen tertinggi dari sampel ditunjukkan oleh sampel A2B3C1, akan tetapi
produksi gas hidrogen dari sampel tersebut masih lebih rendah dari produksi
hidrogen yang dihasilkan oleh variabel kontrol, yakni rata-rata sebanyak 1.28 l/l
kultur. Gas hidrogen dengan dari kelima sampel tersebut disajikan pada diagram di
bawah ini.
11
Produksi H2 (l/l kultur)
1.5
1.2
0.9
0.6
0.3
0
A2B2C2
A2B3C1
A2B3C2
A2B3C3
kontrol
Kombinasi sampel (%)
Gambar 4 Produksi hidrogen pada berbagai perlakuan. (A2B2C2 = konsentrasi
senyawa hasil samping biodiesel 4%, ekstrak khamir 0.1%, basal
medium ASY 1%, A2B3C1 = konsentrasi senyawa hasil samping
biodiesel 4%, ekstrak khamir 0.15%, basal medium ASY 0.5%,
A2B3C2 = konsentrasi senyawa hasil samping biodiesel 4%, ekstrak
khamir 0.15%, basal medium ASY 1%, A2B3C3 = konsentrasi senyawa
hasil samping biodiesel 4%, ekstrak khamir 0.15%, basal medium ASY
1.5%. Kontrol = substrat glukosa 1%).
Analisis ANOVA dilakukan untuk mengetahui pengaruh faktor kombinasi
media produksi terhadap jumlah gas hidrogen yang terbentuk. Berdasarkan analisis
ANOVA diperoleh p-value 0.001 pada taraf nyata 0.05 (p