Pengaruh Massa Ragi dan Waktu Fermentasi terhadap Bioetanol dari Biji Durian
BAB II
TINJAUAN PUSTAKA
2.1
BIOETANOL
Alkohol (khususnya etanol) dapat dibuat dari berbagai bahan hasil pertanian.
Secara umum bahan-bahan tersebut dapat dibagi dalam tiga golongan yaitu:
1.
Bahan yang mengandung turunan gula (molases, gula tebu, gula bit, sari buah
anggur, dan sari buah lainnya),
2.
Bahan-bahan yang mengandung pati biji-bijian, kentang, dan tapioka), dan
3.
Bahan yang mengandung selulosa (kayu, dan beberapa limbah pertanian
lainnya).
Selain dari ketiga jenis bahan tersebut diatas etanol juga dapat dibuat dari bahan
bukan dari hasil pertanian tetapi dari bahan yang merupakan hasil proses lain.
Sebagai contohnya adalah etilen. Bahan-bahan yang mengandung monosakarida
langsung dapat difermentasi, akan tetapi disakarida, pati maupun karbohidrat
kompleks harus dihidrolisis terlebih dahulu menjadi komponen yang sederhana yaitu
monosakarida[6].
Oleh karena itu agar tahap proses fermentasi dapat berjalan dengan optimal,
maka bahan-bahan tersebut diatas harus mengalami perlakuan pendahuluan sebelum
masuk kedalam proses fermentasi. Disakarida (seperti gula pasir) harus dihidrolisis
menjadi glukosa dan fruktosa. Terbentuknya glukosa dan monosakarida yang lain
menunjukkan bahwa proses pendahuluan telah berakhir dan bahan selanjutnya telah
siap difermentasi. Secara kimiawi reaksi dalam proses fermentasi berjalan cukup
panjang, karena terjadi suatu deret reaksi yang masing-masing dipengaruhi oleh
enzim khusus[6].
Etanol memiliki banyak manfaat bagi masyarakat karena memiliki sifat yang
tidak beracun. Selain itu, etanol juga memiliki banyak sifat-sifat, baik secara fisika
maupun kimia. Adapun sifat-sifat fisika etanol dapat dilihat pada tabel dibawah ini:
5
Universitas Sumatera Utara
Tabel 2.1 Sifat-Sifat Fisika Etanol [16]
Sifat-Sifat Fisika Etanol
Keterangan
Berat Molekul
46,07 gr/grmol
Titik Lebur
-112 oC
Titik didih
78,4oC
Densitas
0,7893 gr/ml
Indeks bias
1,36143 cP
Viskositas 20oC
1,17 cP
Panas penguapan
200,6 kal/gr
Warna Cairan
tidak berwarna
Kelarutan
larut dalam air dan eter
Aroma
memiliki aroma yang khas
Seperti diketahui, etanol dikategorikan dalam dua kelompok utama :
Etanol 95-96 % v/v, disebut “etanol hidrat” yang dibagi dalam :
1.
Technical/raw spit grade, digunakan untuk bahan bakar spirtus, minuman ,
desinfektan dan pelarut
2.
Industrial grade, digunakan untuk bahan baku industri pelarut
3.
Potable grade, untuk minuman berkualitas tinggi.
Etanol > 99.5 % v/v, digunakan untuk bahan bakar. Jika dimurnikan lebih
lanjut dapat digunakan untuk keperluan farmasi dan pelarut di laboratorium
analisis. Etanol ini disebut fuel grade ethanol (FGE) atau anhydrous ethanol
(etanol anhidrat) atau etanol kering, yakni etanol yang bebas air atau hanya
mengandung air minimal.
Alkohol adalah senyawa hidrokarbon berupa gugus hidroksil (-OH) dengan 2
atom karbon (C). Spesies alkohol yang banyak digunakan adalah metil alkohol
(metanol), etil alkohol (etanol), iso propil alkohol atau propanol-2. Dalam dunia
perdagangan yang disebut alkohol adalah etanol atau etil alkohol atau metil karbinol
dengan rumus kimia C2H5OH.
6
Universitas Sumatera Utara
Etanol sintetis, sering disebut metanol atau metil alkohol atau alkohol kayu,
terbuat dari etilen, salah satu derivat minyak bumi atau batu bara. Bahan ini
diperoleh dari proses sintesa kimia yang disebut hidrasi, sedangkan bioetanol
direkayasa dari biomassa (tanaman) melalui proses biologi (enzimatik dan
fermentasi). Bahan baku bioetanol sebagai berikut.
1.
Bahan berpati, berupa singkong atau ubi kayu, ubi jalar, tepung sagu, biji
jagung, biji sorgum, gandum, kentang, ganyong, garut, umbi dahlia, dan lainlain.
2.
Bahan bergula, berupa molasses (tetes tebu), nira tebu, nira kelapa, nira batang
sorgum manis, nira aren (enau), nira nipah, gewang, nira lontar, dan lain-lain.
3.
Bahan berselulosa, berupa limbah logging, limbah pertanian seperti jerami padi,
ampas tebu, janggel (tongkol) jagung, onggok (limbah tapioka), batang pisang,
serbuk gergaji (grajen), dan lain-lain[18].
Etanol atau alkohol dimanfaatkan untuk berbagai keperluan, antara lain:
1.
Bahan baku industri atau senyawa kimia, contoh: industri minuman
beralkohol, industri asam asetat dan asetaldehid.
2.
Pelarut dalam industri, contoh: industri farmasi, kosmetika dan plastik.
3.
Bahan desinfektan, contoh: peralatan kedokteran, rumah tangga dan peralatan
di rumah sakit.
4.
Bahan baku motor.
Etanol atau etil alkohol yang di pasaran lebih dikenal sebagai alkohol
merupakan senyawa organik dengan rumus kimia C2H5OH. Dalam kondisi kamar,
etanol berwujud cairan yang tidak berwarna, mudah menguap, mudah terbakar,
mudah larut dalam air dan tembus cahaya. Etanol adalah senyawa organik golongan
alkohol primer. Sifat fisik dan kimia etanol bergantung pada gugus hidroksil. Faktorfaktor yang dapat mempengaruhi jumlah etanol yang dihasilkan dari fermentasi
adalah mikroorganisme dan media yang digunakan, adanya komponen media yang
dapat menghambat pertumbuhan serta kemampuan fermentasi mikroorganisme dan
kondisi selama fermentasi. Selain itu, hal-hal yang perlu diperhatikan selama
7
Universitas Sumatera Utara
fermentasi adalah pemilihan khamir, konsentrasi gula, keasaman, ada tidaknya
oksigen dan suhu dari perasan buah. Pemilihan sel khamir didasarkan pada jenis
karbohidrat yang digunakan sebagai medium untuk memproduksi alkohol dari pati
dan gula digunakan Saccharomyces cerevisiae.
Proses fermentasi sama dengan pH
optimum untuk proses pertumbuhan khamir yaitu pH 4,0-4,5. Etanol dihasilkan dari
gula yang merupakan hasil aktivitas fermentasi sel khamir. Khamir yang baik
digunakan untuk menghasilkan etanol adalah dari genus Saccharomyces. Kriteria
pemilihan khamir untuk produksi etanol adalah mempunyai laju fermentasi dan laju
pertumbuhan cepat, perolehan etanol banyak, tahan terhadap konsentrasi etanol dan
glukosa tinggi, tahan terhadap konsentrasi garam tinggi, pH optimum serta
fermentasi rendah, temperatur optimum fermentasi sekitar 25-30 tahan terhadap
stress fisika dan kimia[2].
2.1.1 Proses Pembuatan Bioetanol
Bahan baku bioetanol bisa diperoleh dari berbagai tanaman yang menghasilkan
gula dan tepung. Pada tahap persiapan, bahan baku berupa padatan harus dikonversi
terlebih dahulu menjadi larutan gula sebelum akhirnya difermentasi untuk
menghasilkan etanol, sedangkan bahan yang sudah berbentuk larutan gula dapat
langsung difermentasi. Bahan padatan dikenai perlakuan pengecilan ukuran dan
tahap pemasakan.
Tahap pemasakan bahan meliputi liquifikasi dan sakarifikasi. Pada tahap ini,
tepung dikonversi menjadi gula melalui proses pemecahan menjadi gula kompleks.
Pada tahap liquifikasi dilakukan penambahan air dan enzim alfa-amilase. Proses
dilakukan pada suhu 80 - 90oC berakhirnya proses liquifikasi ditandai dengan
parameter cairan seperti sup. Tahap sakarifikasi dilakukan pada suhu 50 - 60oC.
Enzim yang ditambahkan pada tahap ini adalah enzim glukoamilase. Pada tahap
sakarifikasi akan terjadi pemecahan gula kompleks menjadi gula sederhana[12].
Perlakuan sebelum proses fermentasi alkohol yaitu mengupayakan konsentrasi
gulanya menjadi 15 % atau 20 %. Untuk memenuhi kebutuhan nutrisi, maka
ditambahkan amonium sulfat, sedangkan untuk menurunkan pH-nya digunakan asam
sulfat. Saccharomyces cerevisiae merupakan khamir yang umum digunakan dalam
industri fermentasi etanol. Biasanya khamir yang digunakan sebanyak 5 % dari
8
Universitas Sumatera Utara
volume. Proses fermentasi membutuhkan waktu sekitar 28 - 72 jam, tetapi biasanya
44 jam untuk menghasilkan etanol dengan konsentrasi 8 – 10% dengan suhu
optimum berkisar 32 – 33oC [21].
Tahap fermentasi merupakan tahap kedua dalam proses produksi bioetanol.
Pada tahap ini terjadi proses pemecahan gula-gula sederhana menjadi etanol dengan
melibatkan enzim dan ragi. Fermentasi dilakukan pada kisaran suhu 27 - 32oC. pada
tahap ini akan dihasilkan gas CO2 sebagai produk sampingan dan sludge sebagai
limbahnya. Gas CO2 yang dihasilkan memiliki perbandingan stoikiometri yang sama
dengan etanol yang dihasilkan yaitu 1 : 1. Setelah melalui proses pemurnian, gas CO2
dapat digunakan sebagai bahan baku gas dalam pembuatan minuman berkarbonat.
Tahap berikutnya adalah pemurnian etanol. Tahap ini dilakukan melalui
metode destilasi. Destilasi dilakukan pada suhu diatas titik didih etanol murni, yaitu
pada kisaran 78 – 100oC. Produk yang dihasilkan pada tahap ini memiliki kemurnian
hingga 96 %. Akan tetapi, sebelum memasuki tahap pemurnian dilakukan pemisahan
etanol dengan sludge yang diperoleh dari hasil fermentasi etanol yang dihasilkan.
Salah satu pemanfaatan limbah sludge yang telah berhasil dilakukan yaitu
pengolahan sludge menjadi pupuk kalium majemuk dengan kadar kalium 40 %.
Jika etanol yang dihasilkan akan digunakan sebagai bahan bakar maka etanol
hasil destilasi ini harus dikeringkan terlebih dahulu. Pengeringan ini dapat dilakukan
dengan metode purifikasi molecular sieve bertujuan untuk meningkatkan kemurnian
etanol hingga memenuhi spesifikasi bahan bakar. Molecular sieve adalah suatu bahan
yang memiliki pori-pori kecil dan digunakan sebagai absorben cairan dan gas. Bahan
ini mampu menyerap air hingga 20 % dari berat bahan itu sendiri. Zeolit, lempung,
karbon aktif dan porous glasses adalah beberapa bahan yang termasuk molecular
sieve. Selain itu, pengeringan etanol dapat menggunakan metode lain yaitu metode
azeotrofik destilasi. Etanol hasil pengeringan ini memiliki kemurnian hingga 99, 5 %
[12].
9
Universitas Sumatera Utara
2.1.2 Parameter pengujian
1. Jumlah Bioetanol (ml)
Jumlah alkohol yang dihasilkan dapat diketahui dengan mengukur banyaknya
bioetanol yang dihasilkan melalui proses penyulingan menggunakan alat destilasi
menggunakan erlenmeyer dan gelas ukur.
2. Kadar Bioetanol setelah Proses Destilasi (%)
Kadar bioetanol ini merupakan indikator kandungan alkohol pada cairan yang
telah mengalami proses penyulingan dengan menggunakan alat destilasi. Kadar
alkohol yang terkadung dalam bioetanol dapat diukur melalui analisis GC dan
menggunakan alkohol meter juga.
3. Densitas Bioetanol (gr/ml)
Densitas bioetanol yang dihasilkan dapat diketahui dengan menggunakan
piknometer.
4. Spesific Grafity dan API Grafity
Spesific Grafity dan API Grafity adalah suatu pernyataan yang menyatakan
densitas atau berat persatuan volume dari suatu bahan. Hubungan antara Spesific
Grafity (sg) dan API Grafity (G), menurut Tjokrowisaatro (1986) adalah sebagai
berikut:
141,5
− 131,5
G=
sg
(2.1)
141,5
sg =
G + 131,5
Besarnya harga API grafity berkisar dari 0 – 100, sedangkan spesific grafity
merupakan harga relatif dari densitas suatu bahan terhadap air. Hubungan antara
densitas, spesific grafity dan API grafity kemudian digunakan untuk menghitung
nilai kalor.
5. Nilai Kalor (Heating Value)
Menurut Tjokrowisastro (1986), nilai kalor dihitung dengan menggunakan
persamaan berikut :
2,2046226
(2.2)
NK =
x(18,650 + 40 x(G − 10)kkal / kg )
3,9673727
.
10
Universitas Sumatera Utara
2.2 DURIAN
2.2.1 Sejarah Singkat
Durian (Durio zibethinus) merupakan tanaman buah berupa pohon. Sebutan
durian diduga berasal dari istilah Melayu yaitu dari kata duri yang diberi akhiran -an
sehingga menjadi durian. Kata ini terutama dipergunakan untuk menyebut buah yang
kulitnya berduri tajam. Tanaman durian berasal dari hutan Malaysia, Sumatra, dan
Kalimantan yang berupa tanaman liar. Penyebaran durian ke arah Barat adalah ke
Thailand, Birma, India dan Pakistan. Buah durian sudah dikenal di Asia Tenggara
sejak abad 7 M. Nama lain durian adalah duren (Jawa, Gayo), duriang (Manado),
dulian (Toraja), rulen (Seram Timur) [15].
2.2.2 Jenis Tanaman
Tanaman durian termasuk famili Bombaceae sebangsa pohon kapukkapukan. Yang lazim disebut durian adalah tumbuhan dari marga (genus) Durio,
Nesia, Lahia, Boschia dan Coelostegia. Ada puluhan durian yang diakui
keunggulannya oleh Menteri Pertanian dan disebarluaskan kepada masyarakat untuk
dikembangkan. Macam varietas durian tersebut adalah: durian sukun (Jawa Tengah),
petruk (Jawa Tengah), sitokong (Betawi), simas (Bogor), sunan (Jepara), otong
(Thailand), kani (Thailand), sidodol (Kalimantan Selatan), sijapang (Betawi) dan
sihijau (Kalimantan Selatan) [15].
2.2.3 Manfaat Tanaman
Manfaat durian selain sebagai makanan buah segar dan olahan lainnya,
terdapat manfaat dari bagian lainnya, yaitu:
1. Tanamannya sebagai pencegah erosi di lahan-lahan yang miring.
2. Batangnya untuk bahan bangunan/perkakas rumah tangga. Kayu durian setara
dengan kayu sengon sebab kayunya cenderung lurus.
3. Bijinya yang memiliki kandungan pati cukup tinggi, berpotensi sebagai alternative
pengganti makanan (dapat dibuat bubur yang dicampur daging buahnya).
4. Kulit dipakai sebagai bahan abu gosok yang bagus, dengan. cara dijemur sampai
kering dan dibakar sampai hancur [15].
11
Universitas Sumatera Utara
2.2.4 Karakteristik Biji Durian
Tanaman durian adalah tanaman tahunan. Bila ditanam melalui biji, tanaman ini akan
mulai berbunga untuk pertama kali sepuluh tahun setelah tanam. Namun, tanaman ini akan
menghasilkan buah yang lezat dan memiliki banyak manfaat. Selain buahnya, biji durian
dapat dimanfaatkan sebagai bioetanol. Biji merupakan alat perkembangbiakan yang utama
karena di dalam biji terdapat calon tumbuhan baru. Biji durian terdiri dari beberapa bagian
yaitu kulit biji, tali biji, dan inti biji[1].
Biji durian berbentuk bulat telur dan berkeping dua. Selain itu, biji durian berwarna
putih kekuningan. Biji durian (pongge) memiliki kandungan pati yang cukup tinggi sehingga
dapat digunakan sebagai pengganti bahan makanan[1].
Apabila dipotong atau dikupas kulitnya, biji durian biasanya mengeluarkan lendir.
Lendirnya tidak berbau dan berasa serta larut dalam air dingin ataupun panas. Lendirnya
dapat membentuk suatu larutan kental yang disebut gum. Berikut adalah tabel komposisi biji
durian dalam buku Michael J. Brown (1997:157)[15].
Tabel 2.2 Komposisi Biji Durian [15]
Zat
Per 100 gram biji segar
Per 100 gram biji telah
(mentah) tanpa kulitnya
dimasak tanpa kulitnya
Kadar air
51,5 gram
51,5 gram
Lemak
0,4 gram
0,2-0,23 gram
Protein
2,6 gram
1,5 gram
Karbohidrat total
47,6 gram
48,2 gram
Serat kasar
-
0,7 gram-0,71 gram
Nitrogen
-
0,297 gram
Abu
1,9 gram
1,0 gram
Kalsium
17 miligram
3,9-88,8 miligram
Fosfor
68 miligram
86,65-87 miligram
Besi
1,0 miligram
0,6-0,64 gram
Natrium
3 miligram
-
Kalium
962 miligram
-
12
Universitas Sumatera Utara
Lanjutan…
Beta karoten
250 µgram
-
Riboflavin
0,05 miligram
0,05-0,052 miligram
Thiamin
-
0,03-0,032 miligram
Niacin
0,9 miligram
0,89-0,9 miligram
Dari tabel dapat dilihat bahwa kandungan karbohidrat pada biji durian sangat tinggi
yaitu 47,6 gram per 100 gram biji segar, sedangkan bila dimasak menjadi 48,2 gram.
Amilum (karbohidrat) berbentuk polisakarida yang dapat dipecah menjadi glukosa.
Kemudian, glukosa akan difermentasi menjadi etanol.
2.3 FERMENTASI
Fermentasi adalah proses yang memanfaatkan kemampuan mikroba untuk
menghasilkan metabolit promer dan metabolit sekunder dalam suatu lingkungan
yangdikendalikan. Proses pertumbuhan mikroba merupakan tahap awal proses
fermentasi yang dikendalikan terutama dalam pengembangan inokulum agar dapat
diperoleh sel yang hidup. Pengendalian dilakukan dengan pengaturan kondisi
medium, komposisi medium, suplai O2, dan agitasi. Bahkan jumlah mikroba dalam
fermentor juga harus dikendalikan sehingga tidak terjadi kompetisi dalam
penggunaan nutrisi. Nutrisi dan produk fermentasi juga perlu dikendalikan, sebab
jika berlebih nutrisi dan produk metabolit hasil fermentasi tersebut dapat
menyebabkan inhibisi dan represi. Pengendalian diperlukan karena pertumbuhan
biomassa dalam suatu medium fermentasi dipengaruhi banyak faktor baik
ekstraselular maupun faktor intraselular[20].
Kinetika pertumbuhan secara dinamik dapat digunakan untuk meramalkan
produksi biomassa dalam suatu proses. Fermentasi berasal dari bahasa Latin fervere
yang berarti mendidihkan. Seiring perkembangan teknologi, definisi fermentasi
meluas, menjadi semua proses yang melibatkan mikroorganisme untuk menghasilkan
suatu produk yang disebut metabolit primer dan sekunder dalam suatu lingkungan
yang dikendalikan. Pada mulanya istilah fermentasi digunakan untuk menunjukkan
proses pengubahan glukosa menjadi alkohol yang berlangsung secara anaerob.
Namun, kemudian istilah fermentasi berkembang lagi menjadi seluruh perombakan
13
Universitas Sumatera Utara
senyawa organik yang dilakukan mikroorganisme yang melibatkan enzim yang
dihasilkannya [20].
Dengan kata lain,fermentasi adalah perubahan struktur kimia dari bahanbahan organik dengan memanfaatkan agen-agen biologis terutama enzim sebagai
biokatalis. Produk fermentasi dapat digolongkan menjadi 4 jenis, yaitu :
1. produk biomassa
2. produk enzim
3. produk metabolit
4. produk transformasi
Dalam bioproses fermentasi memegang peranan penting karena merupakan
kunci (proses utama) bagi produksi bahan-bahan yang berbasis biologis. Bahanbahan yang dihasilkan melalui fermentasi merupakan hasil-hasil metabolit sel
mikroba,misalnya antibiotik, asam-asam organik, aldehid, alkohol, fussel oil, dan
sebagainya[20].
Di samping hasil-hasil metabolit tersebut, fermentasi juga dapat diterapkan
untuk menghasilkan biomassa sel mikroba seperti ragi roti (baker yeast) yang
digunakan dalam pembuatan roti. Untuk menghasilkan tiap-tiap produk fermentasi di
atas dibutuhkan kondisi fermentasi yang berbeda-beda dan jenis mikroba yang
bervariasi juga karakteristiknya. Oleh karena itu, diperlukan keadaan lingkungan,
substrat (media), serta perlakuan yang sesuai sehingga produk yang dihasilkan
optimal. Pada percobaan ini digunakan ragi Saccharomyces cerevisiae yang bersifat
fakulktatif anaerobik. Pada kondisi aerobik sebagai akseptor elektron terakhir pada
jalur reaksi bioenergetik adalah oksigen. Pemanfaatan pada keadaan ini
menghasilkan penambahan biomassa sel dengan persamaan reaksi sebagai berikut:
C6H12O6
CO2+ H2O + biomassa sel
Pada kondisi anaerobik, Saccharomyces cerevisiae menggunakan senyawa
organik sebagai akseptor elektron terakhir pada jalur reaksi bioenergetik. Dalam hal
ini yang digunakan adalah glukosa dari substrat dengan hasil akhir perombakan
berupa alkohol (etanol), aldehid, asam organik, dan fussel oil. Reaksi yang
berlangsung dalam keadaan anaerobik tersebut adalah sebagai berikut:
C6H12O6
2 C2H5OH + 2 CO2+ produk samping
14
Universitas Sumatera Utara
Pada percobaan ini digunakan glukosa sebagai substrat utama. Hal ini
disebabkan struktur model glikosa yang sederhana sehingga mudah digunakan oleh
Saccharomyces cerevisiae. Glukosa digunakan sebagai sumber energi dan sumber
karbon yang digunakan untuk membentuk material penyusun sel baru. Glukosa
disebut juga reducing sugar sehingga pemanfaatannya oleh Saccharomyces
cerevisiae dilakukan dengan mengoksidasi glukosa yaitu dengan cara pemutusan
ikatan rangkap pada gugus karbonil glukosa. Media yang digunakan di dalam
fermentasi harus memenuhi syarat-syarat sebagai berikut:
1. Mengandung nutrisi yang dibutuhkan bagi pertumbuhan sel Saccharomyces
cerevisiae
2. Mengandung nutrisi yang dapat digunakan sebagai sumber energi bagi sel
Saccharomyces cerevisiae
3. Tidak mengandung zat yang menghambat pertumbuhan sel
4. Tidak terdapat kontaminan yang dapat meningkatkan persaingan dalam
penggunaan substrat.
Oleh karena itu, selain glukosa, ke dalam medium fermentasi juga ditambahkan
zat-zat lain yang berfungsi sebagai sumber makronutrien dan mikronutrien serta
growth factor. Proses pertumbuhan mikroba sangat dinamik dan kinetikanya dapat
digunakan untuk meramal produksi biomassa dalam suatu proses fermentasi [20].
Faktor utama yang mempengaruhi pertumbuhan dan perilaku mikroba dapat
digolongkan dalam faktor intraseluler dan faktor ekstraselular. Faktor intraselular
meliputi struktur, mekanisme, metabolisme, dan genetika. Sedangkan faktor
ekstraselular meliputi kondisi lingkungan seperti pH, suhu, tekanan. Proses
pertumbuhan mikroba merupakan proses yang memiliki batas tertentu. Pada saat
tertentu, setelah melewati tahap minimum, mikroba akan mengalami fasa kematian.
Faktor-faktor yang dapat menyebabkan berhentinya pertumbuhan mikroba antara
lain:
1. Penyusutan konsentrasi nutrisi yang dibutuhkan dalam pertumbuhan mikroba
karena habis terkonsumsi.
2. Produk akhir metabolisme yang menghambat pertumbuhan mikroba karena
terjadinya inhibisi dan represi [20].
15
Universitas Sumatera Utara
Khamir memiliki sekumpulan enzim yang diketahui sebagai zymase yang
berperanan pada fermentasi senyawa gula, seperti glukosa menjadi etanol (etil
alkohol) dan karbon dioksida. Proses fermentasi alkohol hanya dapat terjadi apabila
terdapat sel-sel khamir. Cepat lambatnya khamir juga dapat dipengaruhi oleh
beberapa faktor diantaranya adalah formulasi media yang digunakan sebagai proses
pengembangbiakan, inokulum, tahapan fermentasi dan ketersediaan substrat yang
cukup [23].
Perlakuan
sebelum
proses
fermentasi
alkohol
yaitu
mengupayakan
konsentrasi gulanya menjadi 15 % atau 20 %. Untuk memenuhi kebutuhan nutrisi,
maka ditambahkan amonium sulfat, sedangkan untuk menurunkan pH-nya digunakan
asam sulfat. Saccharomyces cerevisiae merupakan khamir yang umum digunakan
dalam industri fermentasi etanol. Biasanya khamir yang digunakan sebanyak 5 %
dari volume. Proses fermentasi membutuhkan waktu sekitar 28 - 72 jam, tetapi
biasanya 44 jam untuk menghasilkan etanol dengan konsentrasi 8 – 10% dengan
suhu optimum berkisar 32 – 33oC[21].
Bakteri dapat tumbuh dan berkembang biak dengan cepat bila dalam keadaan yang
menguntungkan. Pertumbuhan bakteri dapat dibagi menjadi empat fase, yaitu:
1. Fase Adaptasi (Lag Phase)
Merupakan periode penyesuaian diri bakteri terhadap lingkungan dan lamanya mulai
dari satu jam hingga beberapa hari. Lama waktu ini tergantung pada macam bakteri, umur
biakan, dan nutrien yang terdapat dalam medium yang disediakan. Pada fase ini bakteri
beradaptasi dengan lingkungan, belum mampu mengadakan pembiakan, terapi metabolisme
sel bakteri meningkat dan terjadi perbesaran ukuran sel bakteri.
2. Fase Pertumbuhan (Log Phase)
Fase ini merupakan periode pembiakan yang cepat dan merupakan periode yang
didalamnya dapat teramati ciri khas sel-sel yang aktif. Selama fase ini pembiakan bakteri
berlangsung cepat, sel-sel membelah dan jumlahnya meningkat secara logaritma sesuai
dengan pertambahan waktu, beberapa bakteri pada fase ini biasanya menghasilkan senyawa
metabolit primer, seperti karbohidrat dan protein. Pada kurva, fase ini ditandai dengan
adanya garis lurus pada plot jumlah sel terhadap waktu.
16
Universitas Sumatera Utara
3. Fase Stasioner (Stationer Phase)
Fase ini merupakan suatu keadaan seimbang antara laju pertumbuhan dengan laju
kematian, sehingga jumlah keseluruah bakteri yang hidup akan tetap. Beberapa bakteri
biasanya menghasilkan senyawa metabolit sekunder seperti antibiotika dan polimer pada
fase ini.
4. Fase Kematian (Death Phase)
Pada fase ini, laju kematian bakteri melampaui laju pembiakan bakteri. Hal ini
disebakan karena habisnya jumlah makanan dalam medium sehingga pembiakan bakteri
terhenti dan keadaan lingkungan yang jelek karena semakin banyaknya hasil metabolit yang
tidak berguna dan mengganggu pertumbuhan bakteri.
2.4 DESTILASI
Destilasi merupakan suatu metode pemisahan bahan kimia berdasarkan
perbedaan kemudahaan menguap (volatilitas) bahan. Dalam penyulingan, campuran
zat dididihkan sehingga menguap dan uap ini kemudian didinginkan sehingga
kembali kedalam bentuk cair. Zat yang memiliki titik didih lebih rendah akan
menguap lebih dulu. Metode ini termasuk unit operasi kimia jenis perpindahan
massa. Penerapan proses ini berdasarkan pada teori bahwa pada suatu larutan,
masing-masing komponen akan menguap pada titik didihnya. Bahan yang akan
didestilasikan pada drum pemasakan tidak boleh penuh, melainkan harus
menyediakan
sedikitnya
10%
ruang
kosong
dari
kapasitas
penuh
drum
pemasakan[13].
17
Universitas Sumatera Utara
Macam-macam metode destilasi antara lain :
1. Destilasi Sederhana, prinsipnya memisahkan dua atau lebih komponen cairan
berdasarkan perbedaan titik didih yang jauh berbeda.
2. Destilasi Fraksionasi (Bertingkat), sama prinsipnya dengan destilasi sederhana,
hanya destilasi bertingkat ini memiliki rangkaian alat kondensor yang lebih baik,
sehingga mampu memisahkan dua komponen yang memiliki perbedaan titik didih
yang berdekatan.
3. Destilasi Azeotrop dilakukan untuk memisahkan campuran azeotrop (campuran
dua atau lebih komponen yang sulit dipisahkan), biasanya dalam prosesnya
digunakan senyawa lain yang dapat memecah ikatan azeotrop tersebut, atau
dengan menggunakan tekanan tinggi.
4. Destilasi Kering
dilakukan
dengan
memanaskan
material
padat
untuk
mendapatkan fasa uap dan cairnya. Biasanya digunakan untuk mengambil cairan
bahan bakar dari kayu atau batu bata.
5. Destilasi Vakum dilakukan untuk memisahkan dua komponen yang titik didihnya
sangat tinggi, metode yang digunakan adalah dengan menurunkan tekanan
permukaan lebih rendah dari 1 atm, sehingga titik didihnya juga menjadi
rendah[26].
2.5 POTENSI EKONOMI BIOETANOL
Bioetanol mempunyai nilai komersial yang cukup tinggi di Indonesia, karena
bioetanol dapat digunakan sebagai bahan bakar alternatif untuk mengurangi
ketergantungan terhadap bahan bakar fosil. Bioenergi (biofuel) dirasa cocok untuk
mengatasi masalah energi karena beberapa kelebihannya. Kelebihan bioenergi, selain
bisa diperbarui, adalah bersifat ramah lingkungan, dapat terurai, mampu
mengeliminasi efek rumah kaca dan kontinuitas bahan bakunya terjamin. Data
kebutuhan import bioetanol untuk industri di Indonesia dapat dilihat pada tabel 2.3 di
bawah ini.
18
Universitas Sumatera Utara
Tabel 2.3 Data kebutuhan import bioetanol di Indonesia
Tahun
Kebutuhan Bioetanol (Kg)
2005
330
2006
3.285
2007
8.848
2008
36.833
Berdasarkan data kebutuhan import bioetanol untuk industri di Indonesia,
dapat kita lihat bahwa kebutuhan bioetanol terus meningkat atau bertambah seiring
dengan menipisnya bahan bakar fosil.
Ditinjau berdasarkan bahan baku biji durian yang tersedia di indonesia cukup
banyak, dimana indonesia merupakan salah satu negara penghasil durian. Karena
memiliki potensi yang cukup baik, perlu dilakukan kajian ekonomi terhadap hal ini.
Namun, dalam tulisan ini hanya akan dilakukan kajian ekonomi secara sederhana
yaitu dengan menghitung selisih antara harga biaya produksi dengan harga produk
yang dijual.
Berikut ini adalah biaya produksi dan harga produk :
Biaya produksi
= Rp 25.000/ liter
Harga bioetanol
= Rp 45.000 / kg
(CV. Rudang Jaya, 2014)
Harga-harga di atas menunjukkan selisih harga yang cukup signifikan. Dari
segi nilai keuntungan kasar, selisih biaya produksi bioetanol dan produk bioetanol
adalah Rp 45.000 -25.000 = Rp 20.000 Melihat dari hasil keuntungan penjualan
bioetanol dan ketersediaan bahan baku yang tersedia, dapat disimpulkan bahwa
potensi ekonomi pembuatan bioetanol dari biji durian sangat menguntungkan
sehingga dapat untuk diproduksi.
19
Universitas Sumatera Utara
TINJAUAN PUSTAKA
2.1
BIOETANOL
Alkohol (khususnya etanol) dapat dibuat dari berbagai bahan hasil pertanian.
Secara umum bahan-bahan tersebut dapat dibagi dalam tiga golongan yaitu:
1.
Bahan yang mengandung turunan gula (molases, gula tebu, gula bit, sari buah
anggur, dan sari buah lainnya),
2.
Bahan-bahan yang mengandung pati biji-bijian, kentang, dan tapioka), dan
3.
Bahan yang mengandung selulosa (kayu, dan beberapa limbah pertanian
lainnya).
Selain dari ketiga jenis bahan tersebut diatas etanol juga dapat dibuat dari bahan
bukan dari hasil pertanian tetapi dari bahan yang merupakan hasil proses lain.
Sebagai contohnya adalah etilen. Bahan-bahan yang mengandung monosakarida
langsung dapat difermentasi, akan tetapi disakarida, pati maupun karbohidrat
kompleks harus dihidrolisis terlebih dahulu menjadi komponen yang sederhana yaitu
monosakarida[6].
Oleh karena itu agar tahap proses fermentasi dapat berjalan dengan optimal,
maka bahan-bahan tersebut diatas harus mengalami perlakuan pendahuluan sebelum
masuk kedalam proses fermentasi. Disakarida (seperti gula pasir) harus dihidrolisis
menjadi glukosa dan fruktosa. Terbentuknya glukosa dan monosakarida yang lain
menunjukkan bahwa proses pendahuluan telah berakhir dan bahan selanjutnya telah
siap difermentasi. Secara kimiawi reaksi dalam proses fermentasi berjalan cukup
panjang, karena terjadi suatu deret reaksi yang masing-masing dipengaruhi oleh
enzim khusus[6].
Etanol memiliki banyak manfaat bagi masyarakat karena memiliki sifat yang
tidak beracun. Selain itu, etanol juga memiliki banyak sifat-sifat, baik secara fisika
maupun kimia. Adapun sifat-sifat fisika etanol dapat dilihat pada tabel dibawah ini:
5
Universitas Sumatera Utara
Tabel 2.1 Sifat-Sifat Fisika Etanol [16]
Sifat-Sifat Fisika Etanol
Keterangan
Berat Molekul
46,07 gr/grmol
Titik Lebur
-112 oC
Titik didih
78,4oC
Densitas
0,7893 gr/ml
Indeks bias
1,36143 cP
Viskositas 20oC
1,17 cP
Panas penguapan
200,6 kal/gr
Warna Cairan
tidak berwarna
Kelarutan
larut dalam air dan eter
Aroma
memiliki aroma yang khas
Seperti diketahui, etanol dikategorikan dalam dua kelompok utama :
Etanol 95-96 % v/v, disebut “etanol hidrat” yang dibagi dalam :
1.
Technical/raw spit grade, digunakan untuk bahan bakar spirtus, minuman ,
desinfektan dan pelarut
2.
Industrial grade, digunakan untuk bahan baku industri pelarut
3.
Potable grade, untuk minuman berkualitas tinggi.
Etanol > 99.5 % v/v, digunakan untuk bahan bakar. Jika dimurnikan lebih
lanjut dapat digunakan untuk keperluan farmasi dan pelarut di laboratorium
analisis. Etanol ini disebut fuel grade ethanol (FGE) atau anhydrous ethanol
(etanol anhidrat) atau etanol kering, yakni etanol yang bebas air atau hanya
mengandung air minimal.
Alkohol adalah senyawa hidrokarbon berupa gugus hidroksil (-OH) dengan 2
atom karbon (C). Spesies alkohol yang banyak digunakan adalah metil alkohol
(metanol), etil alkohol (etanol), iso propil alkohol atau propanol-2. Dalam dunia
perdagangan yang disebut alkohol adalah etanol atau etil alkohol atau metil karbinol
dengan rumus kimia C2H5OH.
6
Universitas Sumatera Utara
Etanol sintetis, sering disebut metanol atau metil alkohol atau alkohol kayu,
terbuat dari etilen, salah satu derivat minyak bumi atau batu bara. Bahan ini
diperoleh dari proses sintesa kimia yang disebut hidrasi, sedangkan bioetanol
direkayasa dari biomassa (tanaman) melalui proses biologi (enzimatik dan
fermentasi). Bahan baku bioetanol sebagai berikut.
1.
Bahan berpati, berupa singkong atau ubi kayu, ubi jalar, tepung sagu, biji
jagung, biji sorgum, gandum, kentang, ganyong, garut, umbi dahlia, dan lainlain.
2.
Bahan bergula, berupa molasses (tetes tebu), nira tebu, nira kelapa, nira batang
sorgum manis, nira aren (enau), nira nipah, gewang, nira lontar, dan lain-lain.
3.
Bahan berselulosa, berupa limbah logging, limbah pertanian seperti jerami padi,
ampas tebu, janggel (tongkol) jagung, onggok (limbah tapioka), batang pisang,
serbuk gergaji (grajen), dan lain-lain[18].
Etanol atau alkohol dimanfaatkan untuk berbagai keperluan, antara lain:
1.
Bahan baku industri atau senyawa kimia, contoh: industri minuman
beralkohol, industri asam asetat dan asetaldehid.
2.
Pelarut dalam industri, contoh: industri farmasi, kosmetika dan plastik.
3.
Bahan desinfektan, contoh: peralatan kedokteran, rumah tangga dan peralatan
di rumah sakit.
4.
Bahan baku motor.
Etanol atau etil alkohol yang di pasaran lebih dikenal sebagai alkohol
merupakan senyawa organik dengan rumus kimia C2H5OH. Dalam kondisi kamar,
etanol berwujud cairan yang tidak berwarna, mudah menguap, mudah terbakar,
mudah larut dalam air dan tembus cahaya. Etanol adalah senyawa organik golongan
alkohol primer. Sifat fisik dan kimia etanol bergantung pada gugus hidroksil. Faktorfaktor yang dapat mempengaruhi jumlah etanol yang dihasilkan dari fermentasi
adalah mikroorganisme dan media yang digunakan, adanya komponen media yang
dapat menghambat pertumbuhan serta kemampuan fermentasi mikroorganisme dan
kondisi selama fermentasi. Selain itu, hal-hal yang perlu diperhatikan selama
7
Universitas Sumatera Utara
fermentasi adalah pemilihan khamir, konsentrasi gula, keasaman, ada tidaknya
oksigen dan suhu dari perasan buah. Pemilihan sel khamir didasarkan pada jenis
karbohidrat yang digunakan sebagai medium untuk memproduksi alkohol dari pati
dan gula digunakan Saccharomyces cerevisiae.
Proses fermentasi sama dengan pH
optimum untuk proses pertumbuhan khamir yaitu pH 4,0-4,5. Etanol dihasilkan dari
gula yang merupakan hasil aktivitas fermentasi sel khamir. Khamir yang baik
digunakan untuk menghasilkan etanol adalah dari genus Saccharomyces. Kriteria
pemilihan khamir untuk produksi etanol adalah mempunyai laju fermentasi dan laju
pertumbuhan cepat, perolehan etanol banyak, tahan terhadap konsentrasi etanol dan
glukosa tinggi, tahan terhadap konsentrasi garam tinggi, pH optimum serta
fermentasi rendah, temperatur optimum fermentasi sekitar 25-30 tahan terhadap
stress fisika dan kimia[2].
2.1.1 Proses Pembuatan Bioetanol
Bahan baku bioetanol bisa diperoleh dari berbagai tanaman yang menghasilkan
gula dan tepung. Pada tahap persiapan, bahan baku berupa padatan harus dikonversi
terlebih dahulu menjadi larutan gula sebelum akhirnya difermentasi untuk
menghasilkan etanol, sedangkan bahan yang sudah berbentuk larutan gula dapat
langsung difermentasi. Bahan padatan dikenai perlakuan pengecilan ukuran dan
tahap pemasakan.
Tahap pemasakan bahan meliputi liquifikasi dan sakarifikasi. Pada tahap ini,
tepung dikonversi menjadi gula melalui proses pemecahan menjadi gula kompleks.
Pada tahap liquifikasi dilakukan penambahan air dan enzim alfa-amilase. Proses
dilakukan pada suhu 80 - 90oC berakhirnya proses liquifikasi ditandai dengan
parameter cairan seperti sup. Tahap sakarifikasi dilakukan pada suhu 50 - 60oC.
Enzim yang ditambahkan pada tahap ini adalah enzim glukoamilase. Pada tahap
sakarifikasi akan terjadi pemecahan gula kompleks menjadi gula sederhana[12].
Perlakuan sebelum proses fermentasi alkohol yaitu mengupayakan konsentrasi
gulanya menjadi 15 % atau 20 %. Untuk memenuhi kebutuhan nutrisi, maka
ditambahkan amonium sulfat, sedangkan untuk menurunkan pH-nya digunakan asam
sulfat. Saccharomyces cerevisiae merupakan khamir yang umum digunakan dalam
industri fermentasi etanol. Biasanya khamir yang digunakan sebanyak 5 % dari
8
Universitas Sumatera Utara
volume. Proses fermentasi membutuhkan waktu sekitar 28 - 72 jam, tetapi biasanya
44 jam untuk menghasilkan etanol dengan konsentrasi 8 – 10% dengan suhu
optimum berkisar 32 – 33oC [21].
Tahap fermentasi merupakan tahap kedua dalam proses produksi bioetanol.
Pada tahap ini terjadi proses pemecahan gula-gula sederhana menjadi etanol dengan
melibatkan enzim dan ragi. Fermentasi dilakukan pada kisaran suhu 27 - 32oC. pada
tahap ini akan dihasilkan gas CO2 sebagai produk sampingan dan sludge sebagai
limbahnya. Gas CO2 yang dihasilkan memiliki perbandingan stoikiometri yang sama
dengan etanol yang dihasilkan yaitu 1 : 1. Setelah melalui proses pemurnian, gas CO2
dapat digunakan sebagai bahan baku gas dalam pembuatan minuman berkarbonat.
Tahap berikutnya adalah pemurnian etanol. Tahap ini dilakukan melalui
metode destilasi. Destilasi dilakukan pada suhu diatas titik didih etanol murni, yaitu
pada kisaran 78 – 100oC. Produk yang dihasilkan pada tahap ini memiliki kemurnian
hingga 96 %. Akan tetapi, sebelum memasuki tahap pemurnian dilakukan pemisahan
etanol dengan sludge yang diperoleh dari hasil fermentasi etanol yang dihasilkan.
Salah satu pemanfaatan limbah sludge yang telah berhasil dilakukan yaitu
pengolahan sludge menjadi pupuk kalium majemuk dengan kadar kalium 40 %.
Jika etanol yang dihasilkan akan digunakan sebagai bahan bakar maka etanol
hasil destilasi ini harus dikeringkan terlebih dahulu. Pengeringan ini dapat dilakukan
dengan metode purifikasi molecular sieve bertujuan untuk meningkatkan kemurnian
etanol hingga memenuhi spesifikasi bahan bakar. Molecular sieve adalah suatu bahan
yang memiliki pori-pori kecil dan digunakan sebagai absorben cairan dan gas. Bahan
ini mampu menyerap air hingga 20 % dari berat bahan itu sendiri. Zeolit, lempung,
karbon aktif dan porous glasses adalah beberapa bahan yang termasuk molecular
sieve. Selain itu, pengeringan etanol dapat menggunakan metode lain yaitu metode
azeotrofik destilasi. Etanol hasil pengeringan ini memiliki kemurnian hingga 99, 5 %
[12].
9
Universitas Sumatera Utara
2.1.2 Parameter pengujian
1. Jumlah Bioetanol (ml)
Jumlah alkohol yang dihasilkan dapat diketahui dengan mengukur banyaknya
bioetanol yang dihasilkan melalui proses penyulingan menggunakan alat destilasi
menggunakan erlenmeyer dan gelas ukur.
2. Kadar Bioetanol setelah Proses Destilasi (%)
Kadar bioetanol ini merupakan indikator kandungan alkohol pada cairan yang
telah mengalami proses penyulingan dengan menggunakan alat destilasi. Kadar
alkohol yang terkadung dalam bioetanol dapat diukur melalui analisis GC dan
menggunakan alkohol meter juga.
3. Densitas Bioetanol (gr/ml)
Densitas bioetanol yang dihasilkan dapat diketahui dengan menggunakan
piknometer.
4. Spesific Grafity dan API Grafity
Spesific Grafity dan API Grafity adalah suatu pernyataan yang menyatakan
densitas atau berat persatuan volume dari suatu bahan. Hubungan antara Spesific
Grafity (sg) dan API Grafity (G), menurut Tjokrowisaatro (1986) adalah sebagai
berikut:
141,5
− 131,5
G=
sg
(2.1)
141,5
sg =
G + 131,5
Besarnya harga API grafity berkisar dari 0 – 100, sedangkan spesific grafity
merupakan harga relatif dari densitas suatu bahan terhadap air. Hubungan antara
densitas, spesific grafity dan API grafity kemudian digunakan untuk menghitung
nilai kalor.
5. Nilai Kalor (Heating Value)
Menurut Tjokrowisastro (1986), nilai kalor dihitung dengan menggunakan
persamaan berikut :
2,2046226
(2.2)
NK =
x(18,650 + 40 x(G − 10)kkal / kg )
3,9673727
.
10
Universitas Sumatera Utara
2.2 DURIAN
2.2.1 Sejarah Singkat
Durian (Durio zibethinus) merupakan tanaman buah berupa pohon. Sebutan
durian diduga berasal dari istilah Melayu yaitu dari kata duri yang diberi akhiran -an
sehingga menjadi durian. Kata ini terutama dipergunakan untuk menyebut buah yang
kulitnya berduri tajam. Tanaman durian berasal dari hutan Malaysia, Sumatra, dan
Kalimantan yang berupa tanaman liar. Penyebaran durian ke arah Barat adalah ke
Thailand, Birma, India dan Pakistan. Buah durian sudah dikenal di Asia Tenggara
sejak abad 7 M. Nama lain durian adalah duren (Jawa, Gayo), duriang (Manado),
dulian (Toraja), rulen (Seram Timur) [15].
2.2.2 Jenis Tanaman
Tanaman durian termasuk famili Bombaceae sebangsa pohon kapukkapukan. Yang lazim disebut durian adalah tumbuhan dari marga (genus) Durio,
Nesia, Lahia, Boschia dan Coelostegia. Ada puluhan durian yang diakui
keunggulannya oleh Menteri Pertanian dan disebarluaskan kepada masyarakat untuk
dikembangkan. Macam varietas durian tersebut adalah: durian sukun (Jawa Tengah),
petruk (Jawa Tengah), sitokong (Betawi), simas (Bogor), sunan (Jepara), otong
(Thailand), kani (Thailand), sidodol (Kalimantan Selatan), sijapang (Betawi) dan
sihijau (Kalimantan Selatan) [15].
2.2.3 Manfaat Tanaman
Manfaat durian selain sebagai makanan buah segar dan olahan lainnya,
terdapat manfaat dari bagian lainnya, yaitu:
1. Tanamannya sebagai pencegah erosi di lahan-lahan yang miring.
2. Batangnya untuk bahan bangunan/perkakas rumah tangga. Kayu durian setara
dengan kayu sengon sebab kayunya cenderung lurus.
3. Bijinya yang memiliki kandungan pati cukup tinggi, berpotensi sebagai alternative
pengganti makanan (dapat dibuat bubur yang dicampur daging buahnya).
4. Kulit dipakai sebagai bahan abu gosok yang bagus, dengan. cara dijemur sampai
kering dan dibakar sampai hancur [15].
11
Universitas Sumatera Utara
2.2.4 Karakteristik Biji Durian
Tanaman durian adalah tanaman tahunan. Bila ditanam melalui biji, tanaman ini akan
mulai berbunga untuk pertama kali sepuluh tahun setelah tanam. Namun, tanaman ini akan
menghasilkan buah yang lezat dan memiliki banyak manfaat. Selain buahnya, biji durian
dapat dimanfaatkan sebagai bioetanol. Biji merupakan alat perkembangbiakan yang utama
karena di dalam biji terdapat calon tumbuhan baru. Biji durian terdiri dari beberapa bagian
yaitu kulit biji, tali biji, dan inti biji[1].
Biji durian berbentuk bulat telur dan berkeping dua. Selain itu, biji durian berwarna
putih kekuningan. Biji durian (pongge) memiliki kandungan pati yang cukup tinggi sehingga
dapat digunakan sebagai pengganti bahan makanan[1].
Apabila dipotong atau dikupas kulitnya, biji durian biasanya mengeluarkan lendir.
Lendirnya tidak berbau dan berasa serta larut dalam air dingin ataupun panas. Lendirnya
dapat membentuk suatu larutan kental yang disebut gum. Berikut adalah tabel komposisi biji
durian dalam buku Michael J. Brown (1997:157)[15].
Tabel 2.2 Komposisi Biji Durian [15]
Zat
Per 100 gram biji segar
Per 100 gram biji telah
(mentah) tanpa kulitnya
dimasak tanpa kulitnya
Kadar air
51,5 gram
51,5 gram
Lemak
0,4 gram
0,2-0,23 gram
Protein
2,6 gram
1,5 gram
Karbohidrat total
47,6 gram
48,2 gram
Serat kasar
-
0,7 gram-0,71 gram
Nitrogen
-
0,297 gram
Abu
1,9 gram
1,0 gram
Kalsium
17 miligram
3,9-88,8 miligram
Fosfor
68 miligram
86,65-87 miligram
Besi
1,0 miligram
0,6-0,64 gram
Natrium
3 miligram
-
Kalium
962 miligram
-
12
Universitas Sumatera Utara
Lanjutan…
Beta karoten
250 µgram
-
Riboflavin
0,05 miligram
0,05-0,052 miligram
Thiamin
-
0,03-0,032 miligram
Niacin
0,9 miligram
0,89-0,9 miligram
Dari tabel dapat dilihat bahwa kandungan karbohidrat pada biji durian sangat tinggi
yaitu 47,6 gram per 100 gram biji segar, sedangkan bila dimasak menjadi 48,2 gram.
Amilum (karbohidrat) berbentuk polisakarida yang dapat dipecah menjadi glukosa.
Kemudian, glukosa akan difermentasi menjadi etanol.
2.3 FERMENTASI
Fermentasi adalah proses yang memanfaatkan kemampuan mikroba untuk
menghasilkan metabolit promer dan metabolit sekunder dalam suatu lingkungan
yangdikendalikan. Proses pertumbuhan mikroba merupakan tahap awal proses
fermentasi yang dikendalikan terutama dalam pengembangan inokulum agar dapat
diperoleh sel yang hidup. Pengendalian dilakukan dengan pengaturan kondisi
medium, komposisi medium, suplai O2, dan agitasi. Bahkan jumlah mikroba dalam
fermentor juga harus dikendalikan sehingga tidak terjadi kompetisi dalam
penggunaan nutrisi. Nutrisi dan produk fermentasi juga perlu dikendalikan, sebab
jika berlebih nutrisi dan produk metabolit hasil fermentasi tersebut dapat
menyebabkan inhibisi dan represi. Pengendalian diperlukan karena pertumbuhan
biomassa dalam suatu medium fermentasi dipengaruhi banyak faktor baik
ekstraselular maupun faktor intraselular[20].
Kinetika pertumbuhan secara dinamik dapat digunakan untuk meramalkan
produksi biomassa dalam suatu proses. Fermentasi berasal dari bahasa Latin fervere
yang berarti mendidihkan. Seiring perkembangan teknologi, definisi fermentasi
meluas, menjadi semua proses yang melibatkan mikroorganisme untuk menghasilkan
suatu produk yang disebut metabolit primer dan sekunder dalam suatu lingkungan
yang dikendalikan. Pada mulanya istilah fermentasi digunakan untuk menunjukkan
proses pengubahan glukosa menjadi alkohol yang berlangsung secara anaerob.
Namun, kemudian istilah fermentasi berkembang lagi menjadi seluruh perombakan
13
Universitas Sumatera Utara
senyawa organik yang dilakukan mikroorganisme yang melibatkan enzim yang
dihasilkannya [20].
Dengan kata lain,fermentasi adalah perubahan struktur kimia dari bahanbahan organik dengan memanfaatkan agen-agen biologis terutama enzim sebagai
biokatalis. Produk fermentasi dapat digolongkan menjadi 4 jenis, yaitu :
1. produk biomassa
2. produk enzim
3. produk metabolit
4. produk transformasi
Dalam bioproses fermentasi memegang peranan penting karena merupakan
kunci (proses utama) bagi produksi bahan-bahan yang berbasis biologis. Bahanbahan yang dihasilkan melalui fermentasi merupakan hasil-hasil metabolit sel
mikroba,misalnya antibiotik, asam-asam organik, aldehid, alkohol, fussel oil, dan
sebagainya[20].
Di samping hasil-hasil metabolit tersebut, fermentasi juga dapat diterapkan
untuk menghasilkan biomassa sel mikroba seperti ragi roti (baker yeast) yang
digunakan dalam pembuatan roti. Untuk menghasilkan tiap-tiap produk fermentasi di
atas dibutuhkan kondisi fermentasi yang berbeda-beda dan jenis mikroba yang
bervariasi juga karakteristiknya. Oleh karena itu, diperlukan keadaan lingkungan,
substrat (media), serta perlakuan yang sesuai sehingga produk yang dihasilkan
optimal. Pada percobaan ini digunakan ragi Saccharomyces cerevisiae yang bersifat
fakulktatif anaerobik. Pada kondisi aerobik sebagai akseptor elektron terakhir pada
jalur reaksi bioenergetik adalah oksigen. Pemanfaatan pada keadaan ini
menghasilkan penambahan biomassa sel dengan persamaan reaksi sebagai berikut:
C6H12O6
CO2+ H2O + biomassa sel
Pada kondisi anaerobik, Saccharomyces cerevisiae menggunakan senyawa
organik sebagai akseptor elektron terakhir pada jalur reaksi bioenergetik. Dalam hal
ini yang digunakan adalah glukosa dari substrat dengan hasil akhir perombakan
berupa alkohol (etanol), aldehid, asam organik, dan fussel oil. Reaksi yang
berlangsung dalam keadaan anaerobik tersebut adalah sebagai berikut:
C6H12O6
2 C2H5OH + 2 CO2+ produk samping
14
Universitas Sumatera Utara
Pada percobaan ini digunakan glukosa sebagai substrat utama. Hal ini
disebabkan struktur model glikosa yang sederhana sehingga mudah digunakan oleh
Saccharomyces cerevisiae. Glukosa digunakan sebagai sumber energi dan sumber
karbon yang digunakan untuk membentuk material penyusun sel baru. Glukosa
disebut juga reducing sugar sehingga pemanfaatannya oleh Saccharomyces
cerevisiae dilakukan dengan mengoksidasi glukosa yaitu dengan cara pemutusan
ikatan rangkap pada gugus karbonil glukosa. Media yang digunakan di dalam
fermentasi harus memenuhi syarat-syarat sebagai berikut:
1. Mengandung nutrisi yang dibutuhkan bagi pertumbuhan sel Saccharomyces
cerevisiae
2. Mengandung nutrisi yang dapat digunakan sebagai sumber energi bagi sel
Saccharomyces cerevisiae
3. Tidak mengandung zat yang menghambat pertumbuhan sel
4. Tidak terdapat kontaminan yang dapat meningkatkan persaingan dalam
penggunaan substrat.
Oleh karena itu, selain glukosa, ke dalam medium fermentasi juga ditambahkan
zat-zat lain yang berfungsi sebagai sumber makronutrien dan mikronutrien serta
growth factor. Proses pertumbuhan mikroba sangat dinamik dan kinetikanya dapat
digunakan untuk meramal produksi biomassa dalam suatu proses fermentasi [20].
Faktor utama yang mempengaruhi pertumbuhan dan perilaku mikroba dapat
digolongkan dalam faktor intraseluler dan faktor ekstraselular. Faktor intraselular
meliputi struktur, mekanisme, metabolisme, dan genetika. Sedangkan faktor
ekstraselular meliputi kondisi lingkungan seperti pH, suhu, tekanan. Proses
pertumbuhan mikroba merupakan proses yang memiliki batas tertentu. Pada saat
tertentu, setelah melewati tahap minimum, mikroba akan mengalami fasa kematian.
Faktor-faktor yang dapat menyebabkan berhentinya pertumbuhan mikroba antara
lain:
1. Penyusutan konsentrasi nutrisi yang dibutuhkan dalam pertumbuhan mikroba
karena habis terkonsumsi.
2. Produk akhir metabolisme yang menghambat pertumbuhan mikroba karena
terjadinya inhibisi dan represi [20].
15
Universitas Sumatera Utara
Khamir memiliki sekumpulan enzim yang diketahui sebagai zymase yang
berperanan pada fermentasi senyawa gula, seperti glukosa menjadi etanol (etil
alkohol) dan karbon dioksida. Proses fermentasi alkohol hanya dapat terjadi apabila
terdapat sel-sel khamir. Cepat lambatnya khamir juga dapat dipengaruhi oleh
beberapa faktor diantaranya adalah formulasi media yang digunakan sebagai proses
pengembangbiakan, inokulum, tahapan fermentasi dan ketersediaan substrat yang
cukup [23].
Perlakuan
sebelum
proses
fermentasi
alkohol
yaitu
mengupayakan
konsentrasi gulanya menjadi 15 % atau 20 %. Untuk memenuhi kebutuhan nutrisi,
maka ditambahkan amonium sulfat, sedangkan untuk menurunkan pH-nya digunakan
asam sulfat. Saccharomyces cerevisiae merupakan khamir yang umum digunakan
dalam industri fermentasi etanol. Biasanya khamir yang digunakan sebanyak 5 %
dari volume. Proses fermentasi membutuhkan waktu sekitar 28 - 72 jam, tetapi
biasanya 44 jam untuk menghasilkan etanol dengan konsentrasi 8 – 10% dengan
suhu optimum berkisar 32 – 33oC[21].
Bakteri dapat tumbuh dan berkembang biak dengan cepat bila dalam keadaan yang
menguntungkan. Pertumbuhan bakteri dapat dibagi menjadi empat fase, yaitu:
1. Fase Adaptasi (Lag Phase)
Merupakan periode penyesuaian diri bakteri terhadap lingkungan dan lamanya mulai
dari satu jam hingga beberapa hari. Lama waktu ini tergantung pada macam bakteri, umur
biakan, dan nutrien yang terdapat dalam medium yang disediakan. Pada fase ini bakteri
beradaptasi dengan lingkungan, belum mampu mengadakan pembiakan, terapi metabolisme
sel bakteri meningkat dan terjadi perbesaran ukuran sel bakteri.
2. Fase Pertumbuhan (Log Phase)
Fase ini merupakan periode pembiakan yang cepat dan merupakan periode yang
didalamnya dapat teramati ciri khas sel-sel yang aktif. Selama fase ini pembiakan bakteri
berlangsung cepat, sel-sel membelah dan jumlahnya meningkat secara logaritma sesuai
dengan pertambahan waktu, beberapa bakteri pada fase ini biasanya menghasilkan senyawa
metabolit primer, seperti karbohidrat dan protein. Pada kurva, fase ini ditandai dengan
adanya garis lurus pada plot jumlah sel terhadap waktu.
16
Universitas Sumatera Utara
3. Fase Stasioner (Stationer Phase)
Fase ini merupakan suatu keadaan seimbang antara laju pertumbuhan dengan laju
kematian, sehingga jumlah keseluruah bakteri yang hidup akan tetap. Beberapa bakteri
biasanya menghasilkan senyawa metabolit sekunder seperti antibiotika dan polimer pada
fase ini.
4. Fase Kematian (Death Phase)
Pada fase ini, laju kematian bakteri melampaui laju pembiakan bakteri. Hal ini
disebakan karena habisnya jumlah makanan dalam medium sehingga pembiakan bakteri
terhenti dan keadaan lingkungan yang jelek karena semakin banyaknya hasil metabolit yang
tidak berguna dan mengganggu pertumbuhan bakteri.
2.4 DESTILASI
Destilasi merupakan suatu metode pemisahan bahan kimia berdasarkan
perbedaan kemudahaan menguap (volatilitas) bahan. Dalam penyulingan, campuran
zat dididihkan sehingga menguap dan uap ini kemudian didinginkan sehingga
kembali kedalam bentuk cair. Zat yang memiliki titik didih lebih rendah akan
menguap lebih dulu. Metode ini termasuk unit operasi kimia jenis perpindahan
massa. Penerapan proses ini berdasarkan pada teori bahwa pada suatu larutan,
masing-masing komponen akan menguap pada titik didihnya. Bahan yang akan
didestilasikan pada drum pemasakan tidak boleh penuh, melainkan harus
menyediakan
sedikitnya
10%
ruang
kosong
dari
kapasitas
penuh
drum
pemasakan[13].
17
Universitas Sumatera Utara
Macam-macam metode destilasi antara lain :
1. Destilasi Sederhana, prinsipnya memisahkan dua atau lebih komponen cairan
berdasarkan perbedaan titik didih yang jauh berbeda.
2. Destilasi Fraksionasi (Bertingkat), sama prinsipnya dengan destilasi sederhana,
hanya destilasi bertingkat ini memiliki rangkaian alat kondensor yang lebih baik,
sehingga mampu memisahkan dua komponen yang memiliki perbedaan titik didih
yang berdekatan.
3. Destilasi Azeotrop dilakukan untuk memisahkan campuran azeotrop (campuran
dua atau lebih komponen yang sulit dipisahkan), biasanya dalam prosesnya
digunakan senyawa lain yang dapat memecah ikatan azeotrop tersebut, atau
dengan menggunakan tekanan tinggi.
4. Destilasi Kering
dilakukan
dengan
memanaskan
material
padat
untuk
mendapatkan fasa uap dan cairnya. Biasanya digunakan untuk mengambil cairan
bahan bakar dari kayu atau batu bata.
5. Destilasi Vakum dilakukan untuk memisahkan dua komponen yang titik didihnya
sangat tinggi, metode yang digunakan adalah dengan menurunkan tekanan
permukaan lebih rendah dari 1 atm, sehingga titik didihnya juga menjadi
rendah[26].
2.5 POTENSI EKONOMI BIOETANOL
Bioetanol mempunyai nilai komersial yang cukup tinggi di Indonesia, karena
bioetanol dapat digunakan sebagai bahan bakar alternatif untuk mengurangi
ketergantungan terhadap bahan bakar fosil. Bioenergi (biofuel) dirasa cocok untuk
mengatasi masalah energi karena beberapa kelebihannya. Kelebihan bioenergi, selain
bisa diperbarui, adalah bersifat ramah lingkungan, dapat terurai, mampu
mengeliminasi efek rumah kaca dan kontinuitas bahan bakunya terjamin. Data
kebutuhan import bioetanol untuk industri di Indonesia dapat dilihat pada tabel 2.3 di
bawah ini.
18
Universitas Sumatera Utara
Tabel 2.3 Data kebutuhan import bioetanol di Indonesia
Tahun
Kebutuhan Bioetanol (Kg)
2005
330
2006
3.285
2007
8.848
2008
36.833
Berdasarkan data kebutuhan import bioetanol untuk industri di Indonesia,
dapat kita lihat bahwa kebutuhan bioetanol terus meningkat atau bertambah seiring
dengan menipisnya bahan bakar fosil.
Ditinjau berdasarkan bahan baku biji durian yang tersedia di indonesia cukup
banyak, dimana indonesia merupakan salah satu negara penghasil durian. Karena
memiliki potensi yang cukup baik, perlu dilakukan kajian ekonomi terhadap hal ini.
Namun, dalam tulisan ini hanya akan dilakukan kajian ekonomi secara sederhana
yaitu dengan menghitung selisih antara harga biaya produksi dengan harga produk
yang dijual.
Berikut ini adalah biaya produksi dan harga produk :
Biaya produksi
= Rp 25.000/ liter
Harga bioetanol
= Rp 45.000 / kg
(CV. Rudang Jaya, 2014)
Harga-harga di atas menunjukkan selisih harga yang cukup signifikan. Dari
segi nilai keuntungan kasar, selisih biaya produksi bioetanol dan produk bioetanol
adalah Rp 45.000 -25.000 = Rp 20.000 Melihat dari hasil keuntungan penjualan
bioetanol dan ketersediaan bahan baku yang tersedia, dapat disimpulkan bahwa
potensi ekonomi pembuatan bioetanol dari biji durian sangat menguntungkan
sehingga dapat untuk diproduksi.
19
Universitas Sumatera Utara