TAP.COM - PEMBUATAN ETANOL DARI TEPUNG UBI KAYU DENGAN MENGGUNAKAN ... 146 435 1 PB
PEMBUATAN ETANOL DARI TEPUNG UBI KAYU
DENGAN MENGGUNAKAN
METODE HIDROLISA
Djoni Bustan*, Royen H, Enri W Manurung
*Jurusan Teknik Kimia Fakultas Teknik Universitas Sriwijaya
Jln. Raya Palembang Prabumulih Km. 32 Inderalaya Ogan Ilir (OI) 30662
ABSTRAK
Ubi kayu (Mannihot utilissima) berasal dari Brazil, Amerika Selatan, menyebar ke Asia pada awal abad
ke-17. Kemudian dibawa oleh pedagang Spanyol dari Mexico ke Philipina dan menyebar ke Asia
Tenggara, termasuk Indonesia.
Dalam studi ini, pada awalnya tepung di delignifikasi sebelum diproses kembali menjadi etanol dengan
menggunakan proses hidrolisis dan asam sulfat sebagai katalisnya. Variabel penelitian yang digunakan
adalah massa tepung, konsentrasi katalis dan waktu hidrolisa. Etanol dianalisis dengan menggunakan
piknometer untuk menentukan densitasnya dan kadar etanol dihitung dengan metode interpolasi.
Dari variasi berat bahan baku dengan konsentrasi katalis dan waktu hidrolisa didapat kadar etanol yang
terbesar pada waktu hidrolisa 75 menit dan 30 gram tepung ubi kayu dengan konsentrasi katalis asam
sulfat 15%(v/v).
Kata kunci : Tepung Ubi Kayu, delignifikasi, hidrolisa, asam Sufat
ABSTRACT
Cassava (Mannihot utilissima) comes from Brazil, South America, and spread to Asia in the beginning of
17th century. Then, brought by Spain merchant from Mexico to Philipine and spread to South-East Asia,
include Indonesia.
In this study, at first, the starch was delignified before it was processed into etanol by hydrolyzed using
sulfuric acid as the catalyst. The research variable is starch mass, catalyse concentration and time of
hydrolyse. Ethanol was analysed by using picnometre in order to calculate density and ethanol amount
calculated by interpolation method.
From the variation of starch mass with catalyse concentration and the time of hydrolyse had be found the
most ethanol amount is in the time 75 minute and ratio 30 gram starch with 15%(v/v) sulfuric acid’s
volume.
Keywords : Starch, delignification, hydrolyse, Sulfuric Acid
1.
PENDAHULUAN
Dewasa ini masalah keterbatasan Bahan
Bakar Minyak (BBM) di dunia terjadi karena
bahan baku yang berasal dari fosil sudah mulai
habis. Semakin berkurangnya sumber bahan
bakar minyak di Indonesia sedangkan laju
penggunaannya
semakin
meningkat
mengakibatkan pemerintah harus memangkas
subsidi BBM. Selain pemangkasan subsidi
BBM, pemerintah juga melakukan langkahlangkah penghematan energi dan mencari
sumber-sumber energi baru untuk menggantikan
minyak bumi.Untuk mengurangi konsumsi
BBM jenis bensin, dapat dilakukan dengan
Jurnal Teknik Kimia No. 3, Vol. 19, Agustus 2013
menambahkan 10% bioetanol atau sering
disebut E-10. Bioetanol dapat dengan mudah
diproduksi dari bahan bergula, berpati dan
berserat. Salah satu bahan berpati yang
berpotensi untuk pembuatan etanol yaitu
singkong, mengingat singkong dapat tumbuh di
lahan kritis, mudah ditanam dan masyarakat
telah mengenal dengan baik tanaman singkong
ini. Pada tahun 2005 Indonesia mampu
menghasilkan singkong sebanyak 19.7 juta ton
(sumber: BPS, 2006).
Di Indonesia, singkong memiliki arti
ekonomi terpenting dibandingkan dengan jenis
Page | 9
umbi-umbian yang lain Selain itu kandungan
pati dalam singkong yang tinggi sekitar 25-30%
sangat cocok untuk pembuatan energi alternatif.
Dengan demikian, singkong adalah jenis umbiumbian daerah tropis yang merupakan sumber
energi paling murah sedunia.
Selama ini pembuatan etanol, baik dari
pati maupun dari biomassa lignoselulosa,
menggunakan
metode
fermentasi
yang
membutuhkan waktu yang relatif lama. Kadar
etanol yang diperoleh pun tidak besar, hanya
sekitar 20%. Oleh karena itu, perlu diadakan
penelitian
pembuatan
etanol
dengan
menggunakan metode lain yang tidak
membutuhkan waktu yang lama dengan hasil
yang baik.
Ubi Kayu (Manihot utilissima)
Tumbuhan ubi kayu (Manihot utilissima
Pohl.) merupakan tanaman pangan berupa perdu
dengan nama lain ketela pohon, singkong, atau
cassava. Ubi kayu berasal dari negara amerika
latin, atau tepatnya dari Brazil. Penyebarannya
hampir ke seluruh dunia, antara lain Afrika,
Madagaskar, India, serta China. Ketela pohon/
ubi kayu diperkirakan masuk ke Indonesia pada
tahun 1852.
Gambar 1. Ubi Kayu
Komposisi Kimia Ubi Kayu
Tabel 1. Komposisi Kimia Ubi Kayu
Kandungan
dalam ubi kayu
Air
Karbohidrat
Protein
Serat
Lemak
Kalsium
Fosfor
Zat besi
Vitamin B1
Vitamin C
Thiamin
Rhiboflavin
Kalori
Sistematika tanaman ketela pohon / ubi
kayu adalah sebagai berikut:
Kingdom
: Plantae
Divisi
: Spermatophyta (tumbuhan biji)
Kelas
: Dicotyledoneae
Ordo
: Euphorbiales
Famili
: Euphorbiaceae
Genus
: Manihot
Spesies
: Manihot utilissima
Pati atau Amilum
Pati atau amilum (CAS# 9005-25-8)
adalah karbohidrat kompleks yang tidak larut
dalam air, berwujud bubuk putih, tawar dan
tidak berbau. Pati merupakan bahan utama yang
dihasilkan oleh tumbuhan untuk menyimpan
kelebihan glukosa (sebagai produk fotosintesis)
dalam jangka panjang. Hewan dan manusia juga
menjadikan pati sebagai sumber energi yang
penting. (Wikipedia.org)
Pati tersusun dari dua macam karbohidrat,
amilosa dan amilopektin, dalam komposisi yang
berbeda-beda. Amilosa memberikan sifat keras
(pera) sedangkan amilopektin menyebabkan
sifat lengket. Amilosa merupakan polisakarida,
polimer
yang
tersusun
dari glukosa sebagai monomernya.
Tiap-tiap
monomer terhubung dengan ikatan 1,6glikosidik. Amilosa merupakan polimer tidak
bercabang
yang
bersama–sama
dengan
amilopektin menyusun pati.
Amilopektin merupakan polisakarida yang
tersusun dari monomer α-glukosa (baca: alfa
glukosa). Amilopektin merupakan molekul
raksasa dan mudah ditemukan karena menjadi
satu dari dua senyawa penyusun pati, bersamasama dengan amilosa.
Tabel 2. Komposisi pati ubi kayu
Unit/100 gr
63%
35,3%
0,6 gr
1,6 gr
0,2 gr
30 ml
1,1 ml
49 ml
0,06 mg
30 mg
0,12 mg
0,06 mg
75 kal
Sumber : ( Widiastoety dan Purbadi, 2008)
Jurnal Teknik Kimia No. 3, Vol. 19, Agustus 2013
Komposisi
% Berat
Karbohidrat
87,87
Lemak
0,51
Protein
1,60
Air
7,80
Abu
2,22
Sumber : Widiastoety dan Purbadi,2008
Lignin
Lignin adalah polimer aromatik kompleks
yang terbentuk melalui polimerasi tiga dimensi
dari sinamil alkohol dengan bobot molekul
11.000 (Nevel dan Zeronian, 1985).Lignin
terbentuk dari fenil propana, unit-unit fenil
propana terikat satu dengan lainnya dengan
Page | 10
ikatan eter (C-O-C) maupun ikatan karbonkarbon (Sjostrom, 1981).
Lignin bersifat hidrofobik dan melindungi
selulosa sehingga strukturnya bersifat kaku
(rigid). Adanya ikatan aril alkil dan ikatan eter
di dalamnya menyebabkan lignin menjadi tahan
terhadap proses hidrolisis dari asam-asam
universal. Lignin dapat dioksidasi oleh larutan
alkali dan oksidator lain. Pada suhu tinggi,
lignin dapat mengalami perubahan menjadi
asam format, metanol, asam asetat, aseton dan
vanilin (Judoamidjojo et al.,1989).
Lignin dapat dihidrolisis dan diekstraksi
dari biomassa lignoselulosik atau diubah
menjadi turunan yang larut.Lignin juga larut
sebagai
alkali
lignin
bila
biomassa
lignoselulosik diperlakukan pada suhu tinggi
dengan natrium hidroksida atau dengan
campuran natrium hidroksida dan natrium
sulfide.
Lignin terdapat dalam semua biomassa
lignoselulosa dengan jumlah yang berbeda.
Pada setiap proses produksi etanol, akan
diperoleh lignin sebagai residunya.
asam, yaitu asam kuat konsentrasi rendah
maupun asam lemah konsentrasi tinggi. Asam
yang digunakan dalam proses hidrolisis pati
antara lain asam sulfat, asam klorida, asam
fosfat, asam nitrat dan asam trifluoroasetat
(TFA). Pemilihan asam dan konsentrasi yang
akan digunakan tergantung pada jenis sampel
yang akan dihidrolisis. (Sastrohamidjojo, 1995)
Hidrolisis pati dengan asam dapat
dilakukan dengan menggunakan asam kuat
encer pada temperatur dan tekanan tinggi, dan
dapat dilakukan dengan menggunakan asam
pekat pada temperatur dan tekanan rendah.
Proses hidrolisis pada suhu tinggi dilakukan
pada kisaran suhu 160-2400C, sedangkan proses
hidrolisis pada suhu rendah dilakukan pada suhu
80-1400C (Tsao, 1986). Hidrolisis bahan –
bahan berpati akan menghasilkan senyawa gula
sederhana, seperti glukosa, xilosa, selobiosa dan
arabinosa (Darnoko, 1992; Gong 1981;
Gonzales et al.,1985; Tsao et al., 1978). Asam
yang biasanya digunakan untuk hidrolisis
selulosa adalah asam sulfat, asam fosfat dan
asam klorida.
Etanol
Etanol adalah alkohol biasa dan
merupakan alkohol terpenting. Pada suhu kamar
etanol berupa zat cair bening, mudah menguap,
dan berbau khas. Dalam kehidupan sehari-hari,
alkohol dapat kita temukan dalam spiritus,
dalam alkohol rumah tangga (alkohol 70 %
yang digunakan sebagai pembersih luka), dalam
minuman beralkohol atau dalam air tape, dan
lain-lain (Fessenden dan Fessenden, 1986).
Etanol adalah alkohol yang digunakan
dalam minuman seperti bir, anggur, dan
berbagai jenis minuman keras lainnya. Etanol
dapat dihasilkan dari proses fermentasi
(peragian) karbohidrat (glukosa) dengan
bantuan enzim zimase dari ragi (yeast). Proses
peragian berlangsung dalam dua tahap. Tahap
pertama
adalah
perubahan
polisakarida
(amilum) menjadi monosakarida (glukosa) yang
dikatalisis oleh enzim amilase. Tahap kedua
adalah pengubahan glukosa menjadi alkohol
yang dikatalisis oleh enzim zimase. Glukosa
yang digunakan untuk proses fermentasi ini
dapat berasal dari singkong, beras, ketan,
anggur, pati gandum, dan beras (Fessenden dan
Fessenden, 1986).
2.
Hidrolisis Pati
Hidrolisis pati dapat dilakukan secara
enzimatis dan kimiawi. Hidrolisis secara
enzimatis dapat dilakukan dengan menggunakan
enzim selulase, sedangkan hidrolisis secara
kimiawi dapat dilakukan dengan menggunakan
Jurnal Teknik Kimia No. 3, Vol. 19, Agustus 2013
METODOLOGI PENELITIAN
Waktu dan Tempat Penelitian
Penelitian ini dilaksanakan mulai bulan
April 2011 sampai dengan Desember 2011 di
Laboratorium Penelitian proses energy pasca
sarjanaUniversitas Sriwijaya Palembang.
Bahan dan Peralatan Penelitian
Bahan Penelitian
1) Tepung Ubi Kayu
2) Asam Sulfat (H2SO4)
3) Aquadest
4) Natrium Hidroksida (NaOH)
Peralatan Penelitian
1) Beker Gelas, 1000 mL
2) Gelas ukur, 100 mL
3) Neraca analitis
4) Batang pengaduk
5) Hot plate
6) Labu ukur 250 ml
7) Erlenmeyer 500 ml
8) Termomete
9) Magnetic stirret
10) Rotary Evaporator
11) Piknometer
12) Pipet tetes
Prosedur Penelitian
a. Tahap Delignifikasi
1. Sebanyak 50 gram tepung ubi kayu yang
telah kering direndam dalam beker gelas
Page | 11
2000 mL berisi larutan NaOH 1%
dengan penambahan air sebanyak 1000
mL.
2. Campuran kemudian diaduk hingga
homogen lalu dipanaskan di atas hot
plate pada temperatur 100 oC selama 2
jam.
3. Setelah 2 jam, slurry hasil delignifikasi
dicuci dengan air untuk menghilangkan
lignin yang terlarut dan NaOH
4. Slurry yang telah dicuci dimasukkan ke
dalam oven untuk menghilangkan kadar
air pada temperatur 200 oC selama ± 3
jam.
6. Timbanglah piknometer yang berisi
sampel destilat dengan menggunakan
neraca analitis dan catat beratnya.
7. Catat suhu kamar pada saat dilakukan
penimbangan.
8. Densitas dihitung dengan rumus :
Keterangan :
ρ : Densitas
V
: Volume Piknometer
3.
c. Tahap pemurnian
1. Peralatan rotary evaporator dirangkai
dengan benar.
2. Masukkan pati yang telah dihidrolisa ke
dalam rotary evaporator untuk di
evaporasi
3. Dalam waktu berkisar 20 – 30 menit,
produk etanol diambil untuk dianalisa
d. Tahap pengukuran kadar etanol
1. Alat piknometer 5 ml yang digunakan
untuk
mengukur
kadar
etanol
dikeringkan ke dalam oven pada
temperatur 100oC selama 30 menit
kemudian dinginkan sampai suhu kamar.
2. Timbang piknometer 5 ml kosong
dengan menggunakan neraca analitis
kemudian catat beratnya.
3. Piknometer 5 ml diisi dengan aquadest
kemudian ditimbang dengan neraca
analitis dan catat beratnya.
4. Panaskan piknometer dalam oven pada
tempaeratur 100oC selama 30 menit lalu
dinginkan sampai suhu kamar.
5. Masukkan sampel destilat ke dalam
piknometer 5 ml sampai tidak ada
gelembung udara.
Jurnal Teknik Kimia No. 3, Vol. 19, Agustus 2013
HASIL DAN PEMBAHASAN
Tabel 3. Kadar Alkohol dengan konsentrasi
H2SO4 10%(v/v)
Waktu (menit)
Massa
(gr)
45
60
75
90
15
2,3240%
2,4740%
3,1040%
2,8031%
30
3,3345%
3,3456%
3,3676%
3,1368%
45
2,8246%
2,7609%
3,1918%
3,0599%
Tabel 4. Kadar Alkohol dengan konsentrasi
H2SO4 15%(v/v)
Massa
(gr)
Waktu (menit)
45
60
75
90
2,3257%
2,9413%
3,2688%
2,9731%
2,6368%
3,2458%
3,3895%
3,2467%
2,4212%
3,1895%
3,2467%
2,8137%
15
30
45
Massa
(gram)
4
kadar Etanol (%)
b. Tahap hidrolisa dan pembentukan
alkohol
1. Pati yang dihasilkan, ditimbang 15 gr, 30
gr, 45 gr kemudian dicampur H2SO4 10%
dan H2SO4 15%.
2. Campuran pati
dan asam tadi
dimasukkan ke dalam erlenmeyer 500 ml
yang ditutup dengan gabus dipanaskan
diatas hot plate sambil diaduk
menggunakan magnetic stirrer selama 45
menit, 60 menit, 75 menit. Temperature
dalam erlenmeyer dijaga pada 90oC.
3. Setelah dingin, hasil hidrolisa tadi
dimasukkan ke botol sampel
3
15
2
30
45
1
0
30
45
60
75
90
Waktu (menit)
Gambar 2. Pengaruh Variasi Waktu Reaksi dan
Massa Tepung Terhadap Kadar Etanol Dengan
Konsentrasi H2SO410 %(v/v)
Page | 12
Kadar Etanol (%)
3
2
1
5
1
3
0
45
60
75
Waktu
(menit)
3
45
2
60
75
1
0
30
4
Kadar Etanol (%)
Massa
(gram)
4
90
0
90
0
15
30
45
60
Massa (gram)
Waktu (menit)
Gambar 3. Pengaruh Varariasi waktu dan
Massa Tepung Terhadap Kadar Etanol Dengan
Konsentrasi H2SO410 %(v/v)
Gambar 5. Pengaruh Variasi Massa Pati dan
Waktu Reaksi Terhadap Kadar Etanol Dengan
Konsentrasi H2SO415 %(v/v)
Pada Gambar 2 dan Gambar 3, terlihat
hubungan kadar alkohol yang dihasilkan dengan
variasi waktu reaksi hidrolisa dan berat bahan
baku dengan katalisnya. Kadar alkohol
maksimum terbentuk pada waktu reaksi 75
menit dengan berat bahan baku dengan katalis
30 gr:15%, yaitu sebesar 3,3895%. Sedangkan
kadar alkohol terendah terbentuk pada waktu
reaksi 45 menit dengan rasio berat bahan baku
dan katalis 15 gr:10%, yaitu sebesar 2,3240%.
Lamanya hidrolisa divariasikan 45, 60, 75 dan
90 menit dengan temperatur reaksi dijaga 90 oC.
Pada berat bahan baku dengan volume katalis
kadar alkoholnya cenderung naik pada waktu
reaksi 45 – 75 menit yang ditunjukkan oleh
kedua grafik diatas dan kemudian menurun
menuju menit ke-90.
Pada Gambar 4 dan Gambar 5, terlihat
bahwa kadar alkohol maksimum terbentuk pada
setiap rasio berat bahan baku adalah pada waktu
75 menit. Pada berat bahan baku dengan katalis
15gr:10% kadar alkohol terbesar adalah
3,1040%. Pada berat bahan baku dengan katalis
30gr:10% kadar alkohol terbesar adalah
3,3676%. Pada berat bahan baku dengan katalis
45gr:10% kadar alkohol terbesar adalah
3,1918%. Sedangkan pada berat bahan baku
dengan
katalis 15 gr:15% kadar alkohol
terbesar adalah 3,2688%. Pada berat bahan baku
dengan katalis 30gr:15% kadar alkohol terbesar
adalah 3,2467%. Pada berat bahan baku dengan
katalis 45 gr:15% kadar alkohol terbesar adalah
3,3895%. Pada setiap waktu reaksi terlihat
bahwa
grafik
memiliki
kecenderungan
meningkat pada berat bahan baku 15gr:10%
sampai dengan 30gr:10% dan sama halnya juga
dengan berat bahan baku dengan katalis
15gr:15% sampai 30gr:15% lalu kemudian
turun pada berat bahan baku dengan katalis
45gr:10% dan 45gr:15%.
Dari ke-4 gambar diatas dapat disimpulkan
bahwa berat bahan baku dengan katalis asam
sulfat 30gr:15% dengan waktu reaksi 75 menit
memberikan persentase kadar alkohol terbesar.
Hal ini membuktikan bahwa waktu reaksi
maksimum dalam pembentukan alkohol dari
bahan baku pati (tepung) adalah 75 menit. Bila
waktu reaksi ditingkatkan, maka ada
kemungkinan terjadi penguapan alkohol yang
semakin besar.
Berat bahan baku dengan katalis asam
sulfat sebesar 30gr:15% merupakan rasio yang
maksimum dalam pembentukan etanol.
Kenaikan berat bahan baku dengan volume
larutan asam sulfat sebagai katalis yang tetap
menyebabkan konsentrasi katalis menjadi
4
Kadar Etanol(%)
Waktu
(menit)
3
45
60
2
75
1
90
0
0
15
30
45
60
Massa (gram)
Gambar 4. Pengaruh Variasi Massa Pati dan
Waktu Reaksi Terhadap Kadar Etanol Dengan
Konsentrasi H2SO410 %(v/v)
Jurnal Teknik Kimia No. 3, Vol. 19, Agustus 2013
Page | 13
berkurang
sehingga
akan
menurunkan
kecepatan reaksi katalis. Akibatnya, aktivasi
katalis menjadi tidak maksimal dan pati yang
terkonversi menjadi etanol semakin berkurang.
Sebaliknya pada rasio berat bahan baku
15:10%, bahan baku yang akan dikonversi
menjadi etanol tidak sebanyak pada rasio
30:15% sehingga kadar etanol yang terbentuk
juga rendah.
Dapat disimpulkan bahwa kadar etanol
yang terbentuk akan semakin besar bila waktu
reaksi dan berat bahan baku dengan katalis
meningkat hingga mencapai waktu reaksi dan
rasio berat bahan baku dengan katalis yang
maksimum. Namun, kadar etanol akan menurun
jika waktu reaksi dan rasio berat bahan baku
telah melampaui waktu reaksi dan rasio berat
bahan baku maksimum.
Dari penelitian ini, diperoleh waktu reaksi
maksimum untuk mendapatkan kadar etanol
terbesar adalah pada waktu reaksi 75 menit
dengan rasio berat bahan baku dengan katalis
asam sulfat 30gr:15%.
Rahmayanti, Dian. 2010. Pemodelandan
Optimasi Hidrolisa Pati menjadi
Glukosa. Diakses pada tanggal 1 Maret
2011.
(http://research.undip.ac.id/Pembuatan
bioethanol.pdf).
4.
Aritonang. A dan Rika Lumban Gaol. 2010.
Pembuatan Etanol dari Serbuk Pelepah
Pisang Kepok dengan Menggunakan
Metode Hidrolisa. Universitas Srwijaya.
Palembang.
1.
2.
KESIMPULAN
Dari,penelitian diperoleh kadar etanol
terbesar, yaitu 3,3895% pada waktu reaksi
75 menit dan rasio berat bahan baku dengan
volume katalis sebesar 30gr:15%v/v.
Bahan baku akan terkonversi maksimum
saat waktu hidrolisa mencapai waktu yang
optimum pada konsentrasi katalis yang
tepat.
NN.2010.Pembuatan Bioethanol dari Ubi Kayu.
Diakses pada tanggal 1 maret
2011.(http://www.google.com//Pembuata
n Bioethanol/Ubi Kayu/).
Nurdyastuti, Indyah. 2005. TeknologiProses
Produksi Bioethanol. Diakses pada
tanggal
16
Mei
2011.(http://www.google.com/Bio_ethan
ol.pdf/).
NN.2005. Tinjauan Pustaka dan Deskripsi
Proses Pembuatan Bioethanol. Diakses
pada
tanggal
7
April
2011.(http://www.usu.ac.id/Penelitian
Bioethanol/).
Rikana, Happy dan Risky Adam. 2008.
Pembuatan Bioethanol dari Singkong
secara Fermentasi Menggunakan Ragi
Tempe. Diakses pada tanggal 1 Maret
2011.(http://www.undip.ac.id/makalah_b
ioetanol_Happy_R.pdf/).
DAFTAR PUSTAKA
Jannes . R & Dominik . R . 2007. Biofuel
Technology Handbook .WIP Renewable
Energies. Germany.
Jurnal Teknik Kimia No. 3, Vol. 19, Agustus 2013
L.Watson, MJ Dallwitz.1992. Ubi Kayu.
Diakses pada tanggal 1 Maret
2011.(http://makalah ubi kayu.pdf/)
Page | 14
DENGAN MENGGUNAKAN
METODE HIDROLISA
Djoni Bustan*, Royen H, Enri W Manurung
*Jurusan Teknik Kimia Fakultas Teknik Universitas Sriwijaya
Jln. Raya Palembang Prabumulih Km. 32 Inderalaya Ogan Ilir (OI) 30662
ABSTRAK
Ubi kayu (Mannihot utilissima) berasal dari Brazil, Amerika Selatan, menyebar ke Asia pada awal abad
ke-17. Kemudian dibawa oleh pedagang Spanyol dari Mexico ke Philipina dan menyebar ke Asia
Tenggara, termasuk Indonesia.
Dalam studi ini, pada awalnya tepung di delignifikasi sebelum diproses kembali menjadi etanol dengan
menggunakan proses hidrolisis dan asam sulfat sebagai katalisnya. Variabel penelitian yang digunakan
adalah massa tepung, konsentrasi katalis dan waktu hidrolisa. Etanol dianalisis dengan menggunakan
piknometer untuk menentukan densitasnya dan kadar etanol dihitung dengan metode interpolasi.
Dari variasi berat bahan baku dengan konsentrasi katalis dan waktu hidrolisa didapat kadar etanol yang
terbesar pada waktu hidrolisa 75 menit dan 30 gram tepung ubi kayu dengan konsentrasi katalis asam
sulfat 15%(v/v).
Kata kunci : Tepung Ubi Kayu, delignifikasi, hidrolisa, asam Sufat
ABSTRACT
Cassava (Mannihot utilissima) comes from Brazil, South America, and spread to Asia in the beginning of
17th century. Then, brought by Spain merchant from Mexico to Philipine and spread to South-East Asia,
include Indonesia.
In this study, at first, the starch was delignified before it was processed into etanol by hydrolyzed using
sulfuric acid as the catalyst. The research variable is starch mass, catalyse concentration and time of
hydrolyse. Ethanol was analysed by using picnometre in order to calculate density and ethanol amount
calculated by interpolation method.
From the variation of starch mass with catalyse concentration and the time of hydrolyse had be found the
most ethanol amount is in the time 75 minute and ratio 30 gram starch with 15%(v/v) sulfuric acid’s
volume.
Keywords : Starch, delignification, hydrolyse, Sulfuric Acid
1.
PENDAHULUAN
Dewasa ini masalah keterbatasan Bahan
Bakar Minyak (BBM) di dunia terjadi karena
bahan baku yang berasal dari fosil sudah mulai
habis. Semakin berkurangnya sumber bahan
bakar minyak di Indonesia sedangkan laju
penggunaannya
semakin
meningkat
mengakibatkan pemerintah harus memangkas
subsidi BBM. Selain pemangkasan subsidi
BBM, pemerintah juga melakukan langkahlangkah penghematan energi dan mencari
sumber-sumber energi baru untuk menggantikan
minyak bumi.Untuk mengurangi konsumsi
BBM jenis bensin, dapat dilakukan dengan
Jurnal Teknik Kimia No. 3, Vol. 19, Agustus 2013
menambahkan 10% bioetanol atau sering
disebut E-10. Bioetanol dapat dengan mudah
diproduksi dari bahan bergula, berpati dan
berserat. Salah satu bahan berpati yang
berpotensi untuk pembuatan etanol yaitu
singkong, mengingat singkong dapat tumbuh di
lahan kritis, mudah ditanam dan masyarakat
telah mengenal dengan baik tanaman singkong
ini. Pada tahun 2005 Indonesia mampu
menghasilkan singkong sebanyak 19.7 juta ton
(sumber: BPS, 2006).
Di Indonesia, singkong memiliki arti
ekonomi terpenting dibandingkan dengan jenis
Page | 9
umbi-umbian yang lain Selain itu kandungan
pati dalam singkong yang tinggi sekitar 25-30%
sangat cocok untuk pembuatan energi alternatif.
Dengan demikian, singkong adalah jenis umbiumbian daerah tropis yang merupakan sumber
energi paling murah sedunia.
Selama ini pembuatan etanol, baik dari
pati maupun dari biomassa lignoselulosa,
menggunakan
metode
fermentasi
yang
membutuhkan waktu yang relatif lama. Kadar
etanol yang diperoleh pun tidak besar, hanya
sekitar 20%. Oleh karena itu, perlu diadakan
penelitian
pembuatan
etanol
dengan
menggunakan metode lain yang tidak
membutuhkan waktu yang lama dengan hasil
yang baik.
Ubi Kayu (Manihot utilissima)
Tumbuhan ubi kayu (Manihot utilissima
Pohl.) merupakan tanaman pangan berupa perdu
dengan nama lain ketela pohon, singkong, atau
cassava. Ubi kayu berasal dari negara amerika
latin, atau tepatnya dari Brazil. Penyebarannya
hampir ke seluruh dunia, antara lain Afrika,
Madagaskar, India, serta China. Ketela pohon/
ubi kayu diperkirakan masuk ke Indonesia pada
tahun 1852.
Gambar 1. Ubi Kayu
Komposisi Kimia Ubi Kayu
Tabel 1. Komposisi Kimia Ubi Kayu
Kandungan
dalam ubi kayu
Air
Karbohidrat
Protein
Serat
Lemak
Kalsium
Fosfor
Zat besi
Vitamin B1
Vitamin C
Thiamin
Rhiboflavin
Kalori
Sistematika tanaman ketela pohon / ubi
kayu adalah sebagai berikut:
Kingdom
: Plantae
Divisi
: Spermatophyta (tumbuhan biji)
Kelas
: Dicotyledoneae
Ordo
: Euphorbiales
Famili
: Euphorbiaceae
Genus
: Manihot
Spesies
: Manihot utilissima
Pati atau Amilum
Pati atau amilum (CAS# 9005-25-8)
adalah karbohidrat kompleks yang tidak larut
dalam air, berwujud bubuk putih, tawar dan
tidak berbau. Pati merupakan bahan utama yang
dihasilkan oleh tumbuhan untuk menyimpan
kelebihan glukosa (sebagai produk fotosintesis)
dalam jangka panjang. Hewan dan manusia juga
menjadikan pati sebagai sumber energi yang
penting. (Wikipedia.org)
Pati tersusun dari dua macam karbohidrat,
amilosa dan amilopektin, dalam komposisi yang
berbeda-beda. Amilosa memberikan sifat keras
(pera) sedangkan amilopektin menyebabkan
sifat lengket. Amilosa merupakan polisakarida,
polimer
yang
tersusun
dari glukosa sebagai monomernya.
Tiap-tiap
monomer terhubung dengan ikatan 1,6glikosidik. Amilosa merupakan polimer tidak
bercabang
yang
bersama–sama
dengan
amilopektin menyusun pati.
Amilopektin merupakan polisakarida yang
tersusun dari monomer α-glukosa (baca: alfa
glukosa). Amilopektin merupakan molekul
raksasa dan mudah ditemukan karena menjadi
satu dari dua senyawa penyusun pati, bersamasama dengan amilosa.
Tabel 2. Komposisi pati ubi kayu
Unit/100 gr
63%
35,3%
0,6 gr
1,6 gr
0,2 gr
30 ml
1,1 ml
49 ml
0,06 mg
30 mg
0,12 mg
0,06 mg
75 kal
Sumber : ( Widiastoety dan Purbadi, 2008)
Jurnal Teknik Kimia No. 3, Vol. 19, Agustus 2013
Komposisi
% Berat
Karbohidrat
87,87
Lemak
0,51
Protein
1,60
Air
7,80
Abu
2,22
Sumber : Widiastoety dan Purbadi,2008
Lignin
Lignin adalah polimer aromatik kompleks
yang terbentuk melalui polimerasi tiga dimensi
dari sinamil alkohol dengan bobot molekul
11.000 (Nevel dan Zeronian, 1985).Lignin
terbentuk dari fenil propana, unit-unit fenil
propana terikat satu dengan lainnya dengan
Page | 10
ikatan eter (C-O-C) maupun ikatan karbonkarbon (Sjostrom, 1981).
Lignin bersifat hidrofobik dan melindungi
selulosa sehingga strukturnya bersifat kaku
(rigid). Adanya ikatan aril alkil dan ikatan eter
di dalamnya menyebabkan lignin menjadi tahan
terhadap proses hidrolisis dari asam-asam
universal. Lignin dapat dioksidasi oleh larutan
alkali dan oksidator lain. Pada suhu tinggi,
lignin dapat mengalami perubahan menjadi
asam format, metanol, asam asetat, aseton dan
vanilin (Judoamidjojo et al.,1989).
Lignin dapat dihidrolisis dan diekstraksi
dari biomassa lignoselulosik atau diubah
menjadi turunan yang larut.Lignin juga larut
sebagai
alkali
lignin
bila
biomassa
lignoselulosik diperlakukan pada suhu tinggi
dengan natrium hidroksida atau dengan
campuran natrium hidroksida dan natrium
sulfide.
Lignin terdapat dalam semua biomassa
lignoselulosa dengan jumlah yang berbeda.
Pada setiap proses produksi etanol, akan
diperoleh lignin sebagai residunya.
asam, yaitu asam kuat konsentrasi rendah
maupun asam lemah konsentrasi tinggi. Asam
yang digunakan dalam proses hidrolisis pati
antara lain asam sulfat, asam klorida, asam
fosfat, asam nitrat dan asam trifluoroasetat
(TFA). Pemilihan asam dan konsentrasi yang
akan digunakan tergantung pada jenis sampel
yang akan dihidrolisis. (Sastrohamidjojo, 1995)
Hidrolisis pati dengan asam dapat
dilakukan dengan menggunakan asam kuat
encer pada temperatur dan tekanan tinggi, dan
dapat dilakukan dengan menggunakan asam
pekat pada temperatur dan tekanan rendah.
Proses hidrolisis pada suhu tinggi dilakukan
pada kisaran suhu 160-2400C, sedangkan proses
hidrolisis pada suhu rendah dilakukan pada suhu
80-1400C (Tsao, 1986). Hidrolisis bahan –
bahan berpati akan menghasilkan senyawa gula
sederhana, seperti glukosa, xilosa, selobiosa dan
arabinosa (Darnoko, 1992; Gong 1981;
Gonzales et al.,1985; Tsao et al., 1978). Asam
yang biasanya digunakan untuk hidrolisis
selulosa adalah asam sulfat, asam fosfat dan
asam klorida.
Etanol
Etanol adalah alkohol biasa dan
merupakan alkohol terpenting. Pada suhu kamar
etanol berupa zat cair bening, mudah menguap,
dan berbau khas. Dalam kehidupan sehari-hari,
alkohol dapat kita temukan dalam spiritus,
dalam alkohol rumah tangga (alkohol 70 %
yang digunakan sebagai pembersih luka), dalam
minuman beralkohol atau dalam air tape, dan
lain-lain (Fessenden dan Fessenden, 1986).
Etanol adalah alkohol yang digunakan
dalam minuman seperti bir, anggur, dan
berbagai jenis minuman keras lainnya. Etanol
dapat dihasilkan dari proses fermentasi
(peragian) karbohidrat (glukosa) dengan
bantuan enzim zimase dari ragi (yeast). Proses
peragian berlangsung dalam dua tahap. Tahap
pertama
adalah
perubahan
polisakarida
(amilum) menjadi monosakarida (glukosa) yang
dikatalisis oleh enzim amilase. Tahap kedua
adalah pengubahan glukosa menjadi alkohol
yang dikatalisis oleh enzim zimase. Glukosa
yang digunakan untuk proses fermentasi ini
dapat berasal dari singkong, beras, ketan,
anggur, pati gandum, dan beras (Fessenden dan
Fessenden, 1986).
2.
Hidrolisis Pati
Hidrolisis pati dapat dilakukan secara
enzimatis dan kimiawi. Hidrolisis secara
enzimatis dapat dilakukan dengan menggunakan
enzim selulase, sedangkan hidrolisis secara
kimiawi dapat dilakukan dengan menggunakan
Jurnal Teknik Kimia No. 3, Vol. 19, Agustus 2013
METODOLOGI PENELITIAN
Waktu dan Tempat Penelitian
Penelitian ini dilaksanakan mulai bulan
April 2011 sampai dengan Desember 2011 di
Laboratorium Penelitian proses energy pasca
sarjanaUniversitas Sriwijaya Palembang.
Bahan dan Peralatan Penelitian
Bahan Penelitian
1) Tepung Ubi Kayu
2) Asam Sulfat (H2SO4)
3) Aquadest
4) Natrium Hidroksida (NaOH)
Peralatan Penelitian
1) Beker Gelas, 1000 mL
2) Gelas ukur, 100 mL
3) Neraca analitis
4) Batang pengaduk
5) Hot plate
6) Labu ukur 250 ml
7) Erlenmeyer 500 ml
8) Termomete
9) Magnetic stirret
10) Rotary Evaporator
11) Piknometer
12) Pipet tetes
Prosedur Penelitian
a. Tahap Delignifikasi
1. Sebanyak 50 gram tepung ubi kayu yang
telah kering direndam dalam beker gelas
Page | 11
2000 mL berisi larutan NaOH 1%
dengan penambahan air sebanyak 1000
mL.
2. Campuran kemudian diaduk hingga
homogen lalu dipanaskan di atas hot
plate pada temperatur 100 oC selama 2
jam.
3. Setelah 2 jam, slurry hasil delignifikasi
dicuci dengan air untuk menghilangkan
lignin yang terlarut dan NaOH
4. Slurry yang telah dicuci dimasukkan ke
dalam oven untuk menghilangkan kadar
air pada temperatur 200 oC selama ± 3
jam.
6. Timbanglah piknometer yang berisi
sampel destilat dengan menggunakan
neraca analitis dan catat beratnya.
7. Catat suhu kamar pada saat dilakukan
penimbangan.
8. Densitas dihitung dengan rumus :
Keterangan :
ρ : Densitas
V
: Volume Piknometer
3.
c. Tahap pemurnian
1. Peralatan rotary evaporator dirangkai
dengan benar.
2. Masukkan pati yang telah dihidrolisa ke
dalam rotary evaporator untuk di
evaporasi
3. Dalam waktu berkisar 20 – 30 menit,
produk etanol diambil untuk dianalisa
d. Tahap pengukuran kadar etanol
1. Alat piknometer 5 ml yang digunakan
untuk
mengukur
kadar
etanol
dikeringkan ke dalam oven pada
temperatur 100oC selama 30 menit
kemudian dinginkan sampai suhu kamar.
2. Timbang piknometer 5 ml kosong
dengan menggunakan neraca analitis
kemudian catat beratnya.
3. Piknometer 5 ml diisi dengan aquadest
kemudian ditimbang dengan neraca
analitis dan catat beratnya.
4. Panaskan piknometer dalam oven pada
tempaeratur 100oC selama 30 menit lalu
dinginkan sampai suhu kamar.
5. Masukkan sampel destilat ke dalam
piknometer 5 ml sampai tidak ada
gelembung udara.
Jurnal Teknik Kimia No. 3, Vol. 19, Agustus 2013
HASIL DAN PEMBAHASAN
Tabel 3. Kadar Alkohol dengan konsentrasi
H2SO4 10%(v/v)
Waktu (menit)
Massa
(gr)
45
60
75
90
15
2,3240%
2,4740%
3,1040%
2,8031%
30
3,3345%
3,3456%
3,3676%
3,1368%
45
2,8246%
2,7609%
3,1918%
3,0599%
Tabel 4. Kadar Alkohol dengan konsentrasi
H2SO4 15%(v/v)
Massa
(gr)
Waktu (menit)
45
60
75
90
2,3257%
2,9413%
3,2688%
2,9731%
2,6368%
3,2458%
3,3895%
3,2467%
2,4212%
3,1895%
3,2467%
2,8137%
15
30
45
Massa
(gram)
4
kadar Etanol (%)
b. Tahap hidrolisa dan pembentukan
alkohol
1. Pati yang dihasilkan, ditimbang 15 gr, 30
gr, 45 gr kemudian dicampur H2SO4 10%
dan H2SO4 15%.
2. Campuran pati
dan asam tadi
dimasukkan ke dalam erlenmeyer 500 ml
yang ditutup dengan gabus dipanaskan
diatas hot plate sambil diaduk
menggunakan magnetic stirrer selama 45
menit, 60 menit, 75 menit. Temperature
dalam erlenmeyer dijaga pada 90oC.
3. Setelah dingin, hasil hidrolisa tadi
dimasukkan ke botol sampel
3
15
2
30
45
1
0
30
45
60
75
90
Waktu (menit)
Gambar 2. Pengaruh Variasi Waktu Reaksi dan
Massa Tepung Terhadap Kadar Etanol Dengan
Konsentrasi H2SO410 %(v/v)
Page | 12
Kadar Etanol (%)
3
2
1
5
1
3
0
45
60
75
Waktu
(menit)
3
45
2
60
75
1
0
30
4
Kadar Etanol (%)
Massa
(gram)
4
90
0
90
0
15
30
45
60
Massa (gram)
Waktu (menit)
Gambar 3. Pengaruh Varariasi waktu dan
Massa Tepung Terhadap Kadar Etanol Dengan
Konsentrasi H2SO410 %(v/v)
Gambar 5. Pengaruh Variasi Massa Pati dan
Waktu Reaksi Terhadap Kadar Etanol Dengan
Konsentrasi H2SO415 %(v/v)
Pada Gambar 2 dan Gambar 3, terlihat
hubungan kadar alkohol yang dihasilkan dengan
variasi waktu reaksi hidrolisa dan berat bahan
baku dengan katalisnya. Kadar alkohol
maksimum terbentuk pada waktu reaksi 75
menit dengan berat bahan baku dengan katalis
30 gr:15%, yaitu sebesar 3,3895%. Sedangkan
kadar alkohol terendah terbentuk pada waktu
reaksi 45 menit dengan rasio berat bahan baku
dan katalis 15 gr:10%, yaitu sebesar 2,3240%.
Lamanya hidrolisa divariasikan 45, 60, 75 dan
90 menit dengan temperatur reaksi dijaga 90 oC.
Pada berat bahan baku dengan volume katalis
kadar alkoholnya cenderung naik pada waktu
reaksi 45 – 75 menit yang ditunjukkan oleh
kedua grafik diatas dan kemudian menurun
menuju menit ke-90.
Pada Gambar 4 dan Gambar 5, terlihat
bahwa kadar alkohol maksimum terbentuk pada
setiap rasio berat bahan baku adalah pada waktu
75 menit. Pada berat bahan baku dengan katalis
15gr:10% kadar alkohol terbesar adalah
3,1040%. Pada berat bahan baku dengan katalis
30gr:10% kadar alkohol terbesar adalah
3,3676%. Pada berat bahan baku dengan katalis
45gr:10% kadar alkohol terbesar adalah
3,1918%. Sedangkan pada berat bahan baku
dengan
katalis 15 gr:15% kadar alkohol
terbesar adalah 3,2688%. Pada berat bahan baku
dengan katalis 30gr:15% kadar alkohol terbesar
adalah 3,2467%. Pada berat bahan baku dengan
katalis 45 gr:15% kadar alkohol terbesar adalah
3,3895%. Pada setiap waktu reaksi terlihat
bahwa
grafik
memiliki
kecenderungan
meningkat pada berat bahan baku 15gr:10%
sampai dengan 30gr:10% dan sama halnya juga
dengan berat bahan baku dengan katalis
15gr:15% sampai 30gr:15% lalu kemudian
turun pada berat bahan baku dengan katalis
45gr:10% dan 45gr:15%.
Dari ke-4 gambar diatas dapat disimpulkan
bahwa berat bahan baku dengan katalis asam
sulfat 30gr:15% dengan waktu reaksi 75 menit
memberikan persentase kadar alkohol terbesar.
Hal ini membuktikan bahwa waktu reaksi
maksimum dalam pembentukan alkohol dari
bahan baku pati (tepung) adalah 75 menit. Bila
waktu reaksi ditingkatkan, maka ada
kemungkinan terjadi penguapan alkohol yang
semakin besar.
Berat bahan baku dengan katalis asam
sulfat sebesar 30gr:15% merupakan rasio yang
maksimum dalam pembentukan etanol.
Kenaikan berat bahan baku dengan volume
larutan asam sulfat sebagai katalis yang tetap
menyebabkan konsentrasi katalis menjadi
4
Kadar Etanol(%)
Waktu
(menit)
3
45
60
2
75
1
90
0
0
15
30
45
60
Massa (gram)
Gambar 4. Pengaruh Variasi Massa Pati dan
Waktu Reaksi Terhadap Kadar Etanol Dengan
Konsentrasi H2SO410 %(v/v)
Jurnal Teknik Kimia No. 3, Vol. 19, Agustus 2013
Page | 13
berkurang
sehingga
akan
menurunkan
kecepatan reaksi katalis. Akibatnya, aktivasi
katalis menjadi tidak maksimal dan pati yang
terkonversi menjadi etanol semakin berkurang.
Sebaliknya pada rasio berat bahan baku
15:10%, bahan baku yang akan dikonversi
menjadi etanol tidak sebanyak pada rasio
30:15% sehingga kadar etanol yang terbentuk
juga rendah.
Dapat disimpulkan bahwa kadar etanol
yang terbentuk akan semakin besar bila waktu
reaksi dan berat bahan baku dengan katalis
meningkat hingga mencapai waktu reaksi dan
rasio berat bahan baku dengan katalis yang
maksimum. Namun, kadar etanol akan menurun
jika waktu reaksi dan rasio berat bahan baku
telah melampaui waktu reaksi dan rasio berat
bahan baku maksimum.
Dari penelitian ini, diperoleh waktu reaksi
maksimum untuk mendapatkan kadar etanol
terbesar adalah pada waktu reaksi 75 menit
dengan rasio berat bahan baku dengan katalis
asam sulfat 30gr:15%.
Rahmayanti, Dian. 2010. Pemodelandan
Optimasi Hidrolisa Pati menjadi
Glukosa. Diakses pada tanggal 1 Maret
2011.
(http://research.undip.ac.id/Pembuatan
bioethanol.pdf).
4.
Aritonang. A dan Rika Lumban Gaol. 2010.
Pembuatan Etanol dari Serbuk Pelepah
Pisang Kepok dengan Menggunakan
Metode Hidrolisa. Universitas Srwijaya.
Palembang.
1.
2.
KESIMPULAN
Dari,penelitian diperoleh kadar etanol
terbesar, yaitu 3,3895% pada waktu reaksi
75 menit dan rasio berat bahan baku dengan
volume katalis sebesar 30gr:15%v/v.
Bahan baku akan terkonversi maksimum
saat waktu hidrolisa mencapai waktu yang
optimum pada konsentrasi katalis yang
tepat.
NN.2010.Pembuatan Bioethanol dari Ubi Kayu.
Diakses pada tanggal 1 maret
2011.(http://www.google.com//Pembuata
n Bioethanol/Ubi Kayu/).
Nurdyastuti, Indyah. 2005. TeknologiProses
Produksi Bioethanol. Diakses pada
tanggal
16
Mei
2011.(http://www.google.com/Bio_ethan
ol.pdf/).
NN.2005. Tinjauan Pustaka dan Deskripsi
Proses Pembuatan Bioethanol. Diakses
pada
tanggal
7
April
2011.(http://www.usu.ac.id/Penelitian
Bioethanol/).
Rikana, Happy dan Risky Adam. 2008.
Pembuatan Bioethanol dari Singkong
secara Fermentasi Menggunakan Ragi
Tempe. Diakses pada tanggal 1 Maret
2011.(http://www.undip.ac.id/makalah_b
ioetanol_Happy_R.pdf/).
DAFTAR PUSTAKA
Jannes . R & Dominik . R . 2007. Biofuel
Technology Handbook .WIP Renewable
Energies. Germany.
Jurnal Teknik Kimia No. 3, Vol. 19, Agustus 2013
L.Watson, MJ Dallwitz.1992. Ubi Kayu.
Diakses pada tanggal 1 Maret
2011.(http://makalah ubi kayu.pdf/)
Page | 14