2.5 Bioetanol
Etanol merupakan produk fermentasi yang dapat diproduksi dari substrat yang mengandung karbohidrat gula, pati atau selulosa. Etanol merupakan
kependekan dari etil alkohol C
2
H
5
OH, sering pula disebut grain alcohol atau alkohol saja. Bentuknya berupa cairan yang tidak berwana dan mempunyai bau
yang khas. Etanol atau etil alkohol merupakan senyawa yang memiliki gugus hidroksil -OH yang terikat pada atom karbon. Etanol mempunyai sifat mudah
terbakar dan mudah menguap. Etanol dapat dihasilkan melalui sintesa dari minyak bumi ataupun dengan fermentasi bahan yang mengandung gula. Bioetanol adalah
etanol yang diproduksi dari sumber daya hayati dengan cara fermentasi menggunakan bantuan S. cerevisiae. Etanol memiliki berat jenis 0,7937 gml t =
15 C; titik didih 78,32
o
C pada tekanan 766 mmHg. Sifat kimia dari etanol adalah larut dalam air dan eter; mempunyai panas pembakaran 328 Kkal. Penggunaan
etanol selama ini adalah untuk pelarut 40, bahan pembuatan asetaldehid 36, penggunaan kimiawi 15 dan lain-lain 9 Patarau 1981.
Pada proses pembuatan bioetanol terdapat tiga tahapan diantaranya : proses persiapan bahan baku, fermentasi dan destilasi. Pada proses persiapan bahan baku
yaitu liquifikasi dan sakarifikasi, bahan baku yang berupa padatan terlebih dahulu dikonversi menjadi larutan gula sebelum difermentasi. Pada bahan-bahan yang
sudah berada dalam bentuk larutan seperti mollase dan nira dapat langsung dilakukan fermentasi. Proses liquifikasi dilakukan penambahan enzim α-amilase
dan air, dan pada proses sakarifikasi dilakukan penambahan enzim glukosidase.
Pada tahapan ini proses liquifikasi dan sakarifikasi dengan enzim digantikan dengan asam seperti asam sulfat H
2
SO
4
dan asam klorida HCl dengan konsentrasi tertentu. Pada tahapan ini larutan hidrolisat yang dihasilkan dilakukan
hidrolisis untuk merubah polimer-polimer selulosa dan hemiselulosa menjadi monomer-monomer. Pada proses ini selulosa dipecah mejadi glukosa dan
hemiselulosa menjadi pentose dan hexosa Arnata 2009. Tahap fermentasi merupakan tahap kedua dalam proses pembuatan
bioetanol. Fermentasi adalah proses metabolisme yang menyangkut perubahan kimia pada substrat bahan organik, baik karbohidrat, protein, lemak, maupun
bahan-bahan lainnya, melalui kegiatan katalis biokimia yang dikenal sebagai
enzim yang dihasilkan oleh jenis mikroba spesifik Presscot dan Dunn 1981. Fermentasi dapat terjadi secara aerob memerlukan oksigen maupun anaerob
tidak memerlukan oksigen. Menurut Hidayat et al. 2006, fermentasi dapat didefinisikan sebagai perubahan gradual oleh aktivitas enzim dari beberapa
bakteri, kapang dan khamir. Etanol dapat diproduksi dari gula yang difermentasikan oleh khamir pada
kondisi yang sesuai. Penambahan khamir dapat dilakukan dalam bentuk kering sebagai suspensi. Bahan-bahan yang mengandung monosakarida C
6
H
12
O
6
sebagai glukosa dapat langsung difermentasikan, sedangkan pati selulosa dan hemiselulosa harus dihidrolisis terlebih dahulu menjadi komponen sederhana
monosakarida, untuk kemudian dapat difermentasi Sa’id 1987.
Mikroba yang digunakan pada fermentasi etanol adalah khamir. Khamir berbentuk menyerupai kapang dari kelompok Ascomycetes yang tidak berfilamen
tetapi uniseluler, umumnya berbentuk oval silinder, bulat dan batang. Pemilihan mikroba biasanya didasarkan pada jenis karbohidrat yang digunakan sebagai
medium. Untuk memproduksi alkohol dari pati dan gula digunakan Saccaharomyces cerevisiae
yang merupakan khamir yang paling populer dalam pengolahan makanan Patarau 1981. Menurut Rehm dan Reed 1981, S.
cerevisiae sering dipakai pada fermentasi etanol karena menghasilkan kadar
etanol yang tinggi, toleran terhadap kadar etanol yang tinggi, maupun pada suhu tinggi, tetap stabil selama kondisi fermentasi dan dapat bertahan hidup pada pH
rendah. Faktor-faktor yang mempengaruhi hasil etanol dari proses fermentasi adalah
suhu fermentasi, derajat keasaman, oksigen, medium fermentasi, kebutuhan nutrien dan kadar etanol Purwadi 2006. Selain hal tersebut, karakteristik dari
hidrolisat juga mempengaruhi kadar etanol yang dihasilkan proses fermentasi. Karakteristik hidrolisat yang baik untuk proses fermentasi disajikan pada Tabel 3.
Tabel 3. Karakteristik hidrolisat untuk fermentasi
No Senyawa Konsentrasi
Sumber 1.
HMF 1 gl
Alves et al. 1998 2.
Furfural 1,5 gl
Nigam 2001 3.
Total Gula 10
– 18 Frazier dan Weshoff 1978
4. Gula Pereduksi
30 Mangunwidjaja dan Suryani 1994
5. Total asam
20 ml NaOH g bahan Van Zyl et al. 1998
Tahap ketiga yaitu tahap pemurnian etanol. Pada tahap ini hidrolisat yang dihasilkan dari proses fermentasi didestilasi untuk memurnikan kandungan etanol.
Destilasi dilakukan untuk memisahkan etanol dari beer sebagian besar adalah air dan etanol. Titik didih etanol murni adalah 78
o
C sedangkan air adalah 100
o
C kondisi standar. Pemanasan larutan pada rentang suhu 78-100
o
C akan mengakibatkan sebagian besar etanol menguap, dan melalui unit kondensasi dapat
dihasilkan etanol Arnata 2009. Purwadi 2006, membagi kualitas alkohol dengan beberapa tingkatan :
1. Alkohol Teknis 96,5
Digunakan terutama untuk kepentingan industri sebagai bahan pelarut organik, bahan baku maupun bahan antara produksi berbagai senyawa
organik lainnya. 2.
Alkohol Murni 96,0 – 96,5
Digunakan terutama untuk kepentingan farmasi dan konsumsi misal untuk minuman keras.
3. Alkohol Absolut 99,7
– 99,8 Digunakan dalam pembuatan sejumlah besar obat-obatan dan juga sebagai
bahan antara dalam pembuatan senyawa-senyawa lain skala laboratorium. Alkohol jenis ini disebut Fuel Grade Ethanol F.G.E atau anhydrous
ethanol yaitu etanol yang bebas air atau hanya mengandung air minimal.
III METODOLOGI PENELITIAN
3.1 Bahan dan Alat 3.1.1 Bahan
Bahan baku utama yang digunakan dalam penelitian ini adalah ubi kayu. Bahan kimia yang digunakan di dalam penelitian ini antara lain arang aktif teknis,
H
2
SO
4
pekat, CaOH
2
, NH
4
OH, etanol dan bahan kimia untuk analisa. Mikroorganisme yang digunakan untuk fermentasi adalah S. cerevisiae dalam
betuk dry baker yeast komersial dengan merk dagang Fermipan. Bahan yang digunakan sebagai bahan tambahan untuk pertumbuhan mikroorganisme adalah
pupuk NPK dan urea.
3.1.2 Alat
Peralatan utama yang digunakan di dalam penelitian ini antara lain peralatan gelas, refraktometer merk Atago tipe Master-53M, HPLC merk Hewlett-packard,
spektrofotometer merk Hach, otoklaf, pH meter merk Beckman, vortex mixer, desity meter DMA 4500 merk Anton Paar dan seperangkat alat produksi bioetanol
skala laboratorium. 3.2 Tempat dan Waktu Penelitian
Penelitian ini dilakukan di SBRC Surfactant and Bioenergy Research Center
dan laboratorium –laboratorium di Departemen Teknologi Industri
Pertanian, Institut Pertanian Bogor. Penelitian ini dilaksakan pada bulan April –
Oktober 2010. 3.3 Tahapan Penelitian
3.3.1 Karakterisasi Ubi Kayu
Persiapan bahan baku utama penelitian diawali pemisahan lapisan kulit ari yang berwarna coklat dengan cara dikupas. Ubi kayu yang telah dibersihkan dari
kulit ari kemudian diparut menggunakan mesin parut hingga menjadi bubur ubi kayu. Bubur ubi kayu kemudian dikarakterisasi sifat kimia antara lain analisis
kadar air, kadar abu, kadar lemak, kadar protein, kadar karbohidrat, kadar pati,
kadar serat kasar, kadar selulosa, kadar hemiselulosa dan kadar lignin. Prosedur analisa karakterisasi bahan baku dapat dilihat pada Lampiran 1.
3.3.2 Penentuan Konsentrasi Bahan Baku Ubi Kayu dan Asam Sulfat H
2
SO
4
pada Proses Hidrolisis Asam
Hidrolisis asam dalam penelitian ini dilakukan dalam satu tahap menggunakan otoklaf dimana suhu dan waktu hidrolisis dilakukan secara manual.
Waktu hidrolisis dihitung ketika kondisi suhu telah tercapai. Pada tahap ini dilakukan penentuan konsentrasi bahan baku ubi kayu dan
H
2
SO
4
. Bubur ubi kayu dihidrolisis secara asam dengan beberapa perlakuan yaitu konsentrasi 15, 18, 20, 25 dan 30 gvol dengan konsentrasi H
2
SO
4
0,4 M dan konsentasi 17, 18, 20, 25 dan 30 gvol dengan konsentrasi H
2
SO
4
1 M selama 10-20 menit dengan suhu 121
o
C dan tekanan 1-1,5 bar pada otoklaf. Diagram alir proses hidrolisis asam di sajikan pada Gambar 5.
Ubi Kayu
Pemarutan
Hidrolisis asam
Hidrolisat asam
H
2
SO
4
Konsentrasi 0,4 dan 1 M Konsentrasi Bubur Ubi kayu
15,17,18,20,25 dan 30 gvol
Gambar 5. Proses hidrolisis asam Hidrolisat asam yang dihasilkan diamati secara visual dan diukur total
padatan terlarut dengan refraktometer, sehingga konsentrasi padatan dan H
2
SO
4
terbaik dapat ditentukan. Hidrolisat asam dari proses hidrolisis dengan konsentrasi padatan ubi kayu dan H
2
SO
4
terbaik dilakukan pengukuran total gula, gula pereduksi, HMF, furfural dan total asam. Perlakuan terbaik yang didapat pada
Kategori