Pengaruh Suhu dan Volume Starter Dalam Pembuatan Bioetanol Dari Nira Aren (Arenga Pinnata Merr)

LAMPIRAN 1

DATA PERCOBAAN

1.1 DATA HASIL PENELITIAN

Tabel L1.1 Hasil Analisis Perolehan Bioetanol

Suhu (oC) Starter (%v/v)

Densitas

(g/ml) Massa (g)

Kadar Etanol (%)

Volume Distilat

(ml)

Yield

(%)

Spesific

Gravity API

Nilai Kalor (Kkal/kg)

32

15 0,9500 16,1500 28,5568 17 15,5667 0,9542 16,7990 161,4886 25 0,9286 19,5000 39,5831 21 30,2081 0,9326 20,2213 237,5575 35 0,9206 19,3326 43,3165 21 38,1430 0,9246 21,5367 266,7956 45 0,9261 15,7435 40,7609 17 34,3389 0,9301 20,6283 246,6049 55 0,9366 14,0488 35,6591 15 32,3970 0,9407 18,9226 208,6906

35

15 0,9419 16,9539 32,9568 18 19,0219 0,9460 18,0772 189,8989 25 0,9333 19,6000 37,2778 21 28,4488 0,9374 19,4472 220,3515 35 0,9246 18,4928 41,4399 20 34,7529 0,9287 20,8666 251,9013 45 0,9278 14,8444 39,9628 16 31,6861 0,9318 20,3511 240,4424 55 0,9401 13,1614 33,8755 14 28,7249 0,9442 18,3605 196,1963

39

15 0,9466 15,1449 30,4639 16 15,6294 0,9507 17,3385 173,4809 25 0,9394 16,9098 34,2179 18 22,3831 0,9435 18,4671 198,5670 35 0,9330 16,7948 37,4198 18 28,2434 0,9371 19,4941 221,3929 45 0,9375 15,0000 35,2010 16 27,9106 0,9416 18,7763 205,4396

LAMPIRAN 2

CONTOH PERHITUNGAN

2.1 DENSITAS ETANOL

Perhitungan untuk starter 35 % dengan suhu 32 oC Massa piknometer kosong = 5,7854 g

Massa piknometer kosong + distilat = 15,1813 g Massa piknometer kosong + aquades = 15,9473 g

Densitas aquades pada suhu 30 oC = 0,995647 gr/ml [56] Maka densitas distilat dihitung dengan cara :

= 0,9206 gr/ml Dimana:

ρ1 = densitas air

m1 = massa (piknometer berisi aquades – piknometer kosong)

ρ2 = densitas distilat

m2 = massa (piknometer berisi distilat – piknometer kosong)

Untuk perhitungan densitas yang lainnya sama dengan perhitungan di atas.

2.2 KADAR ETANOL BERDASARKAN DENSITAS

Perhitungan untuk sarter 35 % dengan suhu 32 oC Densitas Bioetanol = 0,9206 gr/ml

Untuk densitas dari tabel diperoleh % kadar etanolnya adalah : antara 43 % dan 44 %

Interpolasi :

% kadar etanol =

Untuk perhitungan kadar bioetanol yang lainnya sama dengan perhitungan di atas.

2.3 YIELD ETANOL

Perhitungan untuk sarter 35 % dengan suhu 32 oC Massa gula awal = 11% x massa nira

= 11% x 334,75 gr = 36,8225 gr

Yield = x Kadar bioetanol 0,511 x awal gula Massa murni etanol Densitas distilat x Volume

= x 43,3165%

0,511 gr x 36,8225 g/ml 0,789 x ml 21

= 38,1430 %

Untuk perhitungan yield bioetanol yang lainnya sama dengan perhitungan di atas.

2.4 SPECIFIC GRAVITY DAN APY GRAVITY ETANOL Perhitungan untuk sarter 35 % dengan suhu 32 oC

Densitas bioetanol = 0,9206 gr/ml

Densitas air = 0,995647 gr/ml ( pada 30 oC)

Spesific Gravity (sg) = = , gr l

, gr l = 0,9246

API Grvaity =

−

131,5 = 153,0391 −131,5 = 21,5367

Untuk perhitungan spesific gravity dan API gravity yang lainnya sama dengan perhitungan di atas.

2.5 NILAI KALOR ETANOL

API Grafity (G) = 21,5367 Nilai Kalor

(NK) =

− (18,650 + 40 ( −10) Kkal/Kg

=

− (18,650 + 40 (21,5367−10) Kkal/Kg

= 266,7956 kkal/kg

Untuk perhitungan nilai kalor yang lainnya sama dengan perhitungan di atas.

2.6 ANALISIS EKONOMI

Perhitungan analisis ekonomi meliputi perhitungan biaya kebutuhan bahan dan harga jual etanol yang diperoleh pada kondisi operasi yang telah ditetapkan dengan yield 38,1430 %.

1. Perhitungan biaya kebutuhan bahan  Nira aren

Volume nira = 500 ml

Harga nira = Rp. 13.333/L

Total harga nira = 0,5 L x Rp. 13.333/L = Rp. 6.666,5,-

 Fermipan

Massa = 1 g

Harga Fermipan = Rp. 4000/11 g Total harga Fermipan = 1 g x Rp. 4000/11 g

= Rp. 363,64,-

 Pupuk NPK

Massa NPK = 1,4 g

Harga NPK = Rp. 2.000/kg

Total harga NPK = 0,0014 kg x Rp. 2.000/kg = Rp. 2,8

Total harga bahan baku = Rp. 6.666,5 + 363,64 + Rp. 2,8 = 7.032,94,-

2. Perhitungan harga jual etanol  Etanol (C2H5OH)

Harga C2H5OH teknis (96%) = Rp. 35.750/960 ml

Etanol yang diperoleh dalam penelitian ini sebanyak 21 ml dengan kadar 43%. Total Harga C2H5OH = 21 ml x 43% x Rp. 35.750/960 ml

LAMPIRAN 3

DOKUMENTASI PENELITIAN

3.1 FOTO BAHAN BAKU NIRA SEGAR

Gambar L3.1 Nira Segar

3.2 FOTO ANALISIS KADAR GULA NIRA SEGAR DENGAN REFRAKTOMETER

3.3 FOTO PROSES FERMENTASI

a. b.

c.

Gambar L3.3 Proses Fermentasi a. Saccharomyces cerevisiae b. Starter c. Hasil Fermentasi

3.4 FOTO PROSES DISTILASI

3.5 FOTO ANALISIS OKSIDASI K2Cr2O7 TERHADAP ETANOL

a. b.

Gambar L3.5 Foto Analisis Oksidasi K2Cr2O7 Terhadap Bioetanol

DAFTAR PUSTAKA

[1] Munthe, Muhammad Ginta., 2015. Pemanfaatan Cangkang Kelapa Sawit dan Limbah Kelapa Sawit (Sludge) Sebagai Bahan Baku Pembuatan Biobriket Arang. Program Studi Keteknikan Pertanian, Fakultas Pertanian, Universitas Sumatera Utara.

[2] Lee, Wen Shiang., Chen, I Chu., Chang, Cheng-Hsiung., Yang, Shang Shyng., 2012. Bioethanol Production From Sweet Potato by Co-Immobilization of Saccharolytic Molds and Saccharomyces cerevisiae. Renewable Energy 39, 216-222.

[3] Alvira, P., Pejo, E. Tomas., Ballesteros, M., Negro, M.J., Pretreatment Technologies For An Efficient Bioethanol Production Process Based On Enzymatic Hydrolysis: A Review. Bioresource Technology 101, 4851-4861.

[4] Wijaya, I Made Anom Sutrisna., Arthawan, I Gusti Ketut., Sari, Anis Novita., 2012. Potensi Nira Kelapa Sebagai Bahan Baku Bioetanol. Jurnal Bumi Lestari, Vol. 12, No.1, Hal. 85-92.

[5] Dias, M.O.S., Junqueira, T.L., Jesus, C.D.F., Rossel, C.E.V., Filho, R. Maciel., Bonomi, A., 2012. Improving Bioethanol Production-Comparison Between Extractive And Low Temperature Fermentation. Applied Energy 98, 548-555.

[6] Alvira, P., Pejo, E. Tomas., Ballesteros, M., Negro, M.J., Pretreatment Technologies For An Efficient Bioethanol Production Process Based On Enzymatic Hydrolysis: A Review. Bioresource Technology 101, 4851-4861.

[7] Mojovic, Ljiljana., Nicolic, Svetlana., Rakin, Marica., Vukasinovic, Maja., 2006. Fuel 85, 1750 1755.

[8] Petersen, Mai Ostergaard., Larsen, Jan., Thomsen, Mette Hedegaard., 2009. Optimization of Hydrothermal Pretreatment of Wheat Straw For Production of Bioethanol at Low Water Consumption Without Addition of Chemicals. Biomass and Bioenergy 33, 834-840.

[9] Kristensen, Soren Bech Pilgaard., Thomsen, Torben Birch., Rasmussen, Kjeld., 2014. Cassava as an Energy Crop: a Case Study of The Potential For an Expansion of Cassava Cultivation for Bioethanol Production in Sothern Mali. Renewable Energy, 381-390.

[10] Fahrizal, Yusya’ Abubakar, Murna, Muzaifa , Musli , The Effec s of Temperature and Length of Fermentation on Bioethanol Production

From Arenga Plant (Arenga pinnata MERR). Vol. 3, No.3. ISSN : 2088-5334.

[11] Tangkuman, Herling D., Rorong, Johnly A., Pandara, Dolfie., Tamuntuan, Gerald., 2010. Produksi Bioetanol dari Nira Aren Menggunakan Energi Geothermal. Chem Prog, Vol. 3, No. 1.

[12] Lin, Yan dan Tanaka, Shuzo., 2006. Ethanol Fermentation From Biomass Resources: Curent State and Prospects. Appl Microbiol Biotechnol 69, 672-642.

[13] Pontoh, Julius., Gunawan, Indriani., Fatimah, Feti., 2011. Analisa Kandungan Protein Dalam Nira Aren.Chem Prog, Vol. 4, No.2.

[14] Florido, Helen B dan Mesa, Priscilla B. De., 2003. Sugar Palm (Arenga pinnata (Wurmb.) Merr). Research Information Series on Ecosystem. Vol 15, No. 2.

[15] Effendi, Dedi Soleh., 2010. Prospek Pengembangan Tanaman Aren (Arenga pinnata Merr) Mendukung Kebutuhan Bioetanol di Indonesia. Perspektif Vol.9, No.1, Hal. 36-46. ISSN : 1412-8004.

[16] Ishak, M.R., Sapuan, S.M., Leman, Z., Rahman, M.Z.A., Anwar, U.M.K., Siregar, J.P., 2013. Sugar Palm (Arenga pinnata): Its Fibres, Polymers and Composites. Carbohydrate Polymers 91, 699-710.

[17] Generoso, Wesley Cardoso., Schadeweg, Virginia., Oreb, Mislav., Boles, Eckhard., 2015. Metabolic Engineering of Saccharomyces cerevisiae For Production of Butanol Isomers. Biotechnology 33, 1-7.

[18] Gnansounou, Edgard and Dauriat, Arnaud. 2005. Ethanol Fuel From Biomass. Journal of Scientific & Industrial Research, Vol.64, pp, 809-821. [19] Rahman, Mohamed Ali Abdel., Xiao, Yaotian., Tashiro, Yukihiro., Wang, Ying., Zendo, Takeshi., Sakai, Kenji., Sanomoto, Kenji., 2014. Fed-Batch Fermentation For Enhanced Lactic Acid Production From Glucose/Xylose Mixture Without Carbon Catabolite Repression. Journal of Bioscience and Bioengineering, Vol. xx, No. xx, 1-6.

[20] Koscher, G S and Uppal, Shivali. 2013. Fermentation Variables For The Fermentation of Glucose and Xylose Using Saccharomyces cerevisiae Y-2034 and Pachysolantannophilus Y-2460. Indian Journal of Biotechnology.Vol 122, pp 531-536.

[21] Kismurtono, Muhammad., 2012. Fed-Batch Fermentation of Palm Juice (Arenga pinnata Merr): Influence of The Feeding Rate on Yeast, Yield and Productivity. International Journal of Engineering and Technology, Vol. 2, No. 5.

[22] Lee, Wen Shiang., Chen, I Chu., Chang, Cheng-Hsiung., Yang, Shang Shyng., 2012. Bioethanol Production From Sweet Potato by Co-Immobilization of Saccharolytic Molds and Saccharomyces cerevisiae. Renewable Energy 39, 216-222.

[23] Cheng, Ngoh Gek., Hasan, Masitah., Kumoro, Andri Chahyo., Ling, Chew Fui., Tham, Margaret., 2009. Production of Ethanol by Fed-Batch Fermentation. Pertanika J.SCi & Technol 17 (2), 399-408. ISSN: 0128-7680.

[24] Hanum, Farida., Pohan, Nurhasmawaty., Rambe, Mulia., Primadony, Ratih., Ulyana, Mei., 2013. Pengaruh Massa Ragi dan Waktu Fermentasi Terhadap Bioetanol dari Biji Durian. Jurnal Teknik Kimia USU, Vol. 2, No.4.

[25] Utami, Lucky Indrati., 2009. Pembuatan Etanol dari Buah Mengkudu. Jurnal Teknik Kimia, Vol. 4, No. 1.

[26] Sebayang, Firman., 2006. Pembuatan Etanol dari Molase Secara Fermentasi Menggunakan Sel Saccharomyces cerevisiae yang Terimobilisasi pada Kalsium Alginat. Jurnal Teknologi Proses, 75-80. ISSN: 1412-7814.

[27] Seftian, Deky., Antonius, Ferdinand., Faizal, M., 2012. Pembuatan Etanol dari Kulit Pisang Menggunakan Metode Hidrolisis Enzimatik dan Fermentasi. Jurnal Teknik Kimia, Vol. 18, No.1.

[28] Peraturan Menteri Pertanian Republik Indonesia., 2014. Pedoman Budidaya Aren (Arenga pinnata MERR) yang Baik. Nomor 133/Permentan/OT.140/12/2013. No.17.

[29] Nurfiana, Fifi., Mukaromah, Umi., Jeannisa, Vicki Citra., Putra, Sugili., 2009. Pembuatan Bioetanol dari Biji Durian Sebagai Sumber Energi Alternatif. Seminar Nasiona V SDM Teknologi Nuklir. ISSN: 1978-0176.

[30] Hapsari, Mira Amalia dan Pramashinta, Alice., 2013. Pembuatan Bioetanol dari Singkong (Manihot glaziovii) Untuk Bahan Bakar Kompor Rumah Tangga Sebagai Upaya Mempercepat Konversi Minyak Tanah Ke Bahan Bakar Nabati. Jurnal Teknologi Kimia Industri, Vol. 2, No. 2, Hal. 240-245.

[31] Oktavianus, Ferdin., Sigiro, Roy Martua., Bustan, M. Djoni., 2013. Pembuatan Bioetanol Dari Batang Jarak Menggunakan Metode Hidrolisa Dengan Katalis Asam Sulfat. Jurnal Teknik Kimia, Vol. 19, No. 2.

[32] Ain, M. R. Faridatul., Yusof., Y. A., Chin, N. L., Dom, Mohd., 2014. Storage Study of Arenga pinnata Juice. Agriculture and Agricultural Science Procedia 2, 218-223.

[33] Lasekan, O., dan Abbas, K.A., 2010. Flavour Chemistry of Palm Toddy and Palm Juice: A Review. Trends in Food Science & Technology 21, 494-501.

[34] Ho, C.W., Aida, W.M. Wan., Maskat, M.Y., Osman, H., 2006. Changes in Volatile Compounds of Palm Sap (Arenga pinnata) During The Heating Process For Production of Palm Sugar. Food Chemistry 102, 1156-1162.

[35] Lay, Abner dan Heliyanto, Bambang., 2011. Prospek Agro-Industri Aren (Arenga pinnata). Perspektif Vol. 10 No. 1. Hal. 01-10. ISSN: 1412-8004. [36] Ali, Aidy., Sanudin, A.B., Ezzedin, Saifuliwan., 2010. The Effect of

Aging On Arenga pinnata Fiber-Reinforced Epoxy Composite. Materials and Design 31, 3550-3554.

[37] Aditiwati, Pingkan., Kusnadi., 2003. Kultur Campuran dan Faktor Lingkungan Mikroorganisme yang Berperan Dalam Fermentasi Tea-Cider. Proc. ITB Sains & Tek, Vol. 35 A, No. 2, Hal. 147-162.

[38] Salsabila, Usyqi., Mardiana, Diah., Indahyanti, Ellya., 2013. Kinetika Reaksi Fermentasi Glukosa Hasil Hidolisis Pati Biji Durian Menjadi Etanol. Jurnal Kimia, Vol. 2, No. 1.

[39] Azizah, N., Al-Baarri, A.N., Mulyani, S., 2012. Pengaruh Lama Fermentasi Terhadap Kadar Alkohol, pH, dan Produksi Gas Pada Proses Fermentasi Bioetanol Dari Whey Dengan Substitusi Kulit Nanas. Jurnal Aplikasi Teknologi Pangan, Vol. 1, No.2.

[40] Jannah, Asyeni Miftahul., 2010. Proses Fermentasi Hidrolisat Jerami Padi Untuk Menghasilkan Bioetanol. Jurnal Teknik Kimia, Vol. 17, No. 1.

[41] Dodic, Sinisa., Popou, Stevan., Dodic, Jelena., Rankovic, Jovana., Zavargo, Zoltan., Mucibabic, Rada Jevtic., 2009. Biothanol Production From Thicjuice as Intermediate of Sugar Beet Processing. Biomass and Bioenergy 33, 822-827.

[42] Betiku, Eriola., Taiwo, Abiola, Ezekiel., 2015. Modeling and Optimization of Bioethanol Production From Breadfruit Starch Hydrolizate vis-à-vis Response Surface Methodology and artificial Neural Network. Renewable Energy 74, 87-94.

[43] Niu, Hongxing., Leak, David., Shah, Nilay., Kontoravdi, Cleo., 2015. Metabolic Characterization and Modeling of Fermentation Process of an Engineered Geobacillus thermoglucosidaus Strain For Bioethanol Production With Gas Stripping. Chemical Engineering Science 122, 138-149.

[44] Shahirah, Mohd Nasir Nor., Gimbun, Jolius., Pang, Sook Fun., Zakria, Rossyuhaida Mohd., Cheng, Chin Kui., Chua, Gek Kee., Asras, Mohd Fazli Farida., 2014. Influence Of Nutrient Addition On The Bioethanol

Yield From Oil Palm Trunk Sap Fermented by Saccharomyces cerevisiae. Journal Of Industrial and Engineering Chemistry. JIEC-2175, No. of Page. 5.

[45] Dehkordi, Mohsen Mobini., Nahvi, Iraj., Esfahami, Hamid Zarkesh., Ghaedi, Kamran., Tavassoli, Manoochehr., Akada, Rinji., 2008. Isolation of a Novel Mutant Strain Of Saccharomyces cerevisiae by an Ethyl Methan Sulfonate-Induced Mutagenesis Approach as a High Producer of Bioethanol. Journal of Bioscience and Bioengineering. Vol. 105, No.4, 403 408.

[46] Lempang, Mody dan Mangopang, Albert D., 2012. Efektivitas Nira Aren Sebagai Bahan Pengembang Adonan Roti. Jurnal Penelitian Kehutanan Wallacea, Vol. 1, No. 1, 26-35.

[47] Kaya, E. 2013., Pengaruh Kompos Jerami dan Pupuk NPK Terhadap N- Tersedia Tanah, Serapan N-, Pertumbuhan, dan Hasil Padi Sawah (Oryza Sativa L). Agrologia. Vol. 2, No. 1, Hal. 43-50.

[48] Dahono., Ghulamahdi, M., Aziz, S.A., Adiwirman., 2011. Kombinasi Pupuk NPK dan Pupuk Kandang Dalam Meningkatkan Pertumbuhan dan Produksi Asiatikosida Tanaman Pegagan. Jurnal Littri, Vol. 17, No. 2, 51-59.

[49] Hayati, Erita., 2010. Pengaruh Pupuk Organik dan Anorganik Terhadap Kandungan Logam Berat Dalam Tanah dan Jaringan Tanaman Selada. J. Floratek 5, 113-123.

[50] Santoso, Budi., Budi, Untung Setyo., Nurnasari, Elda., 2012. Pengaruh Jarak Tanaman dan Dosos Pupuk NPK Majemuk Pertumbuhan, Produksi Bunga dan Analisis Usaha Tani Rosela Merah. Jurnal Littri 18(1), Hal. 17-23.

[51] Puslitbang Perkebunan., 2009. Info BBN Nira Aren Sebagai Bahan Baku Etanol. Vol.1, No. 5. ISSN: 2085-319X.

[52] ”Manisnya Laba Dari ula Aren,“ Medan Bisnis, Februari

[53] ”Bos Per a ina: % ebu uhan BBM RI Berasal Dari I por,“ De ik Finance, 14 Juli 2015.

[54] ”Dua S ra egi Tingka kan Produksi ula asional,“ C Indonesia, April 2015.

[55] SNI 01-3140.2., 2006. Gula Kristal-Bagian 2: Rafinasi (Refined Sugar). [56] Perry, Rober H , reen, Don W , Perry’s Che ical Engineers

[57] Jamaliah, Mustaofidatul., 2011. Sintesis Etanol Melalui Reaksi Hidrogenasi Heksil Asetat Dengan Menggunakan Berbagai Katalis. Program Studi Kimia, Fakultas Sains dan Teknologi, Universitas Islam Negeri Syarif Hidayatullah, Jakarta.

[58] Hidayanto, Eko., Rofiq, Abdul., Sugito, Heri., 2010. Aplikasi Portable Brix Meter Untuk Pengukuran Indeks Bias. Berkala Fisika, Vol.13, No. 4, Hal. 113-118. ISSN: 1410-9662.

[59] D.L. Pavia, G.M. Lampman, dan Kriz, S , “In roduc ion To

Spec roscopy : A uide for S uden s of Organic Che is ry,” Singapore:

Thomson Learning, 2001).

[60] Shidiq, Ari Syahidul., Haryono., 2014. Optimalisasi Pembuatan Bioetanol Anhydrous Dari Umbi Gembili (Discorea esculenta L) Sebagai Campuran Premium Untuk Meningkatkan Angka Oktan. ISBN: 979363174-0.

[61] Pinata, Dian., Nawfa, Refdinal., 2011. Uji Kualitatif Etanol yang Diproduksi Secara Enzimatis Menggunakan Z. Mobilis Permeabel. Jurusan Kimia, Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam, Institut Teknologi Sepuluh November. SK-091304.

[62] Sulistyani, M.Si., 2013. Pemanfaatan Limbah Bonggol Pisang Sebagai Bahan Baku Pembuatan Bioetanol. Jurnal Sains Dasar, Vol. 2, No. 1, Hal. 48-52. ISSN : 2085-9872.

[63] Putri, Lily Surayya Eka., Sukandar, Dede., 2008. Konversi Pati Ganyong (Canna Edulis Ker.) Menjadi Bioetanol Melalui Hidrolisis Asam dan Fermentasi. Program Studi Biologi, Fakultas Sains dan Teknologi, Universitas Islam Negeri Syarif Hidayatullah, Tangerang. ISSN: 1412-033X.

[64] Arnata, I wayan., Anggreni, Dewi A.A.M., 2013. Rekayasa Bioproses Produksi Bioetanol Dari Ubi Kayu Dengan Teknik Ko-Kultur Ragi Tape dan Saccharomyces cerevisiae. Agrointek Vol. 7, No. 1.

[65] Oktaviani, Intan., Ahmad, Adrianto., Chairul., 2015. Pengaruh Laju Pengadukan Terhadap Biokonversi Reject Nanas Menjadi Bioetanol. Jom FTeknik Vol. 2, No.1.

[66] Abogbo, F.K., Kelly, G.C., Smith, M.T., Wenger, K., Jeffries, T.W., 2007. The Efeect of Initial Cell Concentration on Xylose Fermentation by Pichia stiptis. Journal of Applied Biochemistry and Biotechnology 41: 2331-2336.

[67] Mukhtar, K., Asgher, M., Afghan, S., Hussain, K., Ziaul-Husnain, S., 2010. Comparative Study on Two Commercial Strains of Saccharomyces cerevisiae For Optimum Ethanol Production On Industrial Scale. Journal Of Biomedicine and Biotechnology: 1-5.

[68] Stewart, GG., 2014. Saccharomyces cerevisiae. Vol. 3, PP. 1918-1925. [69] Khak, Muhammad., Rohmatningsih, Rini Nuraini., Purwito., 2008.

Optimalisasi Fermentor Untuk Produksi Etanol dan Analisis Hasil Fermentasi Menggunakan Gas Chromatografi. Jurnal Matematika, Sains dan Teknologi. Vol. 15, No. 1, Hal. 12-20.

[70] Wardani, Agustin Krisna., Pertiwi, Fenty Nurtyastuti Eka., 2013. Produksi Etanol Dari Tetes Tebu Oleh Saccharomyces cerevisiae Pembentuk Flok (NRRL-Y 265). Agritech, Vol. 33, No. 2.

[71] Tian, Shuang Qi., Wang, Xin Wei., Zhao, Ren Yong., Ma, Sen., 2016. Effect of Doping Preatreated Corn Stover Conditions On Yield of Bioethanol in Immobilized Cell Systems. Renewable Energy 86, 858-865.

[72] Revitasari, Reviana., 2014. Pengaruh Konsentrasi Ragi dan Lama Fermentasi Terhadap Perolehan Bioetanol Dari Kulit Durian (Durio zibethinus). Departemen Teknik Kimia, Fakultas Teknik, Universitas Sumatera Utara. Medan.

BAB III

METODOLOGI PENELITIAN

3.1 LOKASI PENELITIAN

Penelitian dilakukan di Laboratorium Mikrobiologi Teknik, Departemen Teknik Kimia, Fakultas Teknik, Universitas Sumatera Utara, Jalan Almamater Kampus USU, Medan, Indonesia.

3.2 BAHAN DAN PERALATAN

3.2.1 Bahan

Pada penelitian ini bahan yang digunakan antara lain : 1. Nira aren (Arenga pinnata Merr)

2. Biokatalis (Saccharomyces cervisiae) 3. NPK

3.2.2 Peralatan

Pada penelitian ini peralatan yang digunakan antara lain : 1. Autoclaved

2. Beaker glass

3. Corong gelas 4. Erlenmeyer 5. Gelas ukur

6. Kondensor refluks 7. Labu leher tiga 8. Neraca digital 9. Hemositometer 10. Water bath

11. Piknometer 12. Refraktometer 13. Statif dan klem 14. Stopwatch

3.3 PROSEDUR PENELITIAN 3.3.1 Prosedur Pembuatan Starter

1. Semua peralatan disterilisasi di dalam autoclave selama 15 menit pada suhu 121 oC.

2. Kadar gula nira aren (Arenga pinnata Merr) segar diukur dengan refraktometer.

3. Nira aren dipasteurisasi pada suhu 80 oC kemudian didinginkan hingga suhu ruangan.

4. Dicampurkan satu oase S.cerevisiae dengan 500 ml nira aren kemudian diaduk di rotary shaker hingga merata.

5. Starter didiamkan selama 48 jam pada suhu ruangan.

6. Dilakukan perhitungan jumlah sel hingga diperoleh konsentrasi larutan starter diatas 1.106 sel/ml dengan hemositometer.

3.3.2 Prosedur Fermentasi

1. Semua peralatan disterilisasi di dalam autoclave selama 15 menit pada suhu 121 oC.

2. Kadar gula nira aren (Arenga pinnata Merr) segar diukur dengan refraktometer.

3. Nira aren dipasteurisasi pada suhu 80 oC kemudian didinginkan hingga suhu ruangan.

4. Dicampurkan nira aren dengan larutan starter sebanyak 15% (v/v) dari total volume campuran 500 ml.

5. Ditambahkan NPK 0,4% (m/m) ke dalam larutan.

6. Campuran dijaga pada suhu 35 oC selama 24 jam dalam kondisi anaerobik. 7. Dimasukkan hasil fermentasi ke dalam peralatan distilasi, kondisi operasi

diatur pada suhu 85 oC.

8. Distilat di tampung dengan erlenmeyer dan diukur volumenya. 9. Diambil sampel distilat untuk dianalisis.

10.Prosedur di atas diulangi dengan volume starter 25% ,35%, 45%,55% serta variasi suhu 32 oC dan 39 oC.

3.3.3 Prosedur Analisis

3.3.3.1Analisis Kadar Gula Nira Segar Dengan Refraktometer 1. Dibersihkan permukaan prisma refraktometer lalu keringkan.

2. Dialirkan satu tetes aquades ke prisma refraktometer untuk menentukan titik nol.

3. Dibersihkan dan dikeringkan prisma refraktometer.

4. Diteteskan nira segar ke permukaan prisma dengan menggunakan batang plastik, buat larutan gula menyebar ke permukaan prisma dan jangan sampai terbentuk gelembung kemudian prisma ditutup.

5. Baca hasil pengukuran kadar gula pada refraktometer [55].

3.3.3.2 Analisis Densitas

1. Alat piknometer yang digunakan untuk mengukur densitas bioetanol dikeringkan ke dalam oven pada temperatur 100 oC selama 10 menit kemudian didinginkan sampai suhu kamar.

2. Ditimbang piknometer kosong dengan menggunakan neraca analitis kemudian dicatat massanya.

3. Diisi piknometer dengan aquades kemudian ditimbang dengan neraca analitis dan dicatat massanya. Dicatat suhu aquades pada saat pengukuran. 4. Piknometer dikeringkan di dalam oven pada temperatur 100 oC selama 10

menit lalu didinginkan sampai suhu kamar. 5. Dimasukkan sampel distilat ke dalam.

6. Ditimbang piknometer yang berisi sampel distilat dengan menggunakan neraca analitis dan dicatat massanya.

7. Dihitung densitas distilat dengan rumus :

ρ1/ m1 = ρ2/ m2

Dimana:

ρ1 = densitas air

m1 = massa (piknometer berisi air – piknometer kosong)

ρ2 = densitas distilat

3.3.3.3 Analisis Spesific Gravity dan API Gravity

Specific gravity dan API gravity adalah suatu pernyataan yang menyatakan densitas (kerapatan) atau berat per satuan volume dari suatu bahan. Hubungan antara specific gravity (sg) dan API gravity (G) adalah sebagai berikut:

, _sg ,

Besarnya harga dari API gravity berkisar dari 0-100, sedangkan specific gravity merupakan harga relatif dari densitas suatu bahan terhadap air. Hubungan antara densitas dan specific gravity adalah sebagai berikut:

S densi as

kg densi as air kg

3.3.3.4 Analisis Nilai Kalor

Nilai densitas, spesific gravity dan API gravity kemudian digunakan untuk menghitung nilai kalor dengan persamaan:

_, ,

3.3.3.5 Analisis Kadar Bioetanol dengan Metode Densitas

Analisa kadar bioetanol dilakukan dengan metode densitas dengan cara berikut:

1. Nilai densitas yang diperoleh sebelumnya dicocokkan pada tabel 3.1 berikut.

2. Kadar etanol dihitung dengan menginterpolasi data densitas (berat jenis) dan kadar etanol pada suhu 30 oC pada tabel 3.1.

Tabel 3.1 Konversi Berat Jenis - Kadar Etanol [56] Kadar Larutan Etanol (%) Berat Jenis Larutan Etanol (g/mL) Kadar Larutan Etanol (%) Berat Jenis Larutan Etanol (g/mL) 0 1 2 3 4 5 0,99568 0,99379 0,99194 0,99014 0,98839 0,98670 25 26 27 28 29 30 0,95607 0,95442 0,95272 0,95098 0,94922 0,94741 [4] [4]

6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 0,98507 0,98347 0,98189 0,98031 0,97875 0,97723 0,97573 0,97424 0,97278 0,97133 0,96990 0,96844 0,96697 0,96547 0,96395 0,96242 0,96087 0,95929 0,95769 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 0,94557 0,94370 0,94180 0,93986 0,93790 0,93591 0,93390 0,93186 0,92979 0,92770 0,92558 0,92344 0,92128 0,91910 0,91692 0,91472 0,91250 0,91028 0,90805

3.3.3.6 Analisis Bioetanol Dengan Reaksi Oksidasi Kalium Dikromat (K2Cr2O7)

Analisis kualitatif bioetanol dilakukan dengan metode reaksi oksidasi dengan langkah sebagai berikut:

1. Persiapan bahan dan alat yang ingin digunakan pada saat analisis.

2. Dimasukkan ke dalam tabung reaksi 2 ml K2Cr2O7 2% dan tambahkan 5

tetes H2SO4 pekat.

3. Tabung reaksi digoyangkan hingga larutan homogen.

4. Ditambahkan 1 ml sampel bioetanol ke dalam tabung reaksi yang telah homogen.

5. Diamati perubahan yang terjadi.

6. Reaksi positif ditandai dengan terjadinya perubahan warna dari jingga ke hijau kebiruan [57].

3.4 FLOWCHART PENELITIAN 3.4.1 Flowchart Pembuatan Starter

Gambar 3.1 Flowchart Pembuatan Starter Dicampurkan satu oase S.cerevisiae

dengan 500 ml nira aren kemudian diaduk di rotary shaker hingga merata

Ya

Tidak Dilakukan perhitungan jumlah sel dengan hemositometer

Dipasteurisasi nira aren pada suhu 80 oC kemudian didinginkan hingga suhu ruangan

Mulai

Selesai

Disterilisasi semua peralatan di dalam autoclave

selama 15 menit pada suhu 121 oC

Apakah konsentrasi starter sudah lebih dari

1.106 sel/ml?

Starter didiamkan selama 48 jam pada suhu ruangan

3.4.2 Flowchart Fermentasi

Gambar 3.2 Flowchart Proses Fermentasi

Diukur kadar gula nira aren segar dengan refraktometer

Dicampurkan nira aren dengan larutan starter sebanyak 15% (v/v) dari total volume campuran 500 ml

Mulai

Selesai

Disterilisasi semua peralatan di dalam autoclave

selama 15 menit pada suhu 121 oC

Ditambahkan NPK 0,4% (m/m) ke dalam larutan

Dimasukkan hasil fermentasi ke dalam peralatan distilasi, kondisi operasi diatur pada suhu 85 oC

Distilat di tampung dengan erlenmeyer dan diukur volumenya

Diambil sampel distilat untuk dianalisis

Apakah masih ada variasi lain?

Ya

Tidak Dijaga campuran pada suhu 35 oC

selama 24 jam

Dipasteurisasi nira aren pada suhu 80 oC kemudian didinginkan hingga suhu ruangan

BAB IV

HASIL DAN PEMBAHASAN

4.1 HASIL ANALISIS KADAR GULA NIRA AREN

Penelitian ini dilakukan dengan menggunakan bahan baku berupa nira aren (Arenga pinnata Merr) yang diperoleh dari kecamatan Namorambe, Sumatera Utara, Indonesia. Hasil pengukuran dengan menggunakan refraktometer diperoleh kandungan gula nira aren sebesar 11% brix. Brix adalah zat padat kering yang terlarut dalam suatu larutan yang dihitung sebagai sukrosa. Selain itu brix juga didefinisikan sebagai persentase massa sukrosa yang terkandung di dalam massa larutan sukrosa [58]. Berdasarkan Tangkuman et al [11] yang menyatakan bahwa nira aren mengandung kadar gula berkisar 6-16%.

4.2 KARAKTERISASI FTIR (FOURIER TRANSFORM INFRA RED) ETANOL

Karakterisasi FTIR (Fourier Transform Infra Red) etanol dari nira aren dilakukan untuk mengidentifikasi gugus fungsi dari senyawa etanol. Karakteristik FTIR etanol dapat dilihat pada Gambar 4.1 di bawah ini.

Gambar 4.1 Spektrum FTIR (Fourier Transform Infra Red) Etanol Dari Nira Aren

Keterangan analisa gugus fungsi [59]:

- 3336,46 cm-1 : ikatan pada -OH

- 2978,00 cm-1 : ikatan pada alkana C-H

- 1642,24 cm-1 : ikatan pada amida N-H

- 1085,54 : ikatan pada C-OH

- 1043,99 cm-1 : ikatan pada C-OH

Data spektrum etanol dengan mencermati puncak serapan gelombang yang diperlihatkan dapat dianalisis bahwa pada serapan 3336,46 cm-1 terdapat serapan yang kuat dan melebar, Serapan yang melebar menunjukkan adanya interaksi antara molekul elektronegatif O dengan positif H yang membentuk ikatan hidrogen [60]. Hal ini menunjukkan adanya gugus –OH dalam sampel. Serapan kecil pada 2978,00 cm-1 menunjukkan adanya ikatan alkana (C-H) yang kuat. Pada serapan 1043,99 cm-1 terdapat ikatan C-OH. Maka dari hasil analisis FTIR dapat disimpulkan bahwa sampel uji yang merupakan produk dari penelitian ini adalah etanol.

Namun dari hasil analisis FTIR bioetanol masih terdapat beberapa gugus fungsi yang lain diantaranya adanya serapan pada 1642,24 cm-1 menunjukkan adanya ikatan antara nitrogen dan hidrogen (N-H). Serta pada 877,92 cm-1 menunjukkan adanya ikatan aromatik. Hal ini disebabkan karena adanya kandungan senyawa lain selain gula seperti abu, protein dan lemak pada nira [13] yang terurai pada saat pemanasaan saat distilasi kemudian ikut menguap bersama etanol sehingga terdapat beberapa gugus lain pada kandungan bioetanol yang diperoleh.

4.3 HASIL ANALISIS ETANOL DENGAN REAKSI OKSIDASI KALIUM DIKROMAT (K2Cr2O7)

Analisis reaksi oksidasi dengan kalium dikromat (K2Cr2O7) dilakukan untuk

mengidentifikasi kandungan etanol yang terdapat pada distilat yang diperoleh dari proses fermentasi nira aren. Dari hasil analisis diperoleh perubahan warna larutan dari jingga menjadi hijau kebiruan sesuai dengan gambar di bawah ini.

Gambar 4.2 Perubahan Warna Pada Oksidasi Etanol Dengan K2Cr2O7

Adanya etanol dalam suatu larutan diuji secara oksidasi dengan menggunakan larutan (K2Cr2O7). Prinsip yang digunakan adalah reaksi redoks

antara etanol dengan kalium dikromat dalam suasana asam [61]. Persamaan reaksi di bawah ini [62] :

Cr2O72- + 14H+ + 6e 2Cr3+ + 7H2O

3C2H5OH 3CH3CHO + 6H+ + 6e +

3C2H5OH + Cr2O72- + 8H+ 2Cr3+ + 3CH3CHO + 7H2O

Reaksi ini ditandai berubahnya warna kalium dikromat yang mula-mula berwarna jingga menjadi hijau kebiruan [61]. Hal ini dikarenakan alkohol mengalami oksidasi sedangkan Cr6+ di dalam K2Cr2O7 tereduksi menjadi Cr3+.

Maka dari hasil analisis dapat disimpulkan bahwa distilat mengandung etanol yang diharapkan.

4.4 PENGARUH SUHU DAN VOLUME STARTER TERHADAP KADAR ETANOL

Hubungan antara volume starter dan suhu terhadap kadar bioetanol yang dihasilkan dapat dilihat pada gambar 4.1. Kadar etanol yang dihasilkan dianalisis berdasarkan tabel konversi berat jenis-kadar etanol [63]. Profil kadar etanol yang dihasilkan dilihat setelah 24 jam proses fermentasi dan telah melalui tahap distilasi.

Gambar 4.3 Grafik Pengaruh Suhu dan Volume Starter Terhadap Kadar Etanol

Gambar 4.3 menunjukkan bahwa perolehan kadar bioetanol mengalami peningkatan di awal kemudian mengalami penurunan selama proses fermentasi, sehingga grafik membentuk parabola. Hal ini menyatakan bahwa suhu dan volume starter sangat mempengaruhi proses fermentasi untuk membentuk etanol

0 10 20 30 40 50

15 25 35 45 55

K ad ar E tanol (% )

Volume Starter (%)

Suhu 32 Suhu 35 Suhu 39 o C o C o C

Dalam penelitian ini diperoleh kadar etanol tertinggi sebesar 43,3165 % pada perlakuan suhu 32 oC dengan penambahan volume stater sebesar 35 %. Sedangkan kadar etanol terendah diperoleh pada perlakuan suhu 32 oC dengan penambahan volume starter 15 % sebesar 28,5568 %. Hal ini telah sesuai dengan teori yang menyatakan bahwa volume inokulum merupakan variabel yang paling berpengaruh dalam menghasilkan alkohol, semakin besar volume inokulum, semakin besar pula konsentrasi alkohol yang didapat. Hal ini dikarenakan fase lag dipengaruhi oleh volume inokulum. Semakin besar volume inokulum maka semakin pendek fase lag yang terjadi, sehingga cepat mencapai fase log atau fase eksponensial [65]. Selain itu Agbobo et al [66] menyatakan bahwa penambahan inokulum dengan konsentrasi rendah menyebabkan laju fermentasi menjadi lambat, tetapi dapat menghasilkan etanol yang lebih tinggi karena setelah sel memperbanyak diri, sel akan mengkonversi gula menjadi etanol secara perlahan. Namun Mukhtar [67] menjelaskan bahwa inokulasi yeast yang telalu tinggi menyebabkan proses melemah lebih cepat dan menurunkan viabilitas sel setelah fase pertumbuhan. Kondisi pertumbuhan dan metabolisme pada populasi sel yang tinggi tidak diharapkan karena mengganggu akses nutrisi, keterbatasan ruang dan interaksi antar sel. Hal ini terlihat dari grafik yang terus meningkat kemudian menurun dengan jumlah starter semakin tinggi.

Selain volume starter, suhu juga sangat mempengaruhi kadar bioetanol yang dihasikan. Gambar 4.3 menunjukkan kadar bioetanol yang dihasilkan pada suhu 32 oC lebih tinggi dibandingkan 35 oC dan 39 oC. mikroba memiliki kriteria pertumbuhan berbeda-beda. Menurut Stewart [68] pembentukan etanol akan meningkat di atas suhu 30 oC. Sedangkan Saccharomyces cerevisiae akan tumbuh antara suhu 5 oC dan 40 oC namun pertumbuhannya maksimum pada temperatur optimum yang umumnya berkisar 25- 35 oC. Khak et al [69] menyatakan

Saccharomyces cerevisiae akan tumbuh optimal pada kisaran suhu 30-35 oC dan puncak produksi alkohol dicapai pada suhu 33 oC. Jika suhu fermentasi terlalu rendah maka fermentasi akan berlangsung secara lambat dan sebaliknya jika suhu terlalu tinggi maka Saccharomyces cerevisiae akan mati sehingga proses fermentasi tidak akan berlangsung.

4.5 PENGARUH SUHU DAN VOLUME STARTER TERHADAP YIELD ETANOL

Hubungan antara volume starter dan suhu terhadap yield etanol yang dihasilkan dapat dilihat pada gambar 4.4. Profil yield etanol yang dihasilkan dilihat setelah 24 jam proses fermentasi dan telah melalui tahap distilasi.

Gambar 4.4 Grafik Pengaruh Suhu dan Volume Starter Terhadap Yield Etanol Gambar 4.4 menunjukkan bahwa yield etanol yang dihasilkan mengalami peningkatan di awal kemudian mengalami penurunan seiring bertambahnya volume starter.

Dalam penelitian ini dihasilkan yield etanol tertinggi sebesar 38,1430 % pada perlakuan suhu 32 oC dengan penambahan volume starter 35 %. Sedangkan perolehan yield etanol terendah sebesar 15,5667 % pada perlakuan suhu 32 oC dengan penambahan volume starter 15 %. Yield etanol berbanding lurus terhadap konsentrasi etanol yang dihasilkan. Kenaikan konsentrasi etanol akan meningkatkan nilai yield etanol. Hal ini menunjukkan semakin tinggi nilai yield maka semakin efisien proses fermentasi tersebut [21].

Wardani dan Pertiwi [70] menyatakan bahwa pada konsentrasi sumber gula yang lebih tinggi dibutuhkan inokulum yang lebih banyak untuk mengkonversi gula menjadi etanol .Tian et al [71] melaporkan bahwa peningkatan sel ragi/inokulum pada titik tertentu untuk fermentasi menghasilkan efisiensi produksi bioetanol yang lebih tinggi.

0 5 10 15 20 25 30 35 40 45

0 20 40 60

Y

ield

(%

)

Volume Starter (%)

suhu 32 suhu 35 suhu 39 o C o C o C

Gambar 4.4 memperlihatkan bahwa peningkatan suhu pada proses fermentasi tidak menunjukkan nila yield yang semakin tinggi. Disisi lain Fahrizal et al [10] menyatakan bahwa peningkatan suhu akan meningkatkan perolehan kadar etanol. Dimana kadar etanol berbanding lurus terhadap nilai yield. Hal ini menunjukkan bahwa suhu dan volume starter sangat mempengaruhi pertumbuhan

Saccharomyces cerevisiae dalam melakukan proses fermentasi. Pada kondisi optimum, peningkatan suhu akan meningkatkan kecepatan pertumbuhan mikroba, maka jumlah sel akan semakin banyak [68]. Jumlah populasi sel yang semakin tinggi tidak diharapkan dalam proses fermentasi karena akan mengakibatkan keterbatasan ruang dan interasksi antar sel sehingga terjadi kemunduran dalam perolehan etanol [67].

Yield etanol sebesar 38,1430% dimanfaatkan untuk pembentukan etanol sedangkan sisanya 61,8570% dimanfaatkan untuk proses lain, seperti untuk mempertahankan metabolisme sel, untuk pembentukan biomassa atau asam piruvat yang terbentuk pada proses glikolisis belum mampu sepenuhnya dirubah menjadi etanol oleh Saccharomyces cerevisiae [64]. Yield etanol yang rendah dapat disebabkan karena adanya hambatan pembentukan dalam konsentrasi tinggi dalam waktu yang terbatas, selain itu penguapan lambat dari etanol atau kehilangan etanol saat distilasi menyebabkan penurunan konsentrasi etanol [44].

4.6 PERBANDINGAN STANDAR BAKU MUTU BIOETANOL

Untuk membandingkan larutan bioetanol yang diperoleh dari penelitian ini dengan standar etanol nabati seharusnya dapat ditunjukkan oleh tabel 4.2 berikut.

Tabel 4.1 Standar Etanol Nabati [56]

No. Parameter Satuan Mutu Standar Bioetanol

Bioetanol dari Nira Aren (Hasil

Penelitian)

Keterangan

1. Densitas

Etanol g/ml Maks. 0,7890 0,9206-0,9500

Belum Sesuai 2. Specific

Gravity - Maks. 0,7807 0,9246-0,9542

Belum Sesuai 3. Kelarutan

dalam Air - Larut Larut Sesuai

4. Warna

Cairan -

Jernih (Tidak Berwarna)

Jernih

5. Reaksi

dengan Api - Mudah Terbakar Tidak Terbakar

Belum Sesuai

6. Bau - Berbau Tajam

(Menyengat)

Berbau Tajam

(Menyengat) Sesuai

Dapat dilihat dari tabel 4.2 di atas bahwa etanol dari nira aren yang merupakan hasil dari penelitian ini telah memenuhi standar etanol nabati. Sedangkan untuk kelayakan sebagai bahan baku alternatif, Badan Standar Nasional (BSN) telah menetapkan standar baku mutu bioetanol secara umum seperti tabel 4.2 berikut ini.

Tabel 4.2 Syarat Mutu Bioetanol Bahan Bakar [72]

No. Parameter Satuan Mutu Standar Bioetanol

Bioetanol dari Nira Aren

(Hasil Penelitian) Keterangan

1. Kadar

Etanol % (v/v) Min. 94,1 Maks. 43,3165

Belum Sesuai 2. Minyak

Fusel mg/L Maks. 15 - -

3. Aldehid mg/L Maks. 30 - -

4. Metanol mg/L Maks. 30 - -

5. Densitas g/ml Maks. 0,8125 Min. 0,9206 Belum Sesuai 6. Specific

Gravity - Maks. 0,8125 Min. 09246

Belum Sesuai 7. Nilai Kalor kkal/kg Min. 5000 Maks. 266,7956 Belum Sesuai

8. Keasaman mg/L Maks. 30 - -

9. Kadar Air % b/b Maks. 2 - -

Bioetanol yang dihasilkan pada penelitian ini belum memenuhi standar bioetanol bahan bakar yang telah ditentukan, hal ini disebabkan oleh beberapa faktor diantaranya:

1. Tertimbunnya produk serta terbentuknya flok akibat dari akumulasi jumlah mikroba pada proses fermentasi.

2. Proses pemurnian atau distilasi yang belum optimal, sebaiknya dilakukan distilasi bertingkat (azeotrop) atau dapat menambahkan senyawa anhidrat untuk meningkatkan kemurnian bioetanol.

BAB V

KESIMPULAN DAN SARAN

5.1 KESIMPULAN

Adapun kesimpulan yang diperoleh dari penelitian ini adalah:

1. Kadar etanol yang tertinggi diperoleh sebesar 43,3165 % pada perlakuan suhu 32 oC dengan penambahan volume starter 35 %.

2. Yield etanol tertinggi dihasilkan sebesar 38,1430 % pada perlakuan suhu 32

o

C dengan penambahan volume starter 35 %.

5.2 SARAN

Saran yang dapat diberikan untuk penelitian selanjutnya adalah :

1. Sebaiknya dilakukan distilasi bertingkat atau penambahan senyawa anhidrat untuk meningkatkan kemurnian bioetanol.

2. Sebaiknya dilakukan perhitungan jumlah sel setelah proses fermentasi. 3. Sebaiknya dilakukan analisis lain untuk menganalisis etanol yang diperoleh,

seperti Gas Chromatogarphy (GC) dan High Performance Liquid Chromatogarphy (HPLC).

BAB II

TINJAUAN PUSTAKA

2.1BIOETANOL

Bioetanol merupakan etanol yang dibuat dari tanaman [24]. Etanol dapat dibuat dari bahan-bahan pertanian diantaranya bahan-bahan yang mengandung turunan gula, mengandung pati dan mengandung selulosa melalui proses fermentasi [25]. Fermentasi merupakan salah satu cara untuk mengkonversi karbohidrat menjadi etanol dengan bantuan mikroorganisme [26].

Etanol disebut juga etil alkohol dengan rumus kimia C2H5OH merupakan

cairan kimia yang tak berwarna dengan karakteristik lainnya yaitu mudah terbakar, mudah menguap, tidak karsinogenik dan jika terjadi pencemaran tidak memberikan efek yang buruk terhadap lingkungan secara signifikan [27]. Etanol dikategorikan menjadi 2 kelompok utama yaitu etanol 95-96 % v/v disebut etanol hidrat digunakan untuk desinfektan, pelarut serta dijadikan minuman yang berkualitas tinggi dan etanol >99,5 % disebut Ethanol Fuel Grade dan digunakan sebagai bahan bakar [24]. Bioetanol 97 % belum dapat dikatakan FGE namun dapat dijadikan bahan bakar mesin, serta bioetanol 95-99 % dapat dijadikan sebagai bahan substitusi bensin atau premium dengan rasio bensin-bioetanol 90:10 dan dapat menghemat bahan bakar sebesar 12,5-29 % dibandingkan dengan menggunakan bensin murni [28].

Bioetanol yang mudah menguap serta memiliki kalor bakar netto yang tinggi yaitu kira-kira 2/3 dari kalor bakar netto bensin. Etanol juga sangat mudah larut di dalam bensin dengan segala perbandingan sehingga menjadikan campuran tersebut memiliki nilai oktan yang tinggi (angka oktan riset 109 dan angka oktan motor 98) [29]. Oleh karena itu bioetanol dapat dijadikan alternatif sebagai pengganti bahan bakar fosil [24]. Kelebihan bioetanol yaitu bersifat lebih ramah lingkungan dan terbukti hemat dan efisien dalam proses pembakarannya [30].

Tabel 2.1 Sifat Fisika dan Sifat Kimia Etanol [31]

Sifat Fisika dan Sifat Kimia Nilai

Berat molekul, g/mol Titik beku, oC Titik didi normal, oC

Densitas, g/ml

Viskositas (20 oC), mPas (Cp) Panas penguapan normal, J/g Panas pembakaran pada 25 oC, J/g

Panas jenis pada 25 oC, J (g oC) Nilai oktan

Wujud pada suhu kamar Dicampur dengan natrium

Kelarutan dalam air Dapat terbakar 46,1 -114,1 78,32 0,7983 1,17 839,31 29676,6 2,42 106-111 Cair Bereaksi Larut sempurna ya

2.2NIRA AREN

Nira segar diperoleh dari tanaman aren (Arenga pinnata Merr) merupakan minuman alami yang manis dan transparan. Nira diperoleh dengan menekan ganggang dari tanaman aren tersebut. Kemudian puncak dari tangkai diiris sekitar 1-5 mm selama proses penyadapan. Pipa bambu digunakan untuk mengumpulkan getah/nira [32]. Tangkai dapat diiris setiap hari dan disadap sekali atau dua kali setiap hari selama periode aliran getah [14].

Nira yang transparan memiliki kandungan gula 100-144 g/kg dengan pH 7,0-7,4 [33]. Getah atau nira yang dikumpulkan dari pohon tanaman aren mengandung sekitar 10-12 % total gula yang terdiri dari sukrosa, lebih sedikit gula tereduksi, mineral lain dan vitamin [32]. Menurut Pontoh [13] nira segar megandung gula 13,9-14,9%, abu 0,04%, protein 0,2% dan kadar lemak 0,02%.Nira mengandung sukrosa yang melimpah dan sisi kutubnya merupakan rantai asam amino khususnya asparagin dan glutamin [34].

Nira merupakan minuman yang sangat manis dan non alkohol sebelum fermentasi. Namun memiliki tenggang waktu yang sangat singkat dimana setelah

4 jam terpapar suhu lingkungan, nira akan terfermentasi menjadi minuman beralkohol yang disebut tuak [32].

Nira adalah salah satu produk tanaman aren (Arenga pinnata Merr) yang bernilai ekonomis [35]. Dimana aren (Arenga pinnata Merr) dapat ditemukan tumbuh liar di hutan primer dan sekunder di Asia tenggara. Aren dapat tumbuh tinggi mencapai 12 meter dan memiliki batang yang tebal, berserat dan berbulu yang ditutupi daun lebat berwarna putih dibagian bawah. Keseluruhan aren tertutup oleh serat hitam yang disebut ijuk [36].

2.3FERMENTASI

Fermentasi merupakan perubahan kimiawi dari senyawa-senyawa organik oleh enzim yang dihasilkan oleh mikroorganisme. Mikroorganisme yang berperan dalam proses fermentasi ini terutama dari golongan khamir (yeast), kapang (fungi) dan bakteri [37].

Reaksi fermentasi glukosa menjadi bioetanol ditunjukkan oleh persamaan reaksi di bawah ini:

C6H12O6 2C2H5OH + 2CO2 [38]

Faktor-faktor yang mempengaruhi hasil fermentasi antara lain : 1. Nutrisi

Merupakan bahan baku yang mengandung nutrien seperti karbohidrat yang menjadi sumber karbon dan nutrien lain seperti protein. Nutrien-nutrien ini berfungsi sebagai penghasil energi bagi mikroba untuk menghasilkan produk pada proses fermentasi.

2. Suhu

Suhu akan mempengaruhi lamanya fermentasi. Suhu akan disesuaikan dengan kriteria mikroba yang digunakan. Jika suhu terlalu tinggi akan menyebabkan mikroba mati sehingga proses fermentasi tidak akan berlangsung, sedangkan jika suhu terlalu rendah maka fermentasi akan berlangsung lambat [39].

3. Derajat Keasaman (pH)

Sama halnya seperti suhu, maka pH juga harus dikontrol. pH substrat harus disesuaikan dengan kisaran pH mikroba yang digunakan untuk pertumbuhannya. Biasanya bakteri tumbuh pada pH 4-8, khamir pH 3-6,

kapang pada pH 3-7. Dengan mengontrol pH dapat meminimalkan kontaminan [40].

4. Oksigen

Oksigen secara tidak langsung mempengaruhi fermentasi. Secara aerob maka mikroba akan menghidrolisi gula menjadi air dan CO2, tetapi pada kondisi

anaerob gula akan diubah menjadi alkohol dan CO2.

5. Mikroba

Dalam fermentasi alkohol biasanya digunakan khamir karena khamir mampu mengkonversi gula menjadi alkohol karena adanya enzim zimase [39]. Ada beberapa jenis khamir yang digunakan seperti Saccharomyces cerevisiae [41],

dry yeast [42], G. thermoglucosidasius [43], dan sebagainya.

2.4SACCHAROMYCES CEREVISIAE

Mikroorganisme yang paling banyak digunakan untuk memproduksi bioetanol adalah ragi, khususnya Saccharomyces cerevisiae. Saccharomyces cerevisiae

sering dipilih untuk produksi etanol karena sangat baik dalam melakukan fermentasi dan kemampuannya untuk tumbuh dengan cepat dibawah kondisi anaerobik dan toleransi yang tinggi terhadap etanol [44].

Saccharomyces cerevisiae banyak diaplikasikan pada bioteknologi karena memiliki fitur penting yaitu genomik DNA nya tidak mengandung intron, urutan genom yang telah ditentukan dan teknologi fermentasi cukup berbeda [45].

Salah satu media untuk pertumbuhan mikroorganisme adalah nira. Nira aren dapat mengalami fermentasi secara alami karena dari asalnya nira aren telah membawa sel ragi yaitu Saccharomyces tuac, Dengan itu Saccharomyces sangat aktif dalam mensintesa gula (glukosa) sehingga menghasilkan alkohol dan CO2

[46].

2.5PUPUK MAJEMUK (NPK)

Pupuk manjemuk (NPK) merupakan pupuk anorganik untuk menggantikan pupuk tunggal seperti urea, SP-36, dan KCl. Pupuk NPK sangat efisien dalam meningkatkan unsur hara makro (N, P, dan K) [47].

N, P, dan K merupakan unsur hara essensial bagi tanaman. Penyerapan salah satu unsur ke dalam tubuh tanaman dipengaruhi oleh adanya kecukupan unsur hara lainnya, misalnya nitrogen meningkatkan penyerapan posfor, sedangkan kalium yang tidak tersedia dalam jumlah cukup juga mengakibatkan efisiensi nitrogen dan posfor menjadi rendah [48]. Keuntungan pupuk NPK adalah:

1. Dapat dipergunakan dengan memperhitungkan kandungan zat hara sama dengan pupuk tunggal.

2. Apabila tidak ada pupuk tunggal dapat diatasi dengan pupuk majemuk. 3. Penggunaannya sangat sederhana.

4. Pengangkutan dan penyimpanan pupuk ini menghemat waktu, ruangan dan biaya.

5. Pupuk majemuk ini hampir seluruhnya larut dalam air, sehingga unsur hara yang dikandungnya dapat segera diserap dan digunakan oleh tanaman dengan efektif [47].

Pemberian pupuk ini bertujuan untuk menjaga ketersediaan nutrisi tanaman agar tetap seimbang selama proses pertumbuhannya serta dapat merangsang pertumbuhan tanaman [49]. Pemupukan NPK majemuk merupakan pemberian unsur hara pada tanaman yang efisien dibanding dengan pemupukan tunggal. Tergolong murah dibanding dengan pupuk tunggal [50], mudah dan cepat tersedia [49].

2.6POTENSI EKONOMI BIOETANOL DARI NIRA AREN

Indonesia memiliki potensi tanaman aren yang cukup besar. Sentra pertanaman aren meliputi 14 provinsi dengan perkiraan total areal seluas 60.482 ha. Menurut Puslitbang Perkebunan Indonesia [51] Jumlah tanaman aren setiap hektar rata-rata 156 pohon. Kalau yang berproduksi 50% dari populasi, maka produksi nira 210.600 liter/ha/tahun dan rata-rata setiap 10 liter nira dapat menghasilkan 3,5 liter etanol.

Penggunaan energi di Indonesia terus meningkat seiring dengan pertumbuhan penduduk dan pemanfaatan energi yang kurang baik. Penggunaan bioetanol di Indonesia diharapkan dapat memenuhi kebutuhan energi dalam negeri yang semakin tinggi. Oleh karena itu, perlu dilakukan kajian mengenai potensi ekonomi bioetanol dari nira aren. Dalam hal ini akan dilakukan kajian potensi ekonomi

yang sederhana. Perlu diketahui harga bahan baku yang digunakan dalam pembuatan bioetanol yang juga mempengaruhi harga jual bioetanol. Berikut harga komersial bahan baku nira aren dan harga jual bioetanol.

Harga nira aren = Rp. 13.333,-/liter Harga bioetanol = Rp. 35.750,-/liter

Terlihat perbedaan harga jual bahan baku dan bioetanol yang cukup tinggi tanpa mengaitkan biaya produksi. Maka perlu dilakukan penelitian untuk ini agar dapat meningkatkan nilai ekonomi dari nira aren tersebut.

Kebutuhan bahan bakar bioetanol dari bahan nabati yaitu nira aren akan bersaing dengan kebutuhan pangan yaitu gula. Dimana 10-20 liter nira aren akan menghasilkan gula 2-3 kg dengan kisaran harga Rp 15.000-20.000,-/kg [52]. Dilihat dari harga jual bioetanol dan gula merah, produksi bioetanol tampak lebih menguntungkan. Namun saat ini kebutuhan gula dan kebutuhan bahan bakar belum dapat memmenuhi kebutuhan konsumsi skala nasional [53,54], maka nira aren dapat dijadikan alternatif untuk mencukupi/menopang kebutuhan pangan maupun sebagai bahan bakar nabati.

BAB I

PENDAHULUAN

1.1LATAR BELAKANG

Sumber energi utama yang digunakan saat ini berasal dari bahan bakar konvensional [1]. Bahkan di negara-negara berkembang, termasuk Indonesia, konsumsi energi yang berasal dari bahan tak terbarukan mencapai 90 % dari total energi yang digunakan. Yang mana sumber bahan bakarnya diimpor dari negara lain [2].

Sektor transportasi mengkonsumsi energi paling besar, yakni 27% dari total kebutuhan energi dunia [3] Hal ini menyebabkan tekanan pada pasokan minyak, emisi CO2 ke atmosfer dan mendorong terjadinya perubahan iklim [2].

Untuk mengatasi krisis energi dunia, telah banyak dilakukan usaha diversifikasi sumber energi seperti pemanfaatan limbah pertanian, hasil perkebunan dan kehutanan, serta pengembangan alternatif lain seperti biobriket yang digunakan untuk kebutuhan rumah tangga, biodiesel yang digunakan sebagai bahan campuran diesel maupun gasohol yang merupakan campuran bioetanol dan bensin [1].

Bioetanol (C2H5OH) adalah cairan biokimia yang merupakan produk hasil

proses fermentasi gula dari karbohidrat dengan bantuan mikroorganisme [4] dan memiliki sifat seperti minyak premium [1]. Bioetanol menjadi perhatian dunia dewasa ini karena potensinya yang besar sebagai alternatif bahan bakar terbarukan untuk mengantikan bahan bakar fosil [5], memiliki manfaat besar dalam bidang ekonomi, ramah lingkungan [1], dan merupakan teknologi biofuel yang paling efisien untuk menurunkan emisi gas rumah kaca secara signifikan [5].

Saat ini, produksi bioetanol sangat bergantung pada pati, gula, dan lignoselulosa [6]. Beberapa penelitian bioetanol menggunakan bahan baku kaya akan pati dan lignoselulosa seperti ampas tebu [3], jagung [7], jerami gandum [8] dan ubi kayu [9] yang mana bahan baku ini berwujud padatan. Adapun bahan baku cair yang pernah digunakan sebagai bahan baku pembuatan bioetanol adalah nira kelapa [4] dan nira aren (Arenga pinnata Merr) [10]. Kelebihan bahan baku cairan (nira) adalah karena nira merupakan larutan gula yang dapat langsung

memulai proses fermentasi sehingga dapat mempersingkat tahapan produksi etanol [11]. Hal ini berbeda jika bahan baku berasal dari pati dan selulosa, dimana pati harus melalui proses hidrolisis untuk masuk ke tahapan fermentasi gula sedangkan selulosa harus dikonversi terlebih dahulu untuk mendapatkan gula dengan bantuan mineral asam [12].

Aren (Arenga pinnata Merr) merupakan tanaman dengan produk utamanya adalah nira aren [13]. Produksi nira aren dapat mencapai 10-12 liter nira/pohon/hari [14] dengan kandungan total gula dalam nira aren berkisar 6-16 % sehingga sangat berpotensi untuk dijadikan sumber bahan baku dalam pembuatan etanol [11]. Selain itu tanamen aren mudah untuk dibudidayakan karena daya adaptasinya yang tinggi terhadap berbagai kondisi lahan termasuk lahan kritis dan kondisi agroklimat serta dapat berperan sebagai tanaman konservasi tanah dan air [15]. Oleh karena itu, produktivitas bioetanol yang dapat dihasilkan oleh tanaman aren mencapai 20.160 liter/ha/tahun dan angka ini sangat tinggi dibandingkan sumber bahan baku lainnya seperti ubi kayu, tebu, sagu dan gandum manis [16].

Beberapa penelitian yang telah dilakukan tentang pembuatan bietanol dari bahan baku dan penggunaan mikroorganisme Saccharomyces cerevisiae dapat dilihat pada table 1.1.

Metode fermentasi dengan bantuan mikroba adalah metode yang paling umum digunakan untuk proses pembuatan bietanol dari biomassa [17]. Pembuatan bioetanol dengan proses fermentasi dapat dilakukan hanya dengan bahan baku yang mengandung gula [18]. Beberapa penelitian menggunakan beberapa jenis mikroorganisme untuk memproduksi bioetanol, seperti E. mundtii QU 25 NITE BP-965 [19], Saccharomyces cerevisiae Y-2034 dan Pachysolan tannophilus Y-2460 [20] dan Saccharomyces cerevisiae sebagai biokatalis tunggal [21].

Saccharomyces cerevisiae digunakan untuk memecah glukosa dalam proses fermentasi [22] untuk menghasilkan kadar etanol yang tinggi [23].

Berdasarkan uraian di atas, maka penggunaan nira aren (Arenga pinnata Merr) dengan bantuan mikroorganisme (Saccharomyces cerevisiae) sangat berpotensi untuk digunakan sebagai bahan baku dalam pembuatan bioetanol.

Tabel 1.1 Penelitian yang Telah Dilakukan Tentang Pembuatan Bioetanol dari Berbagai Bahan Baku dan Penggunaan Mikroorganisme

Saccharomyces cerevisiae

No Nama Tahun Judul Penelitian Katalis Variabel Hasil

1 Fahrizal et al 2013

The Effect of Temperature and Length of Fermentation on

Bioethanol Production from Arenga Plant (Arenga pinnata MERR)

-

Variabel tetap : Tanpa penambahan nutrisi

Variabel berubah : waktu fermentasi (72, 96, 120, 144, 168) jam, temperatur (27

o

C dan 32 oC)

Kondisi optimal dengan waktu fermentasi 120 jam dengan temperatur 32oC

2 Abdullah et

al 2014

Fresh Oil Palm Frond Juice as a Renewable, Food, Non-Cellulosic and Complete Medium For Direct Bioethanol Production

Saccharom yces cerevisiae

Variabel tetap : kecepatan pengadukan 150 rpm, suhu 30 oC

Variabel berubah : bahan baku (OPF, sugarcane), waktu (24, 48)

Yield bioetanol: OPF= 0,38 g/g, 24 jam

Sugarcane= 0,38 g/g, 48 jam

3 Shahirah et al 2014

Influence of Nutrient Addition on The Bioethanol Yield From Oil Palm Trunk Sap Fermented by

Saccharomyces cerevisiae

Saccharom yces cerevisiae

Variabel tetap : suhu reaksi 32 oC, kecepatan pengadukan 170 rpm, pH 6, jumlah penambahan nutrisi 0,2% berat Variabel berubah : jenis nutrisi (Na2HPO4, MgSO4, (NH4)2SO4,

C3H7NO2), nutrisi (dengan dan tanpa

penambahan nutrisi Yield bioetanol tanpa nutrisi: 55,39%, Terbaik dengan penambahan nutrisi MgSO4 81,89%

Tabel 1.1 Penelitian yang Telah Dilakukan Tentang Pembuatan Bioetanol dari Berbagai Bahan Baku dan Penggunaan Mikroorganisme

Saccharomyces cerevisiae (Lanjutan)

No Nama Tahun Judul Penelitian Katalis Variabel Hasil

4 Kismurtono 2012

Fed Batch Alcoholic Fermentation of Palm Juice (Arenga pinnata Merr) : Influence of The Feeding Rate on Yeast, Yield and Productivity

Saccharomy ces

cerevisiae

Variabel tetap : waktu fermentasi 24 jam Variabel berubah : proses treatment (p1,p2,p3,p4)

Yield bioetanol: 99,5% (25% volume starter, 0,4% NPK, 5 % bread yeast)

5 Dodic et al 2009

Bioethanol Production From Thick Juice as Intermediate of Sugar Beet Processing

Saccharomy ces

cerevisiae

Variabel tetap : waktu reaksi 72 jam, kecepatan pengadukan 200 rpm, suhu 30

o

C

Variabel berubah: konsentrasi total gula (5,10,15,20,25% w/w)

Konsentrasi optimal saat total gula 20% dengan konsentrasi maximum etanol 12% v/v

6 Hasyem &

Darwish 2010

Production of Bioethanol and Associated by-Products From Potato Starch Residue Stream by

Saccharomyces cerevisiae

Saccharomy ces

cerevisiae

Waktu 60 jam, suhu (30,35,37,40 oC).

Nutrisi ZnCl2.7H2O

(0,0;0,1;0,2;0,3;0,4;0,5;0,6;0,7;0,8;0,9 %) NH4NO2

(0,0;0,5;1,0;1,5;2,0;2,5;3,0;3,5;4,0;4,5 %)

Yield etanol 5,52 g/L 35oC setelah 36 jam ketika penambahan ZnCl2.7H2O.

penambahan NH4NO2 tidak

memberikan efek yang signifikan

1.2PERUMUSAN MASALAH

Adapun perumusan masalah dalam penelitian ini adalah bagaimana pengaruh suhu dan volume starter terhadap kadar dan yield bioetanol yang dihasilkan dalam proses fermentasi nira aren (Arenga pinnata Merr).

1.3TUJUAN PENELITIAN

Penelitian ini bertujuan untuk:

1. Mempelajari hubungan suhu dan volume starter terhadap kadar bioetanol hasil proses fermentasi nira aren.

2. Mempelajari hubungan suhu dan volume starter terhadap yield bioetanol hasil proses fermentasi nira aren.

1.4 MANFAAT PENELITIAN

Manfaat dari penelitian yang dilakukan adalah :

1. Memberikan informasi mengenai pengaruh suhu dan volume starter pada proses fermentasi nira aren.

2. Mendapatkan data percobaan yang diperlukan untuk merancang dan membangun unit pembuatan bioetanol dari nira aren untuk skala yang lebih besar (scale up).

3. Memberikan informasi kepada masyarakat tentang bagaimana kualitas bioetanol yang dihasilkan dari proses fermentasi nira aren sekaligus meningkatkan nilai ekonomis dari nira aren tersebut.

1.5 RUANG LINGKUP PENELITIAN

Penelitian ini dilakukan di Laboratorium Mikrobiologi Teknik Departemen Teknik Kimia, Fakultas Teknik Universitas Sumatera Utara, Jl. Almamater USU Medan, Indonesia.

Adapun bahan utama yang digunakan dalam penelitian ini yaitu nira aren (Arenga pinnata Merr) sebagai bahan baku dan Sacharomyces cerevisiae sebagai biokatalis.

Variabel-variabel yang dilakukan dalam penelitian ini adalah : Variabel tetap :

1. Waktu fermentasi = 24 jam [21]

2. Nutrisi = NPK 0,4% (m/m) [21]

Variabel berubah :

1. Suhu = 32 oC [10]

35 oC 39 oC

2. Volume Starter = 15%

25% [21]

35% 45% 55%

Adapun analisis yang akan dilakukan di dalam penelitian ini adalah analisis

Fourier Transform Infra Red (FTIR), oksidasi dengan kalium dikromat (K2Cr2O7), pengukuran volume bioetanol, perhitungan densitas, kadar bioetanol,

ABSTRAK

Penelitian ini bertujuan untuk mengetahui pengaruh suhu dan volume starter terhadap kadar dan yield bioetanol yang dihasilkan dari nira Aren (Arenga pinnata

Merr). Biokatalis yang digunakan adalah Saccharomyces cerevisiae. Variabel-variabel yang diamati antara lain suhu dan volume starter pada proses fermentasi secara anaerobik. Penelitian ini diawali dengan persiapan pembuatan starter kemudian dilanjutkan dengan proses fermentasi. Hasil fermentasi kemudian didistilasi pada temperatur 85 oC. Hasil penelitian menunjukkan bahwa pada suhu rendah dengan penambahan volume starter maka kadar dan yield etanol yang dihasilkan akan semakin tinggi hingga mencapai titik maksimum, yang diperoleh pada suhu 32 oC dan volume starter 35% sebesar 43,3165 % (v/v) dan 38,1430 %. Jika melebihi titik tersebut maka perubahan suhu dan penambahan volume starter akan menurunkan kadar dan yield etanol yang dihasilkan.

ABSTRACT

This research studies about determine the effect of temperature and volume of starter on yield and concentration of bioethanol produced from nira Aren (Arenga pinnata Merr). Biocatalyst used was Saccharomyces cerevisiae. The experimental variables were temperature and volume of starter doing anaerobic fermentation process. The experiment started with preparation of a starter followed by fermentation process. The product obtained from distillation process at temperature of 85 ° C. It can be conclude that high ethanol yield and concentration obtained at low temperature with the addition of the starter, it will produce the higher content and yield of ethanol until it reaches the maximum point, obtained on the condition at a temperature of 32 ° C and 35% starter amounted to 43.3165% (v / v) and 38.1430%. If it exceed that point, the changes of temperature and the addition of starter will decrease the concentration and yield of ethanol produced.

Keywords : biocatalyst, ethanol, fermentation, palm juice, Saccharomyces cerevisiae

PENGARUH SUHU DAN VOLUME STARTER

DALAM PEMBUATAN BIOETANOL DARI

NIRA AREN (ARENGA PINNATA MERR)

SKRIPSI

Oleh

GUSTI HANDAYANI

110405007

DEPARTEMEN TEKNIK KIMIA

FAKULTAS TEKNIK

UNIVERSITAS SUMATERA UTARA

JANUARI 2016

PENGARUH SUHU DAN VOLUME STARTER

DALAM PEMBUATAN BIOETANOL DARI

NIRA AREN (ARENGA PINNATA MERR)

SKRIPSI

Oleh

GUSTI HANDAYANI

110405007

SKRIPSI INI DIAJUKAN UNTUK MELENGKAPI SEBAGIAN

PERSYARATAN MENJADI SARJANA TEKNIK

DEPARTEMEN TEKNIK KIMIA

FAKULTAS TEKNIK

UNIVERSITAS SUMATERA UTARA

JANUARI 2016

PRAKATA

Puji dan syukur penulis panjatkan kepada Tuhan Yang Maha Esa atas berkat dan karunia-Nya sehingga skripsi ini dapat diselesaikan. Tulisan ini merupakan

Skripsi dengan judul “Pengaruh Suhu dan Volume Starter Dalam Pembuatan Bioetanol Dari Nira Aren (Arenga Pinnata Merr)”, berdasarkan hasil penelitian yang penulis lakukan di Departemen Teknik Kimia Fakultas Teknik Universitas Sumatera Utara. Skripsi ini merupakan salah satu syarat untuk mendapatkan gelar sarjana teknik.

Hasil penelitian ini ditujukan untuk memanfaatkan nira segar untuk menghasilkan bioetanol melalui proses fermentasi. Tujuannya adalah untuk meningkatkan nilai ekonomi dari nira aren yang berpotensi untuk dijadikan bahan bakar nabati karena memiliki kandungan gula yang tinggi. Oleh karena itu, penulis berpikir untuk melakukan penelitian ini untuk dapat menghasilkan yield etanol terbaik dengan kondisi yang berbeda.

Selama melakukan penelitian sampai penulisan skripsi ini penulis banyak mendapatkan bantuan dari berbagai pihak, untuk itu penulis mengucapkan terima kasih dan penghargaan sebesar-besarnya kepada:

1. Ir. Netti Herlina, M.T. selaku Dosen Pembimbing yang telah membimbing penulis dari penentuan judul, penelitian dan penyusunan laporan.

2. Ir. Renita Manurung, M.Sc. selaku Koordinator Penelitian dan Skripsi. 3. Dr. Eng. Irvan, M.Si. sebagai Ketua Departemen Teknik Kimia USU. 4. Dr. Ir. Fatimah, MT selaku Sekretaris Departemen Teknik Kimia USU. 5. Dr. Ir. Iriany, M.Si. selaku Dosen Penguji I.

6. Dr. Maya Sarah, S.T.,M.T. selaku dosen penguji II.

7. Seluruh staf Dosen Teknik Kimia USU, yang telah mendidik dan membagikan ilmu kepada penulis.

8. Pegawai Departemen Teknik Kimia USU, yang telah membantu penulis dalam hal administrasi selama kuliah.

9. Rekan mahasiswa Teknik Kimia USU, terutama kepada seluruh angkatan 2011 yang telah membantu dan mendukung penulis hingga menyelesaikan skripsi ini.

Penulis menyadari bahwa skripsi ini masih jauh dari sempurna oleh karena itu penulis mengharapkan saran dan masukan demi kesempurnaan skripsi ini. Semoga skripsi ini memberikan manfaat bagi pengembangan ilmu pengetahuan.

Medan, 2016

Penulis

DEDIKASI

Penulis mendedikasikan skripsi ini kepada kedua orang tua penulis.

Abdul Luis Yusnani

Sebagai tanda bakti, hormat dan terimakasih telah mendidik mendoakan dan membimbing penulis dengan cinta dan kasih

RIWAYAT HIDUP PENULIS

Nama: Gusti Handayani NIM: 110405007

Tempat/Tgl. Lahir: Tg. Balai Karimun, 12 Agustus 1992 Nama orang tua: Abdul Luis

Alamat orang tua:

Padang Pariaman, Sumatera Barat

Asal Sekolah

 SD Negeri 001 Batam, tahun 1999-2005

 SMP Negeri 3 Batam, tahun 2005-2008

 SMA Negeri 1 Batam, tahun 2008-2011

Pengalaman Organisasi/ Kerja:

1. Pengurus Himpunan Mahasiswa Teknik Kimia (HIMATEK) periode 2014-2015

2. Pengurus Covalen Study Group (CSG) periode 2013-2014

3. Kerja Praktek di PT Ecogreen Oleochemicals Batam Tahun 2014

Artikel yang telah dipublikasikan dalam Jurnal/Pertemuan Ilmiah:

1. Jurnal Teknik Kimia (Pengaruh Suhu dan Volume Starter dalam Pembuatan Bioetanol

dari Nira Aren (Arenga Pinnata Merr) Beasiswa yang Diperoleh:

1. PPA 2011/2012

2. Beasiswa KEPRI 2012/1013

ABSTRAK

Penelitian ini bertujuan untuk mengetahui pengaruh suhu dan volume starter terhadap kadar dan yield bioetanol yang dihasilkan dari nira Aren (Arenga pinnata

Merr). Biokatalis yang digunakan adalah Saccharomyces cerevisiae. Variabel-variabel yang diamati antara lain suhu dan volume starter pada proses fermentasi secara anaerobik. Penelitian ini diawali dengan persiapan pembuatan starter kemudian dilanjutkan dengan proses fermentasi. Hasil fermentasi kemudian didistilasi pada temperatur 85 oC. Hasil penelitian menunjukkan bahwa pada suhu rendah dengan penambahan volume starter maka kadar dan yield etanol yang dihasilkan akan semakin tinggi hingga mencapai titik maksimum, yang diperoleh pada suhu 32 oC dan volume starter 35% sebesar 43,3165 % (v/v) dan 38,1430 %. Jika melebihi titik tersebut maka perubahan suhu dan penambahan volume starter akan menurunkan kadar dan yield etanol yang dihasilkan.

ABSTRACT

This research studies about determine the effect of temperature and volume of starter on yield and concentration of bioethanol produced from nira Aren (Arenga pinnata Merr). Biocatalyst used was Saccharomyces cerevisiae. The experimental variables were temperature and volume of starter doing anaerobic fermentation process. The experiment started with preparation of a starter followed by fermentation process. The product obtained from distillation process at temperature of 85 ° C. It can be conclude that high ethanol yield and concentration obtained at low temperature with the addition of the starter, it will produce the higher content and yield of ethanol until it reaches the maximum point, obtained on the condition at a temperature of 32 ° C and 35% starter amounted to 43.3165% (v / v) and 38.1430%. If it exceed that point, the changes of temperature and the addition of starter will decrease the concentration and yield of ethanol produced.

Keywords : biocatalyst, ethanol, fermentation, palm juice, Saccharomyces cerevisiae

DAFTAR ISI

Halaman PERNYATAAN KEASLIAN SKRIPSI

PENGESAHAN PRAKATA DEDIKASI

RIWAYAT HIDUP PENULIS ABSTRAK ABSTRACT ii iii iv vi vii viii ix

DAFTAR ISI x

DAFTAR GAMBAR xii

DAFTAR TABEL DAFTAR LAMPIRAN DAFTAR SINGKATAN xiii xiv xv

BAB I PENDAHULUAN 1

1.1LATAR BELAKANG 1

1.2PERUMUSAN MASALAH 5

1.3TUJUAN PENELITIAN 5

1.4MANFAAT PENELITIAN 5

1.5RUANG LINGKUP PENELITIAN 5

BAB II TINJAUAN PUSTAKA 7

2.1BIOETANOL 7

2.2NIRA AREN 8

2.3FERMENTASI 9

2.4SACCHAROMYCES CEREVISIAE 10 2.5PUPUK MAJEMUK (NPK)

2.6POTENSI EKONOMI BIOETANOL DARI NIRA AREN

10 11

BAB III METODOLOGI PENELITIAN 13

3.1LOKASI PENELITIAN 13

3.2BAHAN DAN PERALATAN 13

3.2.2Peralatan 13

3.3PROSEDUR PENELITIAN 14

3.3.1Prosedur Pembuatan Starter 14

3.3.2Prosedur Fermentasi 3.3.3Prosedur Analisis

3.3.3.1 Analisis Kadar Gula Nira Segar Dengan Refraktometer

3.3.3.2 Analisis Densitas

3.3.3.3 Analisis Spesific Gravity dan API Gravity 3.3.3.4 Analisis Nilai Kalor

3.3.3.5 Analisis Kadar Bioetanol dengan Metode Densitas 3.3.3.6 Analisis Oksidasi K2Cr2O7 Terhadap Bioetanol

14 15 15 15 16 16 16 17

3.4FLOWCHART PENELITIAN 18

3.4.1Flowchart Pembuatan Starter 3.4.2Flowchart Fermentasi

BAB IV HASIL DAN PEMBAHASAN

4.1HASIL ANALISIS KADAR GULA NIRA AREN

4.2KARAKTERISASI FTIR (FOURIER TRANSFORM INFRA RED) ETANOL

4.3HASIL ANALISIS ETANOL DENGAN REAKSI OKSIDASI KALIUM DIKROMAT (K2Cr2O7)

4.4PENGARUH SUHU DAN VOLUME STARTER TERHADAP KADAR ETANOL

4.5PENGARUH SUHU DAN VOLUME STARTER TERHADAP

YIELD ETANOL

4.6PERBANDINGAN STANDAR BAKU MUTU BIOETANOL BAB V KESIMPULAN DAN SARAN

5.1KESIMPULAN 5.2SARAN 18 19 20 20 20 21 22 24 25 27 27 27

DAFTAR GAMBAR

Halaman Gambar 3.1 Flowchart Pembuatan Starter

Gambar 3.2 Flowchart Proses Fermentasi

Gambar 4.1 Spektrum FTIR(Fourier Transform Infra Red) Etanol Dari Nira Aren

Gambar 4.2 Perubahan Warna Pada Oksidasi Etanol Dengan K2Cr2O7

Gambar 4.3 Grafik Pengaruh Suhu dan Volume Starter Terhadap Kadar Etanol

Gambar 4.4 Grafik Pengaruh Suhu dan Volume Starter Terhadap Yield Etanol

Gambar L3.1 Nira Segar

Gambar L3.2 Hasil Pembacaan Refraktometer untuk Kadar Gula Nira Segar

Gambar L3.3 Proses Fermentasi a. Saccharomyces cerevisiae b.Starter c. Hasil Fermentasi

Gambar L3.4 Proses Distilasi

Gambar L3.5 Foto Analisis Oksidasi K2Cr2O7 Terhadap Bioetanol

a. Kalium Dikromat b. Kalium Dikromat + Etanol

18 19

20

21

22

24 40

40

41 41

DAFTAR TABEL

Halaman Tabel 1.1 Penelitian yang Telah Dilakukan Tentang Pembuatan

Bioetanol dari Berbagai Bahan Baku dan Penggunaan Mikroorganisme Saccharomyces cerevisiae

Tabel 2.1 Sifat Fisika dan Sifat Kimia Etanol Tabel 3.1 Konversi Berat Jenis - Kadar Etanol Tabel 4.1 Standar Etanol Nabati

Tabel 4.2 Syarat Mutu Bioetanol Bahan Bakar Tabel L1.1 Hasil Analisis Perolehan Bioetanol

3 8 16 25 26 35

DAFTAR LAMPIRAN

Halaman Lampiran 1 Data Percobaan

Lampiran 2 Contoh Perhitungan 2.1 Densitas Bioetanol

2.2 Kadar Bioetanol Berdasarkan Densitas 2.3 Yield Bioetanol

2.4 Specific Gravity dan API Gravity Bioetanol 2.5 Nilai Kalor Bioetanol

2.6 Analisis Ekonomi Lampiran 3 Dokumentasi Penelitian

3.1 Foto Bahan Baku Nira Segar

3.2 Foto Analisis Kadar Gula Nira Segar Dengan Refraktometer

3.3 Foto Proses Fermentasi 3.4 Foto Proses Distilasi

3.5 Foto Analisis Oksidasi K2Cr2O7 Terhadap Bioetanol

35 36 36 36 37 37 38 38 40 40

40 41 41 42

DAFTAR SINGKATAN

API American Petroleum Institute

FTIR Fourier Transform Infra Red

GC Gas Chromatography

HPLC High Performance Liquid Chromatography

NK Nilai Kalor

NPK Nitrogen Posfor Kalium

DAFTAR ISI

Halaman PERNYATAAN KEASLIAN SKRIPSI

PENGESAHAN PRAKATA DEDIKASI

RIWAYAT HIDUP PENULIS ABSTRAK

ABSTRACT

ii iii iv vi vii viii ix

DAFTAR ISI x

DAFTAR GAMBAR xii

DAFTAR TABEL DAFTAR LAMPIRAN DAFTAR SINGKATAN

xiii xiv xv

BAB I PENDAHULUAN 1

1.1LATAR BELAKANG 1

1.2PERUMUSAN MASALAH 5

1.3TUJUAN PENELITIAN 5

1.4MANFAAT PENELITIAN 5

1.5RUANG LINGKUP PENELITIAN 5

BAB II TINJAUAN PUSTAKA 7

2.1BIOETANOL 7

2.2NIRA AREN 8

2.3FERMENTASI 9

2.4SACCHAROMYCES CEREVISIAE 10

2.5PUPUK MAJEMUK (NPK)

2.6POTENSI EKONOMI BIOETANOL DARI NIRA AREN

10 11

BAB III METODOLOGI PENELITIAN 13

xi

3.2.2Peralatan 13

3.3PROSEDUR PENELITIAN 14

3.3.1Prosedur Pembuatan Starter 14

3.3.2Prosedur Fermentasi 3.3.3Prosedur Analisis

3.3.3.1 Analisis Kadar Gula Nira Segar Dengan Refraktometer

3.3.3.2 Analisis Densitas

3.3.3.3 Analisis Spesific Gravity dan API Gravity 3.3.3.4 Analisis Nilai Kalor

3.3.3.5 Analisis Kadar Bioetanol dengan Metode Densitas

3.3.3.6 Analisis Oksidasi K2Cr2O7 Terhadap Bioetanol

14 15 15 15 16 16 16 17

3.4FLOWCHART PENELITIAN 18

3.4.1Flowchart Pembuatan Starter 3.4.2Flowchart Fermentasi

BAB IV HASIL DAN PEMBAHASAN

4.1HASIL ANALISIS KADAR GULA NIRA AREN

4.2KARAKTERISASI FTIR (FOURIER TRANSFORM INFRA RED) ETANOL

4.3HASIL ANALISIS ETANOL DENGAN REAKSI OKSIDASI KALIUM DIKROMAT (K2Cr2O7)

4.4PENGARUH SUHU DAN VOLUME STARTER TERHADAP KADAR ETANOL

4.5PENGARUH SUHU DAN VOLUME STARTER TERHADAP

YIELD ETANOL

4.6PERBANDINGAN STANDAR BAKU MUTU BIOETANOL BAB V KESIMPULAN DAN SARAN

5.1KESIMPULAN 5.2SARAN 18 19 20 20 20 21 22 24 25 27 27 27

DAFTAR PUSTAKA 28

DAFTAR GAMBAR

Halaman Gambar 3.1 Flowchart Pembuatan Starter

Gambar 3.2 Flowchart Proses Fermentasi

Gambar 4.1 Spektrum FTIR(Fourier Transform Infra Red) Etanol Dari Nira Aren

Gambar 4.2 Perubahan Warna Pada Oksidasi Etanol Dengan K2Cr2O7

Gambar 4.3 Grafik Pengaruh Suhu dan Volume Starter Terhadap Kadar Etanol

Gambar 4.4 Grafik Pengaruh Suhu dan Volume Starter Terhadap Yield Etanol

Gambar L3.1 Nira Segar

Gambar L3.2 Hasil Pembacaan Refraktometer untuk Kadar Gula Nira Segar

Gambar L3.3 Proses Fermentasi a. Saccharomyces cerevisiae b.Starter c. Hasil Fermentasi

Gambar L3.4 Proses Distilasi

Gambar L3.5 Foto Analisis Oksidasi K2Cr2O7 Terhadap Bioetanol a. Kalium Dikromat b. Kalium Dikromat + Etanol

18 19

20

21

22

24 40

40

41 41

xiii

DAFTAR TABEL

Halaman Tabel 1.1 Penelitian yang Telah Dilakukan Tentang Pembuatan

Bioetanol dari Berbagai Bahan Baku dan Penggunaan Mikroorganisme Saccharomyces cerevisiae

Tabel 2.1 Sifat Fisika dan Sifat Kimia Etanol Tabel 3.1 Konversi Berat Jenis - Kadar Etanol Tabel 4.1 Standar Etanol Nabati

Tabel 4.2 Syarat Mutu Bioetanol Bahan Bakar Tabel L1.1 Hasil Analisis Perolehan Bioetanol

3 8 16 25 26 35

DAFTAR LAMPIRAN

Halaman Lampiran 1 Data Percobaan

Lampiran 2 Contoh Perhitungan 2.1 Densitas Bioetanol

2.2 Kadar Bioetanol Berdasarkan Densitas

2.3 Yield Bioetanol

2.4 Specific Gravity dan API Gravity Bioetanol

2.5 Nilai Kalor Bioetanol 2.6 Analisis Ekonomi Lampiran 3 Dokumentasi Penelitian

3.1 Foto Bahan Baku Nira Segar

3.2 Foto Analisis Kadar Gula Nira Segar Dengan Refraktometer

3.3 Foto Proses Fermentasi 3.4 Foto Proses Distilasi

3.5 Foto Analisis Oksidasi K2Cr2O7 Terhadap Bioetanol

35 36 36 36 37 37 38 38 40 40

40 41 41 42

xv

DAFTAR SINGKATAN

API American Petroleum Institute

FTIR Fourier Transform Infra Red

GC Gas Chromatography

HPLC High Performance Liquid Chromatography

NK Nilai Kalor

NPK Nitrogen Posfor Kalium

SG Specific Gravity