Pembuatan Bioetanol dari Limbah Kulit Durian.
Hak Cipta © milik UPN "Veteran" Jatim :
Dilarang mengutip sebagian atau seluruh karya tulis ini tanpa mencantumkan dan menyebutkan sumber.
:
1
1001
Hak Cipta © milik UPN "Veteran" Jatim :
Dilarang mengutip sebagian atau seluruh karya tulis ini tanpa mencantumkan dan menyebutkan sumber.
Hak Cipta © milik UPN "Veteran" Jatim :
Dilarang mengutip sebagian atau seluruh karya tulis ini tanpa mencantumkan dan menyebutkan sumber.
KATA PENGANTAR
Dengan mengucapkan puji syukur kehadirat Allah SWT yang telah melimpahkan
karunia beserta rahmat-Nya kepada kita semua, sehingga kami diberikan kekuatan dan
kelancaran dalam menyelesaikan laporan penelitian kami yang berjudul “Fermentasi Kulit
Durian Menjadi Bioetanol Dengan Menggunakan Zymomonas Mobilis ”.
Adapun penyusunan penelitian ini merupakan salah satu syarat yang harus
ditempuh dalam kurikulum program studi S-1 Teknik Kimia dan untuk memperoleh gelar
Sarjana Teknik Kimia di Fakultas Teknologi Industri UPN “Veteran” Jawa Timur,
Surabaya.
Laporan penelitian yang kami dapatkan tersusun atas kerjasama dan berkat bantuan
dari berbagai pihak. Oleh karena itu pada kesempatan ini kami mengucapkan terima kasih
kepada:
1. Bapak Ir. Sutiyono, MT selaku Dekan Fakultas Teknologi Industri UPN “Veteran”
Jawa Timur.
2. Ibu Ir. Retno Dewati, MT selaku Ketua Jurusan Teknik Kimia UPN “Veteran”
Jawa Timur.
3. Ibu Ir. Nana Dyah Siswati, M.Kes selaku Dosen Pembimbing Penelitian.
4. Bapak Ir. Bambang Wahyudi, MS selaku Dosen Penguji Penelitian.
5. Ibu Ir. Nur Hapsari, MT selaku Dosen Penguji Penelitian.
6. Kedua orang tua yang telah memberikan dukungan moril dan material dalam
pelaksanaan dan penyusunan laporan penelitian.
7. Seluruh teman-teman yang telah memberikan dorongan semangat dalam
pelaksanaan dan penyusunan laporan penelitian.
Hak Cipta © milik UPN "Veteran" Jatim :
Dilarang mengutip sebagian atau seluruh karya tulis ini tanpa mencantumkan dan menyebutkan sumber.
Akhir kata, kami menyampaikan maaf atas kesalahan yang terdapat dalam laporan
penelitian ini, semoga dapat memenuhi syarat akademis dan bermanfaat bagi kita semua.
Kritik dan saran yang bersifat membangun demi perbaikan penyusun berikutnya, penyusun
mengucapkan terima kasih.
Surabaya, Oktober 2013
Penyusun
Hak Cipta © milik UPN "Veteran" Jatim :
Dilarang mengutip sebagian atau seluruh karya tulis ini tanpa mencantumkan dan menyebutkan sumber.
Proposal Penelitian
“ Pembuatan Bioetanol dari Limbah Kulit Durian “
DAFTAR ISI
LEMBAR PENGESAHAN ................................................................................... i
KATA PENGANTAR ........................................................................................... ii
DAFTAR ISI ......................................................................................................... iii
DAFTAR TABEL ................................................................................................. v
DAFTAR GAMBAR ............................................................................................. vi
INTISARI .............................................................................................................. vii
BAB I PENDAHULUAN
1.1 Latar Belakang ......................................................................................... 1
1.2 Tujuan Penelitian ...................................................................................... 3
1.3 Manfaat Penelitian .................................................................................... 3
BAB II TINJ AUAN PUSTAKA
2.1 Kulit Durian ............................................................................................. 4
2.2 Selulosa ................................................................................................... 6
2.3 Lignin ...................................................................................................... 7
2.4 Delignifikasi ............................................................................................ 7
2.5 Hidrolisis ................................................................................................. 10
2.6 Fermentasi ............................................................................................... 12
2.7 Bakteri Zymomonas Mobilis .................................................................... 15
2.8 Karakteristik Bioetanol ............................................................................. 17
2.9 Landasan Teori ........................................................................................ 18
2.10 Hipotesis ................................................................................................ 20
iii
Hak Cipta © milik UPN "Veteran" Jatim :
Dilarang mengutip sebagian atau seluruh karya tulis ini tanpa mencantumkan dan menyebutkan sumber.
Proposal Penelitian
“ Pembuatan Bioetanol dari Limbah Kulit Durian “
BAB III METODE PENELITIAN
3.1 Bahan Baku Yang Digunakan ................................................................... 21
3.2 Peralatan Yang Digunakan ....................................................................... 22
3.3 Gambar Rangkaian Alat ............................................................................ 23
3.4 Variable Yang Digunakan ......................................................................... 25
3.5 Prosedur Penelitian .................................................................................. 27
3.6 Prosedur Analisa ...................................................................................... 39
BAB IV HASIL DAN PEMBAHASAN
4.1 Hasil ......................................................................................................... 40
4.1.1 Analisa Bahan Baku ..................................................................... 41
4.1.2 Analisa Kadar Bahan Baku Setelah Proses Delignifikasi .............. 41
4.1.3 Analisa Kadar Glukosa Setelah ProseS Hidrolisis ......................... 42
4.1.4 Pengukuran Kurva Pertumbuhan Bakteri Zymomonas Mobils ....... 43
4.1.5 Analisa Kadar Etanol Pada Proses Fermentasi .............................. 44
4.1.6 Analisa Kadar Glukosa Sisa Setelah Proses Fermentasi ................ 45
4.2 Pembahasan .............................................................................................. 46
4.2.1 Kurva Pertumbuhan Bakteri Zymomonas Mobilis ......................... 46
4.2.2 Hasil Proses Fermentasi ............................................................... 47
4.2.3 Konversi Glukosa Menjadi Etanol ................................................ 48
BAB V KESIMPULAN DAN SARAN
5.1 Kesimpulan .............................................................................................. 49
5.2 Saran ........................................................................................................ 50
DAFTAR PUSTAKA
APPENDIX
LAMPIRAN
iv
Hak Cipta © milik UPN "Veteran" Jatim :
Dilarang mengutip sebagian atau seluruh karya tulis ini tanpa mencantumkan dan menyebutkan sumber.
Proposal Penelitian
“ Pembuatan Bioetanol dari Limbah Kulit Durian “
DAFTAR GAMBAR
Gambar 1
Rumus bangun selulosa ........................................................................ 6
Gambar 2
Rangkaian alat delignifikasi ................................................................. 19
Gambar 3
Rangkaian alat hidrolisis ...................................................................... 19
Gambar 4
Rangkaian alat fermentasi .................................................................... 20
Gambar 5
Rangkaian alat destilasi ........................................................................ 20
Gambar 6
Diagram alir persiapan bahan baku ...................................................... 23
Gambar 7
Diagram alir proses ekstraksi pektin ..................................................... 24
Gambar 8
Diagram alir proses delignifikasi .......................................................... 25
Gambar 9
Diagram alir proses hidrolisis ............................................................... 26
Gambar 10 Diagram alir pembuatan media nutrient agar ........................................ 27
Gambar 11 Diagram alir pembuatan media cair untuk pembiakkan kultur .............. 29
Gambar 12 Diagram alir pengukuran kurva pertumbuhan bakteri ........................... 31
Gambar 13 Diagram alir pembuatan starter ............................................................ 32
Gambar 14 Diagram alir proses fermentasi ............................................................. 34
Gambar 15 Kurva hubungan antara etanol hasil fermentasi terhadap waktu ............ 42
Gambar 16 Konversi glukosa pada kondisi terbaik fermentasi ................................ 43
v
Hak Cipta © milik UPN "Veteran" Jatim :
Dilarang mengutip sebagian atau seluruh karya tulis ini tanpa mencantumkan dan menyebutkan sumber.
Proposal Penelitian
“ Pembuatan Bioetanol dari Limbah Kulit Durian “
DAFTAR TABEL
Tabel 1
Data komposisi buah durian ..................................................................... 4
Tabel 2
Kandungan dari kulit durian per 100 gram ............................................... 5
Tabel 3
Hasil analisa limbah kulit durian .............................................................. 37
Tabel 4
Hasil analisa kadar selulosa dan lignin setelah proses delignifikasi .......... 37
Tabel 5
Hasil analisa kadar glukosa setelah proses hidrolisis ................................ 38
Tabel 6
Hasil pengukuran kurva pertumbuhan bakteri .......................................... 39
Tabel 7
Analisa kadar etanol setelah proses fermentasi ......................................... 40
Tabel 8
Analisa kadar glukosa sisa setelah proses fermentasi ............................... 41
vi
Hak Cipta © milik UPN "Veteran" Jatim :
Dilarang mengutip sebagian atau seluruh karya tulis ini tanpa mencantumkan dan menyebutkan sumber.
INTISARI
Krisis energi di Indonesia akhir – akhir ini disebabkan oleh semakin
meningkatnya kebutuhan manusia akan penggunaan bahan bakar minyak,
sedangkan persediaan minyak atau gas bumi sangat terbatas dan tidak dapat
diperbaharui. Terbatasnya persediaan minyak mengakibatkan kenaikan harga
BBM. di tambah lagi kecenderungan kenaikan harga BBM yang selalu diiringi
dengan meningkatnya harga bahan pokok lainnya. Untuk mengatasi hal tersebut,
diperlukan sumber daya alternatif lain.
Pendekatan yang memungkinkan dengan melakukan penelitian untuk
mendapatkan bahan bakar yang murah dan dapat diperbaharui, yaitu pembuatan
bioetanol dengan memanfaatkan bahan baku limbah kulit durian.
Limbah kulit durian merupakan sumber bahan organik berkadar selulosa
dan tersedia melimpah di Indonesia, sehingga limbah kulit durian dapat
dimanfaatkan menjadi bioetanol. Sebagai energi alternatif pengganti Bahan Bakar
Minyak (BBM), bioetanol memiliki kelebihan dibanding dengan BBM,
diantaranya memiliki kandungan oksigen yang lebih tinggi (35%) sehingga
terbakar lebih sempurna, bernilai oktan lebih tinggi (118) dan lebih ramah
lingkungan karena mengandung emisi gas CO lebih rendah19–25%.
Penelitian ini bertujuan mendapatkan volume starter Zymomonas mobilis
dan waktu fermentasi yang terbaik pada proses pembuatan bioeanol dari limbah
kuli durian. Limbah kulit durian mengalami proses pretreatment terlebih dahulu
untuk menghilangkan kandungan lignin kemudian dilanjutkan dengan proses
hidrolisis untuk mengubah selulosa menjadi glukosa.
Filtrat hasil proses hidrolisis yang mengandung glukosa sebanyak 500 ml
dilanjutkan dengan proses fermentasi dengan volume starter Zymomonas mobilis
10% , 11% , dan 12% ( v/v ) dengan lama fermentasi 5 hari, 6 hari, 7 hari, 8 hari,
dan 9 hari. Kemudian filtrat hasil fermentasi yang mengandung etanol disaring,
selanjutnya filtrat setelah penyaringan di analisa kadar etanol untuk mengetahui
volume starter Zymomonas mobilis yang terbaik dan lama fermentasi yang
terbaik.
Hak Cipta © milik UPN "Veteran" Jatim :
Dilarang mengutip sebagian atau seluruh karya tulis ini tanpa mencantumkan dan menyebutkan sumber.
Kadar etanol terbaik yang dihasilkan dari limbah kulit durian pada volume
starter 11% dengan lama fermenasi 8 hari yaitu sebesar 10,04%. Kemudian hasil
etanol erbaik ini di destilasi pada suhu 80oC sehingga menghasilkan bioetanol
dengan konsentrasi 40,59%.
Hak Cipta © milik UPN "Veteran" Jatim :
Dilarang mengutip sebagian atau seluruh karya tulis ini tanpa mencantumkan dan menyebutkan sumber.
Laporan Hasil Penelitian
“ Fermentasi Kulit Durian Menjadi Bioetanol
Menggunakan Zymomonas Mobilis “
BAB I
PENDAHULUAN
1.1. LATAR BELAKANG
Dunia industri dimasa sekarang sedang terfokus pada pencarian energi
alternetif bahan bakar dari biomassa sebagai sumber energi terbarukan.
Kebutuhan energi dunia semakin meningkat sementara persediaan energi dari
bahan bakar fosil yang selama ini diandalkan jumlahnya terbatas. Oleh karena itu,
diperlukan sumber energi alternatif yang mampu mengatasi krisis energi tersebut.
Energi terbarukan terus dikaji baik dari segi bahan baku maupun teknologi
pembuatannya. Sudah banyak dilakukan penelitian tentang bahan baku yang
berpotensi sebagai sumber energi alternatif. Salah satu sumber energi alternatif
yang sedang dikembangkan adalah bioetanol. Bioetanol dapat diproduksi dengan
cara fermentasi glukosa menggunakan bantuan bakteri sebagai mikroorganisme
pengubah glukosa menjadi alkohol.
Berdasarkan penelitian, kulit durian mengandung bahan yang tersusun
dari selulosa yang tinggi (50% - 60 %) dan lignin (5%) serta pati yang rendah
(5%) (Ade Fadli,2010). Bahan-bahan ini merupakan bahan yang mudah terbakar.
Hal ini menjadi sebuah indikasi bahwa kulit durian dapat diolah menjadi bahan
bakar alternatif. Kandungan selulosa pada kulit durian yang cukup tinggi
menjadikan pertimbangan yang banyak untuk menjadikan kulit durian sebagai
bioetanol. Untuk mendapatkan alkohol, selulosa pada kulit durian tersebut perlu
dihidrolisa terlebih dahulu sehingga didapat glukosa. Kemudian glukosa hasil
hidrolisa difermentasi menjadi alkahol (Brown, 1997).
Program Studi Teknik Kimia
Fakultas Teknologi Industri
Universitas Pembangunan Nasional “Veteran” Jawa Timur
Surabaya
1
Hak Cipta © milik UPN "Veteran" Jatim :
Dilarang mengutip sebagian atau seluruh karya tulis ini tanpa mencantumkan dan menyebutkan sumber.
Laporan Hasil Penelitian
“ Fermentasi Kulit Durian Menjadi Bioetanol
Menggunakan Zymomonas Mobilis “
Fermentasi alcohol skala komersial sebagian besar dilakukan oleh
mikroorganisme, salahsatunya Saccaromyces Cerevisiae. Namun Saccaromyces
Cerevisiae ternyata memiliki banyak kekurangan diantaranya adalah tidak tahan
dengan konsentrasi tinggi dari alcohol yang dihasilkan. Zymomonas mobilis
memiliki beberapa kelebihan dibandingkan Saccaromyces Cerevisiae, diantaranya
lebih toleran terhadap suhu, pH rendah serta tahan terhadap alcohol konsentrasi
tinggi. (Zhang at al, 2010)
Buah durian banyak diproduksi di Indonesia dan tersebar di beberapa
kabupaten/kota. Pada tahun 2010, total produksi buah durian sebanyak 492.139
ton dan pada tahun 2011 total produksi durian mencapai 883.969 ton (Badan
Pusat Statistik Indonesia,2011). Jumlah ini diperkirakan terus bertambah
mengingat permintaan pasar sampai dua puluh tahun kedepan masih menjanjikan.
Dengan jumlah produksi durian yang besar, maka akan didapat kulit durian yang
banyak pula. Pemanfaatan kulit durian masih jarang dilakukan sehingga penelitian
untuk mengubah kulit durian menjadi sumber energi alternatif memberikan nilai
tambah yang cukup besar.
Melihat dan mempertimbangkan kelebihan dari kulit durian yang telah
dikemukakan diatas, maka dari itu dilakukan penelitian tentang Fermentasi Kulit
Durian Menjadi Bioetanol Dengan Menggunakan Zymomonas Mobilis yang
diharapkan dapat membantu mengatasi permasalahan sampah dan krisis energy.
Program Studi Teknik Kimia
Fakultas Teknologi Industri
Universitas Pembangunan Nasional “Veteran” Jawa Timur
Surabaya
2
Hak Cipta © milik UPN "Veteran" Jatim :
Dilarang mengutip sebagian atau seluruh karya tulis ini tanpa mencantumkan dan menyebutkan sumber.
Laporan Hasil Penelitian
“ Fermentasi Kulit Durian Menjadi Bioetanol
Menggunakan Zymomonas Mobilis “
1.2. TUJ UAN PENELITIAN :
Tujuan dari penelitian ini adalah mendapatkan volume starter Zymomonas
mobilis dan waktu fermentasi yang terbaik pada proses pembuatan bioetanol dari
kulit durian sehingga diperoleh hasil yang optimal.
1.3. MANFAAT PENELITIAN :
Manfaat yang diharapkan dari penelitian ini antara lain :
1. Mengurangi banyaknya limbah kulit durian.
2. Memberikan informasi bahwa kulit durian dapat digunakan sebagai bahan baku
pembuatan bioetanol.
Program Studi Teknik Kimia
Fakultas Teknologi Industri
Universitas Pembangunan Nasional “Veteran” Jawa Timur
Surabaya
3
Hak Cipta © milik UPN "Veteran" Jatim :
Dilarang mengutip sebagian atau seluruh karya tulis ini tanpa mencantumkan dan menyebutkan sumber.
Laporan Hasil Penelitian
“Fermentasi Kulit Durian Menjadi Bioetanol
Menggunakan Zymomonas Mobilis “
BAB II
TINJ AUAN PUSTAKA
2.1. Kulit Durian
Durian merupakan salah satu jenis buah yang memiliki banyak manfaat
yaitu sebagai olahan bahan makanan dan juga sebagai buah segar, terdapat juga
manfaat dari bagian lainnya yaitu tanamannya dapat digunakan untuk mencegah
erosi pada lahan atau tanah yang miring, batangnya dapat dipergunakan untuk
bahan bangunan atau perkakas rumah tangga, sedangkan bijinya memiliki
kandungan pati yang cukup tinggi dan dapat dimanfaatkan untuk alternatif
pengganti makanan dan untuk kulitnya digunakan dalam pembuatan abu gosok
dengan cara dijemur lalu dibakar sampai hancur. Musim berbunga durian jatuh
pada musim kemarau yaitu bulan juni sampai september dan sehingga pada bulan
oktober sampai februari buah durian sudah dapat dipanen. Berikut merupakan data
produksi buah durian dari beberapa negara per tahunnya.
Tabel 1. Data produksi buah durian per tahun dari beberapa negara
Negara
Jumlah Produksi per Tahun
Filipina
16.700 ton
( 2.030 ha )
Malaysia
262.000 ton
( 42.000 ha )
Thailand
444.500 ton
( 84.700 ha )
Indonesia
275.717 ton
( 45.372 ha )
Sumber : Fifi Nurfiana, 2009
Program Studi Teknik Kimia
Fakultas Teknologi Industri
Universitas Pembangunan Nasional “Veteran” Jawa Timur
Surabaya
4
Hak Cipta © milik UPN "Veteran" Jatim :
Dilarang mengutip sebagian atau seluruh karya tulis ini tanpa mencantumkan dan menyebutkan sumber.
Laporan Hasil Penelitian
“Fermentasi Kulit Durian Menjadi Bioetanol
Menggunakan Zymomonas Mobilis “
Pada tabel 1 dapat terlihat bahwa Indonesia merupakan negara dengan
jumlah produksi buah durian yang cukup banyak dan sangat disayangkan apabila
kulit durian yang sering dianggap sebagai limbah ataupun sampah yang tidak
berguna tidak dimanfaatkan untuk sesuatu yang lebih besar manfaatnya dan
bernilai lebih ekonomis yaitu pembuatan bioetanol.
Berdasarkan penelitian, diketahui bahwa kandungan kulit durian
mengandung selulose yang tinggi, sehingga kulit durian dapat dijadikan bioetanol.
Kandungan unsur pada kulit durian dalam 100 gram secara lengkap disajikan pada
tabel 2:
Tabel 2: Kandungan dari kulit durian per 100 gram
Unsur
Selulosa
Lignin
Pati
Persentase
50% - 60%
5%
5%
Sumber : Ade Fadli, 2010
Pada tabel 2 telah terlihat bahwa kandungan selulosa dalam kulit durian
cukup tinggi yaitu berkisar 50% - 60% dan merupakan angka yang potensial
untuk pengolahan selulosa menjadi etanol.
Selulosa dihidrolisis untuk
menghasilkan glukosa dalam kadar yang tinggi melalui pemanasan kemudian ukur
kadar glukosanya. Dan glukosa inilah yang difermentasi untuk menghasilkan
etanol.
Program Studi Teknik Kimia
Fakultas Teknologi Industri
Universitas Pembangunan Nasional “Veteran” Jawa Timur
Surabaya
5
Hak Cipta © milik UPN "Veteran" Jatim :
Dilarang mengutip sebagian atau seluruh karya tulis ini tanpa mencantumkan dan menyebutkan sumber.
Laporan Hasil Penelitian
“Fermentasi Kulit Durian Menjadi Bioetanol
Menggunakan Zymomonas Mobilis “
2.2.
Selulosa
Selulosa (C6H10O5)n adalah polimer berantai panjang polisakarida
karbohidrat, dari beta-glukosa. Selulosa berfungsi sebagai bahan struktur dalam
jaringan tumbuhan dalam bentuk campuran polimer homolog dan biasanya
disertai polosakarida lain dan lignin dalam jumlah yang beragam. Molekul
selulosa memanjang dan kaku, meskipun dalam larutan. Gugus hidroksil yang
menonjol dari rantai dapat membentuk ikatan hidrogen dengan mudah,
mengakibatkan kekristalan dalam batas tertentu. Derajat kekristalan yang tinggi
menyebabkan modulus kekenyalan sangat meningkat dan daya regang serat
selulosa menjadi lebih besar dan mengakibatkan makanan yang mengangung
selulosa lebih liat. Selulosa yang merupakan polisakarida terbanyak di bumi dapat
diubah menjadi glukosa dengan cara hidrolisis asam (Groggins,1958). Adapun
rumus bangun selulosa dapat dilihat pada Gambar 4.
Gambar 1. Rumus Bangun Selulosa
Program Studi Teknik Kimia
Fakultas Teknologi Industri
Universitas Pembangunan Nasional “Veteran” Jawa Timur
Surabaya
6
Hak Cipta © milik UPN "Veteran" Jatim :
Dilarang mengutip sebagian atau seluruh karya tulis ini tanpa mencantumkan dan menyebutkan sumber.
Laporan Hasil Penelitian
“Fermentasi Kulit Durian Menjadi Bioetanol
Menggunakan Zymomonas Mobilis “
2.3. Liginin
Lignin terbentuk dari gugus aromatik yang saling dihubungkan dengan
rantai alifatik, yang terdiri dari 2-3 karbon. Lignin merupakan komponen kimia
kayu yang sangat tidak diharapkan kehadirannya dalam produk pulp karena dapat
menurunkan ketahanan fisik pulp dan menyebabkan warna pulp gelap sehingga
meningkatkan konsumsi bahan kimia dalam proses pemutihan (Casey 1980). Dari
segi morfologi, lignin merupakan senyawa amorf yang terdapat dalam lamella
tengah majemuk maupun dalam dinding sekunder. Selama perkembangan sel,
lignin dikategorikan sebagai komponen terakhir dalam dinding sel yang dapat
menembus di antara fibril-fibril sehingga dapat memperkuat dinding sel
(Oktaveni, D. 2009).
Lignin terdapat di antara sel-sel dan dalam dinding sel serta berfungsi
sebagai perekat untuk mengikat sel-sel agar tetap bersama. Keberadaan lignin
dalam dinding sel sangat erat hubungannya dengan selulosa yang berfungsi untuk
memberikan ketegaran pada sel, berpengaruh dalam memperkecil perubahan
dimensi sehubungan dengan perubahan air kayu dan mengurangi degradasi
terhadap selulosa. Konsentrasi lignin tertinggi terdapat dalam lamella tengah dan
akan semakin mengecil pada lapisan dinding sekunder (Oktaveni, D. 2009)).
2.4. Delignifikasi
Proses
pembuatan
pulp (delignifikasi) secara komersial dapat
diklasifikasikan dalam proses mekanis, semi kimia (kombinasi kimia dan
mekanis) dan kimia. Produk yang dihasilkan mempunyai karakteristik
yang
berbeda. Pemilihan jenis proses pembuatan pulp tergantung kepada spesies kayu
yang tersedia dan penggunaan akhir dari
pulp yang diproduksi. Proses kimia
mendominasi hampir seluruh Dunia.
Program Studi Teknik Kimia
Fakultas Teknologi Industri
Universitas Pembangunan Nasional “Veteran” Jawa Timur
Surabaya
7
Hak Cipta © milik UPN "Veteran" Jatim :
Dilarang mengutip sebagian atau seluruh karya tulis ini tanpa mencantumkan dan menyebutkan sumber.
Laporan Hasil Penelitian
“Fermentasi Kulit Durian Menjadi Bioetanol
Menggunakan Zymomonas Mobilis “
Macam – macam proses pembuatan pulp secara kimia :
a. Proses Sulfat ( kraft )
Merupakan proses pemasakan dengan
metode proses
basa.
Larutan perebusan yang digunakan adalah 5,86% NaOH, 17,1 % Na2 S
dan 14,3% Na2 CO3 . Proses ini disebut juga dengan proses Kraft. Hasil
pulp relatif baik daya tariknya, tetapi warna kurang baik sehingga
sulit
untuk diputihkan.
b. Proses Sulfit
Merupakan proses pemasakan dengan metode asam. Bahan
baku dalam proses ini adalah kayu
lunak.
Larutan
perebus yang
digunakan adalah 7% berat SO2, 4,5% H2SO4, Mg(H2SO3)2 dan 2,5% berat
Ca(HSO3)2. Proses
pemasakan dijalankan pada suhu 125 – 160OC,
tekanan 70 – 90 Psi dan waktu 7 – 12 jam.
PULP yang dihasilkan berwarna keruh, tetapi mudah dipucatkan.
Kerugian yang timbul adalah larutan pemasak menggunakan bahan dasar
kation Calsium, yang akan mempersulit dalam mengambilnya. Calsium
akan menyebabkan kerak pada alat – alat pemasak
c. Proses Soda
Merupakan
proses pemasakan
dengan metode proses
basa.
Larutan perebus yang digunakan adalah NaOH. Proses ini sangat cocok
digunakan
untuk
bahan
baku non – kayu. Pada proses Soda proses
lebih menguntungkan dari segi teknis dan ekonomis dibandingkan
dengan menggunakan proses lain, karena tidak membuat
limbah yang
begitu berbahaya di lingkungan sekitar.
Program Studi Teknik Kimia
Fakultas Teknologi Industri
Universitas Pembangunan Nasional “Veteran” Jawa Timur
Surabaya
8
Hak Cipta © milik UPN "Veteran" Jatim :
Dilarang mengutip sebagian atau seluruh karya tulis ini tanpa mencantumkan dan menyebutkan sumber.
Laporan Hasil Penelitian
“Fermentasi Kulit Durian Menjadi Bioetanol
Menggunakan Zymomonas Mobilis “
d. Proses Nitrat
Penggunaan
asam
nitrat
sebagai
larutan
pemasak
telah
mendapatkan perhatian dalam beberapa tahun dan terus dikembangkan.
Pada proses ini bahan baku direbus dengan HNO3 dalam pemanas air.
Bahan yang sudah diolah direbus lagi dengan NaOH 2 % berat selama 45
menit
untuk melarutkan
lignin
yang
rusak. Proses
yang
pernah
dilakukan digunakan HNO3 0,52 % - 0,54 % berat selama 0,5 – 3,5 jam
dan larutan soda api 2 % berat dengan waktu perebusan 45 menit, suhu
98ºC.
e. Proses Organosolv
Proses
organosolv adalah proses pemisahan serat dengan
menggunakan bahan kimia organik seperti misalnya metanol,
etanol,
aseton, asam asetat, dan lain-lain. Proses ini telah terbukti memberikan
dampak yang baik bagi lingkungan
dan
sangat
efisien dalam
pemanfaatan sumber daya hutan. (Susilowati, 2012)
Dengan menggunakan proses organosolv diharapkan permasalahan
lingkungan yang dihadapi oleh industri pulp dan kertas akan dapat diatasi. Hal ini
karena proses organosolv memberikan beberapa
keuntungan, antara lain yaitu
rendemen pulp yang dihasilkan tinggi, daur ulang lindi hitam dapat dilakukan
dengan mudah, tidak menggunakan unsur sulfur sehingga lebih aman terhadap
lingkungan, karena menghasilkan limbah yang bersifat ramah lingkungan.
Proses organosolv pada pulping dengan bahan kimia etanol mempunyai
banyak keuntungan antara lain: daur ulang lindi hitam mudah dilakukan, tidak
menggunakan unsur sulfur sehingga lebih ramah terhadap lingkungan. Proses
pembuatan Pulp dimulai dari proses ektraksi pektin dengan menggunakan asam
asetat dan waktu pengadukan 75 menit, untuk memisahkan pektin. Kemudian
diteruskan proses delignifikasi dengan meenggunakan etanol.
Program Studi Teknik Kimia
Fakultas Teknologi Industri
Universitas Pembangunan Nasional “Veteran” Jawa Timur
Surabaya
9
Hak Cipta © milik UPN "Veteran" Jatim :
Dilarang mengutip sebagian atau seluruh karya tulis ini tanpa mencantumkan dan menyebutkan sumber.
Laporan Hasil Penelitian
“Fermentasi Kulit Durian Menjadi Bioetanol
Menggunakan Zymomonas Mobilis “
Menurut penelitian Susilowati, 2012, hasil terbaik untuk delignifikasi
dengan menggunakan pelarut etanol yaitu, pada waktu pemasakan selama 120
menit dan konsentrasi 40%, dengan yield sebesar 63.2% dengan komposisi lignin
sebelum proses delignifikasi sebanyak 196.5955 mg/l dan setelah proses
delignifikasi sebanyak 2.0995 mg/l, sehingga penurunan ligninnya sebesar 98.9%.
2.5. Hidrolisis
Hidrolisis adalah reaksi kimia antara air dengan suatu zat lain yang
menghasilkan suatu zat baru atau lebih dan juga dekomposisi suatu larutan dengan
menggunakan air. Proses ini melibatkan pengionan molekul air ataupun peruraian
senyawa yang lain. Hidrolisis diterapkan pada reaksi kimia yang berupa organik
atau anorganik dimana air mempengaruhi dekomposisi ganda dengan campuran
yang lain, hidrogen akan membentuk satu komponen dan hidroksil ke komponen
yang lain, reaksi hidrolisis selulose berlangsung menurut persamaan reaksi
sebagai berikut:
(C6H10O5)n + n H20
Selulose
air
n ( C6H1206 )
glukosa
Karena reaksi antara selulose dengan air berlangsung sangat lambat, maka
untuk memperbesar kecepatan reaksinya diperlukan penambahan katalisator.
Penambahan katalisator ini berfungsi untuk memperbesar keaktifan air, sehingga
reaksi hidrolisis tersebut berjalan lebih cepat. Katalisator yang sering digunakan
adalah asam sulfat, asam nitrat, dan asam klorida (T Handoko, 2012)
Program Studi Teknik Kimia
Fakultas Teknologi Industri
Universitas Pembangunan Nasional “Veteran” Jawa Timur
Surabaya
10
Hak Cipta © milik UPN "Veteran" Jatim :
Dilarang mengutip sebagian atau seluruh karya tulis ini tanpa mencantumkan dan menyebutkan sumber.
Laporan Hasil Penelitian
“Fermentasi Kulit Durian Menjadi Bioetanol
Menggunakan Zymomonas Mobilis “
Menurut Groggins (1958), jenis hidrolisis ada lima macam yaitu sebagai
berikut :
1.
Hidrolisis murni
Pada proses ini hanya melibatkan air saja. Proses ini tidak dapat
menghidrolisis secara efektif karena reaksi berjalan lambat. Hidrolisis
murni ini biasanya hanya untuk senyawa yang sangat reaktif dan reaksinya
dapat dipercepat dengan memakai uap air.
2.
Hidrolisis dengan larutan asam
Menggunakan larutan asam sebagai katalis. Larutan asam yang
digunakan dapat encer atau pekat, seperti H2SO4 atau HCl.
3.
Hidrolisis larutan basa
Menggunakan larutan basa encer maupun pekat sebagai katalis.
Basa yang digunakan pada umumnya adalah NaOH atau KOH. Selain
berfungsi sebagai katalis, larutan basa pada proses hidrolisis berfungsi
untuk mengikat asam sehingga kesetimbangan akan bergeser ke kanan.
4.
Alkali fusion
Hidrolisis ini dilakukan tanpa menggunakan air pada suhu tinggi,
misalnya dengan menggunakan NaOH padat.
5.
Hidrolisis dengan enzym
Hidrolisis ini dilakukan dengan mengunakan enzym sebagai
katalis. Enzym yang digunakan dihasilkan dari mikroba seperti enzym αamylase yang dipakai untuk hidrolisis pati menjadi glukosa dan maltosa.
Program Studi Teknik Kimia
Fakultas Teknologi Industri
Universitas Pembangunan Nasional “Veteran” Jawa Timur
Surabaya
11
Hak Cipta © milik UPN "Veteran" Jatim :
Dilarang mengutip sebagian atau seluruh karya tulis ini tanpa mencantumkan dan menyebutkan sumber.
Laporan Hasil Penelitian
“Fermentasi Kulit Durian Menjadi Bioetanol
Menggunakan Zymomonas Mobilis “
Hidrolisis yang paling banyak digunakan untuk menghidrolisis selulosa
yaitu hidrolisis secara asam. Beberapa jenis asam yang sering digunakan dalam
hidrolisis ini yaitu asam sulfat ( H2SO4 ), asam perklorat, dan asam klorida (HCl).
Hidrolisis asam dapat dikelompokkkan menjadi hidrolisis asam pekat dan
hidrolisis asam encer ( Taherzadeh, M. 2007 ).
Penggunaan asam pekat dalam proses hidrolisis selulosa dilakukan pada
temperatur yang lebih rendah dari penggunaan asam encer. Konsentrasi asam
yang digunakan yaitu 10% - 30% ( Zimbardi.et.al ).
Temperatur reaksi yang digunakan 100oC dan membutuhkan waktu 2 – 6
jam. Temperatur yang rendah akan meminimalisasi degradasi gula. Keuntungan
menggunakan asam pekat ini adalah konversi gula yang dihasilkan dapat
mencapai 90% ( Badger, 2002 ) kemudian glukosa difermentasi menggunakan
bakteri atau ragi untuk mengkonversi gula menjadi etanol.
Menurut penelitian Yatim, 2011, hidrolisis menggunakan katalis HCl
konsentrasi 20% (v/v) menghasilkan glukosa dengan kadar yang lebih tinggi
daripada menggunakan katalis H2SO4
2.6. Fer mentasi
Proses produksi etanol dikenal ada dua macam, yakni dengan sintesa
kimia dan fermentasi. Cara fermentasi lebih banyak digunakan dalam dunia
industri saat ini, dikarenakan kondisi operasi yang aman, yakni suhu yang
diperlukan adalah suhu ruang (ambient) dan tidak memerlukan tekanan operasi
yang tinggi, cukup takanan atmosferik (Puspita, E., 2010).
Fermentasi sendiri adalah penguraian senyawa organik menjadi senyawa
sederhana dengan bantuan mikroorganisme sehingga menghasilkan energi
(Fardiaz, 1987). Reaksi fermentasi glukosa menjadi etanol berlangsung menurut
persamaan reaksi sebagai berikut:
(C6H12O6)
Glukosa
Mikoorganisme
2( C2H5OH ) + 2CO2
Etanol
Program Studi Teknik Kimia
Fakultas Teknologi Industri
Universitas Pembangunan Nasional “Veteran” Jawa Timur
Surabaya
12
Hak Cipta © milik UPN "Veteran" Jatim :
Dilarang mengutip sebagian atau seluruh karya tulis ini tanpa mencantumkan dan menyebutkan sumber.
Laporan Hasil Penelitian
“Fermentasi Kulit Durian Menjadi Bioetanol
Menggunakan Zymomonas Mobilis “
Faktor - faktor yang mempengaruhi dalam proses fermentasi antara lain
sebagai berikut :
1.
Nutrien
Unsur-unsur dasar untuk suplai zat gizi mikroba adalah karbon,
nitrogen, hidrogen, oksigen, sulfur, fosfor, magnesium, zat besi dan
sejumlah kecil logam lainnya. Karbon dan sumber energi untuk hampir
semua bakteri yang berhubungan dengan bahan pangan, dapat diperoleh
dari jenis gula karbohidrat sederhana seperti glukosa. Tergantung dari
spesiesnya, kebutuhan nitrogen dapat diperoleh dari sumber-sumber
anorganik seperti (NH4)2SO4 atau NaNO3 atau sumber-sumber organik
seperti asam amino dan protein. Molekul-molekul kompleks dari zat-zat
organik seperti polisakarida, lemak dan protein harus dipecahkan terlebih
dahulu menjadi unit yang lebih sederhana sebelum zat tersebut dapat
masuk ke dalam sel dan dipergunakan. Pemecahan awal ini dapat terjadi
akibat ekskresi enzim ekstraseluler – suatu sifat yang sangat erat
hubungannya dengan pembusukan bahan pangan.
2.
Suhu
Suhu adalah salah satu faktor lingkungan terpenting yang
mempengaruhi kehidupan dan
pertumbuhan
organisme.
Beberapa
mikroorganisme dapat tumbuh pada kisaran suhu yang luas. Berkaitan
dengan suhu pertumbuhan dikenal suhu minimum, maksimum dan
optimum. Suhu minimum adalah suhu yang paling rendah dimana kegiatan
mikroba masih berlangsung. Suhu optimum adalah suhu yang paling baik
untuk kehidupan jasad. Sedangkan suhu maksimum adalah suhu tertinggi
yang masih dapat menumbuhkan mikroba tetapi pada tingkat kegiatan
fisiologi yang paling rendah.
Program Studi Teknik Kimia
Fakultas Teknologi Industri
Universitas Pembangunan Nasional “Veteran” Jawa Timur
Surabaya
13
Hak Cipta © milik UPN "Veteran" Jatim :
Dilarang mengutip sebagian atau seluruh karya tulis ini tanpa mencantumkan dan menyebutkan sumber.
Laporan Hasil Penelitian
“Fermentasi Kulit Durian Menjadi Bioetanol
Menggunakan Zymomonas Mobilis “
3.
pH
Setiap
organisme
mempunyai
kisaran
nilai
pH
dimana
pertumbuhan masih memungkinkan. Masing-masing mikroorganisme
biasanya mempunyai pH optimum.untuk menjaga agar pH dalm medium
konstan, maka perlu ditambahkan zat-zat buffer, misalnya KH2PO4 dan
K2HPO4. Dalam campuran garam tersebut garam-garam dibasis akan
mengadsorbsi ion-ion H, sedangkan garam-garam monoabsis akn
menyerap ion OH.
4.
Jumlah Starter
Kuantitas starter yang ditambahkan dalam media bergantung pada
temperatur inkubasi, kurang lebih 5 – 10 % (v/v). Pada umumnya jumlah
starter yang ditambahkan tergantung pada keasaman starter, suhu dan lama
fermentasi yang diinginkan.
5.
Lama Fermentasi
Lama fermentasi adalah waktu yang dibutuhkan oleh suatu
mikroorganisme untuk merombak bahan menjadi lebih sederhana. Media
bisa berupa karbohidrat atau protein. Lama fermentasi dipengaruhi oleh
konsentrasi
gula,
kultur
yang
digunakan
dan
suhu
fermentasi
(Yudoamidjojo, M. 1992).
Fermentasi etanol skala komersial sebagian besar dilakukan oleh
mikroorganisme, salah satunya Saccaromyces cerevisiae yang menghasilkan
etanol (Yudoamijoyo, M. 1992).
Namun Saccaromyces cerevisiae ternyata memilki beberapa kekurangan,
diantaranya adalah tidak tahan dengan konsentrasi tinggi dari etanol yang
dihasilkan. Zymomonas mobilis memiliki beberapa kelebihan dibandingkan
Program Studi Teknik Kimia
Fakultas Teknologi Industri
Universitas Pembangunan Nasional “Veteran” Jawa Timur
Surabaya
14
Hak Cipta © milik UPN "Veteran" Jatim :
Dilarang mengutip sebagian atau seluruh karya tulis ini tanpa mencantumkan dan menyebutkan sumber.
Laporan Hasil Penelitian
“Fermentasi Kulit Durian Menjadi Bioetanol
Menggunakan Zymomonas Mobilis “
Saccaromyces cerevisiae, diantaranya lebih toleran terhadap suhu, pH rendah,
serta tahan terhadap etanol konsentrasi tinggi (Zhang, K. 2010).
Starter merupakan kumpulan mikroorganisme yang siap diinokulasikan ke
dalam medium fermentasi. Pada dasarnya pertumbuhan sel mikroba berlangsung
tanpa batas. Tetapi, karena pertumbuhan berlangsung dengan mengkonsumsi
nutrien sekaligus mengeluarkan (eksresi) produk-produk metabolisme yang
terbentuk, maka setelah waktu tertentu laju pertumbuhan akan menurun dan
akhirnya berhenti sama sekali. Pertumbuhan berhenti dapat disebabkan karena
beberapa nutrien esensial dalam medium atau karena terjadinya akumulasi
autotoksin dalam medium atau kombinasi keduanya (Hutkins, 2006).
Berdasarkan hasil penelitian terdahulu Mushlihah dkk. (2011) disebutkan
bahwa umur starter yang baik digunakan sebagai inokulum media fermentasi
adalah di sepanjang fase eksponensial, karena pada fase ini sel mikroorganisme
memilki kemampuan membelah yang maksimum. Umumnya umur kultur yang
digunakan diambil pada pertengahan fase eksponensial.
2.7. Bakteri Zymomonas Mobilis
Proses fermentasi menjadi bioetanol ini menggunakan bakteri Zymomonas
mobilis adalah bakteri yang berbentuk batang dan termasuk salah satu bakteri
gram
negative,
tidak
dapat
bergerak
dan
tidak
membentuk
spora
( Lee, et al, 1979 ).
Bakteri ini merupakan salah satu jenis bakteri yang paling banyak
digunakan dalam perusahaan yang bergerak dalam produksi bioetanol, hal ini
dikarenakan bakteri tersebut memiliki kemampuan melebihi ragi dalam beberapa
aspek.
Program Studi Teknik Kimia
Fakultas Teknologi Industri
Universitas Pembangunan Nasional “Veteran” Jawa Timur
Surabaya
15
Hak Cipta © milik UPN "Veteran" Jatim :
Dilarang mengutip sebagian atau seluruh karya tulis ini tanpa mencantumkan dan menyebutkan sumber.
Laporan Hasil Penelitian
“Fermentasi Kulit Durian Menjadi Bioetanol
Menggunakan Zymomonas Mobilis “
Menurut Gunasekaran, 1999 Zymomonas Mobilis memiliki beberapa
kelebihan dibandingkan dengan Sacharomyces Cerevisieae yaitu:
1. Dapat tumbuh secara anaerob fakultatif dan mempunyai toleransi suhu yang
tinggi.
2. Mempunyai kemampuan untuk mencapai konversi yang lebih tinggi sampai
dengan 16% v/v.
3. Tahan terhadap kadar etanol yang tinggi.
4. Suhu optimum proses fermentasi pada kisaran pH 4 - 7
5. Mampu menghasilkan yield etanol 92% dari nilai teoritisnya.
Karakteristik menarik Zymomonas mobilis adalah bahwa perusahaan
membran plasma mengandung hopanoid, senyawa pentasiklik mirip dengan
eukariotik sterol. Hal ini memungkinkan untuk memiliki toleransi yang luar biasa
untuk kondisi lingkungan yang mengandung etanol sekitar 14 – 15 %
(Gunasekaran et al., 1986).
Berdasarkan referensi dari hasil penelitian sebelumnya yaitu Mushlihah,
dkk. (2011) dapat diketahui bahwa setiap mikroorganisme memilki bentuk kurva
pertumbuhan yang spesifik. Hal tersebut juga terlihat pada kurva pertumbuhan
Zymomonas mobilis. Zymomonas mobilis memilki beberapa fase diantaranya fase
lag yaitu jam ke-0 sampai jam ke-3. Selanjutnya fase eksponensial pada jam ke-3
sampai jam ke-14. Fase eksponensial merupakan fase yang penting dalam
pertumbuhan Zymomonas mobilis. Setelah fase stasioner, dimana jumlah sel
cenderung tidak berubah, yaitu pada jam ke-14 sampai jam ke-24
Program Studi Teknik Kimia
Fakultas Teknologi Industri
Universitas Pembangunan Nasional “Veteran” Jawa Timur
Surabaya
16
Hak Cipta © milik UPN "Veteran" Jatim :
Dilarang mengutip sebagian atau seluruh karya tulis ini tanpa mencantumkan dan menyebutkan sumber.
Laporan Hasil Penelitian
“Fermentasi Kulit Durian Menjadi Bioetanol
Menggunakan Zymomonas Mobilis “
2.8. Karakeristik Bioetanol
Etanol sebagai campuran bahan bakar fosil merupakan salah satu pilihan
alternatif yang banyak diaplikasikan di berbagai negara, termasuk Indonesia.
Indonesia sebagai negara agraris, memilki bahan-bahan biomassa yang potensial
untuk dikembangkan menjadi bioetanol (Puspita dkk., 2010). Berikut adalah
Spesifikasi Kandungan Bioetanol :
Tabel 3 : Spesifikasi kandungan bioetanol
Sifat Fisik
Massa molekul relative
Titik beku
Titik didih normal
Densitas pada 20oC
Viscositas 20oC
Kalor Spesifik 20oC
Kalor Pembakaran 25oC
Kalor Penguapan
Kuantitatif
46.07 g/mol
-114.1OC
78.32 OC
0.7893 g/ml
1.17 Cp
0.579 Kal/gOC
7092.1 Kal/g
200.6
Sumber : Rizani, 2000
Bioetanol memiliki kelebihan dari pada BBM yaitu kadar oksigen yang
lebih tinggi ( 35% ) sehingga terbakar lebih sempurna, bernilai oktan lebih tinggi
yaitu 118, dan yang terpenting lebih aman lingkungan karena mengandung emisi
gas CO2 sekiar 19 – 25 % (Indartono, Y., 2005) dan bioetanol ini dapat diproduksi
oleh mikroorganisme secara terus menerus dengan bahan yang mengandung
karbohidrat, dimana dapat digolongkan sebagai bahan bergula ( tebu, molase, bit
gula ), bahan berpati ( jagung, ubi kayu dan kentang ), dan bahan berselulosa (
kayu dan limbah industri pertanian ).
Program Studi Teknik Kimia
Fakultas Teknologi Industri
Universitas Pembangunan Nasional “Veteran” Jawa Timur
Surabaya
17
Hak Cipta © milik UPN "Veteran" Jatim :
Dilarang mengutip sebagian atau seluruh karya tulis ini tanpa mencantumkan dan menyebutkan sumber.
Laporan Hasil Penelitian
“Fermentasi Kulit Durian Menjadi Bioetanol
Menggunakan Zymomonas Mobilis “
2.9. Landasan Teori
Selulosa dari kulit durian dapat diubah menjadi bioetanol dengan proses
delignifikasi organosolv menggunakan asam sitrat sebagai pengekstrak pektin dan
etanol konsentrasi 40% selama 120 menit pada suhu 50OC sebagai penghilang
lignin sehingga didapatkan selulosa dengan kadar tinggi. (Susilowati, 2012).
Selulosa & Lignin
Delignifikasi
Selulosa
Kemudian dilanjutkan dengan proses hidrolisis. Hidrolisis yang paling
sering digunakan untuk menghidrolisis selulosa adalah proses hidrolisis asam
dengan kadar tertentu. Beberapa asam yang umum digunakan untuk hidrolisis
asam antara lain adalah asam sulfat (H2SO4), asam perklorat, dan HCl. Hidrolisis
asam dapat dikelompokkan menjadi hidrolisis asam pekat dan hidrolisis asam
encer (Taherzadeh, M., 2007).
Hidrolisis menggunakan katalis HCl konsentrasi 20% dapat menghasilkan
glukosa dengan kadar yang tinggi (Siswat, N. D., 2012). Reaksi hidrolisis seperti
dibawah ini :
(C6H10O5)n + n H20
Selulosa
air
HCl
n ( C6H1206 )
glukosa
Penggunaan asam pekat pada proses hidrolisis selulosa dilakukan pada
temperatur yang lebih rendah daripada asam encer. Konsentrasi asam yang
digunakan adalah 10 – 30% (Zimbardi et.al).
Temperatur reaksi adalah 100oC dan membutuhkan waktu reaksi antara 2–
6 jam. Temperatur yang lebih rendah meminimalisasi degradasi gula. Keuntungan
dari penggunaan asam pekat ini adalah konversi gula yang dihasilkan tinggi, yaitu
bisa mencapai konversi 90% (Badger, 2002),
Program Studi Teknik Kimia
Fakultas Teknologi Industri
Universitas Pembangunan Nasional “Veteran” Jawa Timur
Surabaya
18
Hak Cipta © milik UPN "Veteran" Jatim :
Dilarang mengutip sebagian atau seluruh karya tulis ini tanpa mencantumkan dan menyebutkan sumber.
Laporan Hasil Penelitian
“Fermentasi Kulit Durian Menjadi Bioetanol
Menggunakan Zymomonas Mobilis “
Bioetanol yang dihasilkan dari proses fermentasi biasanya mempunyai
kadar yang masih rendah. Untuk mempertinggi kadar bioetanol dalam produk
sering kali hasil fermentasi di distilasi dan kadar alkohol yang dihasilkan antara
29 – 50 %.
Dalam proses fermentasi ini, glukosa dari hasil fermentasi diubah menjadi
etanol dengan reaksi sebagai berikut :
Zymomonas mobilis
C6H12O6
2C2H5OH + 2CO2
Glukosa
Etanol
Proses fermentasi merupakan salah satu cara yang banyak dilakukan untuk
mendapatkan bioetanol dalam dunia industri dengan memanfaatkan kemampuan
mikroorganisme. Adapun mikroorganisme yang digunakan untuk memproduksi
bioetanol dalam penelitian ini adalah bakteri Zymomonas mobilis,
Bakteri ini banyak digunakan di perusahaan bioetanol karena mempunyai
kemampuan yang dapat melampaui ragi dalam beberapa aspek. Zymomonas
Mobilis memiliki beberapa kelebihan dibandingkan dengan Sacharomyces
Cerevisieae yaitu: dapat tumbuh secara anaerob fakultatif dan mempunyai
toleransi suhu yang tinggi, mempunyai kemampuan untuk mencapai konversi
yang lebih tinggi, tahan terhadap kadar etanol yang tinggi dan pH yang rendah,
mampu menghasilkan yield etanol 92% dari nilai teoritisnya. (Gunasekaran,
1999).
Suhu optimum proses fermentasi dengan menggu-nakan Zymomomobilis
adalah pada kisaran pH 4-7. (Indartono Y, 2005)
Bioetanol hasil fermentasi dapat dimurnikan lagi dengan proses destilasi
pada suhu 800C sesuai dengan kadar yang diinginkan (Gunasekaran, 1999).
Program Studi Teknik Kimia
Fakultas Teknologi Industri
Universitas Pembangunan Nasional “Veteran” Jawa Timur
Surabaya
19
Hak Cipta © milik UPN "Veteran" Jatim :
Dilarang mengutip sebagian atau seluruh karya tulis ini tanpa mencantumkan dan menyebutkan sumber.
Laporan Hasil Penelitian
“Fermentasi Kulit Durian Menjadi Bioetanol
Menggunakan Zymomonas Mobilis “
2.10. Hipotesis
Adanya kandungan selulosa yang terdapat didalam limbah kulit durian
memungkinkan untuk dapat dijadikan bioetanol dengan cara delignifikasi sebagai
penghilang
lignin
kemudian
menghidrolisis
selulosa
menjadi
glukosa
menggunakan asam, yang kemudian dilanjutkan dengan proses fermentasi. Pada
proses fermentasi diduga konsentrasi starter dan waktu fermentasi sangat
mempengaruhi kualitas dari bioetanol yang dihasilkan.
Program Studi Teknik Kimia
Fakultas Teknologi Industri
Universitas Pembangunan Nasional “Veteran” Jawa Timur
Surabaya
20
Hak Cipta © milik UPN "Veteran" Jatim :
Dilarang mengutip sebagian atau seluruh karya tulis ini tanpa mencantumkan dan menyebutkan sumber.
Laporan Hasil Penelitian
“Fermentasi Kulit Durian Menjadi Bioetanol
Menggunakan Zymomonas Mobilis “
BAB III
PELAKSANAAN PENELITIAN
Metode penelitian ini menggunakan rancangan eksperimen, bertempat di
laboratorium riset jurusan teknik kimia fakultas teknologi industri.
3.1.
Bahan-Bahan yang Digunakan
1.
Kulit durian
2.
Aquadest
3.
Asam Sitrat
4.
Etanol
5.
HCl
6.
Zymomonas mobilis
7.
KH2PO4
8.
(NH4)2SO4
9.
NaOH
10. Glukosa
11. Ekstrak ragi
12. Nutrient agar
13. MgSO4.7 H2O
Program Studi Teknik Kimia
Fakultas Teknologi Industri
Universitas Pembangunan Nasional “Veteran” Jawa Timur
Surabaya
21
Hak Cipta © milik UPN "Veteran" Jatim :
Dilarang mengutip sebagian atau seluruh karya tulis ini tanpa mencantumkan dan menyebutkan sumber.
Laporan Hasil Penelitian
“Fermentasi Kulit Durian Menjadi Bioetanol
Menggunakan Zymomonas Mobilis “
3.2. Alat – Alat yang Digunakan
1.
Oven
2.
Water batch
3.
Neraca analitik
4.
pH meter
5.
Shaker
6.
Autoklaf
7.
Eksikator
8.
Blender
9.
Ayakan 80 mesh
10. Spektrofotometer
11. Seperangkat alat delignifikasi
12. Seperangkat alat hidrolisa
13. Seperangkat alat fermentasi
14. Seperangkat alat destilasi
Program Studi Teknik Kimia
Fakultas Teknologi Industri
Universitas Pembangunan Nasional “Veteran” Jawa Timur
Surabaya
22
Hak Cipta © milik UPN "Veteran" Jatim :
Dilarang mengutip sebagian atau seluruh karya tulis ini tanpa mencantumkan dan menyebutkan sumber.
Laporan Hasil Penelitian
“Fermentasi Kulit Durian Menjadi Bioetanol
Menggunakan Zymomonas Mobilis “
3.3. GAMBAR SUSUNAN ALAT
3
8
7
Keterangan Gambar 1 :
5
4
6
1
1. Labu leher tiga
5. Kondensor
2. Pemanas listrik
6. Air masuk
3. Pengaduk
7. Air keluar
4. Thermometer
8. Statif
2
Gambar 2. Alat Delignifikasi
3
8
7
Keterangan Gambar 1 :
5
4
6
1
1. Labu leher tiga
5. Kondensor
2. Pemanas listrik
6. Air masuk
3. Pengaduk
7. Air keluar
4. Thermometer
8. Statif
2
Gambar 3. Alat Hidrolisis
Program Studi Teknik Kimia
Fakultas Teknologi Industri
Universitas Pembangunan Nasional “Veteran” Jawa Timur
Surabaya
23
Hak Cipta © milik UPN "Veteran" Jatim :
Dilarang mengutip sebagian atau seluruh karya tulis ini tanpa mencantumkan dan menyebutkan sumber.
Laporan Hasil Penelitian
“Fermentasi Kulit Durian Menjadi Bioetanol
Menggunakan Zymomonas Mobilis “
Keterangan Gambar 2 :
2
1. Botol fermentasi
1
2. Selang
3. Botol yang berisi air
3
Gambar 4. Alat Fermentasi
3
5
2
4
1
6
Gambar 5. Alat Destilasi
Keterangan Gambar 3 :
1.
2.
3.
Kompor listrik
Labu destilasi
Thermometer
4. Kondensor
5. Statif & klem
6. Penampung destilasi
Program Studi Teknik Kimia
Fakultas Teknologi Industri
Universitas Pembangunan Nasional “Veteran” Jawa Timur
Surabaya
24
Hak Cipta © milik UPN "Veteran" Jatim :
Dilarang mengutip sebagian atau seluruh karya tulis ini tanpa mencantumkan dan menyebutkan sumber.
Laporan Hasil Penelitian
“Fermentasi Kulit Durian Menjadi Bioetanol
Menggunakan Zymomonas Mobilis “
3.4.
Variabel
1. Proses Ekstraksi Pektin
Kondisi yang ditetapkan :
a. Massa Kulit Durian
= 100 gram
b. Suhu Ekstraksi
= 80oC
c. Waktu Ekstraksi
= 75 menit
d. Kecepatan Pengadukan
= 600 rpm
e. Berat Asam Sitrat
= 1200 gram
f. Volume Asam Sitrat
= 720,72 liter
2. Proses Delignifikasi
Kondisi yang ditetapkan :
a. Massa Endapan hasil proses Ekstraksi Pektin = 100 gram
b. Suhu Delignifikasi
= 50oC
c. Waktu Delignifikasi
= 2 jam
d. Kecepatan Pengadukan
= 600 rpm
e. Konsentrasi Etanol
= 40%
f. Volume Larutan Total
= 500 ml
3. Proses Hidrolisis
Kondisi yang ditetapkan :
a. Massa Endapan hasil proses Delignifikasi
= 100 gram
b. Suhu Hidrolisis
= 100oC
c. Waktu Hidrolisa
= 4 jam
d. Kecepatan Pengadukan
= 160 rpm
e. Konsentrasi HCl
= 37%
f. Volume HCl
= 20% v/v
g. Volume Larutan total
= 1 liter
Program Studi Teknik Kimia
Fakultas Teknologi Industri
Universitas Pembangunan Nasional “Veteran” Jawa Timur
Surabaya
25
Hak Cipta © milik UPN "Veteran" Jatim :
Dilarang mengutip sebagian atau seluruh karya tulis ini tanpa mencantumkan dan menyebutkan sumber.
Laporan Hasil Penelitian
“Fermentasi Kulit Durian Menjadi Bioetanol
Menggunakan Zymomonas Mobilis “
4. Proses Fer mentasi
Kondisi yang ditetapkan
Dilarang mengutip sebagian atau seluruh karya tulis ini tanpa mencantumkan dan menyebutkan sumber.
:
1
1001
Hak Cipta © milik UPN "Veteran" Jatim :
Dilarang mengutip sebagian atau seluruh karya tulis ini tanpa mencantumkan dan menyebutkan sumber.
Hak Cipta © milik UPN "Veteran" Jatim :
Dilarang mengutip sebagian atau seluruh karya tulis ini tanpa mencantumkan dan menyebutkan sumber.
KATA PENGANTAR
Dengan mengucapkan puji syukur kehadirat Allah SWT yang telah melimpahkan
karunia beserta rahmat-Nya kepada kita semua, sehingga kami diberikan kekuatan dan
kelancaran dalam menyelesaikan laporan penelitian kami yang berjudul “Fermentasi Kulit
Durian Menjadi Bioetanol Dengan Menggunakan Zymomonas Mobilis ”.
Adapun penyusunan penelitian ini merupakan salah satu syarat yang harus
ditempuh dalam kurikulum program studi S-1 Teknik Kimia dan untuk memperoleh gelar
Sarjana Teknik Kimia di Fakultas Teknologi Industri UPN “Veteran” Jawa Timur,
Surabaya.
Laporan penelitian yang kami dapatkan tersusun atas kerjasama dan berkat bantuan
dari berbagai pihak. Oleh karena itu pada kesempatan ini kami mengucapkan terima kasih
kepada:
1. Bapak Ir. Sutiyono, MT selaku Dekan Fakultas Teknologi Industri UPN “Veteran”
Jawa Timur.
2. Ibu Ir. Retno Dewati, MT selaku Ketua Jurusan Teknik Kimia UPN “Veteran”
Jawa Timur.
3. Ibu Ir. Nana Dyah Siswati, M.Kes selaku Dosen Pembimbing Penelitian.
4. Bapak Ir. Bambang Wahyudi, MS selaku Dosen Penguji Penelitian.
5. Ibu Ir. Nur Hapsari, MT selaku Dosen Penguji Penelitian.
6. Kedua orang tua yang telah memberikan dukungan moril dan material dalam
pelaksanaan dan penyusunan laporan penelitian.
7. Seluruh teman-teman yang telah memberikan dorongan semangat dalam
pelaksanaan dan penyusunan laporan penelitian.
Hak Cipta © milik UPN "Veteran" Jatim :
Dilarang mengutip sebagian atau seluruh karya tulis ini tanpa mencantumkan dan menyebutkan sumber.
Akhir kata, kami menyampaikan maaf atas kesalahan yang terdapat dalam laporan
penelitian ini, semoga dapat memenuhi syarat akademis dan bermanfaat bagi kita semua.
Kritik dan saran yang bersifat membangun demi perbaikan penyusun berikutnya, penyusun
mengucapkan terima kasih.
Surabaya, Oktober 2013
Penyusun
Hak Cipta © milik UPN "Veteran" Jatim :
Dilarang mengutip sebagian atau seluruh karya tulis ini tanpa mencantumkan dan menyebutkan sumber.
Proposal Penelitian
“ Pembuatan Bioetanol dari Limbah Kulit Durian “
DAFTAR ISI
LEMBAR PENGESAHAN ................................................................................... i
KATA PENGANTAR ........................................................................................... ii
DAFTAR ISI ......................................................................................................... iii
DAFTAR TABEL ................................................................................................. v
DAFTAR GAMBAR ............................................................................................. vi
INTISARI .............................................................................................................. vii
BAB I PENDAHULUAN
1.1 Latar Belakang ......................................................................................... 1
1.2 Tujuan Penelitian ...................................................................................... 3
1.3 Manfaat Penelitian .................................................................................... 3
BAB II TINJ AUAN PUSTAKA
2.1 Kulit Durian ............................................................................................. 4
2.2 Selulosa ................................................................................................... 6
2.3 Lignin ...................................................................................................... 7
2.4 Delignifikasi ............................................................................................ 7
2.5 Hidrolisis ................................................................................................. 10
2.6 Fermentasi ............................................................................................... 12
2.7 Bakteri Zymomonas Mobilis .................................................................... 15
2.8 Karakteristik Bioetanol ............................................................................. 17
2.9 Landasan Teori ........................................................................................ 18
2.10 Hipotesis ................................................................................................ 20
iii
Hak Cipta © milik UPN "Veteran" Jatim :
Dilarang mengutip sebagian atau seluruh karya tulis ini tanpa mencantumkan dan menyebutkan sumber.
Proposal Penelitian
“ Pembuatan Bioetanol dari Limbah Kulit Durian “
BAB III METODE PENELITIAN
3.1 Bahan Baku Yang Digunakan ................................................................... 21
3.2 Peralatan Yang Digunakan ....................................................................... 22
3.3 Gambar Rangkaian Alat ............................................................................ 23
3.4 Variable Yang Digunakan ......................................................................... 25
3.5 Prosedur Penelitian .................................................................................. 27
3.6 Prosedur Analisa ...................................................................................... 39
BAB IV HASIL DAN PEMBAHASAN
4.1 Hasil ......................................................................................................... 40
4.1.1 Analisa Bahan Baku ..................................................................... 41
4.1.2 Analisa Kadar Bahan Baku Setelah Proses Delignifikasi .............. 41
4.1.3 Analisa Kadar Glukosa Setelah ProseS Hidrolisis ......................... 42
4.1.4 Pengukuran Kurva Pertumbuhan Bakteri Zymomonas Mobils ....... 43
4.1.5 Analisa Kadar Etanol Pada Proses Fermentasi .............................. 44
4.1.6 Analisa Kadar Glukosa Sisa Setelah Proses Fermentasi ................ 45
4.2 Pembahasan .............................................................................................. 46
4.2.1 Kurva Pertumbuhan Bakteri Zymomonas Mobilis ......................... 46
4.2.2 Hasil Proses Fermentasi ............................................................... 47
4.2.3 Konversi Glukosa Menjadi Etanol ................................................ 48
BAB V KESIMPULAN DAN SARAN
5.1 Kesimpulan .............................................................................................. 49
5.2 Saran ........................................................................................................ 50
DAFTAR PUSTAKA
APPENDIX
LAMPIRAN
iv
Hak Cipta © milik UPN "Veteran" Jatim :
Dilarang mengutip sebagian atau seluruh karya tulis ini tanpa mencantumkan dan menyebutkan sumber.
Proposal Penelitian
“ Pembuatan Bioetanol dari Limbah Kulit Durian “
DAFTAR GAMBAR
Gambar 1
Rumus bangun selulosa ........................................................................ 6
Gambar 2
Rangkaian alat delignifikasi ................................................................. 19
Gambar 3
Rangkaian alat hidrolisis ...................................................................... 19
Gambar 4
Rangkaian alat fermentasi .................................................................... 20
Gambar 5
Rangkaian alat destilasi ........................................................................ 20
Gambar 6
Diagram alir persiapan bahan baku ...................................................... 23
Gambar 7
Diagram alir proses ekstraksi pektin ..................................................... 24
Gambar 8
Diagram alir proses delignifikasi .......................................................... 25
Gambar 9
Diagram alir proses hidrolisis ............................................................... 26
Gambar 10 Diagram alir pembuatan media nutrient agar ........................................ 27
Gambar 11 Diagram alir pembuatan media cair untuk pembiakkan kultur .............. 29
Gambar 12 Diagram alir pengukuran kurva pertumbuhan bakteri ........................... 31
Gambar 13 Diagram alir pembuatan starter ............................................................ 32
Gambar 14 Diagram alir proses fermentasi ............................................................. 34
Gambar 15 Kurva hubungan antara etanol hasil fermentasi terhadap waktu ............ 42
Gambar 16 Konversi glukosa pada kondisi terbaik fermentasi ................................ 43
v
Hak Cipta © milik UPN "Veteran" Jatim :
Dilarang mengutip sebagian atau seluruh karya tulis ini tanpa mencantumkan dan menyebutkan sumber.
Proposal Penelitian
“ Pembuatan Bioetanol dari Limbah Kulit Durian “
DAFTAR TABEL
Tabel 1
Data komposisi buah durian ..................................................................... 4
Tabel 2
Kandungan dari kulit durian per 100 gram ............................................... 5
Tabel 3
Hasil analisa limbah kulit durian .............................................................. 37
Tabel 4
Hasil analisa kadar selulosa dan lignin setelah proses delignifikasi .......... 37
Tabel 5
Hasil analisa kadar glukosa setelah proses hidrolisis ................................ 38
Tabel 6
Hasil pengukuran kurva pertumbuhan bakteri .......................................... 39
Tabel 7
Analisa kadar etanol setelah proses fermentasi ......................................... 40
Tabel 8
Analisa kadar glukosa sisa setelah proses fermentasi ............................... 41
vi
Hak Cipta © milik UPN "Veteran" Jatim :
Dilarang mengutip sebagian atau seluruh karya tulis ini tanpa mencantumkan dan menyebutkan sumber.
INTISARI
Krisis energi di Indonesia akhir – akhir ini disebabkan oleh semakin
meningkatnya kebutuhan manusia akan penggunaan bahan bakar minyak,
sedangkan persediaan minyak atau gas bumi sangat terbatas dan tidak dapat
diperbaharui. Terbatasnya persediaan minyak mengakibatkan kenaikan harga
BBM. di tambah lagi kecenderungan kenaikan harga BBM yang selalu diiringi
dengan meningkatnya harga bahan pokok lainnya. Untuk mengatasi hal tersebut,
diperlukan sumber daya alternatif lain.
Pendekatan yang memungkinkan dengan melakukan penelitian untuk
mendapatkan bahan bakar yang murah dan dapat diperbaharui, yaitu pembuatan
bioetanol dengan memanfaatkan bahan baku limbah kulit durian.
Limbah kulit durian merupakan sumber bahan organik berkadar selulosa
dan tersedia melimpah di Indonesia, sehingga limbah kulit durian dapat
dimanfaatkan menjadi bioetanol. Sebagai energi alternatif pengganti Bahan Bakar
Minyak (BBM), bioetanol memiliki kelebihan dibanding dengan BBM,
diantaranya memiliki kandungan oksigen yang lebih tinggi (35%) sehingga
terbakar lebih sempurna, bernilai oktan lebih tinggi (118) dan lebih ramah
lingkungan karena mengandung emisi gas CO lebih rendah19–25%.
Penelitian ini bertujuan mendapatkan volume starter Zymomonas mobilis
dan waktu fermentasi yang terbaik pada proses pembuatan bioeanol dari limbah
kuli durian. Limbah kulit durian mengalami proses pretreatment terlebih dahulu
untuk menghilangkan kandungan lignin kemudian dilanjutkan dengan proses
hidrolisis untuk mengubah selulosa menjadi glukosa.
Filtrat hasil proses hidrolisis yang mengandung glukosa sebanyak 500 ml
dilanjutkan dengan proses fermentasi dengan volume starter Zymomonas mobilis
10% , 11% , dan 12% ( v/v ) dengan lama fermentasi 5 hari, 6 hari, 7 hari, 8 hari,
dan 9 hari. Kemudian filtrat hasil fermentasi yang mengandung etanol disaring,
selanjutnya filtrat setelah penyaringan di analisa kadar etanol untuk mengetahui
volume starter Zymomonas mobilis yang terbaik dan lama fermentasi yang
terbaik.
Hak Cipta © milik UPN "Veteran" Jatim :
Dilarang mengutip sebagian atau seluruh karya tulis ini tanpa mencantumkan dan menyebutkan sumber.
Kadar etanol terbaik yang dihasilkan dari limbah kulit durian pada volume
starter 11% dengan lama fermenasi 8 hari yaitu sebesar 10,04%. Kemudian hasil
etanol erbaik ini di destilasi pada suhu 80oC sehingga menghasilkan bioetanol
dengan konsentrasi 40,59%.
Hak Cipta © milik UPN "Veteran" Jatim :
Dilarang mengutip sebagian atau seluruh karya tulis ini tanpa mencantumkan dan menyebutkan sumber.
Laporan Hasil Penelitian
“ Fermentasi Kulit Durian Menjadi Bioetanol
Menggunakan Zymomonas Mobilis “
BAB I
PENDAHULUAN
1.1. LATAR BELAKANG
Dunia industri dimasa sekarang sedang terfokus pada pencarian energi
alternetif bahan bakar dari biomassa sebagai sumber energi terbarukan.
Kebutuhan energi dunia semakin meningkat sementara persediaan energi dari
bahan bakar fosil yang selama ini diandalkan jumlahnya terbatas. Oleh karena itu,
diperlukan sumber energi alternatif yang mampu mengatasi krisis energi tersebut.
Energi terbarukan terus dikaji baik dari segi bahan baku maupun teknologi
pembuatannya. Sudah banyak dilakukan penelitian tentang bahan baku yang
berpotensi sebagai sumber energi alternatif. Salah satu sumber energi alternatif
yang sedang dikembangkan adalah bioetanol. Bioetanol dapat diproduksi dengan
cara fermentasi glukosa menggunakan bantuan bakteri sebagai mikroorganisme
pengubah glukosa menjadi alkohol.
Berdasarkan penelitian, kulit durian mengandung bahan yang tersusun
dari selulosa yang tinggi (50% - 60 %) dan lignin (5%) serta pati yang rendah
(5%) (Ade Fadli,2010). Bahan-bahan ini merupakan bahan yang mudah terbakar.
Hal ini menjadi sebuah indikasi bahwa kulit durian dapat diolah menjadi bahan
bakar alternatif. Kandungan selulosa pada kulit durian yang cukup tinggi
menjadikan pertimbangan yang banyak untuk menjadikan kulit durian sebagai
bioetanol. Untuk mendapatkan alkohol, selulosa pada kulit durian tersebut perlu
dihidrolisa terlebih dahulu sehingga didapat glukosa. Kemudian glukosa hasil
hidrolisa difermentasi menjadi alkahol (Brown, 1997).
Program Studi Teknik Kimia
Fakultas Teknologi Industri
Universitas Pembangunan Nasional “Veteran” Jawa Timur
Surabaya
1
Hak Cipta © milik UPN "Veteran" Jatim :
Dilarang mengutip sebagian atau seluruh karya tulis ini tanpa mencantumkan dan menyebutkan sumber.
Laporan Hasil Penelitian
“ Fermentasi Kulit Durian Menjadi Bioetanol
Menggunakan Zymomonas Mobilis “
Fermentasi alcohol skala komersial sebagian besar dilakukan oleh
mikroorganisme, salahsatunya Saccaromyces Cerevisiae. Namun Saccaromyces
Cerevisiae ternyata memiliki banyak kekurangan diantaranya adalah tidak tahan
dengan konsentrasi tinggi dari alcohol yang dihasilkan. Zymomonas mobilis
memiliki beberapa kelebihan dibandingkan Saccaromyces Cerevisiae, diantaranya
lebih toleran terhadap suhu, pH rendah serta tahan terhadap alcohol konsentrasi
tinggi. (Zhang at al, 2010)
Buah durian banyak diproduksi di Indonesia dan tersebar di beberapa
kabupaten/kota. Pada tahun 2010, total produksi buah durian sebanyak 492.139
ton dan pada tahun 2011 total produksi durian mencapai 883.969 ton (Badan
Pusat Statistik Indonesia,2011). Jumlah ini diperkirakan terus bertambah
mengingat permintaan pasar sampai dua puluh tahun kedepan masih menjanjikan.
Dengan jumlah produksi durian yang besar, maka akan didapat kulit durian yang
banyak pula. Pemanfaatan kulit durian masih jarang dilakukan sehingga penelitian
untuk mengubah kulit durian menjadi sumber energi alternatif memberikan nilai
tambah yang cukup besar.
Melihat dan mempertimbangkan kelebihan dari kulit durian yang telah
dikemukakan diatas, maka dari itu dilakukan penelitian tentang Fermentasi Kulit
Durian Menjadi Bioetanol Dengan Menggunakan Zymomonas Mobilis yang
diharapkan dapat membantu mengatasi permasalahan sampah dan krisis energy.
Program Studi Teknik Kimia
Fakultas Teknologi Industri
Universitas Pembangunan Nasional “Veteran” Jawa Timur
Surabaya
2
Hak Cipta © milik UPN "Veteran" Jatim :
Dilarang mengutip sebagian atau seluruh karya tulis ini tanpa mencantumkan dan menyebutkan sumber.
Laporan Hasil Penelitian
“ Fermentasi Kulit Durian Menjadi Bioetanol
Menggunakan Zymomonas Mobilis “
1.2. TUJ UAN PENELITIAN :
Tujuan dari penelitian ini adalah mendapatkan volume starter Zymomonas
mobilis dan waktu fermentasi yang terbaik pada proses pembuatan bioetanol dari
kulit durian sehingga diperoleh hasil yang optimal.
1.3. MANFAAT PENELITIAN :
Manfaat yang diharapkan dari penelitian ini antara lain :
1. Mengurangi banyaknya limbah kulit durian.
2. Memberikan informasi bahwa kulit durian dapat digunakan sebagai bahan baku
pembuatan bioetanol.
Program Studi Teknik Kimia
Fakultas Teknologi Industri
Universitas Pembangunan Nasional “Veteran” Jawa Timur
Surabaya
3
Hak Cipta © milik UPN "Veteran" Jatim :
Dilarang mengutip sebagian atau seluruh karya tulis ini tanpa mencantumkan dan menyebutkan sumber.
Laporan Hasil Penelitian
“Fermentasi Kulit Durian Menjadi Bioetanol
Menggunakan Zymomonas Mobilis “
BAB II
TINJ AUAN PUSTAKA
2.1. Kulit Durian
Durian merupakan salah satu jenis buah yang memiliki banyak manfaat
yaitu sebagai olahan bahan makanan dan juga sebagai buah segar, terdapat juga
manfaat dari bagian lainnya yaitu tanamannya dapat digunakan untuk mencegah
erosi pada lahan atau tanah yang miring, batangnya dapat dipergunakan untuk
bahan bangunan atau perkakas rumah tangga, sedangkan bijinya memiliki
kandungan pati yang cukup tinggi dan dapat dimanfaatkan untuk alternatif
pengganti makanan dan untuk kulitnya digunakan dalam pembuatan abu gosok
dengan cara dijemur lalu dibakar sampai hancur. Musim berbunga durian jatuh
pada musim kemarau yaitu bulan juni sampai september dan sehingga pada bulan
oktober sampai februari buah durian sudah dapat dipanen. Berikut merupakan data
produksi buah durian dari beberapa negara per tahunnya.
Tabel 1. Data produksi buah durian per tahun dari beberapa negara
Negara
Jumlah Produksi per Tahun
Filipina
16.700 ton
( 2.030 ha )
Malaysia
262.000 ton
( 42.000 ha )
Thailand
444.500 ton
( 84.700 ha )
Indonesia
275.717 ton
( 45.372 ha )
Sumber : Fifi Nurfiana, 2009
Program Studi Teknik Kimia
Fakultas Teknologi Industri
Universitas Pembangunan Nasional “Veteran” Jawa Timur
Surabaya
4
Hak Cipta © milik UPN "Veteran" Jatim :
Dilarang mengutip sebagian atau seluruh karya tulis ini tanpa mencantumkan dan menyebutkan sumber.
Laporan Hasil Penelitian
“Fermentasi Kulit Durian Menjadi Bioetanol
Menggunakan Zymomonas Mobilis “
Pada tabel 1 dapat terlihat bahwa Indonesia merupakan negara dengan
jumlah produksi buah durian yang cukup banyak dan sangat disayangkan apabila
kulit durian yang sering dianggap sebagai limbah ataupun sampah yang tidak
berguna tidak dimanfaatkan untuk sesuatu yang lebih besar manfaatnya dan
bernilai lebih ekonomis yaitu pembuatan bioetanol.
Berdasarkan penelitian, diketahui bahwa kandungan kulit durian
mengandung selulose yang tinggi, sehingga kulit durian dapat dijadikan bioetanol.
Kandungan unsur pada kulit durian dalam 100 gram secara lengkap disajikan pada
tabel 2:
Tabel 2: Kandungan dari kulit durian per 100 gram
Unsur
Selulosa
Lignin
Pati
Persentase
50% - 60%
5%
5%
Sumber : Ade Fadli, 2010
Pada tabel 2 telah terlihat bahwa kandungan selulosa dalam kulit durian
cukup tinggi yaitu berkisar 50% - 60% dan merupakan angka yang potensial
untuk pengolahan selulosa menjadi etanol.
Selulosa dihidrolisis untuk
menghasilkan glukosa dalam kadar yang tinggi melalui pemanasan kemudian ukur
kadar glukosanya. Dan glukosa inilah yang difermentasi untuk menghasilkan
etanol.
Program Studi Teknik Kimia
Fakultas Teknologi Industri
Universitas Pembangunan Nasional “Veteran” Jawa Timur
Surabaya
5
Hak Cipta © milik UPN "Veteran" Jatim :
Dilarang mengutip sebagian atau seluruh karya tulis ini tanpa mencantumkan dan menyebutkan sumber.
Laporan Hasil Penelitian
“Fermentasi Kulit Durian Menjadi Bioetanol
Menggunakan Zymomonas Mobilis “
2.2.
Selulosa
Selulosa (C6H10O5)n adalah polimer berantai panjang polisakarida
karbohidrat, dari beta-glukosa. Selulosa berfungsi sebagai bahan struktur dalam
jaringan tumbuhan dalam bentuk campuran polimer homolog dan biasanya
disertai polosakarida lain dan lignin dalam jumlah yang beragam. Molekul
selulosa memanjang dan kaku, meskipun dalam larutan. Gugus hidroksil yang
menonjol dari rantai dapat membentuk ikatan hidrogen dengan mudah,
mengakibatkan kekristalan dalam batas tertentu. Derajat kekristalan yang tinggi
menyebabkan modulus kekenyalan sangat meningkat dan daya regang serat
selulosa menjadi lebih besar dan mengakibatkan makanan yang mengangung
selulosa lebih liat. Selulosa yang merupakan polisakarida terbanyak di bumi dapat
diubah menjadi glukosa dengan cara hidrolisis asam (Groggins,1958). Adapun
rumus bangun selulosa dapat dilihat pada Gambar 4.
Gambar 1. Rumus Bangun Selulosa
Program Studi Teknik Kimia
Fakultas Teknologi Industri
Universitas Pembangunan Nasional “Veteran” Jawa Timur
Surabaya
6
Hak Cipta © milik UPN "Veteran" Jatim :
Dilarang mengutip sebagian atau seluruh karya tulis ini tanpa mencantumkan dan menyebutkan sumber.
Laporan Hasil Penelitian
“Fermentasi Kulit Durian Menjadi Bioetanol
Menggunakan Zymomonas Mobilis “
2.3. Liginin
Lignin terbentuk dari gugus aromatik yang saling dihubungkan dengan
rantai alifatik, yang terdiri dari 2-3 karbon. Lignin merupakan komponen kimia
kayu yang sangat tidak diharapkan kehadirannya dalam produk pulp karena dapat
menurunkan ketahanan fisik pulp dan menyebabkan warna pulp gelap sehingga
meningkatkan konsumsi bahan kimia dalam proses pemutihan (Casey 1980). Dari
segi morfologi, lignin merupakan senyawa amorf yang terdapat dalam lamella
tengah majemuk maupun dalam dinding sekunder. Selama perkembangan sel,
lignin dikategorikan sebagai komponen terakhir dalam dinding sel yang dapat
menembus di antara fibril-fibril sehingga dapat memperkuat dinding sel
(Oktaveni, D. 2009).
Lignin terdapat di antara sel-sel dan dalam dinding sel serta berfungsi
sebagai perekat untuk mengikat sel-sel agar tetap bersama. Keberadaan lignin
dalam dinding sel sangat erat hubungannya dengan selulosa yang berfungsi untuk
memberikan ketegaran pada sel, berpengaruh dalam memperkecil perubahan
dimensi sehubungan dengan perubahan air kayu dan mengurangi degradasi
terhadap selulosa. Konsentrasi lignin tertinggi terdapat dalam lamella tengah dan
akan semakin mengecil pada lapisan dinding sekunder (Oktaveni, D. 2009)).
2.4. Delignifikasi
Proses
pembuatan
pulp (delignifikasi) secara komersial dapat
diklasifikasikan dalam proses mekanis, semi kimia (kombinasi kimia dan
mekanis) dan kimia. Produk yang dihasilkan mempunyai karakteristik
yang
berbeda. Pemilihan jenis proses pembuatan pulp tergantung kepada spesies kayu
yang tersedia dan penggunaan akhir dari
pulp yang diproduksi. Proses kimia
mendominasi hampir seluruh Dunia.
Program Studi Teknik Kimia
Fakultas Teknologi Industri
Universitas Pembangunan Nasional “Veteran” Jawa Timur
Surabaya
7
Hak Cipta © milik UPN "Veteran" Jatim :
Dilarang mengutip sebagian atau seluruh karya tulis ini tanpa mencantumkan dan menyebutkan sumber.
Laporan Hasil Penelitian
“Fermentasi Kulit Durian Menjadi Bioetanol
Menggunakan Zymomonas Mobilis “
Macam – macam proses pembuatan pulp secara kimia :
a. Proses Sulfat ( kraft )
Merupakan proses pemasakan dengan
metode proses
basa.
Larutan perebusan yang digunakan adalah 5,86% NaOH, 17,1 % Na2 S
dan 14,3% Na2 CO3 . Proses ini disebut juga dengan proses Kraft. Hasil
pulp relatif baik daya tariknya, tetapi warna kurang baik sehingga
sulit
untuk diputihkan.
b. Proses Sulfit
Merupakan proses pemasakan dengan metode asam. Bahan
baku dalam proses ini adalah kayu
lunak.
Larutan
perebus yang
digunakan adalah 7% berat SO2, 4,5% H2SO4, Mg(H2SO3)2 dan 2,5% berat
Ca(HSO3)2. Proses
pemasakan dijalankan pada suhu 125 – 160OC,
tekanan 70 – 90 Psi dan waktu 7 – 12 jam.
PULP yang dihasilkan berwarna keruh, tetapi mudah dipucatkan.
Kerugian yang timbul adalah larutan pemasak menggunakan bahan dasar
kation Calsium, yang akan mempersulit dalam mengambilnya. Calsium
akan menyebabkan kerak pada alat – alat pemasak
c. Proses Soda
Merupakan
proses pemasakan
dengan metode proses
basa.
Larutan perebus yang digunakan adalah NaOH. Proses ini sangat cocok
digunakan
untuk
bahan
baku non – kayu. Pada proses Soda proses
lebih menguntungkan dari segi teknis dan ekonomis dibandingkan
dengan menggunakan proses lain, karena tidak membuat
limbah yang
begitu berbahaya di lingkungan sekitar.
Program Studi Teknik Kimia
Fakultas Teknologi Industri
Universitas Pembangunan Nasional “Veteran” Jawa Timur
Surabaya
8
Hak Cipta © milik UPN "Veteran" Jatim :
Dilarang mengutip sebagian atau seluruh karya tulis ini tanpa mencantumkan dan menyebutkan sumber.
Laporan Hasil Penelitian
“Fermentasi Kulit Durian Menjadi Bioetanol
Menggunakan Zymomonas Mobilis “
d. Proses Nitrat
Penggunaan
asam
nitrat
sebagai
larutan
pemasak
telah
mendapatkan perhatian dalam beberapa tahun dan terus dikembangkan.
Pada proses ini bahan baku direbus dengan HNO3 dalam pemanas air.
Bahan yang sudah diolah direbus lagi dengan NaOH 2 % berat selama 45
menit
untuk melarutkan
lignin
yang
rusak. Proses
yang
pernah
dilakukan digunakan HNO3 0,52 % - 0,54 % berat selama 0,5 – 3,5 jam
dan larutan soda api 2 % berat dengan waktu perebusan 45 menit, suhu
98ºC.
e. Proses Organosolv
Proses
organosolv adalah proses pemisahan serat dengan
menggunakan bahan kimia organik seperti misalnya metanol,
etanol,
aseton, asam asetat, dan lain-lain. Proses ini telah terbukti memberikan
dampak yang baik bagi lingkungan
dan
sangat
efisien dalam
pemanfaatan sumber daya hutan. (Susilowati, 2012)
Dengan menggunakan proses organosolv diharapkan permasalahan
lingkungan yang dihadapi oleh industri pulp dan kertas akan dapat diatasi. Hal ini
karena proses organosolv memberikan beberapa
keuntungan, antara lain yaitu
rendemen pulp yang dihasilkan tinggi, daur ulang lindi hitam dapat dilakukan
dengan mudah, tidak menggunakan unsur sulfur sehingga lebih aman terhadap
lingkungan, karena menghasilkan limbah yang bersifat ramah lingkungan.
Proses organosolv pada pulping dengan bahan kimia etanol mempunyai
banyak keuntungan antara lain: daur ulang lindi hitam mudah dilakukan, tidak
menggunakan unsur sulfur sehingga lebih ramah terhadap lingkungan. Proses
pembuatan Pulp dimulai dari proses ektraksi pektin dengan menggunakan asam
asetat dan waktu pengadukan 75 menit, untuk memisahkan pektin. Kemudian
diteruskan proses delignifikasi dengan meenggunakan etanol.
Program Studi Teknik Kimia
Fakultas Teknologi Industri
Universitas Pembangunan Nasional “Veteran” Jawa Timur
Surabaya
9
Hak Cipta © milik UPN "Veteran" Jatim :
Dilarang mengutip sebagian atau seluruh karya tulis ini tanpa mencantumkan dan menyebutkan sumber.
Laporan Hasil Penelitian
“Fermentasi Kulit Durian Menjadi Bioetanol
Menggunakan Zymomonas Mobilis “
Menurut penelitian Susilowati, 2012, hasil terbaik untuk delignifikasi
dengan menggunakan pelarut etanol yaitu, pada waktu pemasakan selama 120
menit dan konsentrasi 40%, dengan yield sebesar 63.2% dengan komposisi lignin
sebelum proses delignifikasi sebanyak 196.5955 mg/l dan setelah proses
delignifikasi sebanyak 2.0995 mg/l, sehingga penurunan ligninnya sebesar 98.9%.
2.5. Hidrolisis
Hidrolisis adalah reaksi kimia antara air dengan suatu zat lain yang
menghasilkan suatu zat baru atau lebih dan juga dekomposisi suatu larutan dengan
menggunakan air. Proses ini melibatkan pengionan molekul air ataupun peruraian
senyawa yang lain. Hidrolisis diterapkan pada reaksi kimia yang berupa organik
atau anorganik dimana air mempengaruhi dekomposisi ganda dengan campuran
yang lain, hidrogen akan membentuk satu komponen dan hidroksil ke komponen
yang lain, reaksi hidrolisis selulose berlangsung menurut persamaan reaksi
sebagai berikut:
(C6H10O5)n + n H20
Selulose
air
n ( C6H1206 )
glukosa
Karena reaksi antara selulose dengan air berlangsung sangat lambat, maka
untuk memperbesar kecepatan reaksinya diperlukan penambahan katalisator.
Penambahan katalisator ini berfungsi untuk memperbesar keaktifan air, sehingga
reaksi hidrolisis tersebut berjalan lebih cepat. Katalisator yang sering digunakan
adalah asam sulfat, asam nitrat, dan asam klorida (T Handoko, 2012)
Program Studi Teknik Kimia
Fakultas Teknologi Industri
Universitas Pembangunan Nasional “Veteran” Jawa Timur
Surabaya
10
Hak Cipta © milik UPN "Veteran" Jatim :
Dilarang mengutip sebagian atau seluruh karya tulis ini tanpa mencantumkan dan menyebutkan sumber.
Laporan Hasil Penelitian
“Fermentasi Kulit Durian Menjadi Bioetanol
Menggunakan Zymomonas Mobilis “
Menurut Groggins (1958), jenis hidrolisis ada lima macam yaitu sebagai
berikut :
1.
Hidrolisis murni
Pada proses ini hanya melibatkan air saja. Proses ini tidak dapat
menghidrolisis secara efektif karena reaksi berjalan lambat. Hidrolisis
murni ini biasanya hanya untuk senyawa yang sangat reaktif dan reaksinya
dapat dipercepat dengan memakai uap air.
2.
Hidrolisis dengan larutan asam
Menggunakan larutan asam sebagai katalis. Larutan asam yang
digunakan dapat encer atau pekat, seperti H2SO4 atau HCl.
3.
Hidrolisis larutan basa
Menggunakan larutan basa encer maupun pekat sebagai katalis.
Basa yang digunakan pada umumnya adalah NaOH atau KOH. Selain
berfungsi sebagai katalis, larutan basa pada proses hidrolisis berfungsi
untuk mengikat asam sehingga kesetimbangan akan bergeser ke kanan.
4.
Alkali fusion
Hidrolisis ini dilakukan tanpa menggunakan air pada suhu tinggi,
misalnya dengan menggunakan NaOH padat.
5.
Hidrolisis dengan enzym
Hidrolisis ini dilakukan dengan mengunakan enzym sebagai
katalis. Enzym yang digunakan dihasilkan dari mikroba seperti enzym αamylase yang dipakai untuk hidrolisis pati menjadi glukosa dan maltosa.
Program Studi Teknik Kimia
Fakultas Teknologi Industri
Universitas Pembangunan Nasional “Veteran” Jawa Timur
Surabaya
11
Hak Cipta © milik UPN "Veteran" Jatim :
Dilarang mengutip sebagian atau seluruh karya tulis ini tanpa mencantumkan dan menyebutkan sumber.
Laporan Hasil Penelitian
“Fermentasi Kulit Durian Menjadi Bioetanol
Menggunakan Zymomonas Mobilis “
Hidrolisis yang paling banyak digunakan untuk menghidrolisis selulosa
yaitu hidrolisis secara asam. Beberapa jenis asam yang sering digunakan dalam
hidrolisis ini yaitu asam sulfat ( H2SO4 ), asam perklorat, dan asam klorida (HCl).
Hidrolisis asam dapat dikelompokkkan menjadi hidrolisis asam pekat dan
hidrolisis asam encer ( Taherzadeh, M. 2007 ).
Penggunaan asam pekat dalam proses hidrolisis selulosa dilakukan pada
temperatur yang lebih rendah dari penggunaan asam encer. Konsentrasi asam
yang digunakan yaitu 10% - 30% ( Zimbardi.et.al ).
Temperatur reaksi yang digunakan 100oC dan membutuhkan waktu 2 – 6
jam. Temperatur yang rendah akan meminimalisasi degradasi gula. Keuntungan
menggunakan asam pekat ini adalah konversi gula yang dihasilkan dapat
mencapai 90% ( Badger, 2002 ) kemudian glukosa difermentasi menggunakan
bakteri atau ragi untuk mengkonversi gula menjadi etanol.
Menurut penelitian Yatim, 2011, hidrolisis menggunakan katalis HCl
konsentrasi 20% (v/v) menghasilkan glukosa dengan kadar yang lebih tinggi
daripada menggunakan katalis H2SO4
2.6. Fer mentasi
Proses produksi etanol dikenal ada dua macam, yakni dengan sintesa
kimia dan fermentasi. Cara fermentasi lebih banyak digunakan dalam dunia
industri saat ini, dikarenakan kondisi operasi yang aman, yakni suhu yang
diperlukan adalah suhu ruang (ambient) dan tidak memerlukan tekanan operasi
yang tinggi, cukup takanan atmosferik (Puspita, E., 2010).
Fermentasi sendiri adalah penguraian senyawa organik menjadi senyawa
sederhana dengan bantuan mikroorganisme sehingga menghasilkan energi
(Fardiaz, 1987). Reaksi fermentasi glukosa menjadi etanol berlangsung menurut
persamaan reaksi sebagai berikut:
(C6H12O6)
Glukosa
Mikoorganisme
2( C2H5OH ) + 2CO2
Etanol
Program Studi Teknik Kimia
Fakultas Teknologi Industri
Universitas Pembangunan Nasional “Veteran” Jawa Timur
Surabaya
12
Hak Cipta © milik UPN "Veteran" Jatim :
Dilarang mengutip sebagian atau seluruh karya tulis ini tanpa mencantumkan dan menyebutkan sumber.
Laporan Hasil Penelitian
“Fermentasi Kulit Durian Menjadi Bioetanol
Menggunakan Zymomonas Mobilis “
Faktor - faktor yang mempengaruhi dalam proses fermentasi antara lain
sebagai berikut :
1.
Nutrien
Unsur-unsur dasar untuk suplai zat gizi mikroba adalah karbon,
nitrogen, hidrogen, oksigen, sulfur, fosfor, magnesium, zat besi dan
sejumlah kecil logam lainnya. Karbon dan sumber energi untuk hampir
semua bakteri yang berhubungan dengan bahan pangan, dapat diperoleh
dari jenis gula karbohidrat sederhana seperti glukosa. Tergantung dari
spesiesnya, kebutuhan nitrogen dapat diperoleh dari sumber-sumber
anorganik seperti (NH4)2SO4 atau NaNO3 atau sumber-sumber organik
seperti asam amino dan protein. Molekul-molekul kompleks dari zat-zat
organik seperti polisakarida, lemak dan protein harus dipecahkan terlebih
dahulu menjadi unit yang lebih sederhana sebelum zat tersebut dapat
masuk ke dalam sel dan dipergunakan. Pemecahan awal ini dapat terjadi
akibat ekskresi enzim ekstraseluler – suatu sifat yang sangat erat
hubungannya dengan pembusukan bahan pangan.
2.
Suhu
Suhu adalah salah satu faktor lingkungan terpenting yang
mempengaruhi kehidupan dan
pertumbuhan
organisme.
Beberapa
mikroorganisme dapat tumbuh pada kisaran suhu yang luas. Berkaitan
dengan suhu pertumbuhan dikenal suhu minimum, maksimum dan
optimum. Suhu minimum adalah suhu yang paling rendah dimana kegiatan
mikroba masih berlangsung. Suhu optimum adalah suhu yang paling baik
untuk kehidupan jasad. Sedangkan suhu maksimum adalah suhu tertinggi
yang masih dapat menumbuhkan mikroba tetapi pada tingkat kegiatan
fisiologi yang paling rendah.
Program Studi Teknik Kimia
Fakultas Teknologi Industri
Universitas Pembangunan Nasional “Veteran” Jawa Timur
Surabaya
13
Hak Cipta © milik UPN "Veteran" Jatim :
Dilarang mengutip sebagian atau seluruh karya tulis ini tanpa mencantumkan dan menyebutkan sumber.
Laporan Hasil Penelitian
“Fermentasi Kulit Durian Menjadi Bioetanol
Menggunakan Zymomonas Mobilis “
3.
pH
Setiap
organisme
mempunyai
kisaran
nilai
pH
dimana
pertumbuhan masih memungkinkan. Masing-masing mikroorganisme
biasanya mempunyai pH optimum.untuk menjaga agar pH dalm medium
konstan, maka perlu ditambahkan zat-zat buffer, misalnya KH2PO4 dan
K2HPO4. Dalam campuran garam tersebut garam-garam dibasis akan
mengadsorbsi ion-ion H, sedangkan garam-garam monoabsis akn
menyerap ion OH.
4.
Jumlah Starter
Kuantitas starter yang ditambahkan dalam media bergantung pada
temperatur inkubasi, kurang lebih 5 – 10 % (v/v). Pada umumnya jumlah
starter yang ditambahkan tergantung pada keasaman starter, suhu dan lama
fermentasi yang diinginkan.
5.
Lama Fermentasi
Lama fermentasi adalah waktu yang dibutuhkan oleh suatu
mikroorganisme untuk merombak bahan menjadi lebih sederhana. Media
bisa berupa karbohidrat atau protein. Lama fermentasi dipengaruhi oleh
konsentrasi
gula,
kultur
yang
digunakan
dan
suhu
fermentasi
(Yudoamidjojo, M. 1992).
Fermentasi etanol skala komersial sebagian besar dilakukan oleh
mikroorganisme, salah satunya Saccaromyces cerevisiae yang menghasilkan
etanol (Yudoamijoyo, M. 1992).
Namun Saccaromyces cerevisiae ternyata memilki beberapa kekurangan,
diantaranya adalah tidak tahan dengan konsentrasi tinggi dari etanol yang
dihasilkan. Zymomonas mobilis memiliki beberapa kelebihan dibandingkan
Program Studi Teknik Kimia
Fakultas Teknologi Industri
Universitas Pembangunan Nasional “Veteran” Jawa Timur
Surabaya
14
Hak Cipta © milik UPN "Veteran" Jatim :
Dilarang mengutip sebagian atau seluruh karya tulis ini tanpa mencantumkan dan menyebutkan sumber.
Laporan Hasil Penelitian
“Fermentasi Kulit Durian Menjadi Bioetanol
Menggunakan Zymomonas Mobilis “
Saccaromyces cerevisiae, diantaranya lebih toleran terhadap suhu, pH rendah,
serta tahan terhadap etanol konsentrasi tinggi (Zhang, K. 2010).
Starter merupakan kumpulan mikroorganisme yang siap diinokulasikan ke
dalam medium fermentasi. Pada dasarnya pertumbuhan sel mikroba berlangsung
tanpa batas. Tetapi, karena pertumbuhan berlangsung dengan mengkonsumsi
nutrien sekaligus mengeluarkan (eksresi) produk-produk metabolisme yang
terbentuk, maka setelah waktu tertentu laju pertumbuhan akan menurun dan
akhirnya berhenti sama sekali. Pertumbuhan berhenti dapat disebabkan karena
beberapa nutrien esensial dalam medium atau karena terjadinya akumulasi
autotoksin dalam medium atau kombinasi keduanya (Hutkins, 2006).
Berdasarkan hasil penelitian terdahulu Mushlihah dkk. (2011) disebutkan
bahwa umur starter yang baik digunakan sebagai inokulum media fermentasi
adalah di sepanjang fase eksponensial, karena pada fase ini sel mikroorganisme
memilki kemampuan membelah yang maksimum. Umumnya umur kultur yang
digunakan diambil pada pertengahan fase eksponensial.
2.7. Bakteri Zymomonas Mobilis
Proses fermentasi menjadi bioetanol ini menggunakan bakteri Zymomonas
mobilis adalah bakteri yang berbentuk batang dan termasuk salah satu bakteri
gram
negative,
tidak
dapat
bergerak
dan
tidak
membentuk
spora
( Lee, et al, 1979 ).
Bakteri ini merupakan salah satu jenis bakteri yang paling banyak
digunakan dalam perusahaan yang bergerak dalam produksi bioetanol, hal ini
dikarenakan bakteri tersebut memiliki kemampuan melebihi ragi dalam beberapa
aspek.
Program Studi Teknik Kimia
Fakultas Teknologi Industri
Universitas Pembangunan Nasional “Veteran” Jawa Timur
Surabaya
15
Hak Cipta © milik UPN "Veteran" Jatim :
Dilarang mengutip sebagian atau seluruh karya tulis ini tanpa mencantumkan dan menyebutkan sumber.
Laporan Hasil Penelitian
“Fermentasi Kulit Durian Menjadi Bioetanol
Menggunakan Zymomonas Mobilis “
Menurut Gunasekaran, 1999 Zymomonas Mobilis memiliki beberapa
kelebihan dibandingkan dengan Sacharomyces Cerevisieae yaitu:
1. Dapat tumbuh secara anaerob fakultatif dan mempunyai toleransi suhu yang
tinggi.
2. Mempunyai kemampuan untuk mencapai konversi yang lebih tinggi sampai
dengan 16% v/v.
3. Tahan terhadap kadar etanol yang tinggi.
4. Suhu optimum proses fermentasi pada kisaran pH 4 - 7
5. Mampu menghasilkan yield etanol 92% dari nilai teoritisnya.
Karakteristik menarik Zymomonas mobilis adalah bahwa perusahaan
membran plasma mengandung hopanoid, senyawa pentasiklik mirip dengan
eukariotik sterol. Hal ini memungkinkan untuk memiliki toleransi yang luar biasa
untuk kondisi lingkungan yang mengandung etanol sekitar 14 – 15 %
(Gunasekaran et al., 1986).
Berdasarkan referensi dari hasil penelitian sebelumnya yaitu Mushlihah,
dkk. (2011) dapat diketahui bahwa setiap mikroorganisme memilki bentuk kurva
pertumbuhan yang spesifik. Hal tersebut juga terlihat pada kurva pertumbuhan
Zymomonas mobilis. Zymomonas mobilis memilki beberapa fase diantaranya fase
lag yaitu jam ke-0 sampai jam ke-3. Selanjutnya fase eksponensial pada jam ke-3
sampai jam ke-14. Fase eksponensial merupakan fase yang penting dalam
pertumbuhan Zymomonas mobilis. Setelah fase stasioner, dimana jumlah sel
cenderung tidak berubah, yaitu pada jam ke-14 sampai jam ke-24
Program Studi Teknik Kimia
Fakultas Teknologi Industri
Universitas Pembangunan Nasional “Veteran” Jawa Timur
Surabaya
16
Hak Cipta © milik UPN "Veteran" Jatim :
Dilarang mengutip sebagian atau seluruh karya tulis ini tanpa mencantumkan dan menyebutkan sumber.
Laporan Hasil Penelitian
“Fermentasi Kulit Durian Menjadi Bioetanol
Menggunakan Zymomonas Mobilis “
2.8. Karakeristik Bioetanol
Etanol sebagai campuran bahan bakar fosil merupakan salah satu pilihan
alternatif yang banyak diaplikasikan di berbagai negara, termasuk Indonesia.
Indonesia sebagai negara agraris, memilki bahan-bahan biomassa yang potensial
untuk dikembangkan menjadi bioetanol (Puspita dkk., 2010). Berikut adalah
Spesifikasi Kandungan Bioetanol :
Tabel 3 : Spesifikasi kandungan bioetanol
Sifat Fisik
Massa molekul relative
Titik beku
Titik didih normal
Densitas pada 20oC
Viscositas 20oC
Kalor Spesifik 20oC
Kalor Pembakaran 25oC
Kalor Penguapan
Kuantitatif
46.07 g/mol
-114.1OC
78.32 OC
0.7893 g/ml
1.17 Cp
0.579 Kal/gOC
7092.1 Kal/g
200.6
Sumber : Rizani, 2000
Bioetanol memiliki kelebihan dari pada BBM yaitu kadar oksigen yang
lebih tinggi ( 35% ) sehingga terbakar lebih sempurna, bernilai oktan lebih tinggi
yaitu 118, dan yang terpenting lebih aman lingkungan karena mengandung emisi
gas CO2 sekiar 19 – 25 % (Indartono, Y., 2005) dan bioetanol ini dapat diproduksi
oleh mikroorganisme secara terus menerus dengan bahan yang mengandung
karbohidrat, dimana dapat digolongkan sebagai bahan bergula ( tebu, molase, bit
gula ), bahan berpati ( jagung, ubi kayu dan kentang ), dan bahan berselulosa (
kayu dan limbah industri pertanian ).
Program Studi Teknik Kimia
Fakultas Teknologi Industri
Universitas Pembangunan Nasional “Veteran” Jawa Timur
Surabaya
17
Hak Cipta © milik UPN "Veteran" Jatim :
Dilarang mengutip sebagian atau seluruh karya tulis ini tanpa mencantumkan dan menyebutkan sumber.
Laporan Hasil Penelitian
“Fermentasi Kulit Durian Menjadi Bioetanol
Menggunakan Zymomonas Mobilis “
2.9. Landasan Teori
Selulosa dari kulit durian dapat diubah menjadi bioetanol dengan proses
delignifikasi organosolv menggunakan asam sitrat sebagai pengekstrak pektin dan
etanol konsentrasi 40% selama 120 menit pada suhu 50OC sebagai penghilang
lignin sehingga didapatkan selulosa dengan kadar tinggi. (Susilowati, 2012).
Selulosa & Lignin
Delignifikasi
Selulosa
Kemudian dilanjutkan dengan proses hidrolisis. Hidrolisis yang paling
sering digunakan untuk menghidrolisis selulosa adalah proses hidrolisis asam
dengan kadar tertentu. Beberapa asam yang umum digunakan untuk hidrolisis
asam antara lain adalah asam sulfat (H2SO4), asam perklorat, dan HCl. Hidrolisis
asam dapat dikelompokkan menjadi hidrolisis asam pekat dan hidrolisis asam
encer (Taherzadeh, M., 2007).
Hidrolisis menggunakan katalis HCl konsentrasi 20% dapat menghasilkan
glukosa dengan kadar yang tinggi (Siswat, N. D., 2012). Reaksi hidrolisis seperti
dibawah ini :
(C6H10O5)n + n H20
Selulosa
air
HCl
n ( C6H1206 )
glukosa
Penggunaan asam pekat pada proses hidrolisis selulosa dilakukan pada
temperatur yang lebih rendah daripada asam encer. Konsentrasi asam yang
digunakan adalah 10 – 30% (Zimbardi et.al).
Temperatur reaksi adalah 100oC dan membutuhkan waktu reaksi antara 2–
6 jam. Temperatur yang lebih rendah meminimalisasi degradasi gula. Keuntungan
dari penggunaan asam pekat ini adalah konversi gula yang dihasilkan tinggi, yaitu
bisa mencapai konversi 90% (Badger, 2002),
Program Studi Teknik Kimia
Fakultas Teknologi Industri
Universitas Pembangunan Nasional “Veteran” Jawa Timur
Surabaya
18
Hak Cipta © milik UPN "Veteran" Jatim :
Dilarang mengutip sebagian atau seluruh karya tulis ini tanpa mencantumkan dan menyebutkan sumber.
Laporan Hasil Penelitian
“Fermentasi Kulit Durian Menjadi Bioetanol
Menggunakan Zymomonas Mobilis “
Bioetanol yang dihasilkan dari proses fermentasi biasanya mempunyai
kadar yang masih rendah. Untuk mempertinggi kadar bioetanol dalam produk
sering kali hasil fermentasi di distilasi dan kadar alkohol yang dihasilkan antara
29 – 50 %.
Dalam proses fermentasi ini, glukosa dari hasil fermentasi diubah menjadi
etanol dengan reaksi sebagai berikut :
Zymomonas mobilis
C6H12O6
2C2H5OH + 2CO2
Glukosa
Etanol
Proses fermentasi merupakan salah satu cara yang banyak dilakukan untuk
mendapatkan bioetanol dalam dunia industri dengan memanfaatkan kemampuan
mikroorganisme. Adapun mikroorganisme yang digunakan untuk memproduksi
bioetanol dalam penelitian ini adalah bakteri Zymomonas mobilis,
Bakteri ini banyak digunakan di perusahaan bioetanol karena mempunyai
kemampuan yang dapat melampaui ragi dalam beberapa aspek. Zymomonas
Mobilis memiliki beberapa kelebihan dibandingkan dengan Sacharomyces
Cerevisieae yaitu: dapat tumbuh secara anaerob fakultatif dan mempunyai
toleransi suhu yang tinggi, mempunyai kemampuan untuk mencapai konversi
yang lebih tinggi, tahan terhadap kadar etanol yang tinggi dan pH yang rendah,
mampu menghasilkan yield etanol 92% dari nilai teoritisnya. (Gunasekaran,
1999).
Suhu optimum proses fermentasi dengan menggu-nakan Zymomomobilis
adalah pada kisaran pH 4-7. (Indartono Y, 2005)
Bioetanol hasil fermentasi dapat dimurnikan lagi dengan proses destilasi
pada suhu 800C sesuai dengan kadar yang diinginkan (Gunasekaran, 1999).
Program Studi Teknik Kimia
Fakultas Teknologi Industri
Universitas Pembangunan Nasional “Veteran” Jawa Timur
Surabaya
19
Hak Cipta © milik UPN "Veteran" Jatim :
Dilarang mengutip sebagian atau seluruh karya tulis ini tanpa mencantumkan dan menyebutkan sumber.
Laporan Hasil Penelitian
“Fermentasi Kulit Durian Menjadi Bioetanol
Menggunakan Zymomonas Mobilis “
2.10. Hipotesis
Adanya kandungan selulosa yang terdapat didalam limbah kulit durian
memungkinkan untuk dapat dijadikan bioetanol dengan cara delignifikasi sebagai
penghilang
lignin
kemudian
menghidrolisis
selulosa
menjadi
glukosa
menggunakan asam, yang kemudian dilanjutkan dengan proses fermentasi. Pada
proses fermentasi diduga konsentrasi starter dan waktu fermentasi sangat
mempengaruhi kualitas dari bioetanol yang dihasilkan.
Program Studi Teknik Kimia
Fakultas Teknologi Industri
Universitas Pembangunan Nasional “Veteran” Jawa Timur
Surabaya
20
Hak Cipta © milik UPN "Veteran" Jatim :
Dilarang mengutip sebagian atau seluruh karya tulis ini tanpa mencantumkan dan menyebutkan sumber.
Laporan Hasil Penelitian
“Fermentasi Kulit Durian Menjadi Bioetanol
Menggunakan Zymomonas Mobilis “
BAB III
PELAKSANAAN PENELITIAN
Metode penelitian ini menggunakan rancangan eksperimen, bertempat di
laboratorium riset jurusan teknik kimia fakultas teknologi industri.
3.1.
Bahan-Bahan yang Digunakan
1.
Kulit durian
2.
Aquadest
3.
Asam Sitrat
4.
Etanol
5.
HCl
6.
Zymomonas mobilis
7.
KH2PO4
8.
(NH4)2SO4
9.
NaOH
10. Glukosa
11. Ekstrak ragi
12. Nutrient agar
13. MgSO4.7 H2O
Program Studi Teknik Kimia
Fakultas Teknologi Industri
Universitas Pembangunan Nasional “Veteran” Jawa Timur
Surabaya
21
Hak Cipta © milik UPN "Veteran" Jatim :
Dilarang mengutip sebagian atau seluruh karya tulis ini tanpa mencantumkan dan menyebutkan sumber.
Laporan Hasil Penelitian
“Fermentasi Kulit Durian Menjadi Bioetanol
Menggunakan Zymomonas Mobilis “
3.2. Alat – Alat yang Digunakan
1.
Oven
2.
Water batch
3.
Neraca analitik
4.
pH meter
5.
Shaker
6.
Autoklaf
7.
Eksikator
8.
Blender
9.
Ayakan 80 mesh
10. Spektrofotometer
11. Seperangkat alat delignifikasi
12. Seperangkat alat hidrolisa
13. Seperangkat alat fermentasi
14. Seperangkat alat destilasi
Program Studi Teknik Kimia
Fakultas Teknologi Industri
Universitas Pembangunan Nasional “Veteran” Jawa Timur
Surabaya
22
Hak Cipta © milik UPN "Veteran" Jatim :
Dilarang mengutip sebagian atau seluruh karya tulis ini tanpa mencantumkan dan menyebutkan sumber.
Laporan Hasil Penelitian
“Fermentasi Kulit Durian Menjadi Bioetanol
Menggunakan Zymomonas Mobilis “
3.3. GAMBAR SUSUNAN ALAT
3
8
7
Keterangan Gambar 1 :
5
4
6
1
1. Labu leher tiga
5. Kondensor
2. Pemanas listrik
6. Air masuk
3. Pengaduk
7. Air keluar
4. Thermometer
8. Statif
2
Gambar 2. Alat Delignifikasi
3
8
7
Keterangan Gambar 1 :
5
4
6
1
1. Labu leher tiga
5. Kondensor
2. Pemanas listrik
6. Air masuk
3. Pengaduk
7. Air keluar
4. Thermometer
8. Statif
2
Gambar 3. Alat Hidrolisis
Program Studi Teknik Kimia
Fakultas Teknologi Industri
Universitas Pembangunan Nasional “Veteran” Jawa Timur
Surabaya
23
Hak Cipta © milik UPN "Veteran" Jatim :
Dilarang mengutip sebagian atau seluruh karya tulis ini tanpa mencantumkan dan menyebutkan sumber.
Laporan Hasil Penelitian
“Fermentasi Kulit Durian Menjadi Bioetanol
Menggunakan Zymomonas Mobilis “
Keterangan Gambar 2 :
2
1. Botol fermentasi
1
2. Selang
3. Botol yang berisi air
3
Gambar 4. Alat Fermentasi
3
5
2
4
1
6
Gambar 5. Alat Destilasi
Keterangan Gambar 3 :
1.
2.
3.
Kompor listrik
Labu destilasi
Thermometer
4. Kondensor
5. Statif & klem
6. Penampung destilasi
Program Studi Teknik Kimia
Fakultas Teknologi Industri
Universitas Pembangunan Nasional “Veteran” Jawa Timur
Surabaya
24
Hak Cipta © milik UPN "Veteran" Jatim :
Dilarang mengutip sebagian atau seluruh karya tulis ini tanpa mencantumkan dan menyebutkan sumber.
Laporan Hasil Penelitian
“Fermentasi Kulit Durian Menjadi Bioetanol
Menggunakan Zymomonas Mobilis “
3.4.
Variabel
1. Proses Ekstraksi Pektin
Kondisi yang ditetapkan :
a. Massa Kulit Durian
= 100 gram
b. Suhu Ekstraksi
= 80oC
c. Waktu Ekstraksi
= 75 menit
d. Kecepatan Pengadukan
= 600 rpm
e. Berat Asam Sitrat
= 1200 gram
f. Volume Asam Sitrat
= 720,72 liter
2. Proses Delignifikasi
Kondisi yang ditetapkan :
a. Massa Endapan hasil proses Ekstraksi Pektin = 100 gram
b. Suhu Delignifikasi
= 50oC
c. Waktu Delignifikasi
= 2 jam
d. Kecepatan Pengadukan
= 600 rpm
e. Konsentrasi Etanol
= 40%
f. Volume Larutan Total
= 500 ml
3. Proses Hidrolisis
Kondisi yang ditetapkan :
a. Massa Endapan hasil proses Delignifikasi
= 100 gram
b. Suhu Hidrolisis
= 100oC
c. Waktu Hidrolisa
= 4 jam
d. Kecepatan Pengadukan
= 160 rpm
e. Konsentrasi HCl
= 37%
f. Volume HCl
= 20% v/v
g. Volume Larutan total
= 1 liter
Program Studi Teknik Kimia
Fakultas Teknologi Industri
Universitas Pembangunan Nasional “Veteran” Jawa Timur
Surabaya
25
Hak Cipta © milik UPN "Veteran" Jatim :
Dilarang mengutip sebagian atau seluruh karya tulis ini tanpa mencantumkan dan menyebutkan sumber.
Laporan Hasil Penelitian
“Fermentasi Kulit Durian Menjadi Bioetanol
Menggunakan Zymomonas Mobilis “
4. Proses Fer mentasi
Kondisi yang ditetapkan