11
BAB III METODOLOGI PENELITIAN
3.1 LOKASI PENELITIAN
Penelitian dilakukan di Laboratorium Mikrobiologi Industri, 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 2.
Biokatalis S.cerevisiae 3.
NPK
3.2.2 Peralatan
Pada penelitian ini peralatan yang digunakan antara lain : 1.
Autoclave 2.
Beaker glass 3.
Corong gelas 4.
Erlenmeyer 5.
Gelas ukur 6.
Hemositometer 7.
Kondensor refluks 8.
Labu leher tiga 9.
Neraca digital 10.
Piknometer 11.
Refraktometer 12.
Rotary shaker 13.
Stopwatch 14.
Termometer
Universitas Sumatera Utara
12
3.3 PROSEDUR PENELITIAN
3.3.1 Prosedur Pembuatan Starter
1. Semua peralatan disterilisasi di dalam autoclave selama 15 menit pada
suhu 121
o
C. 2.
Nira aren dipasteurisasi pada suhu 80
o
C. 3.
Dicampurkan satu oase S.cerevisiae dengan 850 ml nira aren kemudian diaduk di rotary shaker hingga merata.
4. Starter didiamkan selama 48 jam pada suhu ruangan.
5. Dilakukan perhitungan jumlah sel hingga diperoleh konsentrasi larutan
starter diatas 1.10
6
selml dengan hemositometer.
3.3.2 Prosedur Fermentasi
1. Semua peralatan disterilisasi di dalam autoclave selama 15 menit pada
suhu 121
o
C. 2.
Nira aren dipasteurisasi pada suhu 80
o
C. 3.
Kadar gula nira aren diukur dengan refraktometer. 4.
Dicampurkan nira aren dengan larutan starter sebanyak 15 vv dari total volume campuran 850 ml.
5. Ditambahkan NPK 0,4 mm ke dalam larutan.
6. Campuran diaduk di rotary shaker dengan kecepatan agitasi 75 rpm
selama 24 jam pada suhu ruangan. 7.
Dimasukkan hasil fermentasi ke dalam peralatan distilasi, kondisi operasi diatur pada suhu 88
o
C. 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, dan 55 serta variasi kecepatan agitasi 100 rpm dan 125 rpm.
Universitas Sumatera Utara
13
3.3.3 Prosedur Analisis
3.3.3.1 Prosedur Analisis Gula
1. Dilakukan kalibrasi dengan cara dibuka penutup prisma dan diteteskan 2-3
aquades. Ditutup penutup prisma sehingga aquades membasahi seluruh permukaan prisma tanpa adanya gelembung udara. Dibiarkan selama 30
detik sebelum lanjut ke langkah selanjutnya. 2.
Diarahkan prisma ke arah sumber cahaya kemudian diamati di bagian lensa pengamat.
3. Dikalibrasi refraktometer dengan cara memutar sekrup sehingga bagian
atas yang berwarna biru dan bagian bawah yang berwarna putih tepat berada di skala nol.
4. Diulang langkah satu dengan mengganti auades dengan sampel. Dilakukan
langkah dua dan tiga. Pada langkah ketiga konsentrasi larutan gula dapat langsung dibaca pada alat.
[45]
3.3.3.2 Prosedur Analisis Oksidasi Bioetanol dengan Kalium Dikromat K
2
Cr
2
O
7
1. Disiapkan sebuah tabung reaksi.
2. Dimasukkan ke dalam tabung reaksi 2 ml K
2
Cr
2
O
7
2 dan ditambahkan 5 tetes H
2
SO
4
pekat kemudian dihomogenkan. 3.
Ditambahkan 1 ml sampel ke dalam tabung reaksi. 4.
Diamati perubahan yang terjadi. 5.
Reaksi positif ditandai dengan terjadinya perubahan warna dari jingga ke hijau kebiruan.
[46]
3.3.3.3 Prosedur Analisis Densitas
1. Alat piknometer yang digunakan untuk mengukur densitas bioetanol
dikeringkan ke dalam oven pada temperatur 100
o
C selama 10 menit kemudian didinginkan sampai suhu kamar.
2. Ditimbang piknometer kosong dengan menggunakan neraca analitis
kemudian dicatat massanya.
Universitas Sumatera Utara
14 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
o
C 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 : ρ
1
m
1
= ρ
2
m
2
Dimana: ρ
1
= densitas air m
1
= massa piknometer berisi air – piknometer kosong
ρ
2
= densitas distilat m
2
= massa piknometer berisi distilat – piknometer kosong
[47]
3.3.3.4 Prosedur 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:
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:
[47]
Universitas Sumatera Utara
15 3.3.3.5 Prosedur Analisis Nilai Kalor
Nilai densitas, spesific gravity dan API gravity kemudian digunakan untuk menghitung nilai kalor dengan persamaan:
[47] 3.3.3.6 Analisis Kadar Bioetanol dengan Metode Densitas
Analisis kadar bioetanol dilakukan dengan metode densitas dengan cara berikut:
1. Nilai densitas yang diperoleh sebelumnya dicocokkan pada tabel 3.1.
2. Kadar etanol dihitung dengan menginterpolasi data densitas berat jenis
dan kadar etanol pada suhu 32
o
C pada tabel 3.1. [48] Tabel 3.1 Konversi Berat Jenis - Kadar Etanol
Kadar Larutan Etanol
Berat Jenis Larutan Etanol grml
Kadar Larutan Etanol
Berat Jenis Larutan Etanol grml
0,99503 25
0,95487 1
0,99314 26
0,95318 2
0,99129 27
0,95145 3
0,98948 28
0,94968 4
0,98772 29
0,94789 5
0,98602 30
0,94606 6
0,98438 31
0,94420 7
0,98277 32
0,94306 8
0,98117 33
0,94038 9
0,97957 34
0,93842 10
0,97799 35
0,93644 11
0,97645 36
0,93443 12
0,97492 37
0,93298 13
0,97341 38
0,93035 14
0,97192 39
0,92826 15
0,97044 40
0,92616 16
0,96898 41
0,92403 17
0,97044 42
0,92187 18
0,96599 43
0,91970 19
0,96446 44
0,91751 20
0,96291 45
0,91532 21
0,96134 46
0,91559 22
0,95976 47
0,91088 23
0,95815 48
0,90865
Universitas Sumatera Utara
16 Ya
3.4 FLOWCHART PENELITIAN
3.4.1 Flowchart Pembuatan Starter
Gambar 3.1 Flowchart Pembuatan Starter Ya
Tidak Dilakukan perhitungan jumlah sel dengan
hemositometer Nira aren dipasteurisasi pada suhu 80
o
C Mulai
Selesai Disterilisasi semua peralatan di dalam autoclave
selama 15 menit pada suhu 121
o
C
Dicampurkan satu oase S.cerevisiae dengan 850 ml nira aren kemudian
diaduk dengan rotary shaker hingga merata
Apakah konsentrasi starter sudah lebih dari
1.10
6
selml? Starter didiamkan selama 48 jam pada
suhu ruangan
Universitas Sumatera Utara
17 Ya
Tidak
3.4.2 Flowchart Fermentasi
Gambar 3.2 Flowchart Proses Fermentasi Mulai
Disterilisasi semua peralatan di dalam autoclave selama 15 menit pada suhu 121
o
C
Kadar gula nira aren diukur dengan refraktometer
Dicampurkan nira aren dengan larutan starter sebanyak 15 vv dari total
volume campuran 850 ml
Selesai Ditambahkan NPK 0,4 mm ke dalam
larutan
Dimasukkan hasil fermentasi ke dalam peralatan distilasi, kondisi operasi diatur pada suhu 88
o
C Campuran diaduk di rotary shaker dengan
kecepatan agitasi 75 rpm selama 24 jam pada suhu ruangan
Distilat di tampung dengan erlenmeyer dan diukur volumenya
Diambil sampel distilat untuk dianalisis
Apakah masih ada variasi lain?
Nira aren dipasteurisasi pada suhu 80
o
C
Universitas Sumatera Utara
18
BAB IV HASIL DAN PEMBAHASAN
4.1 HASIL ANALISIS BAHAN BAKU DAN BIOETANOL 4.1.1 Hasil Analisis Kadar Gula Nira Aren
Analisis kadar gula dilakukan dengan menggunakan alat hand-held refraktometer. Refraktometer tipe hand-held merupakan salah satu alat yang dapat
digunakan untuk menganalisis kadar gula pada bahan makanan. Kandungan gula dinyatakan dalam satuan Brix, yang artinya
berat gram gula dari 100 gram larutan gula
[49]. Dari hasil analisis diperoleh kadar gula untuk nira segar yang digunakan
dalam penelitian ini adalah 11 Brix. Artinya terdapat 11 gram gula untuk setiap 100 gram nira segar.
4.1.2 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 analisis gugus fungsi : -
3338,64 cm
-1
: ikatan pada -OH -
2978,46 cm
-1
: ikatan pada alkana C-H -
1642,94 cm
-1
: ikatan C=O -
1085,45 cm
-1
: ikatan C-O-H -
1043,87 cm
-1
: ikatan dari C-OH
Universitas Sumatera Utara
19 Data spektrum etanol dengan mencermati puncak serapan gelombang yang
diperlihatkan dapat dianalisis bahwa pada serapan 3338,64 cm
-1
terdapat serapan yang kuat dan melebar, hal ini menunjukkan adanya interaksi antara molekul
elektronegatif O dengan positif H yang membentuk ikatan hidrogen. Artinya terdapat gugus
–OH dalam sampel. Serapan kecil pada 2978,46 cm
-1
menunjukkan adanya ikatan alkana C-H yang kuat. Bilangan gelombang 1642,94 cm
-1
menunjukkan adanya ikatan C=O yang menyatakan bahwa terdapat gugus keton pada sampel. Keton mungkin terbentuk dari oksidasi sampel yang
mengandung etanol. Bilangan gelombang 1085,45 cm
-1
menunjukkan adanya ikatan C-O-H yang terdapat pada alkohol primer dan sekunder. Serta pada serapan
1043,87 cm
-1
terdapat ikatan C-OH Maka dari hasil analisa FTIR ini dapat disimpulkan bahwa sampel
mengandung etanol.
4.1.3 Hasil Analisis Oksidasi Bioetanol dengan Kalium Dikromat K
2
Cr
2
O
7
Analisis ini dilakukan untuk menentukan adanya etanol dalam sampel. Adanya etanol dalam sampel diuji dengan menggunakan larutan kalium dikromat.
Prinsip yang digunakan adalah reaksi redoks antara etanol dengan kalium dikromat dalam suasana asam. Reaksi yang terjadi adalah :
3C
2
H
5
OH+2K
2
Cr
2
O
7
+8H
2
SO
4
3CH
3
CHO+2Cr
2
SO
4 3
+11H
2
O +2K
2
SO
4
[50]. Reaksi ini ditandai dengan perubahan larutan yang mula-mula berwarna
jingga menjadi biru. Gambar 4.2 menunjukkan perubahan warna larutan kalium dikromat sebelum dan sesudah penambahan bioetanol.
a. Sebelum penambahan bioetanol b. Setelah penambahan bioetanol
Gambar 4.2 Hasil Analisis Oksidasi Bioetanol dengan Kalium Dikromat
Universitas Sumatera Utara
20
4.2 PENGARUH VOLUME STARTER DAN AGITASI TERHADAP KADAR BIOETANOL
Penelitian ini bertujuan untuk melihat pengaruh volume starter dan agitasi pada proses fermentasi nira aren. Salah satu indikator keberhasilan dari proses
fermentasi adalah kadar bioetanol yang dihasilkan. Produk hasil fermentasi selanjutnya didistilasi. Distilat kemudian dianalisis kadar bioetanolnya dengan
melakukan perhitungan densitas yang selanjutnya diinterpolasi dalam hubungan konversi densitas dan kadar etanol [48].
Berdasarkan hasil penelitian ini, pengaruh volume starter dan agitasi terhadap kadar bioetanol yang dihasilkan dapat dilihat pada gambar 4.3
Gambar 4.3 Pengaruh Volume Starter dan Agitasi Terhadap Kadar Bioetanol
Dari Gambar 4.3 dapat dilihat bahwa kadar bioetanol yang diperoleh mengalami peningkatan di awal perlakuan fermentasi kemudian mengalami
penurunan setelah mencapai titik tertentu. Hal ini menandakan bahwa variasi volume starter dan agitasi yang dilakukan selama proses fermentasi
mempengaruhi kadar bioetanol yang dihasilkan. Dari hasil penelitian ini diperoleh kadar bioetanol tertinggi yaitu 47,6182
diperoleh pada kondisi penambahan volume starter 35 dengan agitasi 100 rpm Penambahan volume starter dan kecepatan agitasi selanjutnya menghasilkan kadar
bioetanol yang lebih rendah. Sedangkan kadar bioetanol terendah yaitu 20,1255 diperoleh pada kondisi penambahan volume starter 15 dengan agitasi 75 rpm.
Universitas Sumatera Utara
21 Kismurtono [15] meneliti bahwa volume starter yang semakin tinggi akan
menghasilkan kadar bioetanol yang semakin tinggi juga untuk waktu fermentasi 24 jam dengan menggunakan bahan baku nira aren dan S.cerevisiae sebagai
biokatalisnya. Hal ini didukung juga oleh hasil penelitian Eka dan Halim [51], yang menyatakan bahwa semakin banyak persen starter yang dicampurkan ke
dalam substrat maka jumlah S.cerevisiae juga akan semakin banyak sehingga glukosa yang dikonversi menjadi etanol juga akan semakin meningkat. Namun
dari hasil penelitian ini diperoleh data bahwa penambahan volume starter melebihi titik tertentu tidak meningkatkan kadar bioetanol yang dihasilkan. Hal ini
disebabkan oleh populasi sel yang tinggi. Kondisi pertumbuhan dan metabolisme pada populasi sel yang tinggi tidak diharapkan karena akan terjadi gangguan
terhadap akses nutrisi yang diakibatkan keterbatasan ruang gerak sel [52]. Tingginya populasi sel juga akan meningkatkan jumlah karbondioksida sebagai
produk sampingan dan etanol sebagai produk utama. Dalam proses fermentasi batch baik produk utama dan produk samping akan terakumulasi sehingga
menjadi inhibisi bagi pertumbuhan mikroba [29]. Jumlah sel dalam media fermentasi sangat mempengaruhi kadar bioetanol
yang dihasilkan, selain itu variasi agitasi yang dilakukan juga menunjukkan pengaruh yang cukup signifikan
.
Oktaviani, dkk [53] melakukan penelitian mengenai pengaruh laju pengadukan terhadap biokonversi bioetanol, dimana dari
hasil penelitiannya menyatakan bahwa tujuan dari pengadukan adalah untuk mencegah sel mikroorganisme membentuk gumpalan yang selanjutnya akan
mengganggu perkembangbiakan sel akibat tidak mendapatkan makanan yang cukup dari substrat. Selain itu hasil penelitiannya menunjukkan bahwa kecepatan
pengadukan berbanding lurus dengan kadar bioetanol hingga mencapai titik maksimum, dimana setelah melewati titik tersebut penambahan kecepatan
pengadukan akan menurunkan kadar bioetanol yang dihasilkan. Jeckson, dkk [54] meneliti bahwa hal itu disebabkan oleh pengadukan yang terlalu cepat sehingga
mengganggu metabolisme yeast .
Universitas Sumatera Utara
22
4.3 PENGARUH VOLUME STARTER DAN AGITASI TERHADAP YIELD BIOETANOL
Kategori