BAB II TINJAUAN PUSTAKA - PEMBUATAN ETANOL DARI NIRA NIPAH ( Nypa fruticans Wurmb) DENGAN PROSES FERMENTASI - repository perpustakaan

BAB II TINJAUAN PUSTAKA A. Tinjauan Tumbuhan Nipah (Nypa fruticans Wurmb) Tinjauan mengenai tumbuhan nipah yang akan digunakan terdiri dari klasifikasi tumbuhan, morfologi tumbuhan, dan penggunaan tumbuhan nipah.

  1. Taksonomi Tumbuhan Klasifikasi tumbuhan nipah adalah sebagai berikut :

  Kerajaan : Plantae Divisi : Magnoliophyta Kelas : Liliopsida Ordo : Arecales Familia : Arecaceae Genus : Nypa Spesies : Nypa Fruticans Wurmb

  (Backer & Brink, 1968)

  2. Morfologi Tumbuhan Nipah tumbuh pada substrat yang halus, pada bagian tepi atas dari aliran air. Memerlukan masukan air tawar tahunan yang tinggi. Jarang terdapat di luar zona pantai. Biasanya tumbuh pada tegakan yang berkelompok. Memiliki sistem perakaran yang rapat dan kuat yang tersesuaikan lebih baik terhadap perubahan masukan air, ketimbang sebagian besar jenis tumbuhan mangrove lainnya. Serbuk sari lengket dan penyerbukan tampaknya dibantu oleh lalat Drosophila. Buah yang berserat serta adanya rongga udara pada biji membantu penyebaran mereka melalui air dan juga dapat bersifat vivipar (http://wetlands.or.id/mangrove/spesies).

  Daun tersusun seperti daun kelapa. Panjang gagang daun 4 - 9 m. Terdapat 100 - 120 pinak daun pada setiap gagang daun, berwarna hijau mengkilat di permukaan atas dan berserbuk di bagian bawah. Berbentuk

  3 lanset, ujung meruncing, ukuran 60-130 x 5-8 cm. Tandan bunga biseksual tumbuh dari dekat puncak batang pada gagang sepanjang 1-2 m. Bunga betina membentuk kepala melingkar berdiameter 25-30 cm. Bunga jantan kuning cerah, terletak di bawah kepala bunganya. Buah berbentuk bulat, warna coklat, kaku dan berserat. Pada setiap buah terdapat satu biji berbentuk telur. Ukuran diameter kepala buah sampai 45 cm, diameter biji 4-5 cm. Penyebaran tumbuhan ini Asia Tenggara, Malaysia, seluruh Indonesia, Papua New Guinea, Filipina, Australia dan Pasifik Barat (http://wetlands.or.id/mangrove/species).

  3. Penggunaan nipah Nipah memiliki banyak kegunaan; daun yang dikeringkan dapat dimanfaatkan sebagai atap, dinding, tikar, topi dan aneka keranjang anyaman. Buahnya langsung dapat dimakan atau dimanfaatkan sebagai bahan baku minuman . Nipah dapat disadap niranya, nira ini dapat dimanfaatkan untuk pembuatan gula nipah. Seperti pada gula kelapa, gula nipah juga memiliki rasa manis namun ada rasa asinnya (Santoso et al, 2005).

  Di daerah Papua nipah banyak digunakan sebagai bahan minuman dan menghasilkan sumber ekonomi. Bagian yang sering dimanfaatkan adalah bagian buahnya (Rumbiak dan Charlie, 2001).

  4. Nira Nipah Nira adalah cairan yang diperoleh dari tumbuhan yang mengandung gula (sukrosa) pada konsentrasi 7,5 sampai 20,0 %. Nira nipah diperoleh dari bunga nipah yang belum masak, dari ujung bekas potongan akan menetes cairan nira yang mengandung gula. Nira dapat dipanaskaan untuk menguapkan airnya sehingga konsentrasi gula meningkat dan kental. Cairan ini akan mengeras bila didinginkan dan ini yang disebut dengan gula nipah. Nira juga dapat dikemas sebagai minuman ringan (http://www.ristek.go.id).

  Adapun cara penyadapan nira nipah adalah sebagai berikut :

  a. Persiapan 1) Pembersihan tongkol yaitu ijuk yang ada disekitar tongkol bunga disingkirkan agar tidak mengganggu proses penyadapan.

  2) Pemukulan tongkol yaitu setelah pembersihan, tongkol bunga jantan diayun-ayun dan dipukul-pukul secara ringan tanpa menyebabkan tongkol luka dan memar. Pemukulan dilakukan sekali 2 hari pada pagi dan sore hari selama 3 minggu. 3) Penentuan kesiapan tongkol disadap. Setelah itu, tongkol ketika untaian bunga melekat ditoreh, jika torehan mengeluarkan cairan nira, berarti tongkol sudah siap untuk disadap. Jika tidak mengeluarkan nira, proses pengayunan dan pemukulan harus dilanjutkan. 4) Persiapan penyadapan bumbung yang akan digunakan untuk penyadapan dicuci sampai bersih. Bagian dalam bumbung disikat dengan penyikat bertangkai panjang.

  b. Penyadapan 1) Jika tongkol sudah siap untuk disadap, tongkol dipotong pada bagian yang ditoreh untuk penentuan kesiapan tongkol disadap.

  2) Di bawah luka pada bagian tongkol yang dipotong, diletakkan bumbung. Ke dalam bumbung dimasukkan kapur sirih satu sendok makan. Bumbung ini diikatkan secara kuat pada tangkai. 3) Penyadapan berlangsung selama 12 jam. Bumbung yang telah terisi nira di ambil. 4) Setelah itu tongkol harus diiris tipis kembali untuk membuang jaringan yang mengeras dan tersumbat pembuluh kapilernya. Di bawah irisan baru tersebut diletakkan lagi bumbung yang bersih (http://www.ristek.go.id).

B. Etanol

  Etanol adalah campuran etil alkohol dan air. Etanol memiliki rumus _{2 5} empirik C H OH Cairan ini tidak berwarna, jernih, mudah menguap dan mudah bergerak. Etanol memiliki bau yang khas dan rasa yang panas. Etanol juga mudah terbakar dan memberikan warna biru yang tidak berasap (DepKes RI, 1979).

  Etanol hasil fermentasi adalah etanol yang encer karena sel-sel khamir akan mati pada kadar etanol 12-15 %. Untuk mendapatkan etanol dengan kadar yang lebih tinggi dapat dilakukan dengan penyulingan bertingkat. Dengan penyulingan ini dapat menghasilkan etanol dengan kadar 95%. Etanol yang telah disuling tersebut masih mengandung minyak arak, yaitu campuran amilalkohol yang toksik. Apabila disuling kembali maka akan mendapat etanol murni, akan tetapi kadarnya tidak lebih dari 95,5 %. Untuk mendapat etanol mutlak 100 % air yang 4,5 % dapat diikat dengan CaO. Atau dengan penyulingan ”Azeotrop” pada etanol 95,5 % ditambah benzen dan disuling (Sa’id, 1987).

  Etanol berdasarkan asalnya dapat digolongkan menjadi dua yaitu etanol sintesis dan bioetanol. Etanol sintesis yaitu etanol yang terbuat dari etilena, salah satu derivat minyak bumi atau batu bara. Bahan ini diperoleh dari sintesis kimia yang disebut hidrasi, sedangkan bioetanol diperoleh dari biomassa (tanaman) melalui proses biologi (enzimatik dan fermentasi). Adapun bahan baku yang dapat digunakan untuk pembuatan bioetanol adalah :

  1. Bahan berpati seperti singkong, ubi jalar, tepung sagu, biji jagung, biji sorgum, gandum, kentang, ganyong, garut dan lain-lain.

  2. Bahan bergula, berupa molase (tetes tebu), nira tebu, nira kelapa, nira batang sorgum manis, nira aren (enau), nira nipah, gewang, nira lontar dan lain-lain.

  3. Bahan berselulosa, berupa limbah logging, limbah pertanian seperti jerami padi, ampas tebu, tongkol jagung, onggok (limbah tapioka), batang pisang, serbuk gergaji (gerjen), dan lain-lain (Prihandana et al, 2008).

  Etanol juga merupakan senyawa yang sering digunakan dalam industri kimia antara lain sebagai pelarut (40%), untuk membuat asetaldehid (36%), eter, glikol eter, etil asetat dan klorida (9%) (Putri dan Sukandar, 2008).

  Etanol mempunyai macam-macam kegunaan salah satu diantaranya adalah sebagai bahan baku senyawa-senyawa organik lain seperti asam asetat. Selain asam asetat juga dapat digunakan dalam pembuatan eter, kloroform, iodoform, dan juga ester. Alkohol merupakan pelarut pada pembuatan pernis, juga pelarut bagi bahan organik lain seperti minyak wangi, iodium tingtur, kamper spirtus, bran spirtus. Di laboratorium digunakan sebagai pelarut senyawa yang bersifat polar tetapi diharapkan tidak terjadi hidrolisa. Kegunaan lain adalah sebagai bahan bakar yang sebelumnya telah didenaturasikan terlebih dahulu (Sa’id, 1987).

  Etanol dapat digunakan dari berbagai macam kadar. Ada beberapa cara penetapan kadar etanol.

  1. Penyulingan Metode penyulingan ini dilakukan apabila tidak dinyatakan lain. Metode ini dilakukan dengan menyuling sampel dengan labu suling. Ukuran labu suling umumnya 2 sampai 4 kali volume cairan uji. Kecepatan penyulingan diatur sedemikian rupa sehingga diperoleh sulingan yang jernih. Jika sulingan berkabut kocok dengan talk P atau kalsium karbonat hingga jernih. Setelah diperoleh sulingan yang jernih tetapkan densitas relatif cairan dan kemudian hitung kadar etanol dengan daftar bobot jenis dan kadar etanol.

  2. Kromatografi Gas Metode kromatografi gas dapat dilakukan untuk sediaan uji yang memiliki jumlah yang sedikit berupa larutan jernih dan kadar etanol yang rendah

   (DepKes RI, 1979).

C. Khamir (Saccharomyces cerevisiae)

  Khamir (khamir) termasuk fungi, tetapi berbeda dari kapang karena bentuknya yang terutama uniseluler. Reproduksi vegetativ pada khamir terutama adalah pertunasan. Khamir tumbuh dan berkembang biak lebih cepat dibanding dengan kapang yang tumbuh dengan pembentukan filamen. Khamir juga lebih efektif dalam memecah komponen kimia dari pada kapang karena memiliki luas permukaan dan volume yang lebih besar dari pada kapang. Khamir berbeda dari ganggang karena khamir tidak melakukan proses fotosintesis. Sel khamir mempunyai ukuran yang bervariasi, yaitu dengan panjang 1-1,5 µm sampai 20-25 µm, dan lebar 1-10 µm. Bentuk sel khamir bermacam-macam yaitu bulat, oval, silinder, ogival yaitu bulat panjang dengan salah satu ujung runcing, segitiga melengkung (triangular), berbentuk botol bentuk apikulat atau lemon membentuk pseudo miselium dan sebagainya (Fardiaz, 1992).

  Khamir dapat dibedakan menjadi dua kelompok berdasarkan sifat metabolismenya, yaitu yang bersifat fermentatif dan oksidatif. Khamir yang bersifat fermentatif dapat melakukan fermentasi alkohol yaitu memecah glukosa melalui jalur glikolisis. Khamir fermentatif salah satunya adalah

  

Saccharomyces . Saccharomyces merupakan khamir fermentatif kuat. Apabila

  ada oksigen S. cerevisiae juga dapat melakukan respirasi yaitu mengoksidasi gula menjadi karbon dioksida dan air. Oleh karena itu tergantung dari kondisi pertumbuhan, S. cerevisiae dapat mengubah sistem metabolismenya dari fermentatif menjadi oksidatif (respirasi) (Fardiaz, 1992).

  S. cerevisiae adalah khamir yang bersifat anaerob yang mampu mengubah asam piruvat menjadi alkohol melalui proses fermentasi. S.

cerevisiae juga merupakan khamir yang paling sering digunakan dalam

  produksi alkohol karena memenuhi syarat sebagai khamir untuk fermentasi alkohol. S. cerevisiae mampu menghasilkan enzim yang diperlukan dalam proses fermentasi (Fardiaz, 1992)

  Khamir selain dapat menghasilkan alkohol dan karbon dioksida juga memproduksi metabolit-metabolit lain dalam jumlah kecil yaitu, gliserol, asam suksinat, alkohol rantai panjang, 2,3-butana-diol, dan sedikit aldehid, asam asetat dan asam laktat (Fardiaz, 1992).

  Kondisi pertumbuhan khamir yang baik adalah :

  1. Memiliki persediaan air yang cukup, untuk khamir bir aktivitas air terendah adalah 0,94.

  2. Suhu optimum untuk pertumbuhan khamir adalah berkisar 25-30º C 3. pH yang cocok untuk khamir adalah berkisar 4-4,5

  S. cerevisiae telah banyak digunakan dalam proses fermentasi karena

  dari S. cerevisiae dapat memperoleh etanol dalam jumlah yang besar karena memiliki toleransi alkohol yang tinggi (Elevri dan Putra, 2006).

D. Fermentasi

  Fermentasi berasal dari bahasa latin yang dalam arti sempit berarti transformasi sari anggur menjadi minuman anggur (wine). Kata ”ferverve” yang berarti ”mendidih” dan digunakan untuk menggambarkan penampakan menarik dari sari anggur yang terfermentasi. Penjelasan secara ilmiah pertama kali diungkapkan oleh Luis Pasteur yaitu proses penguraian gula menjadi alkohol dan karbon dioksida yang disebabkan oleh sel-sel khamir. Pasteur mendapatkan bahwa penguraian gula dilakukan oleh sel-sel khamir tanpa suplai udara sehingga menyebutkan fermentasi alkohol sebagai ”kehidupan tanpa oksigen” (Sa’id, 1987).

  Proses fermentasi sering juga diartikan sebagai proses pemecahan karbohidrat dan asam amino secara anaerobik yaitu tanpa oksigen. Senyawa yang bisa dipecah dalam proses fermentasi adalah karbohidrat (Fardiaz, 1992).

  Fermentasi pada umumnya diartikan untuk semua kegiatan yang menunjuk pada aksi berbagai aksi mikrobial, tetapi mikrobiologi ”fermentasi” dimaksudkan sebagai aksi mikrobial yang tertentu dan jelas. Dalam sitologi organisme tinggi, fermentasi berarti proses-proses biokimia yang karakteristiknya sama dengan fermentasi mikrobial. Dalam hal-hal tertentu terjadi salah kaprah antara kata ”fermentasi” dan ’respirasi” hal ini sering terjadi pada para ahli mikrobiologi dan ahli sitologi organisme tingkat tinggi. Supaya memudahkan semua kegiatan mikrobial dikelompokkan di dalam pertumbuhan, asimilasi, biosintesis dan disimilasi (Sa’id, 1987).

  Fermentasi adalah suatu reaksi oksidasi-reduksi dalam sistem biologi yang menghasilkan energi, dimana donor dan akseptor elektron digunakan senyawa organik. Senyawa yang biasa digunakan adalah karbohidrat dalam bentuk glukosa. Senyawa tersebut akan di ubah oleh reaksi oksidasi-reduksi dengan katalis enzim menjadi suatu bentuk lain misalnya aldehid, dan dapat dioksidasi menjadi asam (Winarno dan Fardiaz, 1981).

  Fermentasi atau disebut juga pekhamiran adalah proses senyawa kimia secara enzimatis menghasilkan gas, dalam hal ini adalah penguraian ₂ karbohidrat menghasilkan etanol dan CO tanpa dilibatkannya oksigen.

  Fermentasi alkohol yaitu dimana glukosa dioksidasi menghasilkan etanol dan ₂ CO oleh oleh beberapa jasad renik seperti khamir (Wirahadikusumah, 1985).

  Pada sumber yang berbeda fermentasi adalah proses produksi energi dalam sel dalam keadaan anaerobik (tanpa oksigen). Secara umum fermentasi adalah salah satu bentuk respirasi anaerobik, atau dapat lebih jelasnya yaitu sebagai proses respirasi dalam lingkungan anaerobik dengan akseptor elektron eksternal. Gula merupakan salah satu faktor dalam fermentasi, sehingga perbedaan reaksi fermentasi tergantung dari gula yang digunakan dan hasil _{6 12 6} dari produk. Glukosa (C H O ) yang merupakan gula paling sederhana, _{2 5} melalui fermentasi akan menghasilkan dua molekul etanol (C H OH) dimana reaksi fermentasi ini dilakukan oleh khamir, dan digunakan pada produksi makanan. Persamaan reaksi kimia : _{6 12 6 2 5 2} C H O

  2C H OH + 2CO + 2 ATP Pada awalnya gula yang disakarida akan di pecahkan menjadi monosakarida terlebih dahulu. Proses penguraian sukrosa dilakukan dengan bantuan enzim sukrase (invertase). Sukrosa yang dipecahkan menghasilkan glukosa dan fruktosa (Wirahadikusumah ; 1985). Adapun reaksinya adalah sebagai berikut ; Gambar 1. Reaksi penguraian sukrosa (Wirahadikusumah, 1985) Dari sumber lain disebutkan Sukrosa pada bahan mula-mula dihidrolisa menjadi glukosa dan fruktosa oleh enzim invertase kemudian oleh aktivitas beberapa enzim glukosa dan fruktosa dirubah menjadi alkohol. Dalam proses fermentasi ini akan diperoleh ikutan berupa gliserol, asam laktat, asam asetat, asetaldehid, dan 2,3 butilen glikol (Sa’id, 1987).

  Jalur biokimia yang terjadi sebenarnya bervariasi tergantung jenis gula yang terlibat, tetapi umumnya melibatkan jalur glikolisis, yang merupakan tahap awal dari respirasi aerobik pada sebagian besar organisme. Jalur terakhir akan bervariasi tergatung dari hasil akhir yang dihasilkan. Beberapa contoh hasil fermentasi adalah etanol, asam laktat, dan hidrogen. Akan tetapi dapat juga dihasilkan asam butirat, dan aseton.

  Fermentasi glukosa pada prinsipnya terdiri dari dua tahap, yaitu ;

  1. Pemecahan rantai karbon dari glukosa dan pelepasan paling sedikit dua pasang atom hidrogen, menghasilkan senyawa karbon lainnya yang lebih teroksidasi dari pada glukosa

  2. Senyawa yang teroksidasi tersebut kemudian direduksi kembali oleh atom hidrogen yang dilepaskan dalam tahap pertama, membentuk senyawa- senyawa lain sebagai hasil fermentasi. Reaksi oksidasi tidak dapat berlangsung tanpa reaksi reduksi yang seimbang. Oleh karena itu jumlah atom hidrogen yang dilepaskan dalam tahap pertama fermentasi selalu seimbang dengan jumlah yang digunakan dalam tahap kedua.

  Dalam tahap pertama fermentasi glukosa selalu terbentuk asam piruvat dan pada tahap kedua fermentasi, asam piruvat akan dirubah menjadi produk-produk akhir yang spesifik untuk berbagai proses fermentasi. Produk- produk tersebut terbentuk oleh reaksi-reaksi yang dikatalisis oleh enzim-enzim tertentu. Salah satu contoh adalah fermentasi glukosa oleh khamir melalui jalur EMP, menghasilkan alkohol dengan reaksi sebagai berikut ;

  EMP

  6

  12

  6

  2 CH COCOOH Asam Piruvat

  3 C H O

  Glukosa

  2 NADH + H

  2 NAD

  2 CO

  3

  2

  3

  2CH CH OH 2 CH CHO Asetaldehid

  Etanol Gambar 2. Fermentasi glukosa (Fardiaz, 1992) Dalam reaksi diatas asetaldehid bertindak sebagai penerima hidrogen

  2

  dalam proses fermentasi, dimana hasil reduksinya oleh NADH menghasilkan etanol, dan NAD yang teroksidasi kemudian dapat digunakan lagi untuk menangkap hidrogen (Fardiaz, 1992).

  Bagan proses fermentasi alkohol yang terjadi berdasarkan jalur metabolisme juga dapat digambarkan sebagai berikut : glukosa Fermentasi asam laktat

  ATP NADH Fermentasi alkohol piruvat laktat

  Asetaldehid ATP NADH

2 Etanol + CO

  asetat Daur krebs

  2

2 CO + H O

  Gambar 3. Metabolisme karbohidrat : fermentasi alkohol (Wirahadikusumah, 1985) Jalur metabolisme proses ini sama dengan glikolisis sampai dengan terbentuknya piruvat menjadi asetaldehid, dan reaksi di reduksi asetaldehid menjadi alkohol. Pada reaksi pertama piruvat didekarboksilasi diubah menjadi ₂ asetaldehid dan CO oleh piruvat dekarboksilase, suatu enzim yang tidak terdapat dalam hewan. Reaksi dekarboksilasi ini merupakan reaksi yang

• ireversibel, membutuhkan ion Mg² dan koenzim tiamin pirofosfat. Reaksi berlangsung melalui beberapa senyawa antara yang terkait secara kovalen pada koenzim. Dalam reaksi yang terakhir, asetaldehid direduksi oleh NADH dengan enzim alkohol dehidrogenase, menghasilkan etanol. Dengan demikian
₂ maka etanol dan CO merupakan hasil akhir fermentasi alkohol dan jumlah energi yang dihasilkan sama dengan glikolisis anaerob, yaitu 2 ATP (Wirahadikusumah, 1985).

  Fermentasi dapat digunakan untuk berbagai macam senyawa. Fermentasi selain cara untuk mendapatkan alkohol juga dapat digunakan sebagai cara untuk mendapatkan jenis-jenis asam organik, keju, produk bio gas dan juga jamur pangan. Jamur pangan yang dibuat diantaranya adalah jamur merang, jamur kayu, dan jamur champignon (Sa’id, 1987).