i 1,17
Etanol menurut tipenya terbagi dua, yaitu etanol sintesis yang berasal dari minyak bumi, dan bioetanol yang berasal dari biomassa tanaman. Etanol
sintesis C
2
H
5
OH sering disebut metanol atau etil alkohol, terbuat dari etilen, salah satu derivate minyak bumi atau batu bara. Bahan ini diperoleh dari proses sintesa
kimia yang disebut hidrasi, sedangkan bioetanol direkayasa dari biomassa tanaman melalui proses biologi fermentasi bahan baku yang digunakan bisa dari
bahan berpati, gula, selulosa, termasuk biomassa berselulosa yang merupakan sumber daya alam yang melimpah dan murah serta memiliki potensi untuk produksi
komersial industri etanol atau butanol [10] Bioetanol memiliki cairan bewarna jenih, berbau khas alkohol, berfasa cair pada temperatur kamar, mudah terbakar,
melalui proses sintesa kimia. Bahan baku bioetanol sebagai berikut [11] : a.
Bahan berpati, berupa singkong atau ubi kayu, ubi jalar, tepung sagu, biji jagung dan biji durian.
b. Bahan bergula, berupa molasses tetesan tebu, nira tebu, nira kelapa, nira
batang sorgum manis. c.
Bahan berselulosa, berupa limbah logging, limbah pertanian seperti jerami padi, ampas tebu, tongkol jagung, onggok, batang pisang, serbuk gergaji.
2.3 RAGI
Saccharomyces cerevisiae merupakan khamir sejati tergolong eukariot yang secara morfologi hanya membentuk blastopora berbentuk bulat lonjong, silendris,
oval atau bulat telur yang diri melalui pertunasan. Dalam fermentasi ini digunakan khamir Saccharomyces cerevisiae untuk menghasilkan glukosa. Pada penelitian ini,
mikroba yang digunakan adalah ragi Saccharomyces cervisiae. Mikroba ini mampu mengkonversi selulosa dan hemiselulosa berantai karbon 5 menjadi bioetanol.
Glukosa dapat dibuat dari pati-patian, proses pembuatannya dapat dibedakan berdasarkan zat pembantu yang dipergunakan, yaitu Hydrolisa asam dan Hydrolisa
enzyme [13]. Berdasarkan kedua jenis hydrolisa tersebut, saat ini hydrolisa enzyme lebih banyak dikembangkan, sedangkan hydrolisa asam misalnya dengan asam
sulfat kurang dapat berkembang, sehingga proses pembuatan glukosa dari pati- patian sekarang ini dilakukan dengan hydrolisa enzyme.
Universitas Sumatera Utara
i Dalam proses konversi karbohidrat menjadi gula glukosa larut air
dilakukan dengan penambahan air dan enzyme; kemudian dilakukan proses peragian atau fermentasi gula menjadi ethanol dengan menambahkan yeast atau
ragi. Reaksi yang terjadi pada proses produksi ethanolbio-ethanol secara sederhana ditujukkan pada reaksi.
C
6
H
12
O
6n Saccharomyces cervisiae
2C
2
H
5
OH + 2CO
2
Gula Etanol
Secara umum, khamir ragi dapat tumbuh dan memfermentasi gula menjadi etanol secara efisien pada pH 4,0-4,5 dan suhu 28
C-35 C. adapun aspek-aspek
fermentasi yaitu :
a. Jalur Metabolisme Khamir
Pada kondisi anaerobik, glukosa diubah menjadi etanol dan CO
2
melalui glikolisis
C
6
H
12
O
6
2C
2
H
5
OH + 2CO
2
+ ATP Dari satu gram glukosa dapat dihasilkan 0,511 gram etanol secara teoritis,
namun pada kenyataannya hanya dihasilkan 0,484 gram etanol. Melalui kondisi aerobik gula secara penuh dikonversi menjadi CO
2
, sel dan hasil samping lain tanpa etanol [13].
b. Pengaruh etanol
Etanol merupakan racun bagi khamir. Untuk kebanyakan galur, produksi etanol dan pertumbuhan etanol terhenti pada konsentrasi etanol 110-180 gl.
c. Pengaruh O
2
Gas O
2
merupakan bahan yang penting untuk pertumbuhan sel tapi tidak untuk produksi etanol. Oleh karena itu gas oksigen hanya diperlukan saat
pembibitan seeding dan awal proses fermentasi. Setelah 6 jam maka proses dilakukan secara anaerob untuk menghasilkan etanol.
Universitas Sumatera Utara
i d.
Pengaruh pH Laju fermentasi mikroba sangat sensitif terhadap perubahan pH. Nilai pH
yang optimum di dalam proses fermentasi etanol adalah 4,0 sampai 4,5.
e. Pengaruh suhu
Khamir akan tumbuh pada suhu 30 C sampai 35
C. Adapun proses fermentasi yang optimum terjadi pada suhu tinggi yaitu antara 30
C sampai 38
C. Selama proses fermentasi, sehingga terjadi kenaikan suhu. Kenaikan suhu selama fermentasi tersebut akan menurunkan ketahanan khamir terhadap
alkohol yang dihasilkan, sehingga mempercepat pembentukan asam asetat yang bersifat racun. Suhu yang terlalu tinggi akan menyebabkan rendahnya etanol
yang diperoleh, yang berhubungan dengan kinerja khamir. Sebaliknya, suhu yang terlalu rendah akan menyebabkan proses fermentasi berjalan lambat dan
tidak ekonomis. Oleh karena itu suhu harus dipertahankan pada titik optimum sehingga aktivitas metabolik sel dan pertumbuhan berjalan secara optimum.
Untuk mempertahankan suhu selama proses, biasanya fermentor dipasang pendingin internal yang berupa koil pendingin atau pendingin eksternal.
f. Pengaruh penambahan nutrient
Pertumbuhan sel dan produksi etanol serta tingginya yield dapat dicapai dengan penambahan NH
4
Cl, MgSO
4
, CaCl
2
, dan ekstrak khamir. Ion amonium menyediakan nitrogen untuk sintesa protein dan asam nukleat. Ekstrak khamir
mempunyai bahan pertumbuhan khamir berupa asam amino, purin, pirimidin, vitamin serta mineral berupa fosfor, potassium, magnesium dan kalsium,
bekerja sama dalam sel untuk perbanyakan dan pengaktifan enzim [9].
jenis ragi yang umum dikenal, yaitu: 1.Ragi
tapai yang
berbentuk padatan
bulat pipih
berwarna putih.
2. Ragi roti berbentuk butiran. 3. Ragi tempe berbentuk bubuk.
Universitas Sumatera Utara
i Ragi roti dan ragi tapai mengandung khamir yang sama yaitu saccharomices
cerevisiae. Bedanya ragi tapai dibuat dengan penambahan bumbu -bumbu dan mikroorganisme lain, sehingga tidak hanya khamir tetapi ada juga beberapa jenis
bakteri lain. Ragi tape yang digunakan sebagai inokulum.Adapun isolat-isolat yang diperoleh dari ragi tersebut terdiri atas 4 macam isolat mikroba, yaitu dua isolat
kapang dari genus Rhizopus dan dua isolat khamir yaitu satu dari genus Saccharomyces dan satu dari genus Schizosaccharomyces.Sesuai dengan
kandungan mikroba yang terdapat pada ragi tersebut, maka peranan mikroorganisme dalam proses fermentasi dibagi menjadi dua berdasarkan tahap
fermentasi, yaitu: 1.
Selama proses fermentasi kapang akan mengubah pati menjadi gula sederhana. Kapang menghasilkan enzim-
enzim α-amilase, β-amilase dan glukoamilase,
2. Setelah terbentuk gula maka khamir akan mengubah
gula menjadi alkohol, karbondioaksida dan senyawa lain. Khamir ini akan menghasilkan enzim invertase, zimase, karboksilase, maltase, melibiose,
heksokinase, L-laktase, dehidrogenase, glukose-6-fosfat dehidrogenase dan alkohol dehidrogenase.
Pada roti, Ragi ini akan bekerja bila ditambahkan dengan gula dan kondisi suhu yang hangat. Kandungan karbondioksida yang dihasilkan akan membuat suatu
adonan menjadi
mengembang dan
terbentuk pori
- pori.
Ragi untuk tempe berbeda dengan dari untuk roti dan untuk tapai. Ragi yang digunakan disini merupakan jenis kapang atau jamur yang bias membentuk benang-
benang halus [22]. Ada 2 jenis ragi yang ada dipasaran yaitu:
1. Ragi kering
Jenis ragi kering ini ada yang berbentuk butiran kecil - kecil dan ada juga yang berupa bubuk halus. Jenis ragi yang butirannya halus dan berwarna
kecokelatan ini umumnya digunakan dalam pembuatan roti. Lain halnya dengan ragi kering jauh lebih praktis dalam penggunaannya. Aroma yang
dihasilkannya pun tidak terlalu cocok karena memang khusus untuk pembuatan
Universitas Sumatera Utara
i roti. Dalam penggunaannya, hampir semua orang lebih suka menggunakannya
karena tinggal dicampur dengan adonan. 2.
Ragi Padat Sedangkan ragi padat yang bentuknya bulat pipih, sering digunakan
dalam pembuatan tapai sehingga banyak orang menyebutnya dengan ragi tapai. Ragi ini dibuat dari tepung beras, bawang putih dan kayu manis yang diaduk
hingga halus, lalu disimpan dalam tempat yang gelap selama beberapa hari hingga terjadi proses fermentasi. Ragi padat, selain dimanfaatkan untuk
fermentasi pembuatan tapai terkadang juga untuk mengempukan ikan atau membuat pindang bandeng [22].
Selama proses fermentasi dan destilasi terdapat sejumlah produk samping. Proses bioetanol untuk bahan ubi kayu mempunyai hasil samping dan limbah yang
lebih sederhana disbanding yang berbahan baku molasses. Hasil samping yang dihasilkan diantaranya ialah: Karbon dioksida CO
2
, Stillage. Adapun pertumbuhan populasi mikroba yaitu, pertumbuhan dapat diamati dari
meningkatnya jumlah sel atau massa sel berat kering sel dimana pada umumnya bakteri dapat memperbanyak diri dengan pembelahan biner yaitu dari satu sel
membelah menjadi 2 sel baru, maka pertumbuhan dapat diukur dari bertambahnya jumlah sel. Waktu yang diperlukan untuk membelah diri dari satu sel menjadi dua
sel sempurna disebut waktu generasi dan waktu yang diperlukan oleh sejumlah sel atau massa sel menjadi dua kali jumlahmassa sel semula disebut doubling time atau
waktu penggandaan dimana kecepatan pertumbuhan merupakan perubahan jumlah atau massa sel per unit waktu, seperti Gambar 2.3:
Gambar 2.3 Kurva Pertumbuhan Mikroba [26]
Universitas Sumatera Utara
i Ada 4 fase kurva pertumbuhan mikroorganisme, yaitu:
1. Fase lag Adaptasi
Jika mikroba dipindahkan kedalam suatu medium, mula-mula akan mengalami fase adaptasi untuk menyesuaikan dengan kondisi lingkungan di
sekitarnya, lamanya fase adaptasi ini dipengaruhi oleh beberapa faktor, diantaranya:
a. Medium dan lingkungan pertumbuhan.
Jika medium dan lingkungan pertumbuhan sama seperti medium dan lingkungan sebelumnya, mungkin tidak diperlukan waktu adaptasi,
tetapi jika nutrien yang tersedia dan kondisi lingkungan yang baru berbeda dengan sebelumnya, diperlukan waktu penyusaian untuk
mensintesa enzim-enzim. b.
Jumlah Inokolum. Jumlah awal sel yang semakin tinggi akan mempercepat fase adaptasi,
fase adaptasi mungkin berjalan lambat karena beberapa sebab yaitu kultur dipindahkan dari medium yang kaya nutrien ke medium yang
kandungan nutriennya.
2. Fase log Pertumbuhan eksponensial
Pada fase ini mikroba membelah dengan cepat dan konstant mengikuti kurva logaritmik dan pada fase ini kecepatan pertumbuhan sangan dipengaruhi
oleh medium tempat tumbuhnya seperti pH dan kandungan nutrient, juga kondisi lingkungan termasuk suhu dan kelembapan udara. Fase ini kultur
paling sensitif terhadap lingkungan, diakhir fasa log kecepatan pertumbuhan populasi menurun dikarenakan nutrien didalam medium sudah berkurang.
3. Fase Stationer
Pada fase ini jumlah populasi sel tetap karena jumlah sel yang tumbuh sama dengan jumlah sel yang mati dan ukuran sel pada fase ini menjadi lebih kecil
karena sel tetap membelah meskipun zat-zat nutrisi sudah habis. Karena kekurangan zat nutrisi, sel kemungkinan mempunyai komposisi yang berbeda
dengan sel tumbuh pada fase logaritmik, pada fase ini sel-sel lebih tahan
Universitas Sumatera Utara
i terhadap keadaan ekstrim seperti panas, dingin, radiasi, dan bahan-bahan
kimia.
4. Fase death Kematian
Pada fase ini sebagian populasi mikroba mulai mengalami kematian karena beberapa sebab, yaitu nutrien didalam medium sudah habis dan kecepatan
kematian bergantung pada kondisi nutrien, lingkungan, dan jenis mikroba.
2.4 Proses Pembuatan Bioetanol
