Produksi Bioetanol Dari Nira Aren (Arenga Pinnata) Oleh Zymomonas Mobilis

PRODUKSI BIOETANOL DARI NIRA AREN (Arenga pinnata)
OLEH Zymomonas mobilis

IIS SOLIHAT

DEPARTEMEN TEKNOLOGI INDUSTRI PERTANIAN
FAKULTAS TEKNOLOGI PERTANIAN
INSTITUT PERTANIAN BOGOR
BOGOR
2016

PERNYATAAN MENGENAI SKRIPSI DAN
SUMBER INFORMASI SERTA PELIMPAHAN HAK CIPTA*
Dengan ini saya menyatakan bahwa skripsi berjudul Produksi Bioetanol dari
Nira Aren (Arenga pinnata) Oleh Zymomonas mobilis 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.
Bogor, Februari 2016
Iis Solihat
NIM F34110045

ABSTRAK
IIS SOLIHAT. F34110045. Produksi Bioetanol dari Nira Aren (Arenga pinnata)
oleh Zymomonas mobilis. Dibimbing Oleh MUHAMMAD ROMLI dan
LIESBETINI HADITJAROKO.
Ketersediaan bahan bakar minyak (BBM) sebagai energi tak terbarukan
semakin lama semakin menipis dan langka khususnya bensin, sehingga
dibutuhkan bahan bakar alternatif yang dapat menggantikan bensin. Nira aren
merupakan salah satu bahan yang sangat prospektif untuk dijadikan bioetanol
karena mengandung gula yang cukup tinggi. Penelitian ini bertujuan untuk
mendapatkan kondisi terbaik yang sesuai untuk meningkatkan rendemen
bioetanol. Fermentasi dilakukan dengan menggunakan Zymomonas mobilis pada
suhu kamar selama 72 jam. Analisa produk dilakukan setiap 12 jam. Dalam
penelitian ini dievaluasi pengaruh penggunaan konsentrasi inokulum Zymomonas
mobilis, yaitu 5%, 10%, dan 15% (v/v) serta pengaruh konsentrasi gula total pada
nira yaitu X1 (18.61%), X2 (24.77%) dan X3 (33.66%). Hasil analisa komponen

kimia pada bahan utama nira aren didapatkan kadar gula total sebesar 183.4 g/L,
kadar gula pereduksi sebesar 95.16 g/L, total karbon sebesar 8.07% ± 0.05, total
nitrogen sebesar 0.089% ± 0.02 dan urea yang dibutuhkan sebesar 1.53 g/ 100 ml.
berdasarkan hasil penelitian konsentrasi inokulum terbaik sebesar 15% (v/v) dan
konsentrasi gula X1 (18.61%). Konsentrasi gula yang terlalu tinggi menghambat
pembentukan produk. Kadar etanol tertinggi sebesar 40.75 g/L atau 4.08% (b/v)
dengan biomassa sebesar 8.05 g/L, µ maks 1.56 jam-1, Y x/s sebesar 0.01 g sel/ g
substrat, Y p/x sebesar 33.96 g etanol/g sel, Y p/s sebesar 0.27 g etanol/ g substrat,
qp sebesar 53.07 g produk/ g sel. jam, dan qs sebesar 194.20 g substrat/ g sel.jam.
Kata kunci: bioetanol, jumlah inokulum, gula total, nira aren, Zymomonas mobilis

ABSTRACT
IIS SOLIHAT. F34110045. Arenga pinnata for Bioethanol Production by
Zymomonas mobilis. Supervised by MUHAMMAD ROMLI dan LIESBETINI
HADITJAROKO.
The availability of fuel oil as a non-renewable energy are increasingly
depleted and scarce especially gasoline, so need to find an alternative fuel that can
replace gasoline. Palm juice is one of material that is highly prospective for
bioethanol production as it is contains high sugar. This study aims to get the best
conditions appropriate to increase the yield of bioethanol. Fermentation was done

by using Zymomonas mobilis at room temperature for 72 hours. Analysis of the
products was done every 12 hours. In this study evaluated the effect of using
Zymomonas mobilis inokulum concentrations of 5%, 10%, and 15% (v/v) and the
impact of the sugar concentration in the sap X1 (18.61%), X2 (22.77%) and X3
(33.66%). The result of chemical analysis showed that total sugar of palm juice
183.4 g/L, the levels of reducing sugars of 95.16 g/L, total carbon at 8.07% ±
0.05% total nitrogen at 0.089 ± 0.02 and urea required 1.53 g/100ml media. The
best result of fermentation was by adding 15% of inoculum and sugar content X1
(18.61%). Effect of inoculum concentration and concentration of sugar were
accelerate the rate of growth and the inhibition of the formation of the product to
high concentrations of sugar. Results of the highest ethanol content was 40.75 g/L
or 4.08% (b/v), biomass 8.05 g/L, µ max 1.56 h-1, Y x/s 0.01 g cell/ g substrate, Y p/x
33.96 g ethanol/g cell, Y p/s 0.27 g ethanol/ g substrate, qp 53.07 g product/ g cell.
h, dan qs 194.20 g substrate/ g cell.h.
Keywords: bioethanol, sugar palm, total sugar, inoculum, Zymomonas mobilis

PRODUKSI BIOETANOL DARI NIRA AREN (Arenga pinnata)
OLEH Zymomonas mobilis

Skripsi

sebagai salah satu syarat untuk memperoleh gelar
Sarjana Teknologi Pertanian
pada
Departemen Teknologi Industri Pertanian

DEPARTEMEN TEKNOLOGI INDUSTRI PERTANIAN
FAKULTAS TEKNOLOGI PERTANIAN
INSTITUT PERTANIAN BOGOR
BOGOR
2016

PRAKATA
Puji dan syukur penulis panjatkan kepada Allah subhanahu wa ta’ala atas
segala karunia-Nya, sehingga karya ilmiah ini berhasil diselesaikan. Tema yang
dipilih dalam penelitian yang dilaksanakan sejak bulan April 2015 sampai
Februari 2016 ini adalah Produksi Bioetanol dari Nira Aren (Arenga pinnata)
Oleh Zymomonas mobilis.
Dalam pembuatan karya tulis ini penulis mendapat banyak bantuan dari
banyak pihak, khususnya penulis ucapkan terima kasih kepada:
1. Terima kasih pula penulis ucapkan kepada ibu, kakak dan nenek yang

selalu ada dan mendukung dari fisik maupun mental serta Almarhum
Bapak yang selalu menjadi pemacu semangat.
2. Bapak Prof Dr Ir Muhammad Romli, M Sc St dan Ibu Dr Ir Liesbetini
Haditjaroko, MS selaku pembimbing yang telah memberikan arahan
selama penelitian dan penulisan skripsi.
3. Terima kasih kepada Dr Prayoga Suryadarma, STP, MT sebagai dosen
penguji.
4. Terima kasih kepada keluarga Bpk. Teddy selaku orang tua asuh.
5. Terima kasih kepada teman-teman Teknologi Industri Pertanian angkatan
48 yang selalu memberi dukungan dan semangat.
6. Terima kasih kepada seluruh Laboran Teknologi Industri Pertanian.
semoga skripsi ini bermanfaat.

Bogor, Februari 2016
Iis Solihat

DAFTAR ISI

DAFTAR TABEL
DAFTAR GAMBAR

DAFTAR LAMPIRAN
PENDAHULUAN
Latar Belakang
Perumusan Masalah
Tujuan Penelitian
Manfaat Penelitian
Ruang Lingkup Penelitian
METODOLOGI PENELITIAN
HASIL DAN PEMBAHASAN
Karakteristik Nira Aren
Hasil Fermentasi
Penentuan Konsentrasi Inokulum Terbaik
Penetapan Konsentrasi Gula Terbaik
SIMPULAN DAN SARAN
Simpulan
Saran
DAFTAR PUSTAKA
LAMPIRAN
RIWAYAT HIDUP

xi
xii
xiii
1
1
2
2
2
2
3
7
7
8
8
14
21
21
22
22
25

43

DAFTAR TABEL
1 Variabel Perlakuan
2 Karakteristik Nira Aren (pada 100 ml)
3 Hasil perbandingan parameter kinetika pada konsentrasi inokulum 5%,
10%, dan 15%
4 Hasil perbandingan parameter kinetika pada konsentrasi inokulum X1,
X2, dan X3.
5 Kinetika fermentasi pada konsentrasi inokulum 15% dan konsentrasi gula
186.1 g/L
6 Perkiraan produktivitas etanol tanaman aren per hektar

5
7
13
18
20
21

DAFTAR GAMBAR
1
2
3
4

Diagram Alir Tahapan Penelitian
Grafik biomassa kering pada berbagai konsentrasi inokulum
Kurva Pertumbuhan
Grafik kadar etanol pada berbagai konsentrasi inokulum 5%, 10% dan
15%
5 Grafik kadar gula pereduksi pada penentuan konsentrasi inokulum
6 Grafik total gula pada penentuan konsentrasi inokulum
7 Grafik biomassa kering pada penentuan kandungan gula
8 Grafik kadar etanol pada berbagai konsentrasi gula X1, X2 dan X3
9 Grafik kadar gula pereduksi pada penentuan kandungan gula
10 Grafik total gula pada penentuan kandungan gula
11 Grafik hubungan antara kadar etanol, biomassa sel dan kadar gula sisa
12 Grafik laju pertumbuhan spesifik

3
9
9
10
12
13
14
15
16
17
19
20

DAFTAR LAMPIRAN
1
2
3
4
5
6

7

Analisis Karakterisasi Bahan
Prosedur Analisa Total Gula dan Gula Pereduksi
Analisis hasil fermentasi
Perhitungan Rasio C/N
Hasil Fermentasi
Perhitungan Anova
Kinetika Fermentasi Konsentrasi Inokulum dan Konsentrasi gula terbaik

25
26
28
29
30
36
42

1

PENDAHULUAN

Latar Belakang
Bioetanol merupakan bahan bakar alternatif bensin yang dapat dibuat dari
bahan organik seperti, singkong, ubi, nira aren dan bahan yang mengandung gula
lainnya. Aren (Arenga pinnata MERR) termasuk salah satu jenis tanaman palma,
yang tersebar hampir di seluruh wilayah Indonesia, terutama di 14 provinsi, yaitu
Papua, Maluku, Maluku Utara, Sumatera Utara, Sumatera Barat, Jawa Barat, Jawa
Tegah, Banten, Sulawesi Utara, Sulawesi Selatan, Sulawesi Tenggara, Bengkulu,
Kalimantan Selatan dan Aceh dengan total luas areal sekitar 70.000 Ha. Bioetanol
yang dihasilkan dari nira aren mempunyai prospek yang lebih tinggi dibandingkan
dengan menggunakan umbi-umbian. Hal ini disebabkan jumlah nira aren di
Indonesia melimpah dan belum termanfaatkan secara keseluruhan. Potensi
tanaman aren untuk dijadikan etanol saat ini sudah cukup besar yaitu mencapai
1.43 juta KL bioetanol per tahun (Efendi 2010), serta kandungan gula nira aren
yang berkisar pada 6˗16% merupakan kandungan gula yang baik untuk fermentasi
(Tangkuman et al. 2010).
Pembuatan bioetanol dilakukan dengan bantuan mikroba dalam proses
fermentasinya. Mikroba yang dapat digunakan salah satunya yaitu Zymomonas
mobilis. Zymomonas mobilis merupakan mikroba yang termasuk ke dalam jenis
bakteri yang dapat memecah glukosa, fruktosa dan sukrosa menjadi etanol. Selain
itu, sifat Zymomonas mobilis memiliki keuntungan dibandingkan Saccharomyces
cerevisiae yaitu, produktivitas yang lebih tinggi dan waktu fermentasi yang lebih
cepat karena konsumsi gula yang lebih cepat, sehingga didapatkan rendemen
bioetanol yang lebih efisien (Springer (1996), Gunasekaran dan Raj (1999);
Glazer dan Nikaido (2007); Letti et al. (2012). Produktivitas Zymomonas mobilis
yang tinggi menunjukkan bahwa laju pertumbuhan Z. mobilis lebih cepat
dibandingkan dengan Saccharomyces cerevisiae. Untuk mempercepat laju
pertumbuhan maka dilakukan pengaturan media. Faktor penting dalam pembuatan
bioetanol ini yaitu konsentrasi mikroba yang ditambahkan dan konsentrasi gula
dalam media. Konsentrasi inokulum yang ditambahkan dalam nira harus sesuai
dengan substrat yang ada untuk mendapatkan kadar etanol tinggi. Kandungan gula
dalam nira juga merupakan faktor penentu dalam pembentukan bioetanol oleh
mikroba.
Etanol didapatkan melalui fermentasi dengan mengubah gula yang
terdapat dalam media menjadi produk yaitu etanol dengan bantuan mikroba. Akan
tetapi untuk mendapatkan hasil terbaik penambahan mikroba harus sesuai dengan
media yang akan difermentasikan. Hal tersebut harus dilakukan untuk
mendapatkan media terbaik, sehingga didapatkan produk yaitu etanol tinggi.
Diperlukan penelitian untuk mengetahui persentase inokulum terbaik yang dapat
menghasilkan etanol tinggi. Dosis inokulum yang semakin besar terlalu tinggi
dengan lingkungan yang tidak sesuai dengan habitat Zymomonas mobilis
menyebabkan pengurangan kelangsungan hidup sel (Gibbons dan Westby (1986);
Osho (2005)). Gula merupakan salah satu faktor yang penting dalam proses
fermentasi. Gula merupakan substrat yang dibutuhkan mikroba Zymomonas
mobilis yang akan diubah menjadi etanol. Gula yang dapat dikonsumsi oleh

2

Zymomonas mobilis yaitu sukrosa, glukosa, dan fruktosa. Sukrosa dalam bahan
akan diubah terlebih dahulu menjadi glukosa dan fruktosa (Sahm et al. 2006).
Menurut Cazetta et al. (2007) Zymomonas mobilis memanfaatkan jalur EntnerDoudoroff untuk memfermentasi glukosa, fruktosa dan sukrosa menjadi piruvat.
Z. mobilis memiliki waktu fermentasi yang lebih singkat dan hasil etanol
yang lebih tinggi dibandingkan dengan Saccharomyces (Pleitt 2010). Pada nira
dengan kualitas baik, kandungan gula terbanyak yaitu sukrosa. Semakin rusak
nira, sukrosa akan menurun dan kandungan gula invert akan meningkat.
Penentuan persentase konsentrasi gula dilakukan untuk mengetahui konsentrasi
gula terbaik dalam melakukan fermentasi nira aren menjadi bioetanol. Selain itu,
penelitian ini dilakukan untuk mengetahui pengaruh konsentrasi gula dalam
fermentasi yang dilakukan oleh mikroba yaitu Zymomonas mobilis. Konsentrasi
gula yang tinggi menyebabkan produksi etanol menurun secara signifikan akibat
adanya efek inhibisi substrat (Cazetta et al. 2007; Pleitt 2010).
Perumusan Masalah
Mengacu pada konteks dan fokus penelitian, masalah penelitian yang dapat
dirumuskan adalah pemanfaatan nira aren yang memiliki kandungan gula yang
cukup tinggi sebagai bahan baku fermentasi bioetanol. Perbedaan konsentrasi gula
dan perbedaan konsentrasi inokulum akan berpengaruh terhadap rendemen
bioethanol yang dihasilkan.
Tujuan Penelitian
Penelitian ini bertujuan untuk mendapatkan konsentrasi gula terbaik dan
jumlah inokulum bakteri Zymomonas mobilis terbaik, sehingga dapat
meningkatkan rendemen bioetanol yang dihasilkan dari nira aren.
Manfaat Penelitian
Manfaat yang diharapkan dari penelitian ini yaitu mendapatkan hasil
rendemen bioetanol yang tinggi dari bahan baku nira aren dan penggunaan
Zymomonas mobilis.
Ruang Lingkup Penelitian
Ruang lingkup penelitian ini adalah:
1. Karakterisasi nira aren sebagai bahan baku bioetanol
2. Fermentasi Nira aren dengan bantuan bakteri Zymomonas mobilis
3. Pengujian kualitas bioetanol dan rendemen bioetanol yang didapat
4. Perbandingan rendemen bioetanol dengan perbedaan kadar gula dan
perbedaan konsentrasi inokulum mikroba.

3

METODOLOGI PENELITIAN
Bahan dan Peralatan
Bahan Baku
Bahan baku utama yang digunakan adalah nira aren yang diperoleh dari
Kecamatan Karangmande, Kabupaten Cianjur dan mikroba yang digunakan untuk
fermentasi bioetanol adalah Zymomonas mobilis yang diperoleh dari Laboratorium
Bioindustri, Departemen Teknologi Industri Pertanian, Fakultas Teknologi
Pertanian, Institut Pertanian Bogor.
Bahan Kimia
Bahan yang digunakan dalam penelitian berupa bahan untuk pertumbuhan
antara lain PDA, ekstrak khamir, ammonium sulfat, glukosa, magnesium sulfat,
kalium dihidrogen orthofosfat, dan urea. Bahan kimia yang digunakan untuk
analisa antara lain, H2SO4 pekat, fenol 5%, larutan DNS, larutan glukosa standar,
alkohol 70%, etanol 95%, Ca(OH)2, HCl 0.01 N, H2SO4 0.32, NaOH 1.25 N,
NaOH 0.2 N, Na – K Tartarat, dan Na – metabisulfit.
Peralatan
Peralatan yang digunakan yaitu labu Erlenmeyer 1000 ml, labu
Erlenmeyer 100 ml, shaker (inkubator goyang), gelas piala 2000 ml, gelas ukur
100 ml, oven, tabung ulir, jarum Ose, kapas, autoklaf, termometer, cawan
aluminium, desikator, pipet, penangas air, spektrofotometer UV-Vis, timbangan
analitik, pH meter Beckman, buret, pipet mikro, pipet volumetrik, destilator, dan
piknometer.
Tahapan Penelitian

Gambar 1 Diagram Alir Tahapan Penelitian

4

Penyiapan Inokulum
Pada proses penyiapan inokulum, bahan yang digunakan dalam pembuatan
agar miring yaitu PDA. PDA sebanyak 4 gram dilarutkan dalam aquades hingga
volumenya 100 ml kemudian dididihkan sampai semua agar melarut dan di
masukkan ke dalam tabung reaksi masing-masing 6 ml, dan mulut tabung ditutup
dengan kapas. Setelah itu agar dalam tabung reaksi disterilkan dalam autoclave
pada suhu 121oC selama 15 menit, lalu didinginkan dalam posisi miring, setelah
agar mengeras, biakan murni diambil dengan kawat Ose steril dalam agar miring
dan digoreskan pada permukaan media agar yang baru dan tabung reaksi ditutup
kembali dengan kapas kemudian diinkubasi pada suhu 30oC (Widjaja et al. 2008).
Pada tahap preculture, agar miring tersebut diambil koloni yang terbentuk
pada media agar. Koloni tersebut selanjutnya ditanam dalam media cair dengan
volume 10 ml yang terdiri dari 20 g/L glukosa, 10 g/L ekstrak khamir, 1 g/L
kalium dihidrogen orthofosfat, 1 g/L amonium sulfat dan 1 g/L magnesium sulfat
dengan suhu 30oC selama 18 jam hingga 20 jam menggunakan inkubator goyang.
Kemudian dilakukan penyiapan inokulum dengan volume 500 ml menggunakan
bahan media yang sama. Biakan Zymomonas mobilis yang digunakan dalam
penelitian ini berumur 18 jam hingga 20 jam (fase eksponensial). Hal ini
disebabkan biakan diatas 20 jam Zymomonas mobilis sudah masuk ke dalam fase
stasioner (Tanate dan Surya 2012).
Karakterisasi Nira Aren
Nira aren yang didapat dari Kecamatan Karangmande Kabupaten Cianjur
dikarakterisasi terlebih dahulu. Karakterisasi yang dilakukan berupa uji kadar air,
kadar abu, kadar protein, kadar gula pereduksi, dan kadar total gula (Lampiran 1).
Hasil uji karakteristik tersebut digunakan untuk menghitung rasio C/N sebagai
acuan penambahan urea ke dalam media fermentasi.
Persiapan Bahan
Nira aren yang digunakan untuk fermentasi disterilisasi dalam otoklaf
selama 15 menit dengan suhu 121oC untuk membunuh dan menghentikan aktivitas
mikroba lain yang tidak diinginkan dalam fermentasi. Kemudian dilakukan
pengaturan pH dan pemenuhan sumber nitrogen dengan penambahan urea sesuai
dengan perhitungan C/N yang mengacu pada penelitian yang dilakukan
Puspitasari (2014).
Fermentasi
Fermentasi dilakukan sebanyak 2 tahap dapat dilihat pada Tabel 1, sebagai
berikut:

5

Tabel 1 Variabel Perlakuan

Tahap penelitian 1
(Konsentrasi
Inokulum )
Tahap penelitian 2
(Kadar gula total)

Kode konsentrasi
inoculum
I1
I2
I3
Kode konsentrasi gula
X1
X2
X3

Konsentrasi (%v/v)
5
10
15
Konsentrasi (%b/v)
18.61
24.77
33.66

Tahap penelitian pertama yaitu melakukan fermentasi untuk menentukan
konsentrasi inokulum terbaik. Menurut Widjaja et al. (2008), pembuatan bioetanol
dari nira yaitu mencampur nira dengan mikroba (v/v) sesuai dengan konsentrasi
inokulum yang diinginkan yaitu 5%, 10%, dan 15%. Fermentasi dilakukan secara
anaerobik pada suhu ruang 30oC secara batch dengan waktu 72 jam dengan
menggunakan pH awal 5.5, kemudian dilakukan analisis setiap 12 jam.
Penggunaan pH tersebut sesuai menurut Cazetta et al. (2007) bahwa Zymomonas
mobilis memiliki toleransi terhadap pH dari 3.5 - 7.5 dan terbaik pada kisaran 5.0
– 7.0. Walaupun dalam jumlah yang sedikit oksigen tetap diperlukan dalam proses
fermentasi oleh mikroba untuk menjaga kehidupan dalam konsentrasi sel tinggi
(Nowak 2000).
Pada tahap penelitian kedua, fermentasi dilakukan untuk mendapatkan
konsentrasi gula total terbaik. Pada rencana awal penelitian, konsentrasi gula yang
digunakan merupakan konsentrasi yang telah ditetapkan yaitu 15%, 20%, dan
25%. Pada selang konsentrasi tersebut, Zymomonas mobilis masih bisa hidup.
Akan tetapi, konsentrasi yang ditetapkan dan didapatkan dalam proses pemekatan
(pemanasan) tidak sesuai, sehingga konsentrasi gula yang digunakan tercantum
dalam Tabel 1. Tahapan fermentasi pada tahap penelitian kedua sama dengan
tahapan fermntasi pada tahap pertama. Perbedaannya pada tahap ini, nira yang
didapat dilakukan pemanasan terlebih dahulu untuk mendapatkan konsentrasi gula
berbeda.
Pengambilan Sampel
Pengambilan sampel dilakukan setiap 12 jam sekali hingga waktu
fermentasi berlangsung 72 jam. Sampel diambil dalam keadaan aseptis di dalam
clean bench. Sampel yang diambil dipisahkan untuk uji lanjut yaitu konsentrasi
bioetanol dan konsentrasi biomassa dengan sentrifugasi.
Destilasi dilakukan untuk memisahkan etanol dari cairan kultivasi
(sebagian besar adalah air dan etanol). Titik didih etanol murni adalah 78oC
sedangkan air adalah 100oC (kondisi standar) dengan memanaskan larutan pada
suhu rentang 78oC-100oC akan mengakibatkan sebagian besar etanol menguap
dan melalui unit kondensasi akan menghasilkan etanol dengan konsentrasi 95%
(Dwiastuti 2008).
Sentrifugasi dilakukan untuk mendapatkan biomassa kering. Sentrifugasi
dilakukan pada kondisi 10000 rpm selama 5 menit. Biomassa yang mengendap

6

dipisahkan dengan supernatant. Kemudian, endapan biomassa dimasukkan dalam
oven suhu 50oC selama 24 jam kemudian ditimbang untuk mendapatkan biomassa
kering. Supernatant yang telah dipisahkan untuk diuji gula pereduksi sisa dan total
gula.
Pengamatan dan Analisa
Pengamatan dan analisa fermentasi yaitu pH, biomassa, gula pereduksi
sisa, total gula, dan kadar etanol. Prosedur pengujian terdapat pada Lampiran 2
dan Lampiran 3.
Kinetika Fermentasi
Perhitungan laju pertumbuhan spesifik (µ) adalah sebagai berikut.

Menurut Stanbury dan Whitaker (1993), pada kondisi fermentasi batch
laju pertumbuhan spesifik konstan dan tidak tergantung perubahan konsentrasi
nutrisinya, sehingga terintegrasi menjadi:
∫

Dimana:
µ
: laju pertumbuhan spesifik (jam-1)
x2
: biomassa sel pada saat t (g/L)
x1
: biomassa sel awal (g/L)
t
: waktu (jam)
Sehingga dapat dirumuskan, sebagai berikut:

Parameter kinetika fermentasi lainnya yang menunjukkan konversi
substrat menjadi produk adalah efisiensi pemakaian substrat terhadap
pembentukan sel dan produk (Yx/s dan Yp/s), serta rendemen pembentukan produk
terhadap sel (Yp/x) (Collins dan Walter dalam Bouwkamp 1985) selain itu dihitung
pula nilai laju pembentukan produk spesifik (qp), dan laju penggunaan substrat
spesifik (qs). Berikut merupakan rumus perhitungan parameter kinetika
fermentasi.
⁄

⁄

⁄

7

HASIL DAN PEMBAHASAN
Karakteristik Nira Aren
Nira aren adalah cairan manis yang keluar dari tandan bunga jantan dan
berwarna jernih dan agak keruh. Nira aren mudah mengalami kerusakan karena
dipengaruhi oleh kondisi lingkungan selama penyadapan dan pengangkutan ke
tempat pengolahan dan kerusakan akibat fermentasi. Fermentasi tersebut
disebabkan adanya aktivitas enzim invertase yang dihasilkan oleh mikroba yang
mengkontaminasi nira. Bahan yang digunakan sebagai substrat fermentasi yaitu
nira aren yang berasal dari Kecamatan Karangmande, Cianjur. Nira aren yang
digunakan dilakukan uji karakteristik terlebih dahulu. Hasil uji karakteristik nira
yang telah dilakukan, dapat dilihat pada Tabel 2 berikut.
Tabel 2 Karakteristik Nira Aren (pada 100 ml)
Komposisi
Nira Aren (%)
Kadar air
84.87 ± 0.04
Kadar Abu
0.66 ± 0.07
Kadar Protein
0.2 ± 0.02
Kadar Karbohidrat (by difference)
14.77 ± 0.05
pH
5.5
*Sumber: Susanto dan Saneta (1994)

*literatur
84.2
0.66
0.2
14.77
-

Dapat terlihat pada Tabel 2, karakteristik nira yang dilakukan dalam
penelitian mirip dengan karakteristik nira yang dilakukan oleh Susanto dan Suneto
(1994). Analisis kadar air dilakukan untuk mengetahui kandungan air yang terikat
didalam nira aren sebagai basis total padatan dengan air yang terdapat dalam nira.
Hasil yang didapat dari pengujian dan literatur dapat dilihat bahwa kadar air pada
nira sangat tinggi hal ini disebabkan kandungan utama dalam nira yaitu air sekitar
80%. Kadar air yang terdapat dalam nira yang berasal dari Cianjur, Jawa Barat
hampir sama dengan kadar air yang disebutkan dalam Susanto dan Saneta (1994)
yaitu sebesar 84.87%.
Kadar abu merupakan kadar zat anorganik yang terdapat dalam bahan atau
media. Hasil kadar abu yang diperoleh dari penelitian sama dengan hasil kadar
abu yang diperoleh dari pengujian oleh Susanto dan Saneta (1994) yaitu sebesar
0.66%. Nilai kadar abu yang didapat dari hasil pengujian akan menjadi basis
perhitungan untuk mendapatkan nilai total karbon.
Kadar protein merupakan banyaknya protein yang terkandung dalam nira
dan merupakan basis penentu kadar nitrogen yang dibutuhkan dalam media
fermentasi. Kadar protein dalam nira aren yang diuji dalam penelitian ini memiliki
nilai yang sama dengan literatur yaitu sebesar 0.2%.
Karbohidrat merupakan senyawa organik yang banyak ditemui di alam,
salah satunya yaitu gula. Dari hasil pengujian didapatkan nilai karbohidrat pada
nira aren yang berasal dari Kabupaten Cianjur memiliki nilai yang sama dengan
hasil yang didapat oleh Susanto dan Saneta (1994) yaitu sebesar 14.77%.
Kondisi fisik nira yang berasal dari Kabupaten Cianjur tersebut yaitu
warna transparan serta berbau khas nira. Kondisi fisik tersebut sesuai dengan

8

pernyataan Lasekan et al. (2007) bahwa nira yang dihasilkan berwarna transparan
dan berbau khas nira. Kandungan gula dalam nira yang digunakan dalam
penelitian ini yaitu sekita 183 – 186 g/L. Hasil tersebut lebih tinggi dibandingkan
dengan hasil yang didapat oleh Lasekan et al. (2007) yaitu kandungan gula 100144g/kg dan Daliabard (1999) 10-12% dengan kandungan gula utama yaitu
sukrosa.
Nilai pH awal nira yang digunakan dalam penelitian yaitu 5.5. Hal tersebut
sesuai dengan pernyataan Dachlan (1984), bahwa nira aren memiliki derajat
keasaman pH 5.5 hingga 6.0. Nilai pH akan berubah selama proses fermentasi.
Pada saat fermentasi berlangsung, nilai pH mengalami penurunan akibat adanya
mikroba dalam media yang menghasilkan senyawa-senyawa asam. Hasil tersebut
sesuai dengan pernyataan Judoamidjojo et al. (1989), penurunan nilai pH terjadi
karena adanya akumulasi senyawa asam organik dari mikroba yang ada dalam
nira.
Perhitungan lanjut dari uji karakterisasi yaitu perhitungan rasio C/N. Rasio
C/N dihitung untuk mengetahui kekurangan nutrisi yaitu nitrogen dalam media.
Perhitungan tersebut mengacu pada penelitian terdahulu yang dilakukan
Puspitasari (2014) yang menyatakan bahwa hasil fermentasi terbaik didapat pada
media yang telah diberi urea dan menurut Syamsu et al (2002) bahwa rasio C/N
yang dibutuhkan dalam media fermentasi etanol adalah sebesar 10. Nutrisi yang
ditambahkan pada media fermentasi didapatkan dengan menambahkan urea
sebagai sumber nitrogen ke dalam nira. Perhitungan rasio C/N dapat dilihat pada
Lampiran 4. Dari hasil perhitungan tersebut, diketahui bahwa urea yang harus
ditambahkan dalam media fermentasi per 100 ml sebesar 1.53 gram untuk
menutupi kekurangan nitrogen dalam media.
Hasil Fermentasi
Fermentasi merupakan proses pengubahan gula (substrat) menjadi etanol
(produk) dengan bantuan mikroba. Dalam penelitian ini mikroba yang digunakan
yaitu bakteri Zymomonas mobilis yang diketahui merupakan bakteri gram negatif
dan dianggap sebagai mikroba alternatif yang dapat menghasilkan bahan bakar
etanol dengan skala besar, serta memiliki keunggulan atau kelebihan
dibandingkan mikroba lainnya yaitu penyerapan gula lebih tinggi dan etanol yang
dihasilkan tinggi, produksi biomassa rendah, toleransi kadar etanol yang lebih
tinggi, dan tidak memerlukan penambahan dan pengendalian oksigen selama
fermentasi (Gunasekaran dan Raj 1999). Fermentasi nira aren ini seperti yang
sudah disebutkan dibagi menjadi dua tahap, tahap pertama penentuan konsentrasi
inokulum dan tahap kedua penentuan konsentrasi gula. Hasil tahap 1 dan tahap 2
dilakukan pengujian dan pengukuran, yaitu pertumbuhan biomassa, gula
pereduksi, total gula dan kadar etanol.
Penentuan Konsentrasi Inokulum Terbaik
Pertumbuhan Biomassa
Pertumbuhan biomassa Pada tahap penentuan konsentrasi inokulum dapat
dilihat pada Gambar 2, bahwa Zymomonas mobilis pada masing-masing
konsentrasi yaitu 5%, 10% dan 15% mengalami fase lag, fase eksponensial, fase

9

stasioner dan fase kematian yang sama. Fase lag merupakan fase dimana mikroba
beradaptasi dengan lingkungan baru. Fase eksponensial merupakan fase
peningkatan pesat dalam populasi karena ketersediaan nutrisi. Fase stasioner
merupakan fase pertumbuhan menjadi stabil karena tingkat kematian dan taraf
kelahiran menjadi sama. Fase kematian merupakan fase tekanan lingkungan yang
menyebabkan penurunan aktivitas metabolik atau autolisis (Diaz 2013).
10.0
9.0

Biomassa (g/l)

8.0
7.0
Inokulum (v/v)

6.0
5.0

5%

4.0

10%

3.0

15%

2.0
1.0
0.0
0

10

20
30
40
Waktu Fermentasi (jam)

50

60

Gambar 2 Grafik biomassa kering pada berbagai konsentrasi inokulum
Hasil menunjukkan fase lag terjadi pada waktu kurang dari 12 jam, fase
eksponensial pada 12-48 jam, fase stasioner pada 48-60 jam fermentasi dan fase
kematian pada 60–72 jam fermentasi. Hal tersebut sesuai dengan pernyataan
Ndaba et al. (2014), yang menyebutkan bahwa waktu antara 3 sampai 24 jam
merupakan fase eksponensial. Penetapan fase tersebut mengacu pada kurva
pertumbuhan hasil pengujian Tanate dan Surya (2012).

Gambar 3 Kurva Pertumbuhan
Sumber: Tanate dan Surya (2012)
Dalam perhitungan menggunakan ANOVA, hasil biomassa yang diperoleh
pada ketiga perlakuan yaitu konsentrasi inokulum 5%, 10%, dan 15% tidak

10

berpengaruh nyata terhadap biomassa yaitu FhitungFtabel, sehingga dilanjutkan dengan uji Duncan. Hasil uji Duncan diperoleh
yaitu untuk ketiga konsentrasi inokulum 15% mendapatkan nilai rata-rata
tertinggi. Hasil penelitian menunjukkan kadar etanol tertinggi untuk setiap
konsentasi inokulum 5%, 10%, dan 15% (v/v) secara berturut-turut sebesar 47
g/L, 35.95 g/L dan 50.35 g/L.
Pada Gambar 4, waktu fermentasi terbaik yaitu pada jam ke 36 untuk semua
konsentrasi inokulum.
70
Kadar etanol (g/l)

60
50

Inokulum (v/v)

40

5%

30

10%

20

15%

10
0
0

12

24
Waktu fermentasi (jam)

36

48

Gambar 4 Grafik kadar etanol pada berbagai konsentrasi inokulum 5%, 10% dan
15%

11

Hasil menunjukkan bahwa konsentrasi yang terpilih pada perhitungan
menggunakan metode ANOVA yaitu konsentrasi inokulum 15%. Hal ini sesuai
dengan Admianta (2001), semakin banyak dosis mikroba yang ditambahkan,
sehingga kadar bioetanol semakin meningkat. Semakin lama waktu fermentasi
maka jumlah mikroba semakin menurun, dan akan menuju ke fase kematian
karena alkohol yang dihasilkan semakin banyak dan nutrien yang ada sebagai
bahan makanan mikroba semakin menurun (Kunaepah 2008). Hal tersebut
dikarenakan bakteri Zymomonas mobilis lebih tidak tahan terhadap etanol tinggi
dibandingkan Saccharomyces cerevisiae karena memiliki membran sel yang lebih
tipis. Gambar 4 menunjukkan bahwa kadar etanol tertinggi sebesar 50.35 g/L
dengan waktu fermentasi 36 jam dan penambahan inokulum sebanyak 15%.
Kadar etanol merupakan banyaknya etanol yang dihasilkan pada
metabolisme mikroba sebagai bentuk aktivitas mikroba yaitu Zymomonas mobilis
dalam menggunakan substrat dan hasil yang keluar dari peggunaan substrat
tersebut. Proses fermentasi pada Zymomonas mobilis dilakukan pada jalur ED
(Ertner-Doudoroff). Dalam media fermentasi yaitu nira sebagai besar gula yang
terkandung yaitu sukrosa (Cazetta et al. 2007). Sukrosa yang terdapat dalam nira
akan dihidrolisis oleh enzim sukrase yang ada dalam Z. mobilis. Enzim tersebut
akan memutus ikatan α 1-4 pada sukrosa, sehingga terbentuk glukosa dan
fruktosa. Glukosa akan diuraikan melalui jalur ED dan terbentuk suatu unit 2keto-3-deoksi-6-fosoglukonat (KDGF) kemudian komponen tersebut akan dipecah
oleh aldolase menjadi gliseraldehid-3P dan akan memecah piruvat dengan enzim
piruvat dekarboksilase menjadi asetaldehida dan CO2 (Ferdiaz 1988). Hal tersebut
berbeda dengan mikroba pada umumnya yang menggunakan jalur EMP.
Mekanisme Entner-Doudoroff, diikuti oleh dekarboksilasi piruvat. Asetaldehida
yang terbentuk kemudian direduksi menjadi etanol (Swing dan De Ley 1977).
Selain menghasilkan etanol Zymomonas mobilis juga menghasilkan hasil samping
salah satunya asam asetat, hasil samping tersebut yang membedakan dengan
Saccharomyces cerevisiae.
Gula Pereduksi
Pada analisa data menggunakan ANOVA, hasil ketiga konsentrasi
inokulum tidak berpengaruh nyata terhadap gula pereduksi Fhitung