Hidrolisis Asam Bioethanol Production from Cassava with Vinasse Recycle for Fermentation

terpecah menjadi pentosa dan heksosa. Asam sulfat H 2 SO 4 merupakan asam yang dapat digunakan sebagai katalis asam selain asam klorida HCl. Hidrolisis asam dikelompokkan menjadi dua yaitu hidrolisis asam pekat dengan konsentrasi tinggi dan hidrolisis asam encer dengan konsentrasi rendah Taherzadeh Karimi 2007b. Keuntungan hidrolisis menggunakan asam konsentrasi tinggi antara lain proses hidrolisis dapat dilakukan pada suhu yang rendah dan hasil gula yang didapatkan tinggi. Namun penggunaan asam konsentrasi tinggi mempunyai kelemahan antara lain jumlah asam yang digunakan sangat banyak, potensi korosi pada peralatan produksi terutama alat yang terbuat dari besi, penggunaan energi yang tinggi untuk proses daur ulang asam dan waktu reaksi yang lama yaitu berkisar antara dua hingga enam jam. Hidrolisis menggunakan asam dengan konsentrasi rendah mempunyai keuntungan antara lain jumlah asam yang digunakan sedikit dan waktu tinggal yang sebentar. Namun kerugian dalam penggunaan asam encer dengan konsentrasi rendah antara lain membutuhkan suhu tinggi dalam proses operasinya, gula yang didapatkan sedikit, potensi korosi pada peralatan produksi terutama alat yang terbuat dari besi dan pembentukan produk samping yang tidak diharapkan Taherzadeh Karimi 2007a. Hidrolisis asam dengan konsentrasi rendah dilakukan dalam dua tahap yaitu tahap pertama yang melibatkan asam encer untuk menghidrolisis gula dari golongan pentosa yang umumnya terdapat dalam fraksi hemiselulosa. Tahap ini biasanya menggunakan H 2 SO 4 1 pada suhu 80 o C-120 o C selama 30-240 menit. Tahap kedua menggunakan asam dengan konsentrasi yang lebih tinggi untuk menghidrolisis gula yang berasal golongan heksosa seperti selulosa biasanya dilakukan dengan konsentrasi asam 5-20 H 2 SO 4 dengan suhu 180 o C. Proses hidrolisis bertahap ini dapat memaksimalkan hasil glukosa yang dihasilkan dan meminimumkan hasil samping yang tidak diinginkan Purwadi 2006. Penentuan konsentrasi asam tergantung pada ukuran, bentuk dan kadar air pada partikel lignoselulosa. Asam sulfat biasanya digunakan pada bahan terlarut dengan konsentrasi tidak melebihi 10 berat H 2 SO 4 umum digunakan tidak lebih dari 5. Penggunaan katalis asam encer selalu terjadi penambahan air yang banyak pada bahan lignoselulosa dan hal itu membutuhkan energi panas yang lebih banyak selama proses pemanasan Patent Cooperation Treaty 1998. Proses hidrolisis menggunakan konsentrasi asam encer, selain dapat menguraikan glukosa juga menghasilkan hasil samping yang dapat menghambat proses fermentasi. Hasil samping yang dapat menghambat proses fermentasi antara lain furfural, 5-hidroksimetilfurfural HMF, asam lefulenat, asam asetat, asam format, asam uronat dan lain-lainnya Taherzadeh Karimi 2007b. Hidrolisis asam pada bahan lignoselulosa, hemiselulosa merupakan komponen yang paling mudah terhidrolisis oleh asam yang akan terdegradasi menjadi xilosa, manosa, asam asetat, galaktosa arabinosa dan sejumlah kecil rhamnosa, asam glukuronat, asam metil glukronat dan asam galakturonat Morohoshi 1991; Sjӧstrӧm 1λλ3. Selulosa akan terdegradasi menjadi glukosa. Xilosa akan terdegradasi menjadi furfural dan 5-hidroksimetilfurfural HMF pada kondisi suhu dan tekanan tinggi. Komponen fenol terbentuk dari lignin yang terpecah sebagian dan juga selama proses degradasi karbohidrat Palmqvist Hahn- Hӓgerdal 2000. Lignin merupakan komponen komplek yang tersusun oleh phenylpropane yang terikat di dalam struktur tiga dimensi. Ikatan kimia terjadi di antara lignin dan hemiselulosa bahkan terkadang juga dengan selulosa. Lignin sangat tahan terhadap reaksi kimia dan enzimatik Taherzadeh 1999; Palmqvist Hahn- Hӓgerdal 2000a.

2.5 Produk Samping Fermentasi Etanol

Produk samping proses fermentasi etanol menggunakan ubi kayu ada dua macam, yaitu produk samping yang berupa padatan dan cairan. Produk samping yang berupa padatan dihasilkan dari hasil pemisahan ampas dengan cairan hidrolisat sedangkan produk samping yang berupa cairan dihasilkan pada saat proses destilasi selesai dilakukan vinasse Parnaudeu et al. 2007. Ampas ubi kayu onggok merupakan salah satu produk samping yang dihasilkan pada proses pengolahan ubi kayu. Onggok mengandung air cukup tinggi 81-85, protein kasar sekitar 1,55 dan serat kasar 10,44 bahan kering Supriyati 2009. Komponen onggok secara lengkap disajikan pada Tabel 4. Tabel 4 Komposisi onggok Parameter Komposisi Onggok a Onggok bk b Protein Kasar Karbohidrat Abu Serat Kasar Air Lemak Pati 2,2 51,8 2,4 10,8 - - - 0,48 - 0,71 7,3 13,96 1,62 0,29 Sumber: a Supriyati 2009, b Jenie et al. 1994 Vinasse merupakan produk samping proses produksi etanol yang berupa cairan sisa hasil destilasi. Satu liter produk etanol akan menghasilkan vinasse sebanyak 13 l 1:13. Berdasarkan angka perbandingan tersebut, semakin banyak etanol yang diproduksi akan semakin banyak vinasse yang dihasilkan. Jika vinasse ini tidak tertangani dengan baik maka di kemudian hari, produk samping ini akan menjadi masalah yang berdampak tidak baik bagi lingkungan Solihin 2008. Karakteristik vinasse dari bahan baku molases adalah mempunyai nilai pH sebesar 5; berat jenis 1,02 gl; C organik sebesar gKg d m; C anorganik sebesar 6,8 gKg d m; N organik sebesar 28 gKg d m; NH 4 — N sebesar 1,2 gKg d m Parnaudeau et al. 2007. Menurut Alfian 2008, vinasse yang dihasilkan dari proses pembuatan etanol di PT. PG. Rajawali II Unit PSA Palimanan mempunyai kadar COD sebesar 150.000-180.000 mgl, BOD sebesar 65.000 mgl, berwarna kuning kecoklatan, mengandung alkohol ± 0,02 dan tingkat keasaman rendah pH 3 hingga 4. Komposisi vinasse di PT. PG. Rajawali II Unit PSA Palimanan secara lengkap dapat dilihat pada Tabel 5. Tabel 5 Komposisi vinasse Parameter Komposisi Mineral 29,0 Gula reduksi 11,0 Protein 9,0 Asam Volatil 1,5 Gum 21,0 Campuran Asam Laktat 4,5 Campuran Asam Organik Lain 1,5 Gliserol 5,5 Lilin, fenol, lignin, dll 17,0 Sumber: Alfian 2008