Sumber : Purwoko, 2007
2.3. Fermentasi Etanol
Istilah “Fermentasi“ fermentation dalam bahasa inggris berasal dari kata lain ferfere yang artinya mendidihkan. Ini dianggap sebagai suatu peninggalan
pada waktu ilmu kimia masih sangat muda sehingga terbentuknya gas dari suatu cairan hanya dapat dibandingkan dengan keadaan seperti air mendidih atau
mulai mendidih Judoamidjojo, 1992. Fermentasi klasik yaitu upaya penguraian senyawa-senyawa organik
komplek dengan bantuan mikroorganisme pada kondisi anaerob untuk menghasilkan produk. Sedangkan fermentasi modern adalah upaya pengubahan
substrat dengan bantuan mikroorganisme dalam kondisi terkontrol sehingga menghasilkan bahan yang lebih berguna Pujaningsih, 2005.
Fermentasi mempunyai pengertian aplikasi metabolisme mikroba untuk mengubah bahan baku menjadi produk bernilai tinggi, seperti asam-asam organik,
protein sel tunggal, antibiotik dan biopolimer. Pada dasarnya substrat yang digunakan pada fermentasi skala industri adalah substrat sebagai sumber karbon.
Sumber karbon yang biasa digunakan adalah karbohidrat yang dapat diperoleh dari berbagai jenis pati seperti serealia, jagung, kentang, singkong dan sagu
Hartoto, 1992. Sedangkan menurut Muchtadi 1997 fermentasi secara teknik dapat didefinisikan sebagai suatu proses oksidasi anaerobik atau parsial anaerobik
dari karbohidrat dan menghasilkan alkohol serta beberapa asam.
Gambar 9. Siklus metabolisme etanol
Ida, 2009 Salah satu pemanfaatan khamir yang paling penting dan terkenal ialah
produksi etil alkohol dari karbohidrat. Proses fermentasi ini dimanfaatkan oleh para pembuat bir, roti, anggur, bahan kimia, para ibu rumah tangga, dan lain-lain
Pelczar dan Chan, 2005. Fermentasi etanol terjadi pada kondisi anaerob dengan khamir tertentu yang dapat mengkonversi glukosa jadi etanol melalui Embden-
Meyerhoff-Parras EMP pathway Pelczar dan Chan, 2005; Lehninger, 1982. Siklus metabolisme etanol dapat dilihat pada gambar 9, yaitu :
Dari satu molekul glukosa akan terbentuk dua molekul etanol dan 2 molekul CO
2
sehingga berdasarkan bobotnya secara teoritis satu gram glukosa menghasilkan 0,51 gram etanol Judoamidjojo, 1992. Proses perubahan gula
yang dilakukan khamir sebagai berikut : C
6
H
12
O
6
+ Khamir → 2 C
2
H
5
OH + 2 CO
2
3C
5
H
10
O
5
+ Khamir → 5C
2
H
5
OH + 5CO
2
Hasil fermentasi biasanya hanya terbentuk larutan alkohol encer, karena sel-sel khamir akan mati pada kadar alkohol yang lebih pekat. Larutan tersebut
harus disuling secara bertingkat. Dengan penyulingan bertingkat akan diperoleh alkohol yang kadarnya mencapai 95. Jika disuling lagi akan diperoleh alkohol
murni, akan tetapi kadarnya tidak lebih dari 95,5. Hal ini disebabkan karena garis didih dari susunan H
2
O-C
2
H
5
OH mempunyai harga minimum pada 4,5 air dan 95,5 alkohol. Sehingga larutan 95,5 mempunyai titik didih tetap dan tidak
dapat ditetapkan lagi dengan penyulingan biasa Budiyanto, 2003. Untuk mendapatkan hasil fermentasi yang optimum, menurut Budiyanto
2003 perlu diperhatikan hal-hal berikut, yaitu : 1. Kadar gula yang terlalu tinggi akan menghambat aktivitas khamir.
Konsentrasi gula yang optimum adalah 14-28 . 2. Suhu yang baik untuk fermentasi di bawah 30
o
C. Semakin rendah suhu fermentasi, maka akan semakin tinggi alkohol yang dihasilkan. Hal ini
dikarenakan pada suhu rendah CO
2
lebih sedikit terbentuk. 3. Derajat keasaman akan mempengaruhi kecepatan fermentasi pH yang
optimum untuk pembentukan khamir adalah 4-4,5 untuk pengaturan pH dapat digunakan NaOH untuk menaikan pH dan asam nitrat untuk menurunkan
pH. Pada pH 3,5 atau sedikit lebih rendah fermentasi masih dapat berlangsung dengan baik dan bakteri pembusuk akan terhambat.
Sedangkan menurut Tjokroadikoesoemo 1986 bahan baku fermentasi etanol dapat digunakan :
1. Bahan-bahan yang mengandung gula, misalnya legen, nira dan sebagainya. Dari bahan baku jenis ini tetes hasil samping pabrik gula merupakan bahan
baku yang paling banyak digunakan. 2. Bahan-bahan berpati, misalnya biji-bijian jagung, beras, sorgum dan lain-
lain dan umbi-umbian kentang, ubi jalar, ubi kayu dan lain-lain. 3. Bahan-bahan berserat kayu dan limbah pertanian lainnya.
Bahan-bahan yang
mengandung monosakarida
langsung dapat
difermentasikan, akan tetapi disakarida, pati maupun karbohidrat kompleks harus dihidrolisis terlebih dahulu menjadi komponen yang lebih sederhana yaitu
monosakarida. Oleh karena itu agar proses fermentasi berjalan optimal maka bahan-bahan tersebut harus mengalami perlakuan pendahuluan sebelum masuk
ke dalam proses fermentasi Budiyanto, 2003. Etanol mungkin sudah dikenal orang sejak awal peradaban manusia.
Secara tidak sengaja bahan ini dihasilkan dari peragian spontan bahan-bahan yang mengandung gula, dan berangsur-angsur orang berusaha mengendalikan
peragian tersebut sehingga diperoleh minuman beralkohol. Meskipun pengetahuan tentang alkohol dan bagaimana cara memisahkannya sudah lama sekali
berkembang, namun baru tahun 1808 untuk pertama kalinya dibangun pabrik penyulingan dengan sistem kontinyu di Prancis oleh Cellier dan Blumenthal
Tjokoadikoesoemo, 1986.
Etanol yang diperoleh dari peragian, pada prosesnya berkataliskan enzim. Suatu tipe enzim mengubah karbohidrat menjadi glukosa kemudian menjadi
etanol. Peragian buah-buahan, sayuran, biji-bijian berhenti bila kadar alkohol mencapai 14-16. Jika digunakan kadar yang lebih tinggi campuran itu harus
disuling Fessenden dan Fessenden, 1982.
Etanol merupakan produk fermentasi yang dapat dibuat dari substrat yang mengandung karbohidrat gula, pati dan selulosa. Etanol merupakan kependekan
dari etil alkohol C
2
H
5
OH, sering juga disebut sebagai “grain alcohol” atau alkohol saja. Bentuknya berupa cairan yang tak berwarna dan mempunyai bau
khas yang menusuk hidung, mudah menguap dan larut dalam air dan eter. Penggunaan etanol yang terbanyak adalah sebagai pelarut sebesar 40, untuk
membuat asetaldehid sebesar 36, untuk penggunaan secara kimiawi yang lain sebesar 15, serta eter, glikol eter, etil asetat dan khoral sebesar 9
Judoamidjojo, 1992. Sifat fisik etanol dapat dilihat pada tabel 3, yaitu :
Tabel 3. Sifat fisik etanol
Massa molekul relatif 46,07 gmol
Titik beku -114,1°C
Titik didih normal 78,32°C
Dentitas pada 20° 0,7893 gml
Kelarutan dalam air sangat larut
Viskositas pada 20°C 1,17 cP
Kalor spesifik, 20°C 0,579 kalg°C
Kalor pembakaran, 25°C 7092,1 kalg
Kalor penguapan 78,32°C 200,6 kalg
Sumber : Ristiani, 2008; Sari, 2009 Struktur etanol disajikan pada gambar 10, yaitu :
Gambar 10. Struktur etanol Mardoni dan Yetty, 2007
Kebutuhan etanol di dunia semakin meningkat, hal ini dapat dilihat dari kebutuhan etanol nasional pada tabel 4, yaitu :
Tabel 4. Kebutuhan etanol nasional Tahun
Kebutuhan Etanol Liter
2001 25.251.852
2002 21.076.317
2003 34.063.193
2004 230.613.100
Sumber : Sari, 2009 Karena sifatnya yang tidak
beracun etanol banyak dipakai sebagai pelarut
dalam dunia farmasi
dan industri makanan
dan minuman
.Di dalam perdagangan alkohol dikenal dalam berbagai tingkat kemurnian Tjokroadikoesoemo, 1986,
yaitu : 1. Alkohol teknis, larutan yang digunakan untuk keperluan industri dan pelarut
bahan bakar ataupun diolah kembali menjadi bahan lain. Umumnya alkohol industri didenaturasi dari ½ -1 jenuh dan diberi warna dengan metil
violet. 2. Spirtus, bahan ini merupakan alkohol tedenaturasi dan diberi warna
umumnya digunakan untuk pemanasan dan penerangan. 3. Alkohol murni, alkohol yang lebih murni digunakan terutama untuk
kepentingan farmasi, minuman keras dan kosmetik. 4. Alkohol absolut atau alkohol anhidrat tidak mengandung air sama sekali.
Digunakan untuk bahan bakar mobil atau untuk farmasi.
2.4. Detoksifikasi Senyawa Inhibitor