Pengaruh Volume Starter dan Agitasi dalam Pembuatan Bioetanol dari Nira Aren (Arenga Pinnata Merr)
BAB II
TINJAUAN PUSTAKA
2.1 BIOETANOL
Bioetanol merupakan etanol yang diperoleh dari bahan berbasis biomasa atau
sumber yang terbarukan [27] seperti dari berbagai tanaman yang mengandung
karbohidrat, gula serta tanaman berselulosa. Bioetanol berwujud cairan yang
merupakan hasil dari proses fermentasi gula [28] dimana terjadi perombakan
senyawa organik dengan melibatkan mikroorganisme.
Etanol atau etil alkohol (C2H5OH) memiliki karakteristik mudah terbakar,
mudah menguap, larut dalam air membentuk larutan azeotrop, tidak karsinogenik
dan tidak memberikan dampak pencemaran pada lingkungan yang signifikan [7].
Bioetanol merupakan bahan bakar alternatif yang diinginkan sebagai
pengganti bahan bakar fosil yang berasal dari minyak bumi dimana
ketersediaannya saat ini semakin berkurang [29]. 5% bioetanol dapat dicampur
dengan bahan bakar konvensional tanpa perlu modifikasi untuk dijadikan sistem
bahan bakar transportasi [27] selain itu juga dimanfaatkan sebagai bahan baku
kimia serta sebagai pelarut di berbagai industri. Beberapa keunggulan bioetanol
yaitu:
1.
Dapat diproduksi dari sejumlah sumber daya terbarukan.
2.
Bahan bakar yang lebih ramah lingkungan, biodegradable.
3.
Tidak toksik dibandingkan bahan bakar fosil.
4.
Dapat mengurangi emisi partikulat pada mesin.
[27]
Bioetanol dapat digunakan sebagai bahan bakar (biofuel) yang biasa disebut
fuel grade ethanol (FGE) jika kemurniannya mencapai 99% [30]. Berdasarkan
penelitian Hadi, dkk [31] menyatakan bahwa untuk memperoleh bahan bakar mix
atau campuran biopremium dengan nilai oktan 92 menghasilkan perbandingan 1%
dari penggunaan bioetanol FGE dari bahan bakar fosil dan 2% untuk biopremium
dengan nilai oktan 95.
7
Universitas Sumatera Utara
2.2 NIRA AREN
Aren (Arenga pinnata Merr) merupakan salah satu spesies palem yang
memiliki banyak kegunaan dimana hampir semua bagian tanaman/pohon ini dapat
digunakan [32]. Aren berbentuk pohon soliter dengan tinggi 12 m bahkan dapat
mencapai 15 m-20 m dengan diameter setinggi dada 60-65 cm. permukaan batang
ditutupi srat ijuk berwarna hitam yang berasal dari tangkai daun [33]. Produk
terpenting dari aren adalah nira [19]. Nira adalah cairan manis yang diperoleh dari
air perasan batang atau getah tandan bunga tanaman [20]. Nira dihasilkan ketika
pohon
mengkonversi
pati
menjadi
gula
untuk
memungkinkan
adanya
perkembangan bunga [34].
Nira yang manis diperoleh dari aren dengan cara penyadapan. Nira disadap
dari tongkol bunga jantan dapat menghasilkan 4-6 liter per hari dengan 2 kali
penyadapan. Setiap bunga jantan dapat disadap selama 3-4 bulan sampai akhirnya
tongkol mengering. Jika dibiarkan begitu saja, nira dapat meragi sendiri dan
berubah menjadi tuak dengan kadar etanol 4% [17]. Nira biasanya dijadikan gula
aren [21] namun saat ini para peneliti fokus terhadap produksi bioetanol dari nira
aren melalui proses fermentasi [32].
Nira segar mengandung gula 13,9-14,9%, abu 0,04%, protein 0,2% dan kadar
lemak 0,02% [23]. Kandungan gula yang cukup tinggi pada nira aren
menyebabkan nira mudah rusak selama penyimpanan. Hal ini disebabkan karena
adanya peristiwa fermentasi yang dapat menurunkan kualitas nira [35].
2.3 FERMENTASI
Pembuatan etanol melalui proses fermentasi secara anaerobik dengan bantuan
mikroorganisme adalah metode yang paling umum di lakukan di dunia industri
[15], bahan baku yang digunakan adalah sukrosa atau pati . Proses fermentasi pati
menjadi etanol membutuhkan proses yang lebih panjang, sehingga bahan baku
sukrosa lebih disukai [36].
Secara sederhana proses fermentasi adalah proses konversi 1 mol glukosa
menjadi 2 mol etanol dan 2 mol karbondioksida dengan bantuan enzim. Reaksi
kimianya adalah sebagai berikut :
C6H12O6
2C2H5OH + 2CO2 [36]
8
Universitas Sumatera Utara
Proses fermentasi dapat dilakukan dengan metode batch, fed-batch atau secara
kontinyu [37]. Proses fermentasi menggunakan reaktor batch secara luas telah
digunakan di industri [38]. Faktor-faktor yang mempengaruhi hasil fermentasi
antara lain :
1. Nutrisi
Hasil penelitian [39] menunjukkan bahwa tanpa pemberian nutrisi, konversi
etanol dari sukrosa menjadi lebih rendah. Nutrisi yang digunakan dalam
proses fermentasi pembentukan etanol adalah NPK [15].
Penelitiannya
menunjukkan bahwa penambahan NPK dengan volume 0,4% dalam proses
fermentasi nira aren meningkatkan reduksi gula dari 25% menjadi 37,5 %
dalam waktu 24 jam.
2. Biokatalis
Biokatalis yang paling banyak digunakan di industri pembuatan bioetanol saat
ini adalah S.cerevisiae [6];[41]. S.cerevisiae
bekerja dengan baik pada
pembuatan bioetanol melalui proses fermentasi. Kelebihan S.cerevisiae adalah
ketahanannya terhadap kadar alkohol yang tinggi [40] yakni 12-20 (% v/v)
etanol [36], kemampuannya menghasilkan produk fermentasi yang tinggi, dan
pertumbuhan yang baik dalam kondisi anaerob [41].
3. Pengadukan
Pengaruh pengadukan untuk meningkatkan produksi etanol dalam proses
fermentasi
tidaklah
terlalu
besar
namun
proses
pengadukan
akan
mempersingkat waktu fermentasi [42] dan juga mendistribusikan nutrisi bagi
sel biokatalis secara merata. Pengadukan dengan kecepatan 100 rpm
merupakan kecepatan pengadukan yang lebih baik dibandingkan dengan 50
rpm atau 150 rpm [26].
4. Temperatur
Temperatur optimum untuk proses fermentasi glukosa adalah dibawah 40 oC
pada keadaan atmosfir [26].
5. Jumlah volume starter
Semakin tinggi volume starter yang digunakan maka semakin tinggi yield
bioethanol yang didapatkan. Berdasarkan hasil penelitian yang telah dilakukan
9
Universitas Sumatera Utara
Kismurtono didapat volume starter optimum untuk proses fermentasi nira aren
adalah 25% dengan kondisi standar [15].
Proses pemurnian bioetanol setelah proses fermentasi dilakukan dengan proses
distilasi [43]. Pada tahap ini dihasilkan distilat dengan kadar alkohol 45%-50%,
untuk meningkatkan kadar bioetanol hingga 95 % dilakukan proses disitilasi
bertingkat. Selanjutnya untuk mengeluarkan sisa air (4%-5%) dapat dilakukan
dengan cara penambahan senyawa anhidrus, distilasi azeotrop atau dengan cara
filterisasi molecular sieve [17].
2.4 SACCHAROMYCES CEREVISIAE
Mikroorganisme yang paling banyak digunakan untuk memproduksi
bioetanol adalah ragi, khususnya Saccharomyces cerevisiae. S.cerevisiae sering
dipilih untuk produksi etanol karena sangat baik dalam melakukan fermentasi dan
kemampuannya untuk tumbuh dengan cepat dibawah kondisi anaerobik dan
toleransi yang tinggi terhadap etanol [41]
S.cerevisiae banyak diaplikasikan pada bioteknologi karena memiliki fitur
penting yaitu genomik DNA nya tidak mengandung intron, urutan genom yang
telah ditentukan dan teknologi fermentasi cukup berbeda [44].
Salah satu media untuk pertumbuhan mikroorganisme adalah nira. Nira aren
dapat mengalami fermentasi secara alami karena dari asalnya nira aren telah
membawa sel ragi yaitu Saccharomyces tuac, Dengan itu Saccharomyces sangat
aktif dalam mensintesis gula sehingga menghasilkan alkohol [33].
10
Universitas Sumatera Utara
TINJAUAN PUSTAKA
2.1 BIOETANOL
Bioetanol merupakan etanol yang diperoleh dari bahan berbasis biomasa atau
sumber yang terbarukan [27] seperti dari berbagai tanaman yang mengandung
karbohidrat, gula serta tanaman berselulosa. Bioetanol berwujud cairan yang
merupakan hasil dari proses fermentasi gula [28] dimana terjadi perombakan
senyawa organik dengan melibatkan mikroorganisme.
Etanol atau etil alkohol (C2H5OH) memiliki karakteristik mudah terbakar,
mudah menguap, larut dalam air membentuk larutan azeotrop, tidak karsinogenik
dan tidak memberikan dampak pencemaran pada lingkungan yang signifikan [7].
Bioetanol merupakan bahan bakar alternatif yang diinginkan sebagai
pengganti bahan bakar fosil yang berasal dari minyak bumi dimana
ketersediaannya saat ini semakin berkurang [29]. 5% bioetanol dapat dicampur
dengan bahan bakar konvensional tanpa perlu modifikasi untuk dijadikan sistem
bahan bakar transportasi [27] selain itu juga dimanfaatkan sebagai bahan baku
kimia serta sebagai pelarut di berbagai industri. Beberapa keunggulan bioetanol
yaitu:
1.
Dapat diproduksi dari sejumlah sumber daya terbarukan.
2.
Bahan bakar yang lebih ramah lingkungan, biodegradable.
3.
Tidak toksik dibandingkan bahan bakar fosil.
4.
Dapat mengurangi emisi partikulat pada mesin.
[27]
Bioetanol dapat digunakan sebagai bahan bakar (biofuel) yang biasa disebut
fuel grade ethanol (FGE) jika kemurniannya mencapai 99% [30]. Berdasarkan
penelitian Hadi, dkk [31] menyatakan bahwa untuk memperoleh bahan bakar mix
atau campuran biopremium dengan nilai oktan 92 menghasilkan perbandingan 1%
dari penggunaan bioetanol FGE dari bahan bakar fosil dan 2% untuk biopremium
dengan nilai oktan 95.
7
Universitas Sumatera Utara
2.2 NIRA AREN
Aren (Arenga pinnata Merr) merupakan salah satu spesies palem yang
memiliki banyak kegunaan dimana hampir semua bagian tanaman/pohon ini dapat
digunakan [32]. Aren berbentuk pohon soliter dengan tinggi 12 m bahkan dapat
mencapai 15 m-20 m dengan diameter setinggi dada 60-65 cm. permukaan batang
ditutupi srat ijuk berwarna hitam yang berasal dari tangkai daun [33]. Produk
terpenting dari aren adalah nira [19]. Nira adalah cairan manis yang diperoleh dari
air perasan batang atau getah tandan bunga tanaman [20]. Nira dihasilkan ketika
pohon
mengkonversi
pati
menjadi
gula
untuk
memungkinkan
adanya
perkembangan bunga [34].
Nira yang manis diperoleh dari aren dengan cara penyadapan. Nira disadap
dari tongkol bunga jantan dapat menghasilkan 4-6 liter per hari dengan 2 kali
penyadapan. Setiap bunga jantan dapat disadap selama 3-4 bulan sampai akhirnya
tongkol mengering. Jika dibiarkan begitu saja, nira dapat meragi sendiri dan
berubah menjadi tuak dengan kadar etanol 4% [17]. Nira biasanya dijadikan gula
aren [21] namun saat ini para peneliti fokus terhadap produksi bioetanol dari nira
aren melalui proses fermentasi [32].
Nira segar mengandung gula 13,9-14,9%, abu 0,04%, protein 0,2% dan kadar
lemak 0,02% [23]. Kandungan gula yang cukup tinggi pada nira aren
menyebabkan nira mudah rusak selama penyimpanan. Hal ini disebabkan karena
adanya peristiwa fermentasi yang dapat menurunkan kualitas nira [35].
2.3 FERMENTASI
Pembuatan etanol melalui proses fermentasi secara anaerobik dengan bantuan
mikroorganisme adalah metode yang paling umum di lakukan di dunia industri
[15], bahan baku yang digunakan adalah sukrosa atau pati . Proses fermentasi pati
menjadi etanol membutuhkan proses yang lebih panjang, sehingga bahan baku
sukrosa lebih disukai [36].
Secara sederhana proses fermentasi adalah proses konversi 1 mol glukosa
menjadi 2 mol etanol dan 2 mol karbondioksida dengan bantuan enzim. Reaksi
kimianya adalah sebagai berikut :
C6H12O6
2C2H5OH + 2CO2 [36]
8
Universitas Sumatera Utara
Proses fermentasi dapat dilakukan dengan metode batch, fed-batch atau secara
kontinyu [37]. Proses fermentasi menggunakan reaktor batch secara luas telah
digunakan di industri [38]. Faktor-faktor yang mempengaruhi hasil fermentasi
antara lain :
1. Nutrisi
Hasil penelitian [39] menunjukkan bahwa tanpa pemberian nutrisi, konversi
etanol dari sukrosa menjadi lebih rendah. Nutrisi yang digunakan dalam
proses fermentasi pembentukan etanol adalah NPK [15].
Penelitiannya
menunjukkan bahwa penambahan NPK dengan volume 0,4% dalam proses
fermentasi nira aren meningkatkan reduksi gula dari 25% menjadi 37,5 %
dalam waktu 24 jam.
2. Biokatalis
Biokatalis yang paling banyak digunakan di industri pembuatan bioetanol saat
ini adalah S.cerevisiae [6];[41]. S.cerevisiae
bekerja dengan baik pada
pembuatan bioetanol melalui proses fermentasi. Kelebihan S.cerevisiae adalah
ketahanannya terhadap kadar alkohol yang tinggi [40] yakni 12-20 (% v/v)
etanol [36], kemampuannya menghasilkan produk fermentasi yang tinggi, dan
pertumbuhan yang baik dalam kondisi anaerob [41].
3. Pengadukan
Pengaruh pengadukan untuk meningkatkan produksi etanol dalam proses
fermentasi
tidaklah
terlalu
besar
namun
proses
pengadukan
akan
mempersingkat waktu fermentasi [42] dan juga mendistribusikan nutrisi bagi
sel biokatalis secara merata. Pengadukan dengan kecepatan 100 rpm
merupakan kecepatan pengadukan yang lebih baik dibandingkan dengan 50
rpm atau 150 rpm [26].
4. Temperatur
Temperatur optimum untuk proses fermentasi glukosa adalah dibawah 40 oC
pada keadaan atmosfir [26].
5. Jumlah volume starter
Semakin tinggi volume starter yang digunakan maka semakin tinggi yield
bioethanol yang didapatkan. Berdasarkan hasil penelitian yang telah dilakukan
9
Universitas Sumatera Utara
Kismurtono didapat volume starter optimum untuk proses fermentasi nira aren
adalah 25% dengan kondisi standar [15].
Proses pemurnian bioetanol setelah proses fermentasi dilakukan dengan proses
distilasi [43]. Pada tahap ini dihasilkan distilat dengan kadar alkohol 45%-50%,
untuk meningkatkan kadar bioetanol hingga 95 % dilakukan proses disitilasi
bertingkat. Selanjutnya untuk mengeluarkan sisa air (4%-5%) dapat dilakukan
dengan cara penambahan senyawa anhidrus, distilasi azeotrop atau dengan cara
filterisasi molecular sieve [17].
2.4 SACCHAROMYCES CEREVISIAE
Mikroorganisme yang paling banyak digunakan untuk memproduksi
bioetanol adalah ragi, khususnya Saccharomyces cerevisiae. S.cerevisiae sering
dipilih untuk produksi etanol karena sangat baik dalam melakukan fermentasi dan
kemampuannya untuk tumbuh dengan cepat dibawah kondisi anaerobik dan
toleransi yang tinggi terhadap etanol [41]
S.cerevisiae banyak diaplikasikan pada bioteknologi karena memiliki fitur
penting yaitu genomik DNA nya tidak mengandung intron, urutan genom yang
telah ditentukan dan teknologi fermentasi cukup berbeda [44].
Salah satu media untuk pertumbuhan mikroorganisme adalah nira. Nira aren
dapat mengalami fermentasi secara alami karena dari asalnya nira aren telah
membawa sel ragi yaitu Saccharomyces tuac, Dengan itu Saccharomyces sangat
aktif dalam mensintesis gula sehingga menghasilkan alkohol [33].
10
Universitas Sumatera Utara