LOKASI PENELITIAN PENGARUH KONSENTRASI TEPUNG AMPAS TEBU TERHADAP YIELD GLUKOSA PENGARUH SUHU HIDROLISIS TERHADAP YIELD GLUKOSA

35 BAB III METODOLOGI PENELITIAN

1.6 LOKASI PENELITIAN

Penelitian dilakukan di Laboratorium Proses Industri Kimia, Departemen Teknik Kimia, Fakultas Teknik, dan Laboratorium Farmakologi Fakultas Farmasi, Universitas Sumatera Utara, Medan.

1.7 BAHAN DAN PERALATAN 3.2.1 Bahan-bahan

Adapun bahan-bahan yang digunakan pada penelitian ini adalah: 1. Ampas Tebu 2. Akuades 3. Ragi Roti Saccharomyces cereviceae 4. Urea

3.2.2 Peralatan

Adapun peralatan yang digunakan pada penelitian ini adalah: 1. Oven 2. Blender 3. Tangki hidrolisis termal 4. Rotary Vacuum Pump 5. Labu distilasi 6. Erlenmeyer 7. Beaker gelas 8. Termometer 9. Toples untuk tempat fermentasi Adapun peralatan analisa yang digunakan dalam penelitian ini adalah: 1. Neraca Elektrik 2. Erlemeyer 36 3. Gelas ukur 4. Piknometer 5. pH meter 3.3 PROSEDUR 3.3.1 Prosedur Penelitian 3.3.1.1 Persiapan Bahan Baku Pretreatment 1. Ampas tebu disortasi, dipilih yang bagus kemudian dikeringkan dibawah sinar matahari. 2. Setelah kering, ampas tebu tersebut dihancurkan dengan menggunakan blender menjadi berbentuk powder 3. Tepung ampas tebu lalu disimpan dalam wadah plastik yang kedap udara agar bahan baku tidak terkontaminasi. 3.3.1.2 Pembuatan Bioetanol dengan Proses Hidrolisis Termal 1. Sampel ampas tebu yang sudah dipretreatment dicampur dengan akuades dengan konsentrasi Tepung Ampas Tebu masing-masing sebesar 2,94, 3,85 dan 4,76 massa total 4000 gram. 2. Kemudian dihidrolisis dengan menggunakan tangki hidrolisis yang sudah didesain khusus masing-masing pada suhu 135, 150 dan 165 °C selama 1, 1,5 dan 2 jam hingga menjadi berbentuk slurry. 3. Setelah proses hidrolisis selesai, tangki diangkat dan didinginkan mendadak untuk menghentikan proses hidrolisis. Pendinginan mendadak dilakukan dengan cara memasukkan tangki ke dalam ember yang berisi air keran hingga suhunya menjadi sama dengan suhu ruangan. 4. Hasil hidrolisis dimasukkan ke dalam tempat fermentasi dan ditambahkan ragi sebanyak 5 dari massa substrat dan urea sebanyak 0,05 dari massa yang akan difermentasi. 5. Dilakukan fermentasi pada suhu ruangan selama 12 jam dalam keadaan anaerob. 6. Hasil fermentasi tersebut lalu dimurnikan melalui proses distilasi pada suhu 75°C dengan menggunakan rotary vacuum pump. 37 7. Sisa hasil distilasi disaring dan diambil padatannya vinasse. Sedangkan distilat ditampung lalu diukur volume distilat, dan kadar bioetanol yang diperoleh. 8. Vinasse tersebut dihidrolisis kembali yang kemudian menghasilkan etanol. 3.3.2 Prosedur Analisa 3.3.2.1 Prosedur Analisa Lignin dan Selulosa dengan Metode Chesson [49] 1. Sebanyak 1 g a sampel kering ditambahkan 150 mL akuades lalu direfluks pada suhu 100 o C dengan water bath selama 1 jam. 2. Hasilnya disaring, residu dicuci dengan air panas 300 mL. 3. Residu kemudian dikeringkan dengan oven sampai konstan kemudian ditimbang b. 4. Residu ditambahkan 150 mL H 2 SO 4 1 N kemudian direfluks dengan water bath selama 1 jam pada suhu 100 o C. 5. Hasilnya disaring dan dicuci dengan akuades sampai netral 300 mL lalu dikeringkan c. 6. Residu kering ditambahkan 10 mL H 2 SO 4 72 dan direndam pada suhu kamar selama 4 jam. 7. Ditambahkan 150 mL H 2 SO 4 1 N dan direfluks pada water bath selama 1 jam pada pendingin balik. 8. Residu disaring dan dicuci dengan akuades sampai netral 400 mL. 9. Kemudian dipanaskan dalam oven pada suhu 105 o C dan hasilnya ditimbang sampai bobot tetap d, selanjutnya residu diabukan dan ditimbang e. Perhitungan kadar selulosa dan kadar lignin sebagai berikut: Kadar selulosa = x 100 ………..............................3.1 Kadar lignin = x 100 ………...................................3.2 3.3.2.2 Analisa Kadar Glukosa dengan Metode Luff Schoorl [50] 1. Ditimbang 2 gr sampel berbentuk cairan dan dimasukkan ke dalam labu ukur 250 ml lalu ditambahkan air dan dikocok. 2. Ditambahkan 5 ml Pb - asetat setengah basa dan digoyang. 38 3. Diteteskan 1 tetes larutan NH 4 2 HPO 4 10 bila timbul endapan putih maka penambahan Pb asetat setengah basa sudah cukup. 4. Ditambahkan 15 ml larutan NH 4 2 HPO 4 10. Untuk menguji apakah Pb asetat setengah basa sudah diendapkan seluruhnya, teteskan 1-2 tetes NH 4 2 HPO 4 10. Apabila tidak timbul endapan berarti penambahan NH 4 2 HPO 4 10 sudah cukup. 5. Labu ukur digoyang dan ditepatkan isinya sampai tanda garis dengan air suling, dikocok 12 kali, dibiarkan dan disaring. 6. Hasil saringan dipipet 50 ml pada penetapan gula pereduksi ke dalam labu ukur 100 ml. 7. Ditambahkan 25 ml HCl 25, termometer dipasang dan dilakukan hidrolisis di atas penangas air. Apabila suhu mencapai 68-70 °C, suhu dipertahankan 10 menit tepat. 8. Termometer diangkat dan dibilas dengan air lalu didinginkan. 9. Ditambahkan NaOH 30 sampai netral berwarna merah jambu dengan indikator fenolftalin. Ditepatkan sampai tanda tera dengan air suling, dikocok 12 kali. 10. Larutan dipipet 10 ml dan dimasukkan ke dalam erlenmeyer 500 ml. 11. Ditambahkan15 ml air suling dan 25 ml larutan Luff dengan pipet serta beberapa butir batu didih. 12. Dihubungkan dengan pendingin tegak dan dipanaskan di atas pemanas listrik. Diusahakan dalam waktu 3 menit sudah harus mulai mendidih. Dipanaskan terus sampai 10 menit pakai stopwatch. Diangkat dan segera didinginkan dalam bak berisi es jangan digoyang. Setelah dingin ditambahkan 10 ml larutan KI 20 dan 25 ml H 2 SO 4 25 hati-hati terbentuk gas CO 2 . 13. Dititrasi dengan larutan Na 2 S 2 O 3 0,1 N V 1 ml dengan memakai larutan kanji 0,5 sebagai indikator. 14. Dilakukan juga penetapan blangko dengan 25 ml larutan Luff. Dikerjakan seperti diatas V 2 ml. 39 Perhitungan : V 2 – V 1 ml larutan Na 2 S 2 O 3 yang dibutuhkan oleh contoh dijadikan ml larutan Na 2 S 2 O 3 0,1 N kemudian dalam daftar Lampiran L.3.2 dicari berapa mg glukosa yang tertera untuk ml larutan Na 2 S 2 O 3 yang dipergunakan misalnya x mg. gula sesudah inversi = V 2 x fp W x 100 ..............................................3.3 Dimana : V 1 ,V 2 = volume larutan Na 2 S 2 O 3 yang dihasilkan dari daftar, ml fp = faktor pengenceran W = bobot cuplikan, mg gula total = 0,95 x gula sesudah inversi sebagai sakarosa sakarosa = 0,95 x gula sesudah-sebelum inversi Tabel 3.1 Data Penetapan Gula Menurut Luff Schoorl [50] Na 2 S 2 O 3 , 0,1 N ml Glukosa, Fruktosa, Gula Inversi mg Laktosa mg Maltosa mg 1 2,4 3,6 3,9 2 4,8 7,3 7,8 3 7,2 11,0 11,7 4 9,7 14,7 15,6 5 12,2 18,4 19,6 6 14,7 22,1 23,5 7 17,2 25,8 27,5 8 19,8 29,5 31,5 9 22,4 33,2 35,5 10 25,0 37,0 39,5 11 27,6 40,8 43,5 12 30,3 44,6 47,5 13 33,0 48,6 51,6 14 35,7 52,2 55,7 15 38,5 56,0 59,8 16 41,3 59,9 63,9 17 44,2 63,8 68,0 18 47,1 67,7 72,2 19 50,0 71,1 76,5 20 53,0 75,1 80,9 21 56,0 79,8 85,4 22 59,1 83,9 90,0 23 62,2 88,0 94,6 40 3.3.2.3 Analisa Densitas Densitas ditentukan dengan cara, mula-mula botol piknometer 25 ml yang kosong ditimbang. Setelah itu ke dalam piknometer tersebut dituangkan sampel sampai penuh dan ditimbang kembali. Densitas dihitung dengan persamaan: = ................................................................................3.4 Dimana: ρ 1 = densitas air grcm 3 m 1 = massa piknometer berisi air – piknometer kosong ρ 2 = densitas distilat grcm 3 m 2 = massa piknometer berisi distilat – piknometer kosong 3.3.2.4 Analisa Kadar Etanol dengan Metode Berat Jenis Nilai densitas yang telah diperoleh dicocokkan dengan data yang ada pada Tabel 3.1. Kadar etanol kemudian dihitung dengan menginterpolasi data densitas dan kadar etanol pada tabel. 41 Tabel 3.2 Konversi Berat Jenis-Kadar Etanol [51] Kadar Larutan Etanol Berat Jenis Larutan Etanol pada suhu 30°C Kadar Larutan Etanol Berat Jenis Larutan Etanol pada suhu 30°C 0,99568 25 0,95607 1 0,99379 26 0,95442 2 0,99194 27 0,95272 3 0,99014 28 0,95098 4 0,98839 29 0,94922 5 0,98670 30 0,94741 6 0,98507 31 0,94557 7 0,98347 32 0,94370 8 0,98189 33 0,94180 9 0,98031 34 0,93986 10 0,97875 35 0,93790 11 0,97723 36 0,93591 12 0,97573 37 0,93390 13 0,97424 38 0,93186 14 0,97278 39 0,92979 15 0,97133 40 0,92770 16 0,96990 41 0,92558 17 0,96844 42 0,92344 18 0,96697 43 0,92128 19 0,96547 44 0,91910 20 0,96395 45 0,91692 21 0,96242 46 0,91472 22 0,96087 47 0,91250 23 0,95929 48 0,91028 24 0,95769 49 0,90805 42

3.4 FLOWCHART PENELITIAN

3.4.1 Flowchart Persiapan Bahan Baku Pretreatment

Gambar 3.1 Flowchart Persiapan Bahan Baku Mulai Tepung ampas tebu lalu disimpan dalam wadah plastik yang kedap udara agar bahan baku tidak terkontaminasi Selesai Setelah kering, ampas tebu tersebut dihancurkan dengan menggunakan blender menjadi berbentuk powder Ampas tebu disortasi, dipilih yang bagus kemudian dikeringkan dibawah sinar matahari 43

3.4.2 Flowchart Pembuatan Bioetanol dengan Proses Hidrolisis Termal

Mulai Dihidrolisis pada suhu135, 150 dan 165 °C selama 1, 1,5 dan 2 jam Tepung ampas tebu yang telah melalui tahap pretreatment dimasukkan ke dalam tangki hidrolisis Setelah waktu hidrolisis, maka dihentikan proses hidrolisis dengan cara tangki diangkat dan langsung dimasukkan ke dalam ember yang berisi air keran. Hasil hidrolisis dimasukkan ke dalam tempat fermentasi Ditambahkan ragi roti sebanyak 5 dari massa substrat Ditambahkan urea sebanyak 0,05 dari massa yang akan difermentasi Difermentasi dalam keadaan anaerob pada suhu 30 °C dan pH 4 selama 12 jam A B Tepung ampas tebu yang sudah dipretreatment dicampur dengan akuades dengan konsentrasi Tepung Ampas Tebu masing-masing sebesar 2,94, 3,85 dan 4,76 massa total 4000 gram. 44 Gambar 3.2 Flowchart Pembuatan Bioetanol dengan Proses Hidrolisis Termal Ya Apakah sudah terbentuk etanol dengan kadar 99,5? Selesai Didistilasi Apakah ada ampas tebu yang tersisa? B Tidak Ya Tidak A distilat ditampung lalu diukur volume distilat, dan kadar bioetanol yang diperoleh. 45

3.4.3 Flowchart Analisa Lignin dan Selulosa dengan Metode Chesson

Sebanyak 1 gr a sampel kering ditambahkan 150 mL akuades, direfluks pada suhu 100 o C dengan water bath selama 1 jam Residu ditambahkan 150 mL H 2 SO 4 1N kemudian direfluks dengan water bath selama 1 jam pada suhu 100 o C. Mulai Residu kemudian dikeringkan dengan oven sampai konstan kemudian ditimbang b Hasilnya disaring, residu dicuci dengan air panas 300 ml Hasilnya disaring dan dicuci dengan akuades sampai netral 300 ml lalu dikeringkan c Residu kering ditambahkan 10 ml H 2 SO 4 72 dan direndam pada suhu kamar selama 4 jam Ditambahkan 150 ml H 2 SO 4 1 N dan direfluks pada water bath selama 1 jam pada pendingin balik A 46 Gambar 3.3 Flowchart Analisa Lignin dan Selulosa dengan Metode Chesson [49] Selesai Residu disaring dan dicuci dengan akuades sampai netral 400 ml kemudian dipanaskan dalam oven pada suhu 105 o C dan hasilnya ditimbang sampai bobot tetap d Residu diabukan dan ditimbang e A 47

3.4.4 Flowchart Analisa Kadar Gula Metode Luff Schoorl

Mulai Hasil saringan dipipet 50 ml pada penetapan gula pereduksi ke dalam labu ukur 100 ml. Ditambahkan 5 ml Pb asetat setengah basa dan digoyang Labu ukur digoyang dan ditepatkan isinya sampai tanda garis dengan air suling, dikocok 12 kali, dibiarkan dan disaring Diteteskan 1 tetes larutan NH 4 2 HPO 4 Termometer diangkat dan dibilas dengan air lalu didinginkan 2 gr sampel berbentuk cairan dan dimasukkan ke dalam labu ukur 250 ml lalu ditambahkan air dan dikocok. Ditambahkan 15 ml larutan NH 4 2 HPO 4 A Ditambahkan 25 ml HCl 25, termometer dipasang dan dilakukan hidrolisis di atas penangas air selama 10 menit 48 A Ditambahkan NaOH 30 sampai netral berwarna merah jambu dengan indikator fenolftalin Ditepatkan sampai tanda tera dengan air suling, dikocok 12 kali. Diangkat dan segera didinginkan dalam bak berisi es jangan digoyang Larutan dipipet 10 ml dan dimasukkan ke dalam erlenmeyer 500 ml. Ditambahkan15 ml air suling dan 25 ml larutan Luff dengan pipet serta beberapa butir batu didih Dihubungkan dengan pendingin tegak dan dipanaskan di atas pemanas listrik Setelah dingin ditambahkan 10 ml larutan KI 20 dan 25 ml H 2 SO 4 25 hati-hati terbentuk gas CO 2 Dititrasi dengan larutan Na 2 S 2 O 3 0,1 N V 1 ml dengan memakai larutan kanji 0,5 sebagai indikator A 49 Gambar 3.4 Flowchart Analisa Kadar Gula dengan Metode Luff Schoorl [50] Selesai A Dilakukan juga penetapan balngko dengan 25 ml larutan Luff. Dikerjakan seperti diatas V 2 ml Dihitung kadar glukosa berdasarkan daftar pada lampiran 3.2 50

3.4.5 Flowchart Analisa Densitas Bioetanol

Gambar 3.5 Flowchart Analisa Densitas Larutan Bioetanol Dikeringkan piknometer di dalam oven pada suhu 100 C selama 10 menit dan kemudian didinginkan sampai suhu kamar. Mulai Ditimbang piknometer kosong dan dicatat beratnya Diisi piknometer dengan aquades, ditimbang, dan dicatat beratnya. Dicatat suhu aquades pada saat pengukuran dan dilihat densitas air pada suhu tersebut pada App A.2-3 Geankoplis. Dikeringkan kembali piknometer di dalam oven pada suhu 100 C selama 10 menit dan kemudian didinginkan sampai suhu kamar. Dimasukkan sampel distilat sampai tidak ada gelembung udara. Ditimbang piknometer yang berisi sampel dan dicatat beratnya Dihitung densitas distilat Selesai 51 BAB IV HASIL DAN PEMBAHASAN

4.1 PENGARUH KONSENTRASI TEPUNG AMPAS TEBU TERHADAP YIELD GLUKOSA

Gambar 4.1 memperlihatkan pengaruh konsentrasi bahan baku terhadap yield glukosa pada waktu hidrolisis 1, 1,5 dan 2 jam pada pembuatan bioetanol dari tepung ampas tebu. Gambar 4.1 Grafik Pengaruh Konsentrasi Tepung Ampas Tebu terhadap Yield Glukosa Dari gambar 4.1 terlihat bahwa yield glukosa yang diperoleh pada suhu hidrolisis 135, 150 dan 165 °C dengan waktu hidrolisis 1, 1,5 dan 2 jam secara umum berfluktuasi. Dimana yield glukosa cenderung turun pada konsentrasi tepung ampas tebu 3,85 dan kemudian meningkat pada konsentrasi 4,76. Penurunan yield glukosa juga terlihat pada konsentrasi tepung ampas tebu 4,76 waktu hidrolisis 1,5 jam. Fluktuasi dan penurunan yield glukosa ini juga terdapat pada hasil penelitian oleh Mandagi, dkk. [9] yang meneliti tentang hidrolisis termal dengan bahan baku eceng gondok serta Sutjiadi, dkk. [6] yang meneliti tentang hidrolisis termal dengan bahan baku kertas bekas. Hal ini dapat disebabkan oleh 5 10 15 20 25 2 3 4 5 yi el d G lu kos a Konsentrasi Tepung Ampas Tebu 1 jam 1,5 jam 2 jam Waktu Hidrolisis 52 ketidakstabilan kondisi operasi dimana suhu tangki hidrolisis yang selalu berubah sehingga sulit dicapai suhu konstan yang diinginkan setiap menitnya.

4.2 PENGARUH SUHU HIDROLISIS TERHADAP YIELD GLUKOSA

Gambar 4.2 memperlihatkan pengaruh suhu hidrolisis terhadap yield glukosa pada pembuatan bioetanol dari tepung ampas tebu . Gambar 4.2 Grafik Pengaruh Suhu Hidrolisis terhadap Yield Glukosa Dari gambar 4.2 terlihat bahwa yield glukosa yang diperoleh pada konsentrasi tepung ampas tebu 2,94; 3,85 dan 4,76 dengan waktu hidrolisis 1, 1,5 dan 2 jam semakin meningkat seiring dengan meningkatnya suhu hidrolisis. Hasil ini sesuai dengan penelitian Sutjiadi, dkk. [6] yang meneliti tentang hidrolisis termal dari kertas bekas, Mandagi, dkk. [9] dan Pratiwi, dkk. [52] yang meneliti tentang hidrolisis termal dari eceng gondok. Hal ini disebabkan oleh semakin banyaknya monomer-monomer gula yang terlepas dari ikatannya seiring meningkatnya suhu maka perolehan yield glukosa pun semakin tinggi.

4.3 PENGUJIAN KADAR GLUKOSA, LIGNIN DAN SELULOSA DENGAN VARIASI SUHU HIDROLISIS