17
tahan terhadap konsentrasi etanol dan glukosa tinggi, tahan terhadap konsentrasi garam tinggi, pH optimum serta fermentasi rendah, temperatur optimum
fermentasi sekitar 25-30 tahan terhadap stress fisika dan kimia [16].
2.3 Proses Pembuatan Bioetanol
Secara umum, keseluruhan proses pembuatan bioetanol meliputi tiga tahapan, yaitu persiapan bahan baku, fermentasi dan pemurnian.Setiap tahapan
mempengaruhi keberhasilan tahapan berikutnya. Dan untuk setiap bahan baku berbeda biasanya akan berbeda pada tahap persiapan bahan baku dan kondisi
prosesnya. Penelitian ini menggunakan rancangan variasi jumlah ragi dan lama fermentasi [19].
2.3.1 Tahap Persiapan Bahan Baku
Bahan baku bioetanol bisa diperoleh dari berbagai tanaman yang menghasilkan gula dan tepung. Pada tahap persiapan, bahan baku berupa padatan
harus dikonversi terlebih dahulu menjadi larutan gula sebelum akhirnya difermentasi untuk menghasilkan etanol, sedangkan bahan yang sudah berbentuk
larutan gula dapat langsung difermentasi. Bahan padatan dikenai perlakuan
pengecilan ukuran dan tahap pemasakan.
Tahap pemasakan bahan meliputi liquifikasi dan sakarifikasi. Pada tahap ini, tepung dikonversi menjadi gula melalui proses pemecahan menjadi gula
kompleks. Pada tahap liquifikasi dilakukan penambahan air dan enzim alfa- amilase. Proses dilakukan pada suhu 80 - 90
o
C berakhir nya proses liquifikasi ditandai dengan parameter cairan seperti sup. Tahap sakarifikasi dilakukan pada
suhu 50 - 60
o
C. Enzim yang ditambahkan pada tahap ini adalah enzim glukoamilase. Pada tahap sakarifikasi akan terjadi pemecahan gula kompleks
menjadi gula sederhana. Perlakuan sebelum proses fermentasi alkohol yaitu mengupayakan
konsentrasi gulanya menjadi 15 atau 20 . Untuk memenuhi kebutuhan nutrisi, maka ditambahkan amonium sulfat, sedangkan untuk menurunkan pH-nya
digunakan asam sulfat.Saccharomyces cerevisiae merupakan khamir yang umum digunakan dalam industri fermentasi etanol.Biasanya khamir yang digunakan
Universitas Sumatera Utara
18
sebanyak 5 dari volume. Proses fermentasi membutuhkan waktu sekitar 28 - 72 jam, tetapi biasanya 44 jam untuk menghasilkan etanol dengan konsentrasi 8 –
10 dengan suhu optimum berkisar 32 – 33
o
C [2].
2.3.2 Tahap Fermentasi
Tahap fermentasi merupakan tahap kedua dalam proses produksi bioetanol. Pada tahap ini terjadi proses pemecahan gula-gula sederhana menjadi
etanol dengan melibatkan enzim dan ragi. Fermentasi dilakukan pada kisaran suhu 27 - 32
o
C.pada tahap ini akan dihasilkan gas CO
2
sebagai produk sampingan dan sludge sebagai limbahnya. Gas CO
2
yang dihasilkan memiliki perbandingan stoikiometri yang sama dengan etanol yang dihasilkan yaitu 1 : 1. Setelah melalui
proses pemurnian, gas CO
2
dapat digunakan sebagai bahan baku gas dalam pembuatan minuman berkarbonat [17].
Fermentasi merupakan tahap paling kritis dalam produksi etanol. Semua sumber bahan baku, yaitu sumber gula, pati dan serat, setelah menjadi gula,
prosesnya sama yaitu fermentasi. Fermentasi merupakan proses biokimia di mana mikroba yang berperanan dalam fermentasi akan menghasilkan enzim yang
mampu mengonversi substrat menjadi etanol [14]. Proses pertumbuhan mikroba merupakan tahap awal proses fermentasi yang dikendalikan terutama dalam
pengembangan inokulum agar dapat diperoleh sel yang hidup. Pengendalian dilakukan dengan pengaturan kondisi medium, komposisi medium, suplai O
2
, dan agitasi.Bahkan jumlah mikroba dalam fermentor juga harus dikendalikan sehingga
tidak terjadi kompetisi dalam penggunaan nutrisi.Nutrisi dan produk fermentasi juga perlu dikendalikan, sebab jika berlebih nutrisi dan produk metabolit hasil
fermentasi tersebut dapat menyebabkan inhibisi dan represi.Pengendalian diperlukan karena pertumbuhan biomassa dalam suatu medium fermentasi
dipengaruhi banyak factor baik ekstraselular maupun faktor intraselular [23].
Dengan kata lain,fermentasi adalah perubahan struktur kimia dari bahan- bahan organik dengan memanfaatkan agen-agen biologis terutama enzim sebagai
biokatalis. Produk fermentasi dapat digolongkan menjadi 4 jenis, yaitu: 1
produk biomassa 2
produk enzim
Universitas Sumatera Utara
19
3 produk metabolit
4 produk transformasi
Dalam bioproses fermentasi memegang peranan penting karena merupakan kunci proses utama bagi produksi bahan-bahan yang berbasis
biologis. Bahan-bahan yang dihasilkan melalui fermentasi merupakan hasil-hasil metabolit sel mikroba,misalnya antibiotik, asam-asam organik, aldehid, alkohol,
fussel oil, dan sebagainya [23]. Adapun faktor-faktor yang mempengaruhi fermentasi alkohol yang perlu diperhatikan, karena tanpa adanya kondisi optimal
maka alkohol yang dihasilkan juga tidak akan maksimum. 1.
Suhu fermentasi Suhu berpengaruh terhadap aktivitas enzim serta dapat pula
mengurangihasilalkohol karena proses penguapan. 2.
pH Keasaman atau pH optimum untuk proses fermentasi antara 4,0 – 5,0. Pada
keasaman di bawah 3,0, proses fermentasi akan berkurang kecepatannya Presscot dan Dunn, 1959. Menurut Rehn dan Reed 1983, khamir sanggup tumbuh dan
efisien untuk fermentasi etanol pada pH 3,5 sampai 6,0 dengan temperatur 28 – 35
o
C. 3.
Oksigen Khamir tumbuh terbaik pada kondisi aerob, tetapi ada beberapa jenis dapat
tumbuh pada kondisi anaerob, dimana proses respirasi digantikan dengan proses fermentasi. Jumlah oksigen yang dibutuhkan substrat untuk beberapa jenis khamir
berkisar antara 2 – 30 ppm.Oksigen dapat menghambat proses fermentasi. Jika kadar oksigen cukup tinggi maka dalam sel khamir akan terjadi metabolisme
aerob atau respirasi. Pada proses respirasi, asam piruvat akan dioksidasi menjadi karbon dioksida dan air. Jika terdapat bakteri dari genus Acetobacter, maka etanol
akan diubah menjadi asam asetat. 4.
Media fermentasi Proses fermentasi adalah pembentukan etanol dan karbon dioksida dari
glukosa dengan bantuan khamir. Higgins et al. 1984 menyatakan bahwa konsentrasi gula yang paling baik untuk proses fermentasi adalah 16 - 25,
dimana akan menghassilkan etanol sebesar 6 - 12. Konsentrasi gula di atas 25
Universitas Sumatera Utara
20
memperlambat fermentasi sedangkan di atas 70 proses fermentasi akan terhenti. Hal ini disebabkan adanya tekanan osmotik. Jika konsentrasi gula dalam substrat
terlalu tinggi maka etanol yang terbentuk akan menghambat aktivitas khamir, sehingga waktu fermentasi menjadi lebih lama dan efisiensi menjadi rendah,
karena tidak semua gula dikonversi menjadi etanol. Konsentrasi gula yang terlalu rendah menjadikan proses tidak ekonomis, karena penggunaan fermentor tidak
efisien.Presscot dan Dunn 1959 mengatakan, pada proses fermentasi anggur, jika konsentrasi terlalu tinggi maka akan dihasilkan kandungan asam
menguapyang meningkat. Sedangkan konsentrasi gula terlalu rendah maka akan menghasilkan asetaldehid, gliserol, dan asam-asam mudah menguap lainnya [7].
Kemampuan mikroorganisme untuk tumbuh dan mensintesis produk pada suatu lingkungan ditentukan oleh susunan genetik organisme tersebut. Maka
dalam melakukan proses fermentasi haruslah diperhatikan. Keberhasilan pengembangan proses fermentasi, pertama bergantung kepada perolehan strain
yang baik, mengusahakan penciptaan efek parameter lingkungan terhadap pertumbuhan sel dan pembentukan produk, adapun reaksi fermentasi yaitu [1]:
C
6
H
5
O
6
n + nH
2
O
Asam
nC
6
H
12
O
6
Pati Glukosa C
6
H
12
O
6
n
yeast ragi
2C
2
H
5
OH + 2CO
2
Glukosa Ethanol Pada percobaan ini digunakan glukosa sebagai substrat utama.Hal
inidisebabakan struktur model glukosa yang sederhana sehingga mudah digunakan oleh Saccharomycess cereviceae. Glukosa digunakan sebagai sumber
energi dan sumber karbon yang digunakan untuk membentuk material penyusun sel baru.Glukosa disebut juga reducing sugar sehingga pemanfaatannya oleh
Saccharomycess cereviceae dilakukan dengan mengoksidasi glukosa yaitu dengan cara pemutusan ikatan rangkap pada gugus karbonil glukosa. Media yang
digunakandi dalam fermentasi harus memenuhi syarat-syarat sebagai berikut: 1
Mengandung nutrisi yang dibutuhkan bagi pertumbuhan sel Saccharomycesscereviceae.
2 Mengandung nutrisi yang dapat digunakan sebagai sumber energi bagi sel
Saccharomycess cereviceae.
Universitas Sumatera Utara
21
3 Tidak mengandung zat yang menghambat pertumbuhan sel.
4 Tidak terdapat kontaminan yang dapat meningkatkan persaingan dalam
penggunaan substrat. Oleh karena itu, selain glukosa, ke dalam medium fermentasi juga
ditambahkanzat-zat lain yang berfungsi sebagai sumber makronutrien dan mikronutrien serta faktor pertumbuhan.Proses pertumbuhan mikroba sangat
dinamik dan kinetikanya dapat digunakanuntuk meramal produksi biomassa dalam suatu proses fermentasi.
Faktor utama yang mempengaruhi pertumbuhan dan perilaku mikroba dapat digolongkan dalam faktor intraseluler dan faktor ekstraselular.Faktor intraselular
meliputi struktur, mekanisme, metabolisme, dan genetika.Sedangkan faktor ekstraselular meliputi kondisi lingkungan seperti pH, suhu, tekanan.Proses
pertumbuhan mikroba merupakan proses yang memiliki batas tertentu.Pada saat tertentu, setelah melewati tahap minimum, mikroba akan mengalami
fasakematian. Faktor-faktor yang dapat menyebabkan berhentinya pertumbuhan mikrobaantara lain:
1 Penyusutan konsentrasi nutrisi yang dibutuhkan dalam pertumbuhan
mikrobakarena habis terkonsumsi. 2
Produk akhir metabolisme yang menghambat pertumbuhan mikroba karena terjadinya inhibisi dan represi [23].
Khamir memiliki sekumpulan enzim yang diketahui sebagai zymase yang berperanan pada fermentasi senyawa gula, seperti glukosa menjadi etanol etil
alkohol dan karbon dioksida. Proses fermentasi alkohol hanya dapat terjadi apabila terdapat sel-sel khamir. Cepat lambatnya khamir juga dapat dipengaruhi
oleh beberapa faktor diantaranya adalah formulasi media yang digunakan sebagai proses pengembangbiakan, inokulum, tahapan fermentasi dan ketersediaan
substrat yang cukup [18]. Perlakuan sebelum proses fermentasi alkohol yaitu mengupayakan
konsentrasi gulanya menjadi 15 atau 20 . Untuk memenuhi kebutuhan nutrisi, maka ditambahkan amonium sulfat, sedangkan untuk menurunkan pH-nya
digunakan asam sulfat.Saccharomyces cerevisiae merupakan khamir yang umum digunakan dalam industri fermentasi etanol.Biasanya khamir yang digunakan
Universitas Sumatera Utara
22
sebanyak 5 dari volume. Proses fermentasi membutuhkan waktu sekitar 28 - 72 jam, tetapi biasanya 44 jam untuk menghasilkan etanol dengan konsentrasi 8 –
10 dengan suhu optimum berkisar 32 – 33
o
C [17].
2.3.3 Tahap Pemurnian
