Studi Perbandingan Penambahan Variasi Ragi Tape dan Ragi Roti Dalam Pembuatan Bioetanol Dari Fermentasi Glukosa Hasil Hidrolisis Selulosa Tongkol Jagung Manis (Zea Mays L. Saccharata)
13
BAB I
PENDAHULUAN
1.1.
Latar Belakang
Berdasarkan karakteristik fisik dan kimianya, tanaman jagung (Zea mays)
memiliki banyak kegunaan, berpotensi sebagai sumber bio energi dan produk
samping yang bernilai ekonomis tinggi. Pemanfaatan jagung dan limbahnya
sebagai sumber bio energi dengan teknologi konversi energi yang ada saat ini, di
antaranya adalah (1) sebagai bahan bakar tungku untuk proses pengeringan atau
pemanasan, (2) sebagai bahan bakar padat untuk proses pirolisis dan gasifikasi,
(3) sebagai bahan baku pembuatan ethanol dan (4) sebagai bahan baku potential
pembuatan biodiesel (Teguh W,2010).
Jagung adalah salah satu jenis tanaman pangan yang tersebar secara merata
diseluruh dunia (Widanungrum, 2010). Tongkol jagung merupakan limbah
tanaman yang setelah diambil bijinya tersebut umumnya dibuang begitu saja,
sehingga hanya akan meningkatkan jumlah sampah. Selama ini limbah tongkol
jagung hanya dimanfaatkan untuk pekan ternak dan bahan bakar. Padahal limbah
tersebut dapat ditingkatkan kualitasnya menjadi suatu bahan baku kimia yang
penting (Hidajati, 2006). Menurut Meryandini (2009) komposisi serat tongkol
jagung adalah 23,74% lignin, 65,96% selulosa, dan hemiselulosa 10,82%.
Penggunaan selulosa terbatas karena selulosa tidak dapat dibentuk dengan
mudah ke dalam bentuk yang diinginkan dan tidak bisa dilarutkan dalam bahan
pelarut yang lebih murah dan lebih umum.Bahan berselulosa selama ini
merupakan limbah pertanian yang belum termanfaatkan secara optimal dan
jumlahnya cukup melimpah.Selulosa mengandung struktur spesifik yang
13
Universitas Sumatera Utara
14
cenderung menyusun rantai polimer menjadi padat, struktur yang sangat kristal
yang tidak larut air dan tahan terhadap depolimerisasi (Gan, 2014).
Bioetanol adalah etanol yang diproduksi dengan cara fermentasi
menggunakan bahan baku hayati yang mengandung karbohidrat (gula,pati atau
selulosa). Etanol adalah ethyl alkohol (C2H5OH) yang dapat dibuat dengan cara
sintesis ethylen atau dengan fermentasi glukosa. Etanol berupa cairan yang tidak
berwarna yang mempunyai bau yang khas,berat jenisnya pada 15C adalah sebesar
0,7937 dan titik didihnya 78,3C pada tekanan 76 mmHg (Judoamidjojo, M. 1992).
Etanol diproduksi melalui hidrasi katalitik dari etilen atau melalui proses
fermentasi gula menggunakan ragi Saccharomyces cerevisiae. Beberapa bakteri
seperti Zymomonas mobilis juga diketahui memiliki kemampuan untuk melakukan
fermentasi dalam memproduksi etanol (Bambang. P, 2007).
Pada penelitian sebelumnya telah dilakukan pemanfaatan selulosa tandan
kosong kelapa sawit dalam pembuatan bioetanol secara fermentasi dengan
menggunakan ragi tape oleh Nurfadillah (2012). Hasilnya kadar bioetanol
tertinggi yang di peroleh adalah 0,99% dengan lama fermentasi optimum dengan
konsentrasi ragi 2%.
Pada penelitian yang lainnya telah dilakukan Pengaruh lama fermentasi
dan berat ragi roti terhadap kadar bioetanol dari fermentasi glukosa hasil hidrolisis
selulosa dari tandan kosong kelapa sawit (Elaeis guineensis jack) dengan HCl
30% oleh Annisa Suri (2012). Hasilnya kadar etanol tertinggi yaitu 7,3922% yang
diperoleh pada lama fermentasi 6 hari dan penambahan ragi roti 6 gram.
Berdasarkan uraian diatas maka penulis tertarik untuk melakukan
penelitian mengenai Studi Perbandingan Penambahan Variasi Ragi Tape dan Ragi
Roti dalam Pembuatan Bioetanol dari Fermentasi Glukosa Hasil Hidrolisis
Selulosa Tongkol Jagung Manis (Zea mays l.saccharata).
14
Universitas Sumatera Utara
15
1.2 Permasalahan
Permasalahan dalam penelitian ini adalah
1.
Apakah ragi tape dan ragi roti dapat langsung digunakan dalam pembuatan
bioetanol dari fermentasi glukosa hasil hidrolisis selulosa tongkol jagung
manis tanpa melalui tahap isolasi mikroba saccharomyces cerevisiae.
2.
Bagaimana pengaruh penambahan ragi tape dan ragi roti dalam pembuatan
bioetanol dari fermentasi glukosa hasil hidrolisis selulosa tongkol jagung
manis.
3.
Apakah bioetanol yang dihasilkan dari fermentasi glukosa hasil hidrolisis
selulosa tongkol jagung manis dapat digunakan sebagai bahan bakar
alternative pengganti bahan bakar minyak dan gas.
1.3 Pembatasan Masalah
Dalam penelitian ini masalah dibatasi pada :
1.
Bahan baku fermentasi yang digunakan adalah glukosa hasil hidrolisis
selulosa tongkol jagung manis, ragi tape dan ragi roti yang diperoleh secara
komersil
2.
Kadar glukosa ditentukan dengan metode Luft -Schroll
3.
Lama fermentasi adalah 5hari
4.
Variasi berat ragi roti dan ragi tape adalah 4, 6, 8 gram
5.
Kadar biotenol ditentukan dengan metode kromatografi gas.
1.4 Tujuan Penelitian
1.
Untuk mengetahui berapa hasil selulosa yang didapatkan dan apakah ragi tape
dan ragi roti dapat langsung digunakan dalam pembuatan bioetanol dari
fermentasi glukosa hasil hidrolisis selulosa tongkol jagung manis.
2.
Untuk mengetahui bagaimana pengaruh penambahan ragi tape dan ragi roti
dalam pembuatan bioetanol dari fermentasi glukosa hasil hidrolisis selulosa
tongkol jagung manis
15
Universitas Sumatera Utara
16
3.
Untuk mengetahui apakah bioetanol yang dihasilkan dari fermentasi glukosa
hasil hidrolisis selulosa tongkol jagung manis dapat digunakan sebagai bahan
bakar.
1.5Manfaat Penelitian
Adapun manfaat yang diperoleh dari penelitian ini adalah:
1.
Dapat memberikan informasi ilmiah dalam pemanfaatan tongkol jagung
manis dalam pembuatan bioetanol dengan menggunakan ragi roti dan ragi
tape.
2.
Dapat memberikan informasi mengenai konsentrasi glukosa hasil hidrolisis
selulosa dari tongkol jagung manis dengan menggunakan HCl 1%
3.
Dapat memberikan informasi kadar bioetanol yang dihasilkan untuk
penelitian lebih lanjut
1.6Lokasi Penelitian
Penelitian ini dilakukan di laboraturium Biokimia / Kimia Bahan Makanan dan
Laboratorium Kimia Dasar FMIPA USU.
1.7Metodologi Percobaan
Penelitian ini adalah eksperimental laboratorium dengan menggunakan tongkol
jagung manis dimana metode penelitian dilakukan dengan cara sebagai berikut:
Penelitian dilakukan dengan 4 tahapan yaitu:
1. Penyediaan selulosa tongkol jagung manis
•
•
Bahan baku adalah tongkol jagung manis
Proses isolasi selulosa dengan cara delignifikasi tongkol jagung manis
2. Peyediaan glukosa dari hidrolisis selulosa tongkol jagung manis
•
•
Bahan baku adalah selulosa yang diisolasi dari tongkol jagung manis
Proses konversi selulosa tongkol jagung manis menjadi glukosa adalah
hidrolisis dengan menggunakan HCl 1%
16
Universitas Sumatera Utara
17
•
Kadar glukosa dianalisa dengan menggunakan metode Lane-Eynon
3. Fermentasi glukosa dari hidrolisis selulosa tongkol jagung manis untuk
menghasilkan bioetanol
•
•
•
Substrat yang digunakan pada fermentasi adalah glukosa hasil hidrolisis
selulosa dari tongkol jagung manis
Mikroba yang digunakan berasal dari ragi roti dan ragi tape
Kadar bioetanol yang dihasilkan dianalisa dengan menggunakan metode
piknometer.
4. Pemurnian bioetanol hasil fermentasi
•
•
•
Bioetanol dipisahkan dari sisa glukosa dengan menggunakan alat destilasi
Kadar bioetanol hasil pemisah
an dianalisa dengan menggunakan metode piknometer
Adapun variable-variabel dalam penelitian adalah :
1. Variabel bebas adalah variabel yang mempunyai pengaruh terhadap kadar
etanol, yaitu:
•
•
•
Berat Sampel Tongkol Jagung Manis : 75 gram
Berat Ragi Tape dan Roti : 4, 6 dan 8 gram
Lama fermentasi : 5 hari
2. Variabel terikat adalah variabel yang terukur terhadap perubahan perlakuan.
Dalam penelitian ini yang menjadi variabel terikat, yaitu:
•
•
Kadar etanol
•
jagung manis
Konsentrasi glukosa terhadap fermentasi hasil hidrolisis selulosa tongkol
Selulosa dari tongkol jagung manis
3. Variabel tetap adalah variabel yang dibuat tetap sehingga tidak menyebabkan
terjadinya perubahan variabel terikat. Dalam penelitian ini variabel tetap
adalah:
•
•
pH fermentasi yaitu pH= 4-4,5
Temperature fermentasi : 30oC
17
Universitas Sumatera Utara
BAB I
PENDAHULUAN
1.1.
Latar Belakang
Berdasarkan karakteristik fisik dan kimianya, tanaman jagung (Zea mays)
memiliki banyak kegunaan, berpotensi sebagai sumber bio energi dan produk
samping yang bernilai ekonomis tinggi. Pemanfaatan jagung dan limbahnya
sebagai sumber bio energi dengan teknologi konversi energi yang ada saat ini, di
antaranya adalah (1) sebagai bahan bakar tungku untuk proses pengeringan atau
pemanasan, (2) sebagai bahan bakar padat untuk proses pirolisis dan gasifikasi,
(3) sebagai bahan baku pembuatan ethanol dan (4) sebagai bahan baku potential
pembuatan biodiesel (Teguh W,2010).
Jagung adalah salah satu jenis tanaman pangan yang tersebar secara merata
diseluruh dunia (Widanungrum, 2010). Tongkol jagung merupakan limbah
tanaman yang setelah diambil bijinya tersebut umumnya dibuang begitu saja,
sehingga hanya akan meningkatkan jumlah sampah. Selama ini limbah tongkol
jagung hanya dimanfaatkan untuk pekan ternak dan bahan bakar. Padahal limbah
tersebut dapat ditingkatkan kualitasnya menjadi suatu bahan baku kimia yang
penting (Hidajati, 2006). Menurut Meryandini (2009) komposisi serat tongkol
jagung adalah 23,74% lignin, 65,96% selulosa, dan hemiselulosa 10,82%.
Penggunaan selulosa terbatas karena selulosa tidak dapat dibentuk dengan
mudah ke dalam bentuk yang diinginkan dan tidak bisa dilarutkan dalam bahan
pelarut yang lebih murah dan lebih umum.Bahan berselulosa selama ini
merupakan limbah pertanian yang belum termanfaatkan secara optimal dan
jumlahnya cukup melimpah.Selulosa mengandung struktur spesifik yang
13
Universitas Sumatera Utara
14
cenderung menyusun rantai polimer menjadi padat, struktur yang sangat kristal
yang tidak larut air dan tahan terhadap depolimerisasi (Gan, 2014).
Bioetanol adalah etanol yang diproduksi dengan cara fermentasi
menggunakan bahan baku hayati yang mengandung karbohidrat (gula,pati atau
selulosa). Etanol adalah ethyl alkohol (C2H5OH) yang dapat dibuat dengan cara
sintesis ethylen atau dengan fermentasi glukosa. Etanol berupa cairan yang tidak
berwarna yang mempunyai bau yang khas,berat jenisnya pada 15C adalah sebesar
0,7937 dan titik didihnya 78,3C pada tekanan 76 mmHg (Judoamidjojo, M. 1992).
Etanol diproduksi melalui hidrasi katalitik dari etilen atau melalui proses
fermentasi gula menggunakan ragi Saccharomyces cerevisiae. Beberapa bakteri
seperti Zymomonas mobilis juga diketahui memiliki kemampuan untuk melakukan
fermentasi dalam memproduksi etanol (Bambang. P, 2007).
Pada penelitian sebelumnya telah dilakukan pemanfaatan selulosa tandan
kosong kelapa sawit dalam pembuatan bioetanol secara fermentasi dengan
menggunakan ragi tape oleh Nurfadillah (2012). Hasilnya kadar bioetanol
tertinggi yang di peroleh adalah 0,99% dengan lama fermentasi optimum dengan
konsentrasi ragi 2%.
Pada penelitian yang lainnya telah dilakukan Pengaruh lama fermentasi
dan berat ragi roti terhadap kadar bioetanol dari fermentasi glukosa hasil hidrolisis
selulosa dari tandan kosong kelapa sawit (Elaeis guineensis jack) dengan HCl
30% oleh Annisa Suri (2012). Hasilnya kadar etanol tertinggi yaitu 7,3922% yang
diperoleh pada lama fermentasi 6 hari dan penambahan ragi roti 6 gram.
Berdasarkan uraian diatas maka penulis tertarik untuk melakukan
penelitian mengenai Studi Perbandingan Penambahan Variasi Ragi Tape dan Ragi
Roti dalam Pembuatan Bioetanol dari Fermentasi Glukosa Hasil Hidrolisis
Selulosa Tongkol Jagung Manis (Zea mays l.saccharata).
14
Universitas Sumatera Utara
15
1.2 Permasalahan
Permasalahan dalam penelitian ini adalah
1.
Apakah ragi tape dan ragi roti dapat langsung digunakan dalam pembuatan
bioetanol dari fermentasi glukosa hasil hidrolisis selulosa tongkol jagung
manis tanpa melalui tahap isolasi mikroba saccharomyces cerevisiae.
2.
Bagaimana pengaruh penambahan ragi tape dan ragi roti dalam pembuatan
bioetanol dari fermentasi glukosa hasil hidrolisis selulosa tongkol jagung
manis.
3.
Apakah bioetanol yang dihasilkan dari fermentasi glukosa hasil hidrolisis
selulosa tongkol jagung manis dapat digunakan sebagai bahan bakar
alternative pengganti bahan bakar minyak dan gas.
1.3 Pembatasan Masalah
Dalam penelitian ini masalah dibatasi pada :
1.
Bahan baku fermentasi yang digunakan adalah glukosa hasil hidrolisis
selulosa tongkol jagung manis, ragi tape dan ragi roti yang diperoleh secara
komersil
2.
Kadar glukosa ditentukan dengan metode Luft -Schroll
3.
Lama fermentasi adalah 5hari
4.
Variasi berat ragi roti dan ragi tape adalah 4, 6, 8 gram
5.
Kadar biotenol ditentukan dengan metode kromatografi gas.
1.4 Tujuan Penelitian
1.
Untuk mengetahui berapa hasil selulosa yang didapatkan dan apakah ragi tape
dan ragi roti dapat langsung digunakan dalam pembuatan bioetanol dari
fermentasi glukosa hasil hidrolisis selulosa tongkol jagung manis.
2.
Untuk mengetahui bagaimana pengaruh penambahan ragi tape dan ragi roti
dalam pembuatan bioetanol dari fermentasi glukosa hasil hidrolisis selulosa
tongkol jagung manis
15
Universitas Sumatera Utara
16
3.
Untuk mengetahui apakah bioetanol yang dihasilkan dari fermentasi glukosa
hasil hidrolisis selulosa tongkol jagung manis dapat digunakan sebagai bahan
bakar.
1.5Manfaat Penelitian
Adapun manfaat yang diperoleh dari penelitian ini adalah:
1.
Dapat memberikan informasi ilmiah dalam pemanfaatan tongkol jagung
manis dalam pembuatan bioetanol dengan menggunakan ragi roti dan ragi
tape.
2.
Dapat memberikan informasi mengenai konsentrasi glukosa hasil hidrolisis
selulosa dari tongkol jagung manis dengan menggunakan HCl 1%
3.
Dapat memberikan informasi kadar bioetanol yang dihasilkan untuk
penelitian lebih lanjut
1.6Lokasi Penelitian
Penelitian ini dilakukan di laboraturium Biokimia / Kimia Bahan Makanan dan
Laboratorium Kimia Dasar FMIPA USU.
1.7Metodologi Percobaan
Penelitian ini adalah eksperimental laboratorium dengan menggunakan tongkol
jagung manis dimana metode penelitian dilakukan dengan cara sebagai berikut:
Penelitian dilakukan dengan 4 tahapan yaitu:
1. Penyediaan selulosa tongkol jagung manis
•
•
Bahan baku adalah tongkol jagung manis
Proses isolasi selulosa dengan cara delignifikasi tongkol jagung manis
2. Peyediaan glukosa dari hidrolisis selulosa tongkol jagung manis
•
•
Bahan baku adalah selulosa yang diisolasi dari tongkol jagung manis
Proses konversi selulosa tongkol jagung manis menjadi glukosa adalah
hidrolisis dengan menggunakan HCl 1%
16
Universitas Sumatera Utara
17
•
Kadar glukosa dianalisa dengan menggunakan metode Lane-Eynon
3. Fermentasi glukosa dari hidrolisis selulosa tongkol jagung manis untuk
menghasilkan bioetanol
•
•
•
Substrat yang digunakan pada fermentasi adalah glukosa hasil hidrolisis
selulosa dari tongkol jagung manis
Mikroba yang digunakan berasal dari ragi roti dan ragi tape
Kadar bioetanol yang dihasilkan dianalisa dengan menggunakan metode
piknometer.
4. Pemurnian bioetanol hasil fermentasi
•
•
•
Bioetanol dipisahkan dari sisa glukosa dengan menggunakan alat destilasi
Kadar bioetanol hasil pemisah
an dianalisa dengan menggunakan metode piknometer
Adapun variable-variabel dalam penelitian adalah :
1. Variabel bebas adalah variabel yang mempunyai pengaruh terhadap kadar
etanol, yaitu:
•
•
•
Berat Sampel Tongkol Jagung Manis : 75 gram
Berat Ragi Tape dan Roti : 4, 6 dan 8 gram
Lama fermentasi : 5 hari
2. Variabel terikat adalah variabel yang terukur terhadap perubahan perlakuan.
Dalam penelitian ini yang menjadi variabel terikat, yaitu:
•
•
Kadar etanol
•
jagung manis
Konsentrasi glukosa terhadap fermentasi hasil hidrolisis selulosa tongkol
Selulosa dari tongkol jagung manis
3. Variabel tetap adalah variabel yang dibuat tetap sehingga tidak menyebabkan
terjadinya perubahan variabel terikat. Dalam penelitian ini variabel tetap
adalah:
•
•
pH fermentasi yaitu pH= 4-4,5
Temperature fermentasi : 30oC
17
Universitas Sumatera Utara