Lampiran 4. Contoh perhitungan hidrolisis Asumsi :
1. Basis perhitungan 1000 gr produk hidrolisat 2. Kadar air 66,74 Uji Proximat metode AOAC
3. Kadar padatan yang diinginkan 18 4. H
2
SO
4
1 M 5. Konsentrasi H
2
SO
4
= 17,82 Perhitungan
a. Kadar padatan di bahan a a = 100 - 66,74
= 33,26 b. Jumlah padatan yang diinginkan b
b = Jumlah produk x Kadar Padatan = 1000 g x 18
= 180 g
c. Jumlah bahan bakusingkong c c =
a b
=
26 ,
33 180 gr
= 541,19 g d. Jumlah airaquadest d
d = Jumlah produk – c = 1000 - 541,19 gr
= 458,81 g
e. Jumlah H
2
S0
4
e d+b x 1 M = e x konsentrasi H
2
S0
4
e = 180 gr + 451,81gr 17,82 e = 35,46 g
Lampiran 5. Contoh perhitungan agen fermentasi a. Berdasarkan jumlah total gula
Asumsi : 1. Perhitungan berbasis ragi “F”
2. Volume fermentasi : 100 ml
3. Kadar gula total hidrolisat : 15 gl
4. Penambahan Ragi : 0,23
5. jumlah sel “F” : 1,8 x 10
11
selgr 6. jumlah sel “C”
: 1,6 x 10
11
selgr 7. jumlah sel “P”
: 1,5 x 10
9
selml 8. jumlah sel “M”
: 1,4 x 10
9
selml Perhitungan :
a. Jumlah gula dalam hidrolisat a a = kadar gula hidrolisat x vol fermentasi
= 15 x 100 ml = 15 g
b. Jumlah agen fermentasi ”F”yang digunakan b b = Penambahan ragi x a
= 0,23 x 15 g = 0,035 g
c. Jumlah agen fermentasi ”C”yang digunakan c c = Jumlah agen fermentasi ”F” x jumlah sel ragi “F” jumlah sel“C”
= 0,035 x 1,8 x 10
11
1,6 x 10
11
= 0,039 g d. Jumlah agen fermentasi ”P”yang digunakan d
d = Jumlah agen fermentasi ”F” x jumlah sel ragi “F” jumlah sel“d” = 0,035 g x 1,8 x 10
11
1,5 x 10
9
= 4,2 ml e. Jumlah agen fermentasi ”M”yang digunakan e
e = Jumlah agen fermentasi ”F” x jumlah sel ragi “F” jumlah sel“e” = 0,035 g x 1,8 x 10
11
1,4 x 10
9
= 4,5 ml b. Jumlah starter
dosis starter S. cerevisiae ml100ml substrat gula awal
1 x d1 2 x d2
3 x d3 15 g1
4,5 9
13,5 18 g2
5,5 10,8
16,2 20 g3
5,9 11,8
17,7 24 g4
7,1 14,2
21,3
Lampiran 6. Perhitungan efisiensi pemanfaatan substrat, efisiensi fermentasi dan rendemen etanol.
A. Efisiensi pemanfaatan substrat Efisiensi pemanfaatan substrat diperoleh dengan membagi selisih nilai
total gula awal S dan gula total setelah fermentasi S, dengan nilai gula total
sampel awal S . Efisiensi pemanfaatan substrat dihitung menggunakan rumus:
100 x
S S
S s
ds substrat
Efisensi −
= B. Efisiensi fermentasi
Efisiensi fermentasi diperoleh dengan membagi konsentrasi etanol sesungguhnya hasil penelitian dengan konsentrasi etanol teoritis. Efisiensi
fermentasi dapat dihitung dengan rumus : 100
× =
teoritis ol
tan e
i Konsentras
v b
aktual diperoleh
yang tanol
e i
Konsentras fermentasi
Efisiensi Konsentrasi etanol teoritis = S
-S x 0,51 Keterangan : Nilai etanol yang terbentuk pada persamaan glikolisis
C. Rendemen etanol wv Rendemen etanol dihitung menggunakan persamaan berikut:
100 Re
× =
dikonsumsi yang
total gula
v b
aktual diperoleh
yang ol
tan e
si Konsentrat
ndemen
D. Rendemen biomassa wv Rendemen biomassa dihitung menggunakan persamaan berikut:
100 Re
× =
l g
dikonsumsi yang
total gula
l g
Biomassa ndemen
Lampiran 7. Konsumsi gula total seleksi toleransi galur terhadap hidrolisat a. gula total sisa dan konsumsi gula total
Gula sisa S Waktu
pengamtan jam
s1 s2 s3 s4 0S0
150,17 150,17
150,17 150,17
12 53,47 53,47 63,77 54,63
24 19,98 32,90 40,11 34,41
36 14,82 20,78 24,89 22,83
48 11,42 11,05 14,38 14,63
60 8,65 7,24
11,99 13,08
72 8,56 8,13 9,93 5,27
Konsumsi S0-S 141,61 142,04 140,24 144,90
b. Analisis sidik ragam konsumsi gula F tabel
Sumber Keragaman
Derajat Bebas
Jumlah Kuadran
Kuadrat Tengah
F hitung 5 1
Perlakuan 3 22,98
7,66 4,35
ns
6,59 16,89 Galat 4
7,05 1,76
Total 7 30,03
Keterangan : ns = Non signifikan, = Berpengaruh nyata = Perpengaruh sangat nyata
Lampiran 8. Konsumsi gula reduksi seleksi toleransi galur terhadap hidrolisat a. gula total sisa dan konsumsi gula total
Gula sisa S
R
Waktu pengamtan
jam s1 s2 s3 s4
0S
R
0 116,07 116,07 116,07 116,07 12
51,57 51,31 50,52 53,48 24 2,01
15,96 34,52
30,52 36
11,35 11,94 22,68 21,90 48 7,87
10,57 11,14
7,50 60
6,68 7,53 6,94 7,35 72
5,33 5,42 5,79 5,18 Konsumsi
S
R
0-S
R
110,65 112,33 113,58 110,89 b. Analisis sidik ragam konsumsi gula reduksi
F tabel Sumber
Keragaman Derajat
Bebas Jumlah
Kuadran Kuadrat
Tengah F hitung
5 1 Perlakuan 3
4,81 1,60
0,11
ns
6,59 16,89 Galat 4
58,65 14,66
Total 7 63,46
Keterangan : ns = non signifikan, = berpengaruh nyata = berpengaruh sangat nyata
Lampiran 9. Perubahan pH seleksi toleransi galur terhadap hidrolisat a. Perubahan pH
Perubahan pHpengamatan Waktu
pengamtan jam
s1 s2 s3 s4 0pH0
4,71 4,71
4,71 4,71
12 4,43 4,69 4,72 4,75
24 4,22 4,65 4,42 4,55
36 4,21 4,55 4,20 4,29
48 4,26 4,56 4,11 4,225
60 4,27 4,29 4,10 4,16
72 4,01 4,045 4,05 4,175
Perubahan pH
0,66 0,66 0,70 0,53 b. Analisis sidik ragam
F tabel Sumber
Keragaman Derajat
Bebas Jumlah
Kuadran Kuadrat
Tengah F hitung
5 1 Perlakuan 3
0,03 0,01
14,64 6,59 16,89
Galat 4 0,00
0,00 Total 7
0,04
Keterangan : ns = non signifikan, = berpengaruh nyata = berpengaruh sangat nyata
c. Uji lanjut Duncan Perlakuan Rata-rata
Notasi s3 0,70 a
s2 0,66 b s1 0,66 b
s4 0,53 b
Keterangan : Dua rataan yang mempunyai huruf yang sama dinyatakan tidak berbeda nyata pada taraf 5.
Lampiran 10. Produksi etanol seleksi toleransi galur terhadap hidrolisat a. Analisis sidik ragam
F tabel Sumber
Keragaman Derajat
Bebas Jumlah
Kuadran Kuadrat
Tengah F hitung
5 1 Perlakuan
3
6,54 2,18 8,13 6,59 16,89 Galat
4
1,07 0,27 Total
7
7,62
Keterangan : ns = non signifikan, = berpengaruh nyata = berpengaruh sangat nyata
b. Uji lanjut Duncan Perlakuan Rata-rata
bv Notasi
s4 4,10 a s3 3,10 a
s1 1,98 b s2 1,95 c
Keterangan : Dua rataan yang mempunyai huruf yang sama dinyatakan tidak berbeda nyata pada taraf 5.
Lampiran 11. Efisiensi penggunaan substrat seleksi toleransi galur terhadap hidrolisat
a. Analisis sidik ragam F tabel
Sumber Keragaman
Derajat Bebas
Jumlah Kuadran
Kuadrat Tengah
F hitung 5 1
Perlakuan 3 10,19
3,40 32,37
6,59 16,89 Galat 4
0,42 0,11
Total 7 10,61
Keterangan : ns = non signifikan, = berpengaruh nyata = berpengaruh sangat nyata
b. Uji lanjut Duncan Perlakuan Rata-rata
Notasi s4
96,49 a s2 94,59 b
s3 94,30 b s1 93,39 c
Keterangan : Dua rataan yang mempunyai huruf yang sama dinyatakan tidak berbeda nyata pada taraf 5.
Lampiran 12. Efisiensi fermentasi toleransi galur terhadap hidrolisat a. Analisis sidik ragam
F tabel Sumber
Keragaman Derajat
Bebas Jumlah
Kuadran Kuadrat
Tengah F hitung
5 1 Perlakuan 3
1823,84 607,95 125,42
6,59 16,89 Galat 4
19,39 4,85
Total 7 1843,23
Keterangan : ns = non signifikan, = berpengruh nyata = berpengaruh sangat nyata
b. Uji lanjut Duncan Perlakuan Rata-rata
Notasi s4
55,51 a s3 43,32 a
s2 27,40 b s1 26,95 c
Keterangan : Dua rataan yang mempunyai huruf yang sama dinyatakan tidak berbeda nyata pada taraf 5.
Lampiran 13. Rendemen etanol toleransi galur terhadap hidrolisat a. Analisis sidik ragam
F tabel Sumber
Keragaman Derajat
Bebas Jumlah
Kuadran Kuadrat
Tengah F hitung
5 1 Perlakuan 3
474,38 158,13
125,42 6,59 16,89
Galat 4 5,04
1,26 Total 7
479,43
Keterangan : ns = non signifikan, = berpengaruh nyata = berpengaruh sangat nyata
b. Uji lanjut Duncan Perlakuan Rata-rata Notasi
s4 28,31 a
s3 22,10 a
s2 13,74 b
s1 17,69 c
Keterangan : Dua rataan yang mempunyai huruf yang sama dinyatakan tidak berbeda nyata pada taraf 5.
Lampiran 14. Perubahan total gula optimasi gula dan dosis starter
a. Analisis Sidik Ragam F tabel
Sumber Keragaman
Derajat Bebas
Jumlah Kuadran
Kuadrat Tengah
F hitung
5 1 Perlakuan 965,22 2,00
482,61 17,14
3,49 5,95 Galat 3938,95
3,00 1312,98
46,64 3,88 6,93
Total 1241,94 6,00
206,99 7,35
3,90 4,82
Keterangan : ns = non signifikan, = berpenagruh nyata = berpengaruh sangat nyata
b. Uji lanjut Duncan perlakuan gula awal Perlakuan Rata-rata
bv Notasi
g4 172,48 a
g3 170,56 a
g2 147,80 b
g1 144,30 b
Keterangan : Angka yang diikuti huruf yang sama tidak berbeda nyata menurut uji Duncan pada taraf nyata 5
c. Uji lanjut Duncan perlakuan dosis S. cerevisiae Perlakuan Rata-rata
Notasi d3 167,26
a d2 157,08
b d1 152,02
b Keterangan : Angka yang diikuti huruf yang sama tidak berbeda nyata
menurut uji Duncan pada taraf nyata 5 d. Uji lanjut Duncan interaksi gula awal dengan dosis S. cerevisiae
Perlakuan Rata-rata gl
notasi g4d3 196,49
a g3d3
179,00 b
g3d2 173,13
bc g4d2 164,55
cd g3d1 159,57
de g4d1 156,40
def g2d3
148,86 efg
g2d1 148,70
efg g2d2
145,85 fg
g1d2 144,80
fg g1d3
144,72 fg
g1d1 143,40 g
Keterangan : Angka yang diikuti huruf yang sama tidak berbeda nyata menurut uji Duncan pada taraf nyata 5
Lampiran 15. Produksi etanol optimasi gula dan dosis starter
a. Analisis sidik ragam F Tabel
ANOVA Derajat
Bebas Jumlah
Kuadran Kuadrat
Tengah F hitung
5 1 Efek S,cerevisae
2 4,13
2,06 15,79
3,49 5,95 Efek gula
3 36,92
12,31 94,16
3,88 6,93 Efek Interaksi
6 3,80
0,63 4,85
3,9 4,82 Galat 12
1,57 0,13
Keterangan : ns = non signifikan, = berpengaruh nyata = berpengaruh sangat nyata
b. Uji lanjut Duncan perlakuan gula awsal Perlakuan Rata-rata
bv Notasi
g1 4,07 a
g2 2,83 b
g3 2,17 c
g4 0,63 d
Keterangan : Angka yang diikuti huruf yang sama tidak berbeda nyata menurut uji Duncan pada taraf nyata 5
c Uji lanjut Duncan perlakuan dosis S. cerevisiae Perlakuan Rata-rata
Notasi d3 2,89
a d2 2,50
b d1 1,88
b Keterangan : Angka yang diikuti huruf yang sama tidak berbeda nyata
menurut uji Duncan pada taraf nyata 5 d. Uji lanjut Duncan interaksi gula awal dengan dosis S. cerevisiae
Perlakuan Rata-rata bv
notasi g1d2 4,10
a g1d1 4,05
a g1d3 4,05
a g2d2
3,10 b g3d3
3,05 b g2d3 2,95
b g3d2 2,55
b g2d1
2,45 b g4d3 1,53
c g3d1
0,90 cd
g4d2 0,25 d
g4d1 0,13
d Keterangan : Angka yang diikuti huruf yang sama tidak berbeda nyata
menurut uji Duncan pada taraf nyata 5
Lampiran 16. Efisiensi penggunaan substrat optimasi gula dan dosis starter
a. Analisis sidik ragam
F Tabel ANOVA
Derajat Bebas
Jumlah Kuadran
Kuadrat Tengah
F hitung 5 1
Efek S,cerevisae 2
199,80 99,90
14,31 3,49 5,95
Efek gula 3
1589,86 529,95
75,90 3,88 6,93
Efek Interaksi 6
232,38 38,73
5,55 3,9
4,82 Galat 12
83,79 6,98
Keterangan : ns = non signifikan, = berpengaruh nyata = berpengaruh sangat nyata
b. Uji lanjut Duncan perlakuan gula awal Perlakuan
Rata-rata Notasi g4 96,09
a g3 86,88
b g2 85,40
b g1 73,22
c Keterangan : Angka yang diikuti huruf yang sama tidak berbeda nyata
menurut uji Duncan pada taraf nyata 5 c. Uji lanjut Duncan perlakuan dosis S. cerevisiae
Perlakuan Rata-rata Notasi
d3 89,2363 a
d2 84,6713 b
d1 82,2800
b
Keterangan : Angka yang diikuti huruf yang sama tidak berbeda nyata menurut uji Duncan pada taraf nyata 5
d. Uji lanjut Duncan interaksi gula awal dengan Dosis S. cerevisiae Perlakuan
Rata-rata notasi g1d2 96,45
a g1d3 96,37
a g1d1 95,49
b g3d3
91,16 bc
g3d2 88,20
bc g2d3
86,01 bcd
g2d3 85,97 bcd
g2d2 84,23
cd g4d3
83,42 de
g3d1 81,28
e g4d2
69,85 e
g4d1 66,39
e Keterangan : Angka yang diikuti huruf yang sama tidak berbeda nyata
menurut uji Duncan pada taraf nyata 5
Lampiran 17. Efisiensi fermentasi optimasi gula dan dosis starter
a. Analisis sidik ragam F tabel
ANOVA Derajat
Bebas Jumlah
Kuadran Kuadrat
Tengah F hitung
5 1 Efek S,cerevisae
2 425,85
212,93 9,16
3,49 5,95 Efek gula
3 7566,91
2522,30 108,56
3,88 6,93 Efek Interaksi
6 424,36
70,73 3,04
ns
3,9 4,82 Galat 12
278,82 23,24
Keterangan : ns = non signifikan, = berpengaruh nyata = berpengaruh sangat nyata
b. Uji lanjut Duncan perlakuan gula awal Perlakuan
Rata-rata Notasi g1 5,51
a g2 3,73
b g3 2,46
c g4 0,66
d Keterangan : Angka yang diikuti huruf yang sama tidak berbeda nyata
menurut uji Duncan pada taraf nyata 5 c. Uji lanjut Duncan perlakuan dosis S. cerevisiae
Perlakuan Rata-rata Notasi
d3 3,55 b
d2 3,20 b
d1 2,59
a
Keterangan : Angka yang diikuti huruf yang sama tidak berbeda nyata menurut uji Duncan pada taraf nyata 5
Lampiran 18. Rendemen etanol optimasi gula dan dosis starter
a. Analisis sidik ragam Derajat
Jumlah Kuadrat F
tabel ANOVA
Bebas Kuadran Tengah
F hitung
5 1 Efek S.cerevisae
2 50,13
25,06 15,77 3,49 5,95
Efek gula 3
448,45 149,48 94,08
3,88 6,93 Efek Interaksi
6 46,14
7,69 4,84
3,9 4,82 Galat 12
19,07 1,59
Keterangan : ns = non signifikan, = berpengaruh nyata = berpengaruh sangat nyata
b. Uji lanjut Duncan perlakuan gula awal Perlakuan
Rata-rata Notasi g1 14,19
a g2 9,88
b g3 7,55
c g4 2,21
d c. Uji lanjut Duncan perlakuan dosis S. cerevisiae
Perlakuan Rata-rata Notasi
d3 10,09 a
d2 8,719 b
d1 6,579 c
Keterangan : Angka yang diikuti huruf yang sama tidak berbeda nyata menurut uji Duncan pada taraf nyata 5
d. Uji lanjut Duncan interaksi gula awal dengan Dosis S. cerevisiae Perlakuan
Rata-rata notasi g1d2 14,29
a g1d1 14,16
a g1d3 14,12
a g2d2
10,81 b
g3d3 10,63
b g2d3
10,28 b
g3d2 8,89 b
g2d1 8,54 b
g4d3 5,32 c
g3d1 3,14
c g4d1
0,86 cd
g4d2 0,45 d
Keterangan : Angka yang diikuti huruf yang sama tidak berbeda nyata menurut uji Duncan pada taraf nyata 5
Lampiran 19. Perubahan total gula adaptasi a. Data analisis total gula awal dan total gula akhir
Total gula awal Total gula akhir
Konsumsi Adaptasi
Ke gL
1 131,96 17,32
114,65 2 144,29
10,70 133,60
3 130,59 14,75
115,84 4 145,43
33,34 112,10
5 141,78 10,84
130,94 6 144,52
16,99 127,53
7 144,52 15,67
128,85 8 146,58
13,71 132,87
9 146,80 16,47
130,33 b. Analisis sidik ragam
F tabel Sumber
Keragaman Derajat
Bebas Jumlah
Kuadran Kuadrat
Tengah F hitung
5 1 Perlakuan 8
1155,55 144,44
7,67 2,55 3,79
Galat 9 169,46
18,83 Total 17
1325,01
Keterangan : ns = non signifikan, = berpengaruh nyata = berpengaruh sangat nyata
c. Uji lanjut Duncan Adaptasi ke
Rata-rata notasi 2
133,60 a
8 132,87
a 5
130,94 a
9 130,33
a 7
128,85 a
6 127,54
a 3
115,85 b
1 114,65
b 4
112,10 b
Keterangan : Angka yang diikuti huruf yang sama tidak berbeda nyata menurut uji Duncan pada taraf nyata 5
Lampiran 20. Perubahan gula reduksi adaptasi a. Data analisis awal dan akhir gula reduksi
Gula reduksi awal Gula reduksi akhir
Konsumsi Adaptasi
Ke gL
1 97,22 5,37
91,85 2 97,41
5,28 92,13
3 92,97 6,11
86,85 4 82,41
14,84 67,57
5 87,04 10,17
76,87 6 80,00
8,37 71,63
7 93,89 8,57
85,32 8 91,30
9,74 81,55
9 99,44 9,06
90,39
b.Analisis sidik ragam F tabel
Sumber Keragaman
Derajat Bebas
Jumlah Kuadran
Kuadrat Tengah
F hitung 5 1
Perlakuan 8 1285,44
160,68 5,25
2,55 3,79 Galat 9
275,68 30,63
Total 17 1561,12
Keterangan : ns = non signifikan, = berpengruh nyata = berpengaruh sangat nyata
c. Uji lanjut Duncan Adaptasi ke
Rata-rata notasi 2
92,13 a
1 91,85
a 9
90,39 ab
3 86,86
ab 7
85,32 ab
8 81,56
abc 5
76,87 cde
6 71,63
de 4
67,57 e
Keterangan : Angka yang diikuti huruf yang sama tidak berbeda nyata menurut uji Duncan pada taraf nyata 5
Lampiran 21. Biomassa adaptasi a. Data analisis Biomassa awal dan akhir
Biomassa awal Biomassa akhir
∆ Biomassa Adaptasi
Ke gml
1 0,032 8,56
8,53 2 0,086
9,27 9,18
3 0,093 9,70
9,60 4 0,097
9,45 9,36
5 0,095 9,32
9,23 6 0,093
9,53 9,43
7 0,095 8,38
8,28 8 0,084
9,74 9,65
9 0,097 10,39
10,29 b. Analisis sidik ragam
F tabel Sumber
Keragaman Derajat
Bebas Jumlah
Kuadran Kuadrat
Tengah F hitung
5 1 Perlakuan 8
4,01 0,50
3,53 2,55
3,79 Galat 9
1,28 0,14
Total 17 5,29
Keterangan : ns = non signifikan, = berpengruh nyata = berpengaruh sangat nyata
c. Uji lanjut Duncan Adaptasi ke
Rata-rata notasi 9
10,29 a
8 9,65
ab 3
9,61 ab
6 9,43
abc 4
9,36 abc
5 9,23
abc 2
9,19 abc
1 8,53
bc 7
8,28 c
Keterangan : Angka yang diikuti huruf yang sama tidak berbeda nyata menurut uji Duncan pada taraf nyata 5
Lampiran 22. Perubahan HMF adaptasi a. Data Analisis awal dan akhir HMF
HMF awal HMF akhir
∆ HMFHMF
awal
Adaptasi Ke
gml 1 3,07
0,24 92,34
2 3,04 0,21
93,26 3 3,09
0,24 92,11
4 2,68 0,28
80,24 5 2,78
0,18 93,64
6 2,91 0,21
92,93 7 2,76
0,20 92,66
8 3,14 0,21
93,47 9 3,13
0,21 93,34
b. Analisis sidik ragam F tabel
Sumber Keragaman
Derajat Bebas
Jumlah Kuadran
Kuadrat Tengah
F hitung 5 1
Perlakuan
8
0,13 11,53
2,55 3,79 Galat
9
0,01 Total
17
Keterangan : ns = non signifikan, = berpengaruh nyata = berpengaruh sangat nyata
c. Uji lanjut Duncan Adaptasi ke
Rata-rata notasi 8
2,94 a
9 2,92
a 3
2,84 ab
2 2,84
ab 1
2,83 ab
6 2,70
abc 5
2,61 bc
7 2,56
c 4
2,13 d
Keterangan : Angka yang diikuti huruf yang sama tidak berbeda nyata menurut uji Duncan pada taraf nyata 5
Lampiran 23. Perubahan Furfural adaptasi a. Data Analisis awal dan akhir furfural
Furfural awal Furfural akhir
∆ FurfuralFirfural
awal
Adaptasi Ke
gml 1
0,022 0,0009
95,87 2
0,022 0,0011
93,04 3
0,023 0,0013
93,56 4
0,023 0,0010
96,50 5
0,025 0,0013
95,52 6
0,022 0,0009
96,57 7
0,021 0,0010
95,24 8
0,020 0,0010
95,40 9
0,022 0,0009
96,23 b. Analisis sidik ragam
F tabel Sumber
Keragaman Derajat
Bebas Jumlah
Kuadran Kuadrat
Tengah F hitung
5 1 Perlakuan 8
2,07 x10
-5
2,58 x10
-6
0,42
ns
2,55 3,79
Galat 9 5,5
x10
-5
6,11 x10
-6
Total 17 7,57
x10
-5
Keterangan : ns = non signifikan, = berpengaruh nyata = berpengaruh sangat nyata
Lampiran 24. Produksi etanol adaptasi a. Analisis sidik ragam
F tabel Sumber
Keragama n
Derajat Bebas
Jumlah Kuadran
Kuadrat Tengah
F hitung 5 1
Perlakuan 8 1,54 0,19
1,77
ns
2,55 3,79
Galat 9 0,98 0,11
Total 17 2,53
Keterangan : ns = non signifikan, = berpengaruh nyata = berpengaruh sangat nyata
Lampiran 25. Efisiensi penggunaan substrat adaptasi a. Analisis sidik ragam
F tabel Sumber
Keragaman Derajat
Bebas Jumlah
Kuadran Kuadrat
Tengah F hitung
5 1 Perlakuan 8 338,93
42,37 21,62 2,55 3,79
Galat 9 17,64
1,956 Total 7
356,57
Keterangan : ns = non signifikan, = berpengaruh nyata = berpengaruh sangat nyata
c. Uji lanjut Duncan Adaptasi ke
Rata-rata notasi 2
92,59 a
5 92,31
ab 8
90,64 abc
7 89,15
bcd 9
88,78 cd
3 88,70
cd 6
88,25 cd
1 86,88
d 4
77,06 e
Keterangan : Angka yang diikuti huruf yang sama tidak berbeda nyata menurut uji Duncan pada taraf nyata 5
Lampiran 26. Efisiensi fermentasi adaptasi a. Analisis sidik ragam
F tabel Sumber
Keragaman Derajat
Bebas Jumlah
Kuadran Kuadrat
Tengah F hitung
5 1 Perlakuan 8 978,67
122,33 6,47
ns
2,55 3,79 Galat 9
170,19 18,91
Total 7 1148,86
Keterangan : ns = non signifikan, = berpengaruh nyata = berpengaruh sangat nyata
Lampiran 27. Rendemen etanol adaptasi Analisis sidik ragam
F tabel Sumber
Keragaman Derajat
Bebas Jumlah
Kuadran Kuadrat
Tengah F hitung
5 1 Perlakuan 8 151,15
18,89 1,83
ns
2,55 3,79 Galat 9
93,12 10,35
Total 17 244,27
Keterangan : ns = non signifikan, = berpengaruh nyata = berpengaruh sangat nyata
Lampiran 28. Rendemen Biomassa adaptasi a. Analisis sidik ragam
F tabel Sumber
Keragaman Derajat
Bebas Jumlah
Kuadran Kuadrat
Tengah F hitung
5 1 Perlakuan 8
6,52 0,82
3,28 2,55
3,79 Galat 9
2,24 0,25
Total 17 8,76
Keterangan : ns = non signifikan, = berpengaruh nyata = berpengaruh sangat nyata
b. Uji lanjut Duncan Adaptasi ke
Rata-rata notasi 4
8,35 a
3 8,30
ab 9
7,90 abc
1 7,45
abcd 6
7,40 abcd
8 7,27
abcd 5
7,09 bcd
2 6,88
cd 7
6,43 d
Keterangan : Angka yang diikuti huruf yang sama tidak berbeda nyata menurut uji Duncan pada taraf nyata 5
Lampiran 29. Total gula proses produksi
Analisis sidik ragam Sumber Derajat Jumlah Kuadrat
F tabel
Keragaman Bebas Kuadran Tengah F hitung 5 1
Perlakuan 1 5,80 5,80 0,02
ns
18,51 98,49 Galat 2
567,26 283,63
Total 3 573,05
Keterangan : ns = non signifikan, = berpengaruh nyata = berpengaruh sangat nyata
Lampiran 30. Etanol proses produksi a. Analisis sidik ragam
Sumber Derajat Jumlah Kuadrat F
tabel Keragaman Bebas Kuadran Tengah F hitung
5 1 Perlakuan 1 3,21 3,21 22,85
18,51 98,49
Galat 2 0,28 0,14
Total 3 3,49
Keterangan : ns = non signifikan, = berpengaruh nyata = berpengaruh sangat nyata
b. Uji lanjut Duncan Perlakuan
Rata-rata notasi A 5,82
a NA 4,02
b Keterangan : A1= Adaptasi, NA= Tanpa adaptasi
Lampiran 31. Biomassa proses produksi a. Analisis sidik ragam
F tabel Sumber
Keragaman Derajat
Bebas Jumlah
Kuadran Kuadrat
Tengah F hitung
5 1 Perlakuan
1 107,37 107,37
504,12 18,51
98,49
Galat
2 0,43 0,213
Total
3 107,80 Keterangan : ns = non signifikan, = berpengaruh nyata = berpengaruh sangat
nyata
b Uji lanjut Duncan Perlakuan
Rata-rata notasi A 18,98
a NA 8,61
b Keterangan : A1= Adaptasi, NA= Tanpa adaptasi
Lampiran 32. Jumlah sel S. cerevisiae proses produksi a. Analisis sidik ragam
F tabel Sumber
Keragaman Derajat
Bebas Jumlah
Kuadran Kuadrat
Tengah F hitung
5 1 Perlakuan
1 9091,62 9091,62
76,64 18,51
98,49
Galat
2 237,25 118,63
Total
3 9328,87 Keterangan : ns = non signifikan, = berpengaruh nyata = berpengaruh sangat
nyata
b. Uji lanjut Duncan Perlakuan
Rata-rata notasi A
186,75 x 10
7
a NA 90,15
x 10
7
b Keterangan : A1= Adaptasi, NA= Tanpa adaptasi
Lampiran 33. Analisis keragaman efisiensi substrat proses produksi a. Analisis sidik ragam
F tabel Sumber
Keragaman Derajat
Bebas Jumlah
Kuadran Kuadrat
Tengah F hitung
5 1 Perlakuan 1 4,45
4,45 164,70
18,51 98,49 Galat 2
0,05 0,027
Total 3 4,51
Keterangan : ns = non signifikan, = berpengaruh nyata = berpengaruh sangat nyata
b. Uji lanjut Duncan Perlakuan
Rata-rata notasi A
132,92 b
NA 135,98
a Keterangan : A1= Adaptasi, NA= Tanpa adaptasi
Lampiran 34. Analisis keragaman efisiensi fermentasi proses produksi a. Analisis sidik ragam
F tabel Sumber
Keragaman Derajat
Bebas Jumlah
Kuadran Kuadrat
Tengah F hitung
5 1 Perlakuan
1 767,85 767,85
35,10 18,51 98,49
Galat
2 43,75 21,87
Total
3 811,60 Keterangan : ns = non signifikan, = berpengaruh nyata = berpengaruh sangat
nyata
b Uji lanjut Duncan Perlakuan
Rata-rata notasi A
85,74
a NA
58,03
b Keterangan : A1= Adaptasi, NA= Tanpa adaptasi
Lampiran 35. Analisis keragaman rendemen etanol proses produksi a. Analisis sidik ragam
Sumber Derajat Jumlah F
tabel Keragaman Bebas Kuadran
F hitung 5 1
Perlakuan 1 199,72 35,10
18,51 98,49
Galat 2 11,38
Total 3 211,10
Keterangan : ns = non signifikan, = berpengaruh nyata = berpengaruh sangat nyata
b. Uji lanjut Duncan Perlakuan
Rata-rata notasi A 43.73
a NA 29.60
b Keterangan : A1= Adaptasi, NA= Tanpa adaptasi
Lampiran 36. Analisis keragaman rendemen biomassa proses produksi b. Analisis sidik ragam
Sumber Derajat Jumlah F
tabel Keragaman Bebas Kuadran
F hitung 5 1
Perlakuan 1 63,08
63,08 18,51
98,49 Galat 2
0,06 0,03
Total 3 63,14
Keterangan : ns = non signifikan, = berpengaruh nyata = berpengaruh sangat nyata
c. Uji lanjut Duncan Perlakuan
Rata-rata notasi A 14,2
a NA 6,33
b Keterangan : A1= Adaptasi, NA= Tanpa adaptasi
ABSTRACT
DESSY MAULIDYA MAHARANI. F351080101. Adaptation of Saccharomyces
cerevisiae to Cassava Acid Hydrolisates for Bioethanol Production. Under direction of DWI SETYANINGSIH and GAYUH RAHAYU.
Acid hydrolisates of cassava contain toxic substances i.e. 3,55 gl HMF and 0,72 gl furfural to ethanol producing yeast, Saccharomyces cerevisiae. This study
is aiming at screening four strains of S. cerevisiae for their tolerance capacity to that acid hydrolisates. Out of four strains, S. cerevisiae IPBCC 05.548 showed the
highest tolerance on the bases of ethanol production. It produced 4,1 bv ethanol. Prior to adaptation, optimum sugar concentration and starter dosage were
determined in sequence. Out of 15, 18, 20 and 24 concentration. S. cerevisiae IPBCC 05.548 showed the highest ethanol production 4,10 bv at
15 of total sugar. Among starter dosage 1, 2 and 3 times of 0,23 of sugar concentration, that were tested on optimal sugar concentration indicated that the
twice of dosage was the best for ethanol production. Adaptation was then performed for 72 hours for each cycle. Of the cycles, the 9
th
cycle 648 hours showed the highest specific growth rate 0,14g.h
-1
as well as ethnol yield 4,13 bv. Comparison of the adapted strain to unadapted strain proved that the adapted
strain produced 30,78 higher ethanol yield than those of unadapted strain.
Keywords: cassava, S. cerevisiae, acid hydrolisate, HMF, furfural, ethanol, selection, adaptation
1. PENDAHULUAN 1.1 Latar Belakang
Bioetanol mulai dikembangkan pada tahun 1950 dan merupakan salah satu sumber energi yang dapat diperbaharui dan ramah lingkungan Thomas 2005.
Berdasarkan peraturan Kementrian Energi dan Sumber Daya Mineral No 32 tahun 2008, pada tahun 2008 sampai 2010 etanol harus mensubstitusi premium sebanyak
3 untuk transportasi dan akan meningkat menjadi 5 di tahun 2015, 10 pada tahun 2020 dan 15 pada tahun 2025 Sutarto 2009. Industri bioetanol terdiri dari
tiga skala industri yaitu skala besar, skala menengah dan skala kecil. Produsen skala besar adalah produsen yang memproduksi etanol lebih dari 60 kilo liter kL perhari,
sedangkan produsen skala kecil adalah produsen dengan skala etanol kurang dari 1 kLhari Rama et al. 2007.
Bioetanol dapat berasal dari berbagai macam bahan baku. Ada tiga kategori bahan baku bioetanol yaitu bahan bergula, bahan berpati dan bahan berserat. Bahan
baku berpati dan berserat dapat diolah dengan hirolisis asam encer, hidrolisis enzimatis atau menggabungkan keduanya. Hidrolisis asam encer biasanya
menggunakan asam seperti H
2
SO
4
dan HCl untuk menghasilkan gula, sedangkan hidrolisis enzim dapat menggunakan enzim
α-amilase dan amiloglukosidase. Hidrolisis enzim memiliki kelebihan yaitu lebih ramah lingkungan dan tidak
menghasilkan senyawa penghambat untuk proses fermentasi, namun enzim juga memiliki kelemahan yaitu tidak bisa disimpan dalam waktu yang lama, harganya
mahal, merupakan produk impor dan memerlukan waktu lebih lama dalam menghidrolisis. Kerugian tersebut membuat metode hidrolisis enzim kurang cocok
digunakan dalam pembuatan bioetanol skala kecil. Hidrolisis asam encer memiliki beberapa kelebihan, yaitu harganya lebih
murah, lebih cepat dalam menghidrolisis, mudah didapat dan rendemen gula lebih tinggi jika dibandingkan dengan hidrolisis enzim. Dari keuntungan tersebut maka
para produsen bioetanol skala kecil sangat cocok untuk menerapkan hidrolisis asam encer dalam sistem produksi bioetanol, namun cara ini memiliki kekurangan
yaitu cenderung korosif terhadap alat, toksik terhadap lingkungan dan dapat menghasilkan senyawa-senyawa penghambat. Senyawa tersebut bersifat toksik
bagi mikroorganisme yang berperan dalam proses fermentasi Taherzadeh dan Karimi 2007.
Efek inhibitor dalam hidrolisat dapat dikurangi dengan empat cara yaitu : menggunakan asam konsentrasi rendah 0,4 M sampai 1 M untuk menghidrolisis
ubi kayu, detoksifikasi hidrolisat sebelum fermentasi, mengubah komponen yang toksik menjadi produk yang tidak mengganggu metabolisme dan mengembangkan
mikroorganisme fermentasi yang tahan terhadap inhibitor Solanges 2004; Taherzadeh et al. 2000; Schneider 1996; Gong et al. 1993.
Pada penelitian ini dilakukan strategi pengembangan mikroorganisme yang tahan terhadap inhibitor. Mikroorganisme yang paling umum digunakan
dalam proses fermentasi adalah Saccharomyces cerevisiae Jeffries dan Shi 1999. Selain umum digunakan, pemilihan khamir tersebut didasarkan pada Generally
Recognized as Safe GRAS. GRAS adalah bagian dari undang-undang yang
dibuat oleh Food, Drug, and Cosmetic Act FDA Amerika pada tahun 1958. Undang-undang ini dibuat untuk melindungi konsumen terhadap zat berbahaya
yang ditambahkan ke dalam bahan makanan. FDA 2011. Pemilihan berdasarkan GRAS akan membuat khamir ini lebih mudah diaplikasikan pada masyarakat
sebagai produsen etanol. Adanya inhibitor seperti furfural dan 5-hidroksimetilfurfural HMF yang
terbentuk dalam hidrolisis asam menghambat metabolisme S. cerevisiae sehingga mengakibatkan penurunan biomassa dan produksi etanol. S. cerevisiae yang tahan
terhadap inhibitor bisa didapatkan dengan proses penapisan dan adaptasi. Beberapa penelitian telah melaporkan bahwa dengan proses adaptasi S. cerevisiae
pada media hidrolisat asam akan meningkatkan kemampuan S. cerevisiae dalam memfermentasi substrat yang mengandung inhibitor Felipe et al. 1996; Paraj
ό et al
. 1998; Sene et al. 2001. Di Indonesia terdapat beberapa galur S. cerevisiae yang tersedia di pasaran atau yang menjadi koleksi di laboratorium. Galur-galur
ini belum diketahui kemampuannya dalam menggunakan hidrolisat asam ubi kayu menjadi bioetanol.
1.2 Rumusan Masalah
Hidrolisis menggunakan asam encer dapat menghasilkan gula total cukup tinggi setara dengan hidrolisis enzim. Saat fermentasi menggunakan hidrolisat
asam, kandungan gula dalam sisa fermentasi masih tinggi dan kadar etanol lebih rendah dibandingkan menggunakan hidrolisat enzim. Hal tersebut mungkin
disebabkan adanya hambatan oleh inhibitor terhadap agen fermentasi. Untuk itu, sebelum fermentasi, S. cerevisiae perlu diadaptasikan pada lingkungan yang
mengandung komponen inhibitor berupa HMF dan furfural. Pengaruh adaptasi S. cerevisiae
terhadap hidrolisat asam ubi kayu belum diketahui, sehingga perlu dipelajari lebih lanjut mengenai hal tersebut.
1.3 Tujuan
1. Mendapatkan galur S. cerevisiae yang paling adaptif terhadap hidrolisat asam ubi kayu yang mengandung inhibitor.
2. Mendapatkan teknologi adaptasi S. cerevisiae pada hidrolisat asam ubi kayu yang mengandung inhibitor.
3. Mendapatkan teknologi bioproses produksi etanol ubi kayu menggunakan S. cerevisiae yang adaptif terhadap hidrolisat asam
sehingga mampu meningkatkan konversi gula menjadi etanol.
1.4 Hipotesa
1. S. cerevisiae dari galur yang berbeda memiliki kemampuan yang berbeda pula dalam mentoleransi hidrolisat asam ubi kayu.
2. Proses adaptasi bertahap dapat meningkatkan kemampuan S. cerevisiae mentoleransi senyawa toksik hasil hidrolisis asam HMF dan furfural.
3. S. cerevisiae yang telah diadaptasi terhadap hidrolisat asam akan menghasilkan etanol lebih tinggi dari yang tidak teradaptasi.
1.5 Ruang Lingkup
1. Penapisan galur-galur S. cerevisiae dari berbagai sumber berdasarkan kemampuan memproduksi etanol tertinggi menggunakan hidrolisat asam
ubi kayu. 2. Menentukan konsentrasi gula total awal dan dosis starter.
3. Mengadaptasinya galur S. cerevisiae terpilih di dalam hidrolisat asam ubi kayu dalam fermentasi sistem batch bertahap.
4. Produksi bioetanol dari S. cerevisiae yang teradaptasi dan non adaptasi.
2. TINJAUAN PUSTAKA 2.1 Ubi Kayu
Manihot utilissima
Ubi kayu berasal dari Brazil. Tanaman ini menyebar ke Asia pada awal abad ketujuh belas dibawa oleh pedagang Spanyol dari Meksiko ke Fhilipina. Kemudian
ubi kayu menyebar ke Asia Tenggara, termasuk Indonesia Ekanayake et al. 1997. Sebagai komoditi perdagangan, ubi kayu dapat dibuat menjadi berbagai olahan antara
lain gaplek, pakan ternak, etanol, gula cair, sorbitol, tepung aromatik dan beberapa produk Lampiran 1.
Akar ubi kayu berfungsi menjadi tempat penyimpanan makanan atau lebih dikenal dengan umbi. Pati dan serat diakumulasi di akarnya. Umbinya
merupakan sumber karbohidrat yang mengandung air sekitar 60, pati, protein, mineral, serat, selulosa, hemiselulosa dan lignin Tabel 1 Pandanou et al. 2005;
Wargiono et al. 2006; Arnata 2009. Tabel 1. Komposisi kimia ubi kayu segar dan tepung ubi kayu
Jumlah Komponen
Ubi kayu
a
Tepung ubi
kayu
b
Air 62-65 11,5
Abu 0,3-1,3 0,7
Karbohidrat 32-35 83,8
Protein 0,7-2,6 1,0
Lemak 0,2-0,5 0,9
Serat kasar 0,8-1,3
2,1 Selulosa -
0,36
c
Hemiselulosa - 1,88
c
Lignin - 0,02
c
Sumber : a. Kay 1973, b. Depperin 1989, c. Arnata 2009 Selama ini untuk membuat bioetanol para produsen hanya memanfaatkan
patinya saja, sedangkan seratnya tidak diperhitungkan. Rendemen yang dihasilkan dengan mengolah pati dan seratnya lebih tinggi jika dibandingkan dengan mengolah
patinya saja Susmiati 2009; Nurdyastuti 2005. Sebagai bahan baku bioetanol, ubi kayu memiliki dua keuntungan. Pertama, ubi kayu dapat tumbuh dengan baik pada
lahan-lahan marginal, sedangkan tanaman lain seperti jagung dan beras tidak dapat
tumbuh dengan baik. Kedua, ubi kayu bukan makanan pokok penduduk Indonesia, sehingga dapat digunakan sebagai bahan baku bioetanol Dai et al. 2006. Ubi kayu
yang tidak layak digunakan sebagai bahan pangan seperti ubi kayu yang mengandung HCN tinggi 50-80 mgkg Ciptadi dan Nasution, 1974, serat tinggi, ukurannya
kecil dan tidak segar Syarief 1974 dapat digunakan sebagai bahan baku etanol. Penggunaan ubi kayu tidak layak konsumsi menjadi bahan baku etanol dapat
mengurangi limbah pertanian dan dapat memberikan nilai tambah bagi petani. Ubi kayu jika ditinjau dari segi teknis, finansial dan industri layak
dikembangkan sebagai bahan baku bioetanol Anonim 2007. Kelayakan teknis dapat dilihat dari peningkatan produktivitas ubi kayu dengan laju produksi 1,3 sampai 37
pertahun, tersedianya varietas unggul untuk industri bioetanol, dan masih banyak terdapat lahan tidur serta lahan sawah tadah hujan yang sebagian besar hanya
ditanami padi satu kali setahun. Kelayakan finansial ditandai oleh rasio BC 1,49 dan 1,98 pada tingkat hasil 15 ton dan 20 tonhektar dengan harga ubi segar di tingkat
petani Rp 250kg Anonim 2007.
2.2 Polisakarida Dalam Ubi Kayu
Polisakarida merupakan molekul-molekul monosakarida yang dapat berantai lurus atau bercabang serta dapat dihidrolisis dengan enzim-enzim yang kerjanya
spesifik. Sebagian polisakarida akan dihidrolisis menjadi oligosakarida. Susunan oligosakarida dapat digunakan utuk menentukan struktur molekul polisakarida.
Polisakarida dalam bahan makanan berfungsi sebagai penguat tekstur selulosa, hemiselulosa, pektin dan lignin dan sebagai sumber energi pati, dekstrin, glikogen,
dan fruktan Winarno 1997. Komposisi utama polisakarida ubi kayu adalah pati, selulosa, dan
hemiselulosa. Pati disimpan sebagai cadangan makanan di akar. Pati merupakan salah satu sumber karbohidrat dari tumbuhan. Semua pati yang berasal dari tumbuhan
berbentuk granula dengan ukuran dan karakteristik fisik yang spesifik Prasad et al. 2007. Di negara-negara tropis seperti Indonesia, Thailand, Vietnam, dan Brazil,
kebanyakan pati diproduksi dari ubi kayu. Pati ubi kayu memiliki beberapa
keunggulan jika dibandingkan dengan pati jagung atau kentang. Keunggulan tersebut antara lain kandungan pati lebih tinggi ± 90 basis kering, kandungan protein dan
mineral lebih rendah, temperatur gelatinisasi lebih rendah, dan kelarutan amilosa lebih tinggi. Sifat-sifat tersebut sangat penting untuk hidrolisis pati secara enzimatis
Widiasa 2005. Pati pada dasarnya terdiri dari dua polimer yang terkait di berbagai proporsi
menurut sumbernya yaitu amilosa 16-30 dan amilopektin 65-85 Prasad et al
. 2007. Amilosa mempunyai struktur lurus dengan ikatan α-1,4-D-glikosidik,
sedangkan amilopektin mempunyai struktur bercabang dengan ikatan α-1,6-D-
glikosidik sebanyak 4-6 dari bobot total. Selulosa merupakan komponen terbesar 33-51 dalam lignoselulosa yang
berfungsi sebagai struktur dasar dinding sel tanaman Holtzapple 1993. Komponen ini terdiri dari unit monomer D-glukosa yang terikat melaui ikatan
β-1, 4-D- glukopiranosa. Struktur kimia selulosa berupa polisakarida linear yang tersusun dari
pengulangan unit β-1, 4-D-glukopiranosa dan berasosiasi dengan hemiselulosa Hayn
et al . 1993.. Rumus molekul polisakarida adalah C
6
H
10
O
5
n dan n menyatakan jumlah unit glukosa pembentuk rantai polimer atau derajat polimerisasi.
Selulosa dapat larut dalam asam pekat seperti H
2
SO
4
72. Asam tersebut akan menghidrolisis selulosa menjadi glukosa. Peningkatan temperatur dan tekanan
akan meningkatkan laju hidrolisis. Hidrolisis selulosa dapat dihambat oleh lignin dan hemiselulosa Sjostrom 1994.
Hemiselulosa adalah polimer dari lignoselulosa. Di dalam lignocelulosa terdapat 19-34 hemiselulosa Ingram 1975. Polimer ini termasuk dalam
kelompok polisakarida heterogen yang terbentuk melalui biosintetis yang berbeda dari selulosa. Komponen ini mudah terhidrolisis dengan asam menjadi komponen-
komponen monomernya yang terdiri dari D-glukosa, D-manosa, D-galaktosa, D- xilosa, L-arabinosa, dan sejumlah kecil L-ramnosa disamping menjadi asam D-
glukuronat, asam 4-0-metil-glukuronat dan asam D-galakturonat Saha et al. 2005. Lignin merupakan polimer alkohol aromatik yang terdapat di dalam
lignoselulosa 20-30. Dalam beberapa penelitian lignin tidak memberikan
kontribusi dalam proses fermentasi, bahkan lebih berpotensi menjadi penghambat dalam proses tersebut Antonius et al. 2006; Ingram 1975.
Pektin adalah komponen terkecil di dalam lignoselulosa 2-20. Pektin tersusun atas
α-1,6-D-glikosidik yang terhubung pada asam galakturonat. Asam galakturonat sendiri bisa teresterifikasi dengan senyawa metil dan kelompok asetil.
Pektin mengandung polisakarida bercabang seperti rhamnogalakturonan I, rhamnogalakturonan II dan xylogalakturonan Antonius et al. 2006; Ingram 1975.
2.3 Etanol
Etanol merupakan senyawa yang sering digunakan dalam industri kimia antara lain sebagai pelarut 40, untuk membuat asetaldehid 36, eter, glikol eter,
etilasetat dan membuat kloral CL
3
CCHO 9 Lily et al. 2008. Etanol adalah cairan yang bening, tidak berwarna dan memiliki bau yang khas. Etanol
mengeluarkan bau yang agak manis ada pengenceran menjadi cairan encer, tetapi mengeluarkan bau terbakar saat konsentrasinya ditambahkan. Etanol CH
3
CH
2
OH termasuk dalam kelompok alkohol dengan gugus hidroxil –OH yang berikatan
dengan atom karbon dengan karakteristik tertentu Tabel 3. Tabel 2. Sifat fisika dan etanol
Besaran Nilai
Titik beku,
o
C -114,1 Titik didih normal,
o
C +78,32 Temperatur kritis,
o
C 243,1 Tekanan kritis, kPa
6383,48 Volume kritis, Lmol
0,167 Faktor kompresibilitas kritis, z
0,248 Densitas, pada 20
o
C , gml 0,7893
Viskositas, pada 20
o
C, mPa.s =cP 1,17
Kelarutan dalam air, pada 20
o
C Larut Panas penguapan, pada t.d normal, Jg
839,31 Panas pembakaran, pada 25
o
C, Jg 29676,69
Panas pembentukan 104,6
Panas spesifik, pada 20
o
C, Jg.C.s Berat molekul
2,42 0,79
Sumber : Othmer 1969. Etanol untuk minuman telah dibuat sejak zaman dahulu menggunakan
fermentasi gula dan terus berlanjut sampai sekarang. Fermentasi menghasilkan
maksimal sekitar 14 etanol. Etanol dengan kadar lebih tinggi dapat dihasilkan dengan distilasi larutan. Komposisi larutan distilasi adalah 96 etanol dan 4 air.
Etanol komersial mengandung 95 etanol dan 5 air. Etanol murni tidak dapat diperoleh dengan penyulingan, tetapi diperoleh dengan penambahan agen dehidrasi
untuk menghilangkan sisa air. Etanol dapat bercampur dengan sebagian besar pelarut organik. Hal ini berguna sebagai dalam pembuatan parfum, cat, pernis, dan bahan
peledak Anshory 2004. Bioetanol dapat dijadikan bahan bakar pengganti bensin, namun sampai saat
ini penggunaannya di Indonesia masih sangat terbatas. Di Indonesia penggunaan bioetanol sebagai bahan bakarkendaraan bermotor masih dicampur dengan bensin.
Pencampuran bioetanol absolut sebanyak 10 dengan bensin 90, sering disebut Gasohol E-10. Gasohol singkatan dari gasoline bensin dan alkohol bioetanol.
Etanol absolut memiliki angka oktan ON 117, sedangkan Premium hanya 87-88. Gasohol E-10 secara proporsional memiliki ON 92 atau setara Pertamax. Pada
komposisi ini bioetanol dikenal sebagai octan enhancer aditif yang paling ramah lingkungan dan di negara- negara maju telah menggeser penggunaan Tetra Ethyl
Lead TEL maupun Methyl Tertiary Buthyl Ether MTBE BPPT, 2005. Produksi
bioetanol dari tanaman dan penggunaannya pada mesin mobil akan menciptakan keseimbangan siklus karbondioksida, yang berarti akan mengurangi laju pemanasan
global.
2.4 Proses Pembuatan Bioetanol
Produksi bioetanol dengan bahan baku pati atau karbohidrat, dilakukan melalui proses konversi karbohidrat menjadi gula glukosa larut air Lily et al.
2008. Teknologi proses produksi bioetanol tersebut dapat dibagi dalam tiga tahap, yaitu hidrolisis, fermentasi, dan distilasi. Proses hidrolisis bergantung pada bahan
baku yang digunakan, misalnya dari bahan bergula, bahan berpati atau bahan berserat. Sebelum dihidrolisis bahan baku harus dipersiapkan terlebih dahulu mulai
dari pengupasan, pencucian sampai pengecilan ukuran. Adapun tujuan setiap teknologi persiapan atau pretreatment adalah untuk mengubah atau menghapus faktor
struktural dan komposisi dalam biomassa tanaman yang menghambat hidrolisis
dinding sel polisakarida untuk menjadi monomer gula Mosier et al. 2005. Hidrolisis
asam digunakan untuk menghidrolisis hemiselulosa menjadi pentosa xilosa dan arabinosa dan heksosa galaktosa, mannosa dan glukosa. Hidrolisis selulosa dan
hemiselulosa terutama xylan menjadi gula dapat dikatalis oleh bermacam-macam asam termasuk asam sulfat, asam hidroksida, sam hidrokloroda, dan nitrat.
Tahap fermentasi merupakan tahap kedua dalam proses produksi bioetanol. Pada tahap ini, monomer gula seperti glukosa dan xilosa diubah menjadi etanol
dengan bantuan mikroorganisme. Proses fermentasi menggunakan dua jenis khamir yang berbeda untuk mengubah secara bersamaan xilosa dan glukosa disebut co-
fermentation antara lain dengan menggunakan S. cerevisiae dan Pichia stipitis
Merida dan Figueroa 2009.
2.5 Hidrolisis Asam
Hidrolisis menggunakan asam telah dikembangkan di Jerman sejak awal abad 19. Asam yang paling banyak digunakan adalah jenis asam sulfat encer. Bahan ini
digunakan karena murah. Selain asam sulfat sering juga digunakan asam oksalat dan asam asetat. Perlakuan asam sulfat encer dapat digunakan dengan baik untuk bahan-
bahan hasil pertanian, seperti tongkol jagung dan jerami padi atau gandum. Asam dapat memecah hemiselulosa yang merupakan bahan yang bersifat rekalsitran sulit
terurai dalam hidrolisis. Hidrolisat asam dapat digunakan sebagai substrat utama produksi bioetanol. Hal ini disebabkan karena hidrolisat asam mengandung glukosa.
Glukosa dapat digunakan sebagai sumber energi dan sumber karbon untuk membentuk material penyusun sel baru Voet dan Voet 2004. Hidrolisis asam dapat
menggunakan berbagai macam katalis asam pada berbagai macam konsentrasinya. Umumnya asam yang digunakan adalah H
2
SO
4
atau HCl Mussatto dan Roberto, 2004 dengan konsentrasi berkisar antara 2-5 Iranmahboob et al. 2002; Sun dan
Cheng 2002 dan suhu reaksi ± 160
o
C. Asam sulfat encer 1 atau pH 1,5 dan suhu 180-190
o
C digunakan untuk menghidrolisis tongkol jagung skala pilot. Waktu hidrolisis bervariasi sesuai dengan pH dan temperatur. Dari perlakuan tersebut 65
xylosa dihidrolisis menjadi monomernya, 15 xilan menjadi furfural dan 15 sisanya hilang selama hidrolisis Zhu et al. 2004.
Gambar 1. Komposisi serat dalam batang barley dan senyawa inhibitor turunannya
Sumber: Almeida et al. 2007 Hidrolisis asam digunakan pada bahan-bahan yang berlignoselulosa karena
lebih dapat memecah hemiselulosa dan selulosa menjadi bahan bergula. Metode ini memiliki kelemahan yaitu membentuk furfural dan senyawa inhibitor lainnya yang
dapat menghambat porses fermentasi Taherzadeh dan Karimi 2007. Komponen toksik yang teridentifikasi berjumlah lebih dari tiga puluh lima senyawa. Komponen
ini terbagi atas tiga kelompok utama Gambar 1 yaitu kelompok asam-asam organik asam asetat, format dan levulinat, turunan furan furfural dan 5-
hidroksimetilfurfural, dan komponen-komponen fenolik Luo et al. 2002.
2.6 Fermentasi
Proses fermentasi adalah proses pembebasan energi tanpa adanya oksigen, nama
lainnya adalah respirasi anaerob. Dari hasil akhirnya, fermentasi dibedakan menjadi fermentasi asam laktat dan fermentasi alkohol. Pada beberapa mikroba pembebasan
energi dapat terjadi karena asam piruvat diubah menjadi asam asetat dan CO
2
mannosa abu
0-2
selulosa 33-51
hemiselulosa 19-341
lignin 21-32
zat extraktif lain
1-5 glukosa
HMF asam levulinat
asam format furan
asam lemah
galaktosa rhamnosa
xilosa arabinosa
furfural asam asetat
fenol resin kayu
selanjutanya asam asetat diubah menjadi alkohol. Dalam fermentasi alkohol, 1 molekul glukosa hanya dapat menghasilkan 2 molekul ATP. Jumlah ATP yang
dihasilkan lebih kecil dari respirasi aerob. Pada respirasi aerob 1 molekul glukosa mampu menghasilkan 38 molekul ATP. Reaksi biokimia fermentasi bervariasi
tergantung jenis gula yang digunakan dan produk yang dihasilkan. Tahap akhir dari fermentasi adalah konversi
piruvat ke produk fermentasi akhir. Tahap ini tidak
menghasilkan energi tetapi sangat penting bagi sel anaerobik karena tahap ini meregenerasi nicotinamide adenine dinucleotide NAD
+
, yang diperlukan untuk glikolisis.
Reaksinya : 1. Gula C
6
H
12
O
6
————
asam piruvat glikolisis + ATP 2. Dekarboksilasi asam piruvat.
Asam piruvat
————————————————————
asetaldehid + CO
2
.
piruvat dekarboksilase CH
3
CHO
3. Asetaldehid oleh alkohol dihidrogenase diubah menjadi etanol. 2 CH
3
CHO + 2 NADH
2
————————
2 C
2
H
5
OH + 2 NAD.
alcohol dehidrogenase enzim
Secara singkat, glukosa
C
6
H
12
O
6
yang merupakan gula paling sederhana, melalui fermentasi akan menghasilkan
etanol 2C
2
H
5
OH. Reaksi fermentasi ini dilakukan oleh khamir seperti S. cerevisiae, yang bersifat fakultatif anaerobik. Pada
kondisi aerobik oksigen digunakan sebagai akseptor elektron terakhir pada jalur reaksi bioenergetik. Pemanfaatan oksigen pada keadaan ini menghasilkan
penambahan biomassa sel dengan persamaan reaksi sebagai berikut: Biomassa sel + C
6
H
12
O
6
Æ CO
2
+ H
2
O + biomassa sel Pada kondisi anaerobik di jalur reaksi bioenergetik, S cerevisiae menggunakan
senyawa organik sebagai akseptor elektron terakhir. Glukosa digunakan sebagai substrat dengan hasil akhir berupa alkohol, CO
2
, aldehid dan asam organik. Reaksi yang berlangsung dalam keadaan anaerobik tersebut adalah sebagai berikut:
C
6
H
12
O
6
Æ 2 C
2
H
5
OH + 2 CO
2
+ produk samping