Chapter I Pembuatan Bioetanol dari Hidrolisat Kulit Kakao (Theobroma Cacao, L)Menggunakan Fermipan
BAB I
PENDAHULUAN
1.1 LATAR BELAKANG
Krisis energi yang terjadi akhir-akhir ini mendorong pemerintah menggalakkan
sumber enegi terbarukan dari komoditas perkebunan atau dikenal dengan bahan bakar
nabati (BBN). Beberapa komoditas perkebunan yang potensial sebagai sumber bahan
bakar nabati (BBN) / biofuel adalah kelapa sawit, kelapa, jarak pagar, dan jarak kepyar
[ ] . Namun apabila dipahami lebih jauh, dengan menggunakan bahan baku tersebut
akan mengakibatkan alih fungsi dan berkurangnya bahan pangan. Kakao merupakan
salah satu komoditas unggulan sub sektor perkebunan dari 15 komoditas yang
dicanangkan untuk dikembangkan secara besar-besaran di Indonesia [ ].
Komponen limbah buah kakao yang terbesar berasal dari kulit buahnya atau bisa
disebut pod kakao yaitu sebesar 75% dari total buah. Pod kakao merupakan limbah
lignoselulosik yang mengandung lignin, selulosa, dan hemiselulosa. Kandungan selulosa
dan hemiselulosa pada pod kakao ini yang berpotensi untuk diolah lebih lanjut menjadi
etanol [ ].
Penggunaan bioetanol sebagai bahan bakar meningkat karena cadangan minyak
bumi yang makin menipis, harga minyak bumi yang cenderung meningkat, berlakunya
peraturan reduksi emisi gas rumah kaca, dan kebijakan penghapusan methyl
tertiarybuthyl ether (MTBE), serta adanya kecenderungan beralihnya konsumsi pada
sumber energi ramah lingkungan dan terbarukan [ ].
Empat proses utama dalam proses produksi bioetanol adalah pretreatment, hidrolisis,
fermentasi, dan pemurnian [ ]. Proses fermentasi merupakan proses biokimia dimana
terjadi perubahan-perubahan atau reaksi-reksi kimia dengan pertolongan jasad renik
penyebab fermentasi tersebut bersentuhan dengan zat makanan yang sesuai dengan
pertumbuhannya. Akibat terjadinya fermentasi sebagian atau seluruhnya akan berubah
menjadi alkohol setelah beberapa waktu lamanya [ ].
1
Tabel 1.1 Penelitian Terdahulu Mengenai Pembuatan Bioetanol dari Kulit Kakao
(Theobroma Cacao L.)
Tahun Peneliti
2013
Keterangan
Putu Kristiani Bahan baku: Filtrat cairan pulp kakao sebanyak 500 ml
K, La Ode Metode:
Sabarudin,
- Fermentasi anaerob selama 14 hari setiap 24 jam sekali
Rima Melati, waktu fermentasi.
Haeruddin
- penambahan 7,5 gram serbuk kulit bakau
[ ]
- suhu fermentasi diatur agar tetap memenuhi persyaratan
optimal pertumbuhan dari Saccharomyces cerevisiae
Optimum:
- kadar alkohol tertinggi adalah 12 hari fermentasi dengan
kadar alkohol 4,85%
2009
Agustinus
Eka
P
Bahan baku: Nira siwalan sebanyak 200 ml
dan Metode:
Amran Halim - starter ditambahkan ke substrat 200 ml nira siwalan dengan
[ ]
kadar 5%, 10%, 15% selanjutnya difermentasi secara anaerob
selama 3,4, dan 5 hari
- Temperatur fermentasi = temperatur ruangan
Optimum:
- waktu fermentasi optimum adalah pada hari ke-4
- persen starter optimum fermentasi adalah 15%
- kadar etanol maksimum yang diperoleh adalah 6,17%
dengan konversi sebesar 94,5% dan yield sebesar 48,6%
2012
A.Rachman
Bahan baku: pod kakao hasil ayakan 40 mesh
Fauzi, Didik Metode:
Haryadi,
- Hidrolisis menggunakan H2SO4 2 N selama 4 jam 100 oC
Slamet
- Fermentasi pada ±30 oC dan pH 5 secara anaerob selama
Priyanto [ ]
144, 168, 192, dan 216 jam dengan menambahkan
2
Saccaharomyces cerevisaea lalu didistilasi pada 85 oC
- kolom adsorbsi menggunakan molecular sieve 3A, silica gel,
dan kombinasi molecular sieve 3A dan silica gel
Optimum:
- Kadar etanol terbesar pada saat 192 jam yaitu 2,56(%v/v)
dan konstan hingga 216 jam.
- Kadar etanol setelah diadsorbsi terjadi pada kolom adsorbsi
menggunakan molecular sieve 3A yaitu 99,16(%v/v)
2014
Dianrifiya
Bahan baku: kulit buah kakao hasil ayakan 80 mesh
Nisa, Widya Metode:
Dwi
Rukmi - proses alkalisasi, karboksimetilasi, dan netralisasi
Putri [ ]
- CMC yang diperoleh dikeringkan dalam oven selama 4 jam
pada suhu 60 ºC.
Optimum:
- Perlakuan terbaik yang diperoleh yaitu dengan konsentrasi
asam trikloroasetat 20% dan lama agitasi 1 jam yang
menghasilkan derajat substitusi 0,10, pH 7,86; viskositas 6,33
Cp, kadar air 13,51, kecerahan (L) 79,43, derajat kekuningan
2,40, dan derajat kemerahan 19,63.
2013
Novianti,
Bahan baku: limbah serbuk gergaji hasil ayakan 60 mesh
Mappiratu,
Metode:
Musafira
- Perlakuan hidrolisis pengaruh rasio asam sulfat 50%
[
terhadap serbuk gergaji
]
- Fermentasi selama 72 jam secara anaerob pada temperatur
ruangan menggunakan sel khamir Sacharomises cereviceae
(ragi roti) imobilisasi dengan bahan pengimobilisasi yaitu
larutan natrium alginate 2 %
- Uji aktivitas sel ragi imobil dengan cara penggunaan
berulang sel imobil dalam proses fermentasi alkohol.
3
Optimum:
-kadar
bieotanol
terbesar
yang
dihasilkan
7%
pada
penggunaan sel ragi imobil pertama
- Sel ragi imobil hanya dapat digunakan dua kali penggunaan
ulang untuk bahan hasil hidrolisis dengan asam sulfat 50%.
Penelitian yang telah dilakukan ini menggunakan bahan baku hidrolisat kulit buah
kakao yang mengandung glukosa sebesar 30,67%, sedangkan berdasarkan teori limbah
kulit kakao mengandung selulosa 36,23% [
], dan jumlah ini cukup banyak untuk
dikonversi menjadi etanol dan menggunakan fermipan sebagai sumber mikrobanya dan
ada tambahan tanin.
1.2 PERUMUSAN MASALAH
Penelitian yang dilakukan adalah memanfaatkan limbah kulit kakao yang
mengandung cukup banyak selulosanya untuk dijadikan etanol dengan menggunakan
proses fermentasi karena limbah kulit buah kakao sangat berlimpah dan belum banyak
dimanfaatkan. Pada penelitian ini juga diberi tambahan tanin pada proses fermentasinya.
Perumusan masalah dalam penelitian ini adalah bagaimana pengaruh variasi lamanya
waktu fermentasi terhadap yield bioetanol dan kadar bioetanol yang terkandung, kadar
fermipan yang digunakan terhadap kadar bioetanol yang terkandung, serta hasil indeks
bias yang diambil dari kadar bioetanol terbesar.
1.3 TUJUAN PENELITIAN
Adapun tujuan dari penelitian ini adalah :
1. Mengetahui pengaruh waktu fermentasi terhadap yield bioetanol dan kadar
bioetanol yang terkandung, kadar fermipan yang digunakan terhadap kadar
bioetanol yang terkandung, serta hasil indeks bias yang diambil dari kadar
bioetanol terbesar.
2. Menghasilkan bioetanol dari hidrolisat limbah kulit kakao melalui proses
fermentasi menggunakan gambir sebagai sumber tanin sebagai penghambat
4
terjadinya oksidasi pada etanol misalnya pembentukan asam asetat dalam
fermentasi dan fermipan sebagai sumber mikroorganismenya untuk
mengonversi glukosa yang ada pada substrat menjadi etanol.
1.4 MANFAAT PENELITIAN
Manfaat penelitian yang akan dilakukan adalah agar bisa menghasilkan bioetanol
dari jenis tanaman perkebunan lainnya yaitu limbah kulit kakao yang mana merupakan
limbah padat yang berlimpah dan belum banyak dimanfaatkan selama ini.
1.5 RUANG LINGKUP PENELITIAN
Adapun ruang lingkup dari penelitian ini adalah :
1. Pada tahap fermentasi bahan yang digunakan hidrolisat hasil hidrolisis kulit
buah kakao (Theobroma Cacao, L)
2. Bahan fermentasi yang digunakan adalah fermipan, dan tanin.
3. Fermentasi hidrolisat kulit buah kakao (Theobroma Cacao, L)
Variabel tetap:
- Temperatur fermentasi yaitu temperatur ruangan (30 oC)
- Massa tanin yang ditambahkan sebanyak 4 gram.
Variabel berubah:
-
Waktu fermentasi 2, 3, 4, dan 5 hari dengan kondisi anerobik.
-
Massa fermipan yang ditambahkan adalah 3% (w/w); 5% (w/w); 7%
(w/w) dari volume total dari larutan hasil hidrolisis .
Analisis yang dilakukan adalah :
1. Analisis kadar etanol untuk mengetahui jumlah etanol yang terbentuk dengan
menggunakan GC merk Shimadzu 2010
2. Uji indeks bias dengan menggunakan refraktometer ABBE
5
PENDAHULUAN
1.1 LATAR BELAKANG
Krisis energi yang terjadi akhir-akhir ini mendorong pemerintah menggalakkan
sumber enegi terbarukan dari komoditas perkebunan atau dikenal dengan bahan bakar
nabati (BBN). Beberapa komoditas perkebunan yang potensial sebagai sumber bahan
bakar nabati (BBN) / biofuel adalah kelapa sawit, kelapa, jarak pagar, dan jarak kepyar
[ ] . Namun apabila dipahami lebih jauh, dengan menggunakan bahan baku tersebut
akan mengakibatkan alih fungsi dan berkurangnya bahan pangan. Kakao merupakan
salah satu komoditas unggulan sub sektor perkebunan dari 15 komoditas yang
dicanangkan untuk dikembangkan secara besar-besaran di Indonesia [ ].
Komponen limbah buah kakao yang terbesar berasal dari kulit buahnya atau bisa
disebut pod kakao yaitu sebesar 75% dari total buah. Pod kakao merupakan limbah
lignoselulosik yang mengandung lignin, selulosa, dan hemiselulosa. Kandungan selulosa
dan hemiselulosa pada pod kakao ini yang berpotensi untuk diolah lebih lanjut menjadi
etanol [ ].
Penggunaan bioetanol sebagai bahan bakar meningkat karena cadangan minyak
bumi yang makin menipis, harga minyak bumi yang cenderung meningkat, berlakunya
peraturan reduksi emisi gas rumah kaca, dan kebijakan penghapusan methyl
tertiarybuthyl ether (MTBE), serta adanya kecenderungan beralihnya konsumsi pada
sumber energi ramah lingkungan dan terbarukan [ ].
Empat proses utama dalam proses produksi bioetanol adalah pretreatment, hidrolisis,
fermentasi, dan pemurnian [ ]. Proses fermentasi merupakan proses biokimia dimana
terjadi perubahan-perubahan atau reaksi-reksi kimia dengan pertolongan jasad renik
penyebab fermentasi tersebut bersentuhan dengan zat makanan yang sesuai dengan
pertumbuhannya. Akibat terjadinya fermentasi sebagian atau seluruhnya akan berubah
menjadi alkohol setelah beberapa waktu lamanya [ ].
1
Tabel 1.1 Penelitian Terdahulu Mengenai Pembuatan Bioetanol dari Kulit Kakao
(Theobroma Cacao L.)
Tahun Peneliti
2013
Keterangan
Putu Kristiani Bahan baku: Filtrat cairan pulp kakao sebanyak 500 ml
K, La Ode Metode:
Sabarudin,
- Fermentasi anaerob selama 14 hari setiap 24 jam sekali
Rima Melati, waktu fermentasi.
Haeruddin
- penambahan 7,5 gram serbuk kulit bakau
[ ]
- suhu fermentasi diatur agar tetap memenuhi persyaratan
optimal pertumbuhan dari Saccharomyces cerevisiae
Optimum:
- kadar alkohol tertinggi adalah 12 hari fermentasi dengan
kadar alkohol 4,85%
2009
Agustinus
Eka
P
Bahan baku: Nira siwalan sebanyak 200 ml
dan Metode:
Amran Halim - starter ditambahkan ke substrat 200 ml nira siwalan dengan
[ ]
kadar 5%, 10%, 15% selanjutnya difermentasi secara anaerob
selama 3,4, dan 5 hari
- Temperatur fermentasi = temperatur ruangan
Optimum:
- waktu fermentasi optimum adalah pada hari ke-4
- persen starter optimum fermentasi adalah 15%
- kadar etanol maksimum yang diperoleh adalah 6,17%
dengan konversi sebesar 94,5% dan yield sebesar 48,6%
2012
A.Rachman
Bahan baku: pod kakao hasil ayakan 40 mesh
Fauzi, Didik Metode:
Haryadi,
- Hidrolisis menggunakan H2SO4 2 N selama 4 jam 100 oC
Slamet
- Fermentasi pada ±30 oC dan pH 5 secara anaerob selama
Priyanto [ ]
144, 168, 192, dan 216 jam dengan menambahkan
2
Saccaharomyces cerevisaea lalu didistilasi pada 85 oC
- kolom adsorbsi menggunakan molecular sieve 3A, silica gel,
dan kombinasi molecular sieve 3A dan silica gel
Optimum:
- Kadar etanol terbesar pada saat 192 jam yaitu 2,56(%v/v)
dan konstan hingga 216 jam.
- Kadar etanol setelah diadsorbsi terjadi pada kolom adsorbsi
menggunakan molecular sieve 3A yaitu 99,16(%v/v)
2014
Dianrifiya
Bahan baku: kulit buah kakao hasil ayakan 80 mesh
Nisa, Widya Metode:
Dwi
Rukmi - proses alkalisasi, karboksimetilasi, dan netralisasi
Putri [ ]
- CMC yang diperoleh dikeringkan dalam oven selama 4 jam
pada suhu 60 ºC.
Optimum:
- Perlakuan terbaik yang diperoleh yaitu dengan konsentrasi
asam trikloroasetat 20% dan lama agitasi 1 jam yang
menghasilkan derajat substitusi 0,10, pH 7,86; viskositas 6,33
Cp, kadar air 13,51, kecerahan (L) 79,43, derajat kekuningan
2,40, dan derajat kemerahan 19,63.
2013
Novianti,
Bahan baku: limbah serbuk gergaji hasil ayakan 60 mesh
Mappiratu,
Metode:
Musafira
- Perlakuan hidrolisis pengaruh rasio asam sulfat 50%
[
terhadap serbuk gergaji
]
- Fermentasi selama 72 jam secara anaerob pada temperatur
ruangan menggunakan sel khamir Sacharomises cereviceae
(ragi roti) imobilisasi dengan bahan pengimobilisasi yaitu
larutan natrium alginate 2 %
- Uji aktivitas sel ragi imobil dengan cara penggunaan
berulang sel imobil dalam proses fermentasi alkohol.
3
Optimum:
-kadar
bieotanol
terbesar
yang
dihasilkan
7%
pada
penggunaan sel ragi imobil pertama
- Sel ragi imobil hanya dapat digunakan dua kali penggunaan
ulang untuk bahan hasil hidrolisis dengan asam sulfat 50%.
Penelitian yang telah dilakukan ini menggunakan bahan baku hidrolisat kulit buah
kakao yang mengandung glukosa sebesar 30,67%, sedangkan berdasarkan teori limbah
kulit kakao mengandung selulosa 36,23% [
], dan jumlah ini cukup banyak untuk
dikonversi menjadi etanol dan menggunakan fermipan sebagai sumber mikrobanya dan
ada tambahan tanin.
1.2 PERUMUSAN MASALAH
Penelitian yang dilakukan adalah memanfaatkan limbah kulit kakao yang
mengandung cukup banyak selulosanya untuk dijadikan etanol dengan menggunakan
proses fermentasi karena limbah kulit buah kakao sangat berlimpah dan belum banyak
dimanfaatkan. Pada penelitian ini juga diberi tambahan tanin pada proses fermentasinya.
Perumusan masalah dalam penelitian ini adalah bagaimana pengaruh variasi lamanya
waktu fermentasi terhadap yield bioetanol dan kadar bioetanol yang terkandung, kadar
fermipan yang digunakan terhadap kadar bioetanol yang terkandung, serta hasil indeks
bias yang diambil dari kadar bioetanol terbesar.
1.3 TUJUAN PENELITIAN
Adapun tujuan dari penelitian ini adalah :
1. Mengetahui pengaruh waktu fermentasi terhadap yield bioetanol dan kadar
bioetanol yang terkandung, kadar fermipan yang digunakan terhadap kadar
bioetanol yang terkandung, serta hasil indeks bias yang diambil dari kadar
bioetanol terbesar.
2. Menghasilkan bioetanol dari hidrolisat limbah kulit kakao melalui proses
fermentasi menggunakan gambir sebagai sumber tanin sebagai penghambat
4
terjadinya oksidasi pada etanol misalnya pembentukan asam asetat dalam
fermentasi dan fermipan sebagai sumber mikroorganismenya untuk
mengonversi glukosa yang ada pada substrat menjadi etanol.
1.4 MANFAAT PENELITIAN
Manfaat penelitian yang akan dilakukan adalah agar bisa menghasilkan bioetanol
dari jenis tanaman perkebunan lainnya yaitu limbah kulit kakao yang mana merupakan
limbah padat yang berlimpah dan belum banyak dimanfaatkan selama ini.
1.5 RUANG LINGKUP PENELITIAN
Adapun ruang lingkup dari penelitian ini adalah :
1. Pada tahap fermentasi bahan yang digunakan hidrolisat hasil hidrolisis kulit
buah kakao (Theobroma Cacao, L)
2. Bahan fermentasi yang digunakan adalah fermipan, dan tanin.
3. Fermentasi hidrolisat kulit buah kakao (Theobroma Cacao, L)
Variabel tetap:
- Temperatur fermentasi yaitu temperatur ruangan (30 oC)
- Massa tanin yang ditambahkan sebanyak 4 gram.
Variabel berubah:
-
Waktu fermentasi 2, 3, 4, dan 5 hari dengan kondisi anerobik.
-
Massa fermipan yang ditambahkan adalah 3% (w/w); 5% (w/w); 7%
(w/w) dari volume total dari larutan hasil hidrolisis .
Analisis yang dilakukan adalah :
1. Analisis kadar etanol untuk mengetahui jumlah etanol yang terbentuk dengan
menggunakan GC merk Shimadzu 2010
2. Uji indeks bias dengan menggunakan refraktometer ABBE
5