Pembuatan Bioetanol dari Hidrolisat Kulit Kakao (Theobroma Cacao, L)Menggunakan Fermipan

PEMBUATAN BIOETANOL DARI HIDROLISAT

KULIT KAKAO (Theobroma cacao, L)

MENGGUNAKAN FERMIPAN

SKRIPSI

Oleh

JULI ANGGRAINI

100405045

DEPARTEMEN TEKNIK KIMIA

FAKULTAS TEKNIK

UNIVERSITAS SUMATERA UTARA

OKTOBER 2015

PEMBUATAN BIOETANOL DARI HIDROLISAT

KULIT KAKAO (Theobroma cacao, L)

MENGGUNAKAN FERMIPAN

SKRIPSI

Oleh

JULI ANGGRAINI

100405045

SKRIPSI INI DIAJUKAN UNTUK MELENGKAPI SEBAGIAN

PERSYARATAN MENJADI SARJANA TEKNIK

DEPARTEMEN TEKNIK KIMIA

FAKULTAS TEKNIK

UNIVERSITAS SUMATERA UTARA

OKTOBER 2015

PERNYATAAN KEASLIAN SKRIPSI

Saya menyatakan dengan sesungguhnya bahwa skripsi dengan judul :

PEMBUATAN BIOETANOL DARI HIDROLISAT KULIT KAKAO (Theobroma cacao, L)MENGGUNAKAN FERMIPAN

dibuat untuk melengkapi sebagian persyaratan menjadi Sarjana Teknik pada Departemen Teknik Kimia Fakultas Teknik Universitas Sumatera Utara. Skripsi ini adalah hasil karya saya kecuali kutipan-kutipan yang telah saya sebutkan sumbernya.

Demikian pernyataan ini diperbuat, apabila dikemudian hari terbukti bahwa karya ini bukan karya saya atau merupakan hasil jiplakan maka saya bersedia menerima sanksi sesuai dengan aturan yang berlaku.

Medan, 6 oktober 2015

Juli Anggraini NIM 100405045

PRAKATA

Puji dan syukur penulis panjatkan kehadirat Tuhan Yang Maha Esa atas limpahanrahmat dan karunia-Nya sehingga skripsi ini dapat diselesaikan. Tulisan inimerupakan skripsi dengan judul berjudul “Pembuatan Bioetanol dari Hidrolisat Kulit Kakao (Theobroma Cacao, L)Menggunakan Fermipan”,berdasarkan hasil penelitian yang penulis lakukan di Departemen Teknik KimiaFakultas Teknik Universitas Sumatera Utara. Skripsi ini merupakan salah satusyarat untuk mendapatkan gelar sarjana teknik.

Hasil penelitian ini:

 Penelitian ini membantu dalam pembuatan bioetanol dari hidrolisatkulit kakao(Theobroma Cacao, L)sehingga dapat menjadi dasar rancangan produksi secara komersial.

 Penelitian ini membantu pemanfaatan limbah padat kulit kakao(Theobroma Cacao, L)yang dapatmencemari lingkungan dan selama ini belum banyak dimanfaatkan.

Selama melakukan penelitian sampai penulisan skripsi ini penulis banyak mendapat pengarahan dan bimbingan dari dosen pembimbing penulis. Untuk itu secara khususpenulis mengucapakan terima kasih dan penghargaan sebesar-besarnya kepada IbuDra. Siswarni MZ.M.S.

Penulis menyadari bahwa skripsi ini masih jauh dari sempurna oleh karena itupenulis mengharapkan saran dan masukan demi kesempurnaan skripsi ini. Semogaskripsi ini memberikan manfaat bagi pengembangan ilmu pengetahuan.

Medan, Oktober 2015 Penulis,

DEDIKASI

Penulis mendedikasikan skripsi ini kepada:

1. Kedua orang tua penulis tercinta, Syamsul Bachri dan Rusilawati serta saudara penulis, Fitri Afriyanti dan Muhammad Ridho Chalid yang telah banyak mendukung penulis.

2. Dra. Siswarni, MZ,M.S. selaku dosen pembimbing serta yang telah memberikan bimbingan dan arahan dalam menyelesaikan penelitian dan penulisan skripsi ini. 3. Dr. Eng. Ir. Irvan, M.Si. selaku Dosen Penguji dan Ketua Jurusan Departemen

Teknik Kimia USU yang telah memberikan saran dan masukan untuk kesempurnaan skripsi ini

4. Bode Haryono S.T., M.T., Ph.D. selaku Dosen Penguji yang telah memberikan saran dan masukan untuk kesempurnaan skripsi ini.

5. Ir. Renita Manurung, M.T., selaku Koordinator Penelitian dan Skripsi.

6. Dr. Ir. Fatimah, M.T., selaku Sekretaris Jurusan Departemen Teknik Kimia USU.

7. Seluruh Dosen/Staf Pengajar Departemen Teknik Kimia USU yang telah memberikan banyak sekali ilmu yang sangat berharga kepada penulis.

8. Staf Pegawai Administrasi Departemen Teknik Kimia USU yang telah membantu penulis dalam hal administrasi penyelesaian skripsi ini.

9. Sahabat Winda, Dwimas, Liza, Ricky, Ayu, dan Reni, Marina, sahabat baik yang banyak memberikan dukungan, doa dan semangat, serta seluruh teman-teman angkatan 2010 teknik kimia.

10. Seluruh pihak yang telah memberi bantuan kepada penulis dalam penyelesaian Skripsi ini yang tidak dapat ditulis satu per satu.

RIWAYAT HIDUP PENULIS

Nama : Juli Anggraini NIM : 100405045

Tempat/Tgl Lahir : Medan / 08 Juli 1992 Nama Orang Tua : Syamsul Bachri

Alamat Orang Tua : Komp.Bank Jl.Migas No.171 Titipapan

Asal Sekolah:

TK TPA Al-quran Medan Labuhan tahun 1997-1998 SD Negeri 067253 Medan Titipapan tahun 1998-2004

Madrasah Ibtidaiyah Ar-ridho Medan Titipapan tahun 2000-2004

SMP Swasta DR.Wahidin Sudirohusodo Medan Labuhan tahun 2004-2007 SMA Negeri 7 Medan tahun 2007-2010

Beasiswa yang pernah diperoleh: -

Pengalaman Organisasi/Pekerjaan:

Covalen Study Group (CSG) Teknik Kimia FT USU periode 2012/2013 sebagai Sekretaris bidang peningkatan akademik dan literatur (PAL)

Himpunan Mahasiswa Teknik Kimia (HIMATEK) FT USU periode 2013/2014 sebagai Bendahara Umum

Asisten Laboratorium Kimia Fisika Teknik Kimia FT USU periode 2012-2015

Kerja Praktik di PTPN IV Unit Usaha Dolok Ilir, Serbelawan, Kecamatan Dolok Batunanggar, Sumatera Utara

ABSTRAK

Bioetanol merupakan salah satu jenis energi terbarukan yang sedang dikembangkan di dunia untuk memenuhi kebutuhan konsumsi energi. Bioetanol yang diperoleh dari hasil penelitian ini menggunakan hidrolisat limbah kulit buah kakao. Kulit buah kakao merupakan limbah padat perkebunan yang melimpah dan belum banyak dimanfaatkan. Penelitian ini bertujuan untuk mengetahui pengaruh jumlah fermipan yang digunakan terhadap lamanya waktu fermentasi dan menghasilkan bioetanol dari hidrolisat limbah kulit kakao melalui proses fermentasi menggunakan tanin sebagai penghambat terjadinya oksidasi pada etanol misalnya pembentukan asam asetat dalam fermentasi dan fermipan sebagai sumber mikroorganismenya untuk mengonversi menjadi etanol. Bahan utama yang digunakan adalah hidrolisat limbah kulit buah kakao yang diperoleh dari hidrolisis menggunakan asam sulfat 4 M selama 2 jam dengan suhu 100 o_{C, fermipan, dan tanin. Kemudian hidrolisat tersebut}

difermentasi dengan menggunakan fermipan dengan variasi kadar yaitu 3%, 5%, dan 7% (w/w) dan ditambahkan gambir sebagai sumber tanin selama 2, 3, 4 dan 5 hari lalu dilakukan distilasi dengan menggunakan rotary evaporator merk Ruchi Evaporator R-205 pada suhu 80 oC. Hasil penelitian menunjukkan bahwa fermentasi tersebut menghasilkan etanol. Analisa kuantitatif menggunakan instrumentasi GC dengan hasil kadar terbesar pada kadar fermipan 3% (w/w) pada hari ke-3 yaitu 99,8174%, yield terbesar pada pada kadar fermipan 5% (w/w) pada hari ke-5 yaitu 34,4483%. Analisa kualitatif menguji indeks bias menggunakan refraktometer ABBE dengan mengambil sampel pada kadar etanol terbesar yaitu 1,3285.

Kata kunci: Bioetanol, hidrolisat limbah kulit buah kakao, fermipan, tanin, fermentasi.

ABSTRACT

Bioethanol is one kind of renewable energy which is being improved in the world to fulfill the demands of energy consumption. Bioethanol which was produced in this research used the hydrolysate of husk cacao waste. The husk cacao is solid waste plantation which is abundant and hasn’t yet had an amount of usings. The purpose of this research is knowing the effect of the quantities of bread yeast used in this research to the length of days fermentation and producing bioethanol got from the hydrolysate of husk cacao waste by using fermentation process added with tannin as preventive oxidation in bioethanol such as formation of acetate acid, and using bread yeast as the source of microorganism to convert into bioethanol. The main substances are the hydrolysate of husk cacao waste produced from acid hydrolysis process using sulphate acid 4 M during two hours at 100 oC degree, tannin, and bread yeast. Afterwards the hydrolysate was fermented in variation sums of bread yeast 3%, 5%, and 7% (w/w) and added with gambier as tannin source in 2, 3, 4, and 5 days and then the hydrolysate was distilled at 80 oC degree by using rotary evaporator having trade mark Ruchi Evaporator R-205. The result of this research indicated that the fermentation process produced bioethanol. The quantitative analysis used GC instrument and the largest content degree of bioethanol was 99,8174% in amount of bread yeast 3% (w/w) in the third day of fermentation and the largest yield degree of bioethanol was 34,4483% in amount of bread yeast 5% (w/w) in the fifth day of fermentation. The qualitative analysis used refractometre having trade mark ABBE to examine refractive index by choosing the sample having the largest content degree of bioethanol and the result was 1,3285.

Key words: Bioethanol, the hydrolysate of husk cacao waste, bread yeast, tannin, fermentation process.

DAFTAR ISI

Halaman PERNYATAAN KEASLIAN SKRIPSI

PENGESAHAN PRAKATA DEDIKASI RIWAWAT HIDUP ABSTRAK i ii iii iv v vi

ABSTRACT vii

DAFTAR ISI viii

DAFTAR GAMBAR x

DAFTAR TABEL DAFTAR LAMPIRAN DAFTAR SINGKATAN xi xii xiii

BAB I PENDAHULUAN 1

1.1 LATAR BELAKANG 1

1.2 PERUMUSAN MASALAH 4

1.3 TUJUAN PENELITIAN 4

1.4 MANFAAT PENELITIAN 5

1.5 RUANG LINGKUP PENELITIAN 5

BAB II TINJAUAN PUSTAKA 6

2.1 BUAH KAKAO (Theobroma cacao L.) 6

2.2 SELULOSA 8

2.3 BIOETANOL 10

2.4 ETANOL 11

2.5 FERMENTASI 12

2.6 2.7 2.8 2.9 SACCHAROMYCES CEREVISIA TANIN ANALISIS EKONOMI

ANALISIS POTENSI ENERGI

17 18 20 20

ix

BAB III METODOLOGI PENELITIAN 24

3.1 LOKASI DAN WAKTU PENELITIAN 24

3.2 BAHAN 24

3.3 3.4 PERALATAN RANCANGAN PENELITIAN 24 25 3.5 3.6 PROSEDUR

3.5.1 PROSEDUR PENELITIAN FLOWCHART

3.6.1 FLOWCHART PENELITIAN

26 26 27 27 BAB IV HASIL DAN PEMBAHASAN

4.1 PENGARUH VARIABEL PERCOBAAN TERHADAP KADAR BIOETANOL SELAMA PROSES FERMENTASI

4.1.1 PENGARUH WAKTU FERMENTASI TERHADAP YIELD BIOETANOL

4.1.2 PENGARUH WAKTU FERMENTASI TERHADAP KADAR BIOETANOL

4.1.3 PENGARUH KADAR FERMIPAN TERHADAP KADAR BIOETANOL

4.1.4 INDEKS BIAS BIOETANOL BAB V KESIMPULAN DAN SARAN

5.1 KESIMPULAN 5.2 SARAN

DAFTAR PUSTAKA 29 29 29 32 35 38 40 40 41 42

DAFTAR GAMBAR

Halaman

Gambar 2.1 Buah Kakao (Theobroma cacao L.) 8

Gambar 2.2 Molekul Selulosa 9

Gambar 2.3 Rumus Bangun Bioetanol 10

Gambar 2.4

Gambar 2.5 Gambar 3.1 Gambar 4.1

Fermentasi Glukosa Menjadi Etanol Dengan Menggunakan Ragi

Tanin

Flowchart Fermentasi Hidrolisat Limbah Kulit Kakao Grafik Pengaruh Waktu Fermentasi Terhadap Yield Bioetanol

14

19 27 29

Gambar 4.2 Gambar 4.3

Gambar 4.4

Gambar 4.5

Grafik Pengaruh Fermentasi Terhadap Kadar Bioetanol Grafik Pengaruh Kadar Fermipan 3% (w/w) Terhadap Kadar Bioetanol

Grafik Pengaruh Kadar Fermipan 5% (w/w) Terhadap Kadar Bioetanol

Grafik Pengaruh Kadar Fermipan 7% (w/w) Terhadap Kadar Bioetanol

35

36

36 33

xi

DAFTAR TABEL

Halaman Tabel 1.1 Penelitian Terdahulu Mengenai Pembuatan Bioetanol dari

Kulit Kakao (Theobroma Cacao L.) 2

Tabel 2.1 Tabel 2.2 Tabel 2.3 Tabel 2.4

Tabel 2.5 Tabel 2.6 Tabel 2.7 Tabel 3.1

Produksi Kakao (ribu ton) di Sumatera Utara Komposisi Kulit Buah Kakao

Sifat Fisika Etanol

Rincian Biaya Pembuatan Bioetanol dari Hidrolisat Limbah Kulit Buah Kakao

Kebututhan Listrik Proses Pembuatan Bioetanol Total Energi Input

Total Energi Ouput Rancangan Penelitian

6 7 11 20 22 22 22 23 25

DAFTAR LAMPIRAN

Halaman

Lampiran 1 Data Hasil Penelitian 49

1.1 Data Hasil Penelitian Kadar Bioetanol 49

1.2 Hasil Uji Indeks Bias Bioetanol 49

Lampiran 2 Data Perhitungan 50

2.1 Perhitungan Kadar Fermipan 50

Lampiran 3

2.2 Perhitungan Yield Bioetanol

Dokumentasi Penelitian

50

52

3.1 Persiapan Bahan Baku 52

3.2 Hidrolisis Bubuk Kulit Buah Kakao 53

3.3 Setelah Penambahan NaOH 4 N 54

3.4 Pengaturan pH Hidrolisat menjadi 4,5

3.5 Fermentasi

3.6 Rangkaian Distilasi

3.7 Larutan Bioetanol

3.8 Foto Hasil GC

3.9 Foto Hasil Indeks Bias

54

55

55

56

57

58

DAFTAR SINGKATAN

ADP Adenosin Di Pospat

ATP Adenosin Tri Pospat

BBN Bahan Bakar Nabati

EPR Energi Profit Rasio

GC Gas Chromatography

MTBE Methyl Tertiarybuthyl Ether

NADH Nikotinamida Adenina Dinukleotida Hidrogen NAD+ Nikotinamida Adenina Dinukleotida

ABSTRAK

Bioetanol merupakan salah satu jenis energi terbarukan yang sedang dikembangkan di dunia untuk memenuhi kebutuhan konsumsi energi. Bioetanol yang diperoleh dari hasil penelitian ini menggunakan hidrolisat limbah kulit buah kakao. Kulit buah kakao merupakan limbah padat perkebunan yang melimpah dan belum banyak dimanfaatkan. Penelitian ini bertujuan untuk mengetahui pengaruh jumlah fermipan yang digunakan terhadap lamanya waktu fermentasi dan menghasilkan bioetanol dari hidrolisat limbah kulit kakao melalui proses fermentasi menggunakan tanin sebagai penghambat terjadinya oksidasi pada etanol misalnya pembentukan asam asetat dalam fermentasi dan fermipan sebagai sumber mikroorganismenya untuk mengonversi menjadi etanol. Bahan utama yang digunakan adalah hidrolisat limbah kulit buah kakao yang diperoleh dari hidrolisis menggunakan asam sulfat 4 M selama 2 jam dengan suhu 100 o_{C, fermipan, dan tanin. Kemudian hidrolisat tersebut}

difermentasi dengan menggunakan fermipan dengan variasi kadar yaitu 3%, 5%, dan 7% (w/w) dan ditambahkan gambir sebagai sumber tanin selama 2, 3, 4 dan 5 hari lalu dilakukan distilasi dengan menggunakan rotary evaporator merk Ruchi Evaporator R-205 pada suhu 80 oC. Hasil penelitian menunjukkan bahwa fermentasi tersebut menghasilkan etanol. Analisa kuantitatif menggunakan instrumentasi GC dengan hasil kadar terbesar pada kadar fermipan 3% (w/w) pada hari ke-3 yaitu 99,8174%, yield terbesar pada pada kadar fermipan 5% (w/w) pada hari ke-5 yaitu 34,4483%. Analisa kualitatif menguji indeks bias menggunakan refraktometer ABBE dengan mengambil sampel pada kadar etanol terbesar yaitu 1,3285.

Kata kunci: Bioetanol, hidrolisat limbah kulit buah kakao, fermipan, tanin, fermentasi.

ABSTRACT

Bioethanol is one kind of renewable energy which is being improved in the world to fulfill the demands of energy consumption. Bioethanol which was produced in this research used the hydrolysate of husk cacao waste. The husk cacao is solid waste plantation which is abundant and hasn’t yet had an amount of usings. The purpose of this research is knowing the effect of the quantities of bread yeast used in this research to the length of days fermentation and producing bioethanol got from the hydrolysate of husk cacao waste by using fermentation process added with tannin as preventive oxidation in bioethanol such as formation of acetate acid, and using bread yeast as the source of microorganism to convert into bioethanol. The main substances are the hydrolysate of husk cacao waste produced from acid hydrolysis process using sulphate acid 4 M during two hours at 100 oC degree, tannin, and bread yeast. Afterwards the hydrolysate was fermented in variation sums of bread yeast 3%, 5%, and 7% (w/w) and added with gambier as tannin source in 2, 3, 4, and 5 days and then the hydrolysate was distilled at 80 oC degree by using rotary evaporator having trade mark Ruchi Evaporator R-205. The result of this research indicated that the fermentation process produced bioethanol. The quantitative analysis used GC instrument and the largest content degree of bioethanol was 99,8174% in amount of bread yeast 3% (w/w) in the third day of fermentation and the largest yield degree of bioethanol was 34,4483% in amount of bread yeast 5% (w/w) in the fifth day of fermentation. The qualitative analysis used refractometre having trade mark ABBE to examine refractive index by choosing the sample having the largest content degree of bioethanol and the result was 1,3285.

Key words: Bioethanol, the hydrolysate of husk cacao waste, bread yeast, tannin, fermentation process.

BAB I

PENDAHULUAN

1.1LATAR 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 [ ].

Tabel 1.1 Penelitian Terdahulu Mengenai Pembuatan Bioetanol dari Kulit Kakao (Theobroma Cacao L.)

Tahun Peneliti Keterangan 2013 Putu Kristiani

K, La Ode Sabarudin, Rima Melati, Haeruddin [ ]

Bahan baku: Filtrat cairan pulp kakao sebanyak 500 ml Metode:

- Fermentasi anaerob selama 14 hari setiap 24 jam sekali waktu fermentasi.

-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 dan Amran Halim [ ]

Bahan baku: Nira siwalan sebanyak 200 ml Metode:

- 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

Fauzi, Didik Haryadi, Slamet Priyanto [ ]

Bahan baku: pod kakao hasil ayakan 40 mesh Metode:

- Hidrolisis menggunakan H2SO4 2 N selama 4 jam 100 oC

- Fermentasi pada ±30 oC dan pH 5 secara anaerob selama 144, 168, 192, dan 216 jam dengan menambahkan

Saccaharomyces cerevisaea lalu didistilasi pada 85 o_C

- 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 Nisa, Widya Dwi Rukmi Putri [ ]

Bahan baku: kulit buah kakao hasil ayakan 80 mesh Metode:

- proses alkalisasi, karboksimetilasi, dan netralisasi

- 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, Mappiratu, Musafira [ ]

Bahan baku: limbah serbuk gergaji hasil ayakan 60 mesh Metode:

- 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.

Optimum:

-kadar bieotanol terbesar yang dihasilkan 7% pada penggunaan sel ragi imobilpertama

- 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.

1.2PERUMUSAN 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.

1.3TUJUAN 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

terjadinya oksidasi pada etanol misalnya pembentukan asam asetat dalam fermentasi dan fermipan sebagai sumber mikroorganismenya untuk mengonversi glukosa yang ada pada substrat menjadi etanol.

1.4MANFAAT 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.

1.5RUANG 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

BAB II

TINJAUAN PUSTAKA

2.1 BUAH KAKAO (Theobroma cacao L.)

Indonesia merupakan tiga negara terbesar penghasil buah kakao (Theobroma cacao L.) didunia. Data dari Badan PBB untuk Pangan dan Pertanian (FAO) menyebutkan, Indonesia memproduksi 574.000 ton kakao di tahun 2010 menyumbang sekitar 16% dari produksi kakao secara global [ ].

Kakao merupakan salah satu komoditas andalan perkebunan yang peranannya cukup penting bagi perekonomian nasional, khususnya sebagai penyedia lapangan kerja, sumber pendapatan dan devisa negara [ ]. Luas perkebunan kakao di Indonesia sudah mencapai 84.700 ha pada tahun 2013 [ ].

Tabel 2.1 Produksi kakao (ribu ton) di Sumatera Utara [ ] Tahun Produksi (ribu ton)

2007 64,8

2008 60,3

2009 67,3

2010 63,4

2011 54,5

2012 37,16

2013 36,19

Dari tabel 2.1 di atas dapat dilihat bahwa produksi kakao di Sumatera Utara cukup besar. Besarnya angka ini berbanding lurus dengan jumlah limbah dari kakao itu sendiri yaitu kulit kakao. Untuk itu dilakukanlah berbagai penelitian untuk menambah nilai guna dari kulit buah kakao ini. Adapun komposisi kulit buah kakao sebagai berikut:

Tabel 2.2 komposisi kulit buah kakao [ ][ ][ ]

Komponen Jumlah (%)

serat kasar 40,03%

protein 9,71%

selulosa 36,23%

hemiselulosa 1,14%

lignin 20%-27,95%

abu 41,60%

lemak kasar 21,74%

Bahan Ekstrak Tanpa Nitrogen (BETN) 31,41% Total Digestible Nutrient (TDN) 52,88% Neutral Detergent Fiber (NDF) 75,36% Acid Detergent Fiber (ADF) 68,70%

(Dari tabel 2.2 di atas dengan komposisi selulosa yang cukup banyak dapat dilihat bahwa kulit kakao memiliki potensi untuk mengonversi glukosa yang ada pada substratnya menghasilkan bioetanol).

Selain biji, limbahnya sangant sangat bermanfaat, baik kulit buah, pulp, maupun plasentanya. Kulit buah cokelat dapat digunakan untuk campuran bahan makanan ternak, sumber gas bio, dan bahan pembuatan pectin. Pulp dan plasenta sebagai limbah pada fermentasi biji cokelat berguna untuk pembuatan alkohol dan cocoa jelly [ ].

Melihat kondisi di atas, maka sebenarnya Indonesia memiliki potensi yang luar biasa untuk mengembangkan BBN (Bahan Bakar Nabati) dari kulit buah kakao. Terlebih lagi kakao telah benar-benar dicanangkan untuk dikembangkan secara besar-besaran oleh pemerintah. Hal ini akan menjadi nilai positif bagi Indonesia karena produksi bijinya ditingkatkan secara kualitas maupun kuantitas serta limbahnya dimanfaatkan sebagai BBN (Bahan Bakar Nabati). Jadi tidak akan ada limbah yang terbuang percuma dan akan menjadi keuntungan bagi Indonesia [ ].

Kakao merupakan satu-satunya dari 22 jenis marga Theobroma, suku Sterculiaceae, yang diusahakan secara komersial. Menurut Tjitrosoepomo (1988) sistematika tanaman ini sebagai berikut:

Divisi : Spermatophyta Anak divisi : Angioospermae

Anak kelas : Dialypetalae Bangsa : Malvales Suku : Sterculiaceae Marga : Theobroma

Jenis : Theobroma cacao, L

Gambar 2.1 Buah Kakao (Theobroma cacao, L)[ ]

PT. Perkebunan XXVI (1991) melaporkan bahwa daging buah, pulp dan plasenta merupakan bagian dari buah kakao yang dimasukkan sebagai kulit. Sedangkan dari 15 Kg buah akan diperoleh lebih kurang 12 Kg kulit buah kakao basah, dan lebih kurang 3 Kg biji kakao basah (sekitar 1 Kg biji kakao kering). Jika memang secara garis besar produksi kakao tersebut dalam bentuk biji, maka akan diperoleh limbah yang sangat melimpah. Misalnya saja pada tahun 2008 Indonesia dapat menghasilkan biji kakao 803.594 ton maka limbah yang tersedia sekitar 3.214.367 ton. Dengan demikian, kulit buah kakao sangat berpotensi digunakan sebagai bahan baku pembuatan BBN yang berupa bioetanol [ ].

2.2 SELULOSA

Selulosa merupakan jenis polisakarida yang paling melimpah dan merupakan konstituen utama pada setiap struktur tanaman serta diproduksi juga oleh sebagian binatang dan sebagian kecil dari bakteri. Perbedaan terbesarnya adalah pada komposisi dan struktur anatomi dari dinding sel antara tumbuhan, hewan, dan bakteri. Kandungan

selulosa pada kayu rata-rata 48-50% sedangkan pada bagas berkisar antara 49-55% [ ], sedangkan pada kulit buah kakao sebesar 36,23% [ ].

Teknologi untuk mengonversi selulosa menjadi etanol sudah ada, tetapi stoikiometri dari prosesnya merugikan. Walaupun setiap langkah dalam proses konversi fermentasi glukosa menjadi etanol menghasilkan yield 100%, hampir dua per tiga selulosanya menghilang, terkonversi menjadi karbon dioksida saat fermentasi glukosa menjadi etanol [ ].

Bahan lignoselulosa merupakan komponen organik berlimpah di alam, yang terdiri dari tiga polimer yaitu selulosa, hemiselulosa dan lignin. Komponen terbesar adalah selulosa (35-50%), hemiselulosa (20-35%) dan lignin (10-25%) [ ].

Selulosa adalah unsur pokok pada tanaman dan merupakan biopolimer linier dari

molekul anhidroglukopiranosa pada ikatan β-1,4 glukosidik yang berlimpah di

alam [ ].

Selulosa [C6(H2O)5]n [ ] merupakan bahan yang kaya akan karbon. Karbon yang

terkandung dalam selulosa dapat dimanfaatkan dalam proses fermentasi mikroba. Sebelum difermentasi, selulosa tersebut harus disakarifikasi terlebih dahulu menjadi gula-gula sederhana (glukosa dan fruktosa) [ ].

Gambar 2.2 Molekul Selulosa [ ]

Hemiselulosa [C5(H2O)4]n [ ]merupakan istilah umum bagi polisakarida yang

larut dalam alkali. Hemiselulosa sangat dekat asosiasinya dengan selulosa dalam dinding

sel tanaman [ ].

Lignin [C10H12O4]n [ ]adalah polimer yang tersusun oleh unit fenil propana.

eter (C–O–C), sedangkan sisanya oleh ikatan karbon (C–C). Ikatan tersebut menyebabkan lignin tahan terhadap hidrolisis. Akan tetapi, lignin terurai menjadi asam format, metanol, asam asetat, aseton, dan vanilin pada suhu tinggi. Pereaksi yang biasa digunakan untuk mengendapkan lignin ialah H2SO4 pekat dan HCl pekat [ ].

2.3 BIOETANOL

Bioetanol dapat dibuat dari bahan-bahan bergula atau bahan berpati seperti tebu, nira nipah, sagu, sorgum, ubi kayu, ubi jalar, ganyong, dan lain-lain. Bahan-bahan tersebut banyak tersedia di Indonesia, sehingga sangat berpeluang untuk digunakan sebagai energi alternatif. Bioetanol sangat berpotensi dikembangkan di Indonesia, karena didukung oleh potensi lahan yang luas, sumberdaya manusia (petani), keanekaragaman hayati, dan sumberdaya alam yang melimpah [ ].

Bioetanol sering ditulis dengan rumus EtOH. Rumus molekul etanol adalah C2H5OH, sedang rumus empirisnya C2H6O atau rumus bangunnya CH3-CH2-OH.

Bioetanol merupakan bagian dari kelompok metil (CH3-) yang terangkai pada kelompok

metilen (-CH2-) dan terangkai dengan kelompok hidroksil (-OH). Secara umum akronim

dari bioetanol adalah EtOH (Ethyl-(OH)) [ ].

Gambar 2.3. Rumus Bangun Bioetanol [ ]

Bioetanol memiliki potensi untuk mengurangi gas rumah kaca berdasarkan metode produksinya. Bioetanol ini berpotensi untuk mengganti bahan bakar minyak fosil menjadi bahan bakar yang terbarukan sehingga menjadi alasan utama mengapa etanol dipertimbangkan dan diimplementasikan[ ].

Bioetanol adalah fermentasi alkohol, disebut sebagai etil alkohol (etanol) yang dihasilkan dari fermentasi mikroba, sebagai alternatif produksi sintetik etanol dari sumber petrokimia. Bioetanol diperoleh dengan distilasi hidrolisat biomassa yang telah

difermentasi. Bioetanol dapat dimanfaatkan sebagai bahan bakar cair untuk mesin pembakaran internal, baik sebagai bahan bakar tunggal yang digunakan maupun bercampur dengan minyak bumi [ ].

2.4 ETANOL

Etanol yang disebut juga sebagi etil alkohol, mempunyai sifat berupa cairan yang tidak stabil, mudah terbakar dan tidak berwarna. Etanol merupakan alkohol rantai lurus dengan rumus molekul C2H5OH [ ], larut dalam air, eter, aseton, benzene, dan semua

pelarut organik, serta memiliki bau khas alkohol. Sifat-sifat kimia dan fisis ethanol sangat tergantung pada gugus hidroksil. Pada tekanan > 0,114 bar (11,5 kPa) etanol dan air dapat membentuk larutan azeotrop [ ].

Tabel 2.3 Sifat Fisika Etanol [ ]

Properti Nilai

Berat Molekul (g/mol) 46,1

Titik Beku (o_{C) -114,1}

Titik Didih Normal (oC) 78,32

Densitas (g/ml) 0,7983

Viskositas (Cp) 1,17

Panas penguapan normal (J/kg) 839,31 Panas pembakaran (J/kg) 29676,6

Panas jenis (J/kg) 2,42

Nilai oktan Indeks Bias

106-111 1,36143

Etanol terbagi dalam tiga grade, yaitu grade industri dengan kadar alkohol 90-94%, netral dengan kadar alkohol 96-99,5% umumnya digunakan untuk minuman keras atau bahan baku farmasi dan grade bahan bakar dengan kadar alkohol diatas 99,5% [ ].

Etanol murni jarang digunakan untuk transportasi melainkan biasanya dicampur dengan bensin, yang paling terkenal digunakan untuk kendaraan adalah campuran E85, dimana 85% etanol dan 15% bensin. Etanol yang mengandung oksigen lebih banyak daripada bensin akan menghasilkan pembakaran yang sempurna, sehingga dapat mengurangi emisi dari hidrokarbon dan bahan partikulat yang dihasilkan dari pembakaran tidak sempurna bensin. Bahkan, permintaan bioetanol akan tumbuh sangat

cepat sampai tahun 2015 karena adanya larangan penggunaan metil tert-butyl eter (MTBE) dalam bensin. Peraturan perundang-undangan baru yang mendukung penggunaan bahan bakar bio sudah diterapkan di Brazil dan belahan lain dunia [ ].

2.5 FERMENTASI

Proses sintesis bioetanol meliputi perlakuan awal, hidrolisis, fermentasi dan distilasi. Bahan yang mengandung gula dapat langsung difermentasi, akan tetapi bahan yang mengandung pati dan selulosa harus dihidrolisis terlebih dahulu menjadi komponen yang sederhana [ ].

Pada tahap sakarifikasi, selulosa diubah menjadi selobiosa dan selanjutnya menjadi gula-gula sederhana seperti glukosa. Hidrolisis selulosa dapat dilakukan menggunakan

larutan asam atau secara enzimatis [ ].

Hidrolisis yang paling sering digunakan untuk menghidrolisis selulosa adalah hidrolisis secara asam. Beberapa asam yang umum digunakan untuk hidrolisis asam antara lain adalah asam sulfat (H2SO4), asam perklorat dan HCl. Keuntungan dari

penggunaan asam ini mengandung konversi gula hingga mencapai konversi 90% [ ].

Dalam hidrolisis menggunakan bahan kimia, perlakuan awal dan hidrolisis dapat dilakukan dalam satu langkah. Ada dua jenis dasar dari proses hidrolisis asam yang umum digunakan, yakni asam encer dan asam pekat. Keuntungan terbesar dari asam encer proses reaksi berlangsung cepat. Asam pekat menggunakan suhu relatif rendah sehingga memerlukan tekanan yang memompa bahan dari suatu bejana ke bejana lain. Hidrolisis asam pekat biasanya membutuhkan waktu lebih lama daripada menggunakan asam encer [ ].

Proses sakarifikasi menggunakan asam bersifat tidak spesifik. Selain glukosa, sakarifikasi dengan asam dapat menghasilkan produk samping seperti senyawa furan,

fenolik, dan asam asetat [ ]. Produk samping tersebut apabila tidak dihilangkan dapat

menghambat proses selanjutnya, yakni fermentasi. Sakarifikasi menggunakan asam juga

Hidrolisis bahan lignoselulosik dapat dilakukan dengan asam atau enzim. Perlakuan awal terhadap substrat lignoselulosik diperlukan agar substrat mudah bereaksi dengan asam atau enzim. Perlakuan awal yang efisien harus dapat membebaskan struktur kristal selulosa dengan memperluas daerah amorf serta membebaskan dari lapisan lignin [ ].

Pada penelitian yang telah dilakukan adalah hidrolisat kulit buah kakao (Theobroma cacao L.)yang menggunakan asam sulfat saat proses hidrolisisnya.

Tahap berikutnya adalah fermentasi proses, yang melibatkan menambahkan ragi untuk mengkonversi gula untuk etanol dan karbon dioksida [ ].

Fermentasi adalah proses produksi energi dalam sel dalam keadaan anaerobik (tanpa oksigen). Secara umum, fermentasi adalah salah satu bentuk respirasi anaerobik, akan tetapi, terdapat definisi yang lebih jelas yang mendefinisikan fermentasi sebagai respirasi dalam lingkungan anaerobik dengan tanpa akseptor elektron eksternal [ ].

Tahap fermentasi merupakan tahap kedua dalam proses produksi bioetanol. Pada tahap ini terjadi pemecahan gula-gula sederhana menjadi etanol dengan melibatkan enzim dan ragi. Fermentasi dilakukan pada kisaran suhu 27–32 oC. Pada tahap ini akan dihasilkan gas CO2 dengan perbandingan stokiometri yang sama dengan etanol yang

dihasilkan yaitu 1:1[ ].

Pada penelitian yang telah dilakukan adalah fermentasi hidrolisat kulit kakao menggunakan ragi roti yang mengandung Saccharomyces cereviceae. Reaksi selengkapnya dari fermentasi glukosa menggunakan ragi sebagai berikut:

Glikolisis: Glukosa (+ 2 ADP + 2 NAD+) → 2 Piruvat + 2 ATP + 2 NADH Fermentasi:

2 Piruvat → 2 Asetaldehid + 2 CO2

2 Asetaldehid + 2 NADH → 2 Etanol + 2 NAD

Reaksi fermentasi glukosa selengkapnya yang menggunakan ragi tidak melibatkan pertumbuhan sel

Glukosa (+ 2 ADP) → 2 Etanol + 2 CO2 + 2 ATP

C6H12O6 (+ 2 ADP) → 2 C2H5OH + 2 CO2 + 2 ATP

Variabel yang berpengaruh pada proses fermentasi adalah bahan baku, suhu, pH, konsentrasi ragi, lama fermentasi, kadar gula,dan nutrisi ragi [ ].

1) Bahan baku

Etanol merupakan bahan bakar berbasis alkohol yang dihasilkan dari fermentasi tanaman gula, yang berasal dari produk pertanian dan limbah makanan, yang mengandung gula, pati, atau selulosa, yang kemudian dapat difermentasi dan didistilasi menjadi etanol [ ]. Bahan baku yang digunakan pada penelitian ini adalah hidrolisat kulit buah kakao (Theobroma cacao L.).

2) Suhu

Suhu fermentasi mempengaruhi lama fermentasi karena pertumbuhan mikroba dipengaruhi suhu lingkungan fermentasi. Mikroba memiliki kriteria pertumbuhan yang berbeda-beda. Saccharomyces cerevisiae memliki kisaran suhu pertumbuhan antara 20-30 °C. Jika suhu terlalu rendah, maka fermentasi akan berlangsung secara lambat dan sebaliknya jika suhu terlalu tinggi maka SaccharomycesCerevisiae akan mati sehingga prosesfermentasitidakakan berlangsung[ ].

Ragi tape dan ragi roti mempunyai temperatur maksimal sekitar 40–50 o_{C dengan}

temperatur minimum 0 oC. Pada interval 15–30 oC fermentasi mengikuti pola bahwa semakin tinggi suhu, fermentasi makin cepat berlangsung. Suhu optimum untuk ragi roti adalah 19–32 oC dan suhu optimum untuk ragi tape adalah 35–47 oC. Oleh karena itu, pengaturan suhu dibuat dalam range tersebut [ ]. Pada penelitian yang akan dilakukan menggunakan temperatur ruangan.

3) pH

Secara umum khamir dapat tumbuh dan memproduksi etanol secara efisien pada pH 3,5-6,0 dan suhu 28-35 oC [ ]. Pada umumnya pH untuk fermentasi dibutuhkan keasaman 3,4–4, ini didasari lingkungan hidup dari starter yang dapat tumbuh dan melakukan metabolisme pada pH tersebut [ ] .

4) konsentrasi ragi

Konsentrasi ragi yang diberikan pada larutan yang akan difermentasikan optimalnya adalah 2–4% dari volume larutan [ ]. .Jika konsentrasi ragi yang diberikan kurang dari

sedikitnya massa yang akan menguraikan glukosa menjadi etanol maka akan dibutuhkan substrat yang lebih banyak karena substrat yang ada tidak cukup [ ]. Konsentrasi ragi yang digunakana adalah 3%; 5%; dan 7% (w/v).

5) Lama fermentasi

Lama fermentasi biasanya ditentukan pada jenis bahan dan jenis ragi serta gula. Fermentasi berhenti ditandai dengan tidak terproduksinya lagi CO₂. Kadar etanol yang dihasilkan akan semakin tinggi sampai waktu optimal dan setelah itu kadar etanol yang dihasilkan menurun[ ]. Pada penelitian ini fermentasi akan dilakukan selama 2, 3, 4, dan 5 hari.

6) Kadar gula

Kadar gula yang optimum untuk aktivitas pertumbuhan starter adalah 10 – 18%. Gula disini sebagai substrat, yaitu sumber karbon bagi nutrient Saccharomyces cereviceae yang mempercepat pertumbuhan untuk selanjutnya menguraikan karbohidrat menjadi etanol. Jika kadar gula di bawah 10% fermentasi dapat berjalan tetapi etanol yang dihasilkan terlalu encer sehingga tidak efisien untuk didestilasi dan biayanya mahal. Jika kadar gula di atas 18% fermentasi akan menurun dan alkohol yang terbentuk akan menghambat aktivitas ragi, sehingga waktu fermentasi bertambah lama dan ada sebagian gula yang tidak terfermentasi [ ].

7) Nutrisi ragi

Nutrisi diperlukan sebagai tambahan makanan bagi pertumbuhan ragi. Nutrisi yang diperlukan misalnya: garam ammonium (NH4Cl) dan garam fosfat [ ].

Produk baku didistilasi setelah dilakukan fermentasi. Penyulingan memisahkan cairan etanol dari residu yang mengendap ke bawah setelah fermentasi [ ].

Distilasi adalah suatu proses penguapan dan pengembunan kembali, yaitu untuk memisahkan campuran dua atau lebih zat cair ke dalam fraksi-fraksinya berdasarkan perbedaan titik didihnya. Pada pemisahan hasil fermentasi glukosa menggunakan sistem uap-cairan, dan terdiri dari komponen-komponen tertentu yang mudah tercampur[ ].

Pemurnian dilakukan untuk mendapatkan bioetanol dengan kadar lebih tinggi. Distilasi adalah metode pemisahan campuran yang saling melarut berdasar perbedaan

tekanan uap murni atau titik didih masing-masing komponen yang terdapat dalam campuran [ ].

Pada umumnya hasil fermentasi berupa bioetanol atau alkohol yang mempunyai kemurnian sekitar 30–40% belum dapat diketegorikan sebagai fuel based ethanol. Untuk memurnikan bioetanol menjadi berkadar lebih dari 95% agar dapat dipergunakan sebagai bahan bakar, harus melewati proses distilasi untuk memisahkan alkohol dengan air dengan memperhitungkan perbedaan titik didih kedua bahan tersebut yang kemudian diembunkan kembali untuk memperoleh bioetanol dengan kemurnian hingga 99,5-99,8% [ ].

2.6 SACCHAROMYCES CEREVISIAE

Saccharomyces cerevisiae termasuk ke dalam kelas Ascomycetes yang dicirikan dengan pembentukan askus yang merupakan tempat pembentukan askospora. S. serevisiae memperbanyak diri secara aseksual yaitu dengan bertunas. Dinding sel S. cerevisiae terdiri dari komponen-komonen glukan, manan, protein, kitin dan lemak [ ]. Saccharomyces cerevisiae memiliki beberapa kelebihan dibandingkan dengan mikroorganisme lainyang dapatmemproduksi bioetanol. Kelebihantersebut antara lain lebih mudah beradaptasi dengan lingkungan, lebih tahan terhadap kadar alkohol tinggi, dan lebih mudah didapat [ ], kemampuannya untuk menghasilkan etanol secara anaerobik pada pH rendah dan kondisi lingkungan yang osmolaritasnya tinggi dengan produktivitas yield yang banyak [ ], sangat tahan dan toleran terhadap kadar etanol yang tinggi (12-18% v/v), tahan pada kadar gula yang cukup tinggi dan tetap aktif melakukan fermentasi pada suhu 4-32 oC [ ].

Pemilihan sel khamir didasarkan pada jenis karbohidrat yang digunakan, sebagai medium untuk memproduksi alkohol dari pati dan gula digunakan Saccharomyces cerevisiae. Suhu yang baik untuk proses fermentasi berkisar antara 25-30 °C. Derajat keasaman (pH) optimum untuk proses fermentasi sama dengan pH optimum untuk proses pertumbuhan khamir yaitu pH 4,0-4,5 [ ].

Saccharomyces cerevisiae adalah salah satu spesies khamir yang memiliki daya konversi gula menjadi etanol sangat tinggi. Mikroba ini biasanya dikenal dengan baker’s yeast dan metabolismenya telah dipelajari dengan baik. Produk metabolit utama adalah etanol, CO2, dan air, sedangkan beberapa produk lain dihasilkan dalam jumlah sedikit.

Khamir ini bersifat fakultatif anaerobik. Saccharomyces cerevisiae memerlukan suhu 30

o_{C dan pH 4,0 -4,5 agar dapat tumbuh dengan baik. Selama proses fermentasi akan}

timbul panas. Bila tidak dilakukan pendinginan, suhu akan terus meningkat sehubungan proses fermentasi terhambat [ ].

S. cerevisiae mempunyai aktivitas optimum pada suhu 30–35 oC dan tidak aktif pada suhu lebih dari 40 oC. S. cerevisiae dapat memfermentasi glukosa, sukrosa, galaktosa sertarafinosa. Biakan S. cerevisiae mempunyai kecepatanfermentasi optimum pada pH 4,48 [ ].

Jenis ragi yang digunakan dalam penelitian ini adalah ragi roti yang biasa dikenal dengan nama fermipan.

Ragi roti merupakan khamir jenis Saccharomyces cerevisiae yang telah diseleksi sebelumnya untuk tujuan komersil. Ragi roti merupakan khamir jenis Saccharomyces cerevisiae tipe tertentu yang umumnya cepat tumbuh di dalam adonan roti. Di dalam kondisi anaerob ragi roti tetap menghasilkan gas CO2, meskipun tidak secepat dalam

kondisi aerob [ ].

Ragi roti dibuat dari molasses, nitrogen, urea, kecambah malt, garam organik, faktor pertumbuhan dalam bentuk ekstrak sayur, serelia, khamir, dan sejumlah kecil vitamin. Semakin banyak ragi yang ditambahkan maka kadar etanol yang dihasilkan juga semakin besar karena dengan semakin banyak ragi yang ditambahkan, maka bakteri yang mengurai glukosa menjadi etanol pun semakin banyak [ ]. Sehingga pada penelitian yang telah dilakukan diberi variasi kadar fermipan terhadap waktu fermentasi.

2.7 TANIN

Gambir adalah sejenis getah yang dikeringkan yang berasal dari ekstrak remasan daun dan ranting tumbuhan bernama gambir (Uncaria gambir Roxb.) [ ]. Simplisia gambir (Uncaria gambir Roxb.) telah dikenal luas sebagai penghasil tanin dengan

kandungan tanin sebesar 30-40% [ ] . Gambir mengandung berbagai senyawa fungsional, antara lain zat samak (22%), kuersetin (2-4%), fluoreisin gambir (1-3%), pyrocathecol (20-30%), lendir, lemak, lilin (1-2%), dan polifenol [ ] .

Tanin memiliki sifat umum, yaitu memiliki gugus phenol dan bersifat koloid. Karena itu di dalam air bersifat koloid dan asam lemah. Semua jenis tanin dapat larut dalam air. Kelarutannya besar, dan akan bertambah besar apabila dilarutkan dalam air panas. Tanin akan terurai menjadi pyrogallol, pyrocatechol dan phloroglucinol bila dipanaskan sampai suhu 210 °F-215 °F (98,89 °C-101,67 °C). Tanin dapat dihidrolisa oleh asam, basa dan enzim. Ikatan kimia yang terjadi antara tanin protein atau polimer-polimer lainnya terdiri dari ikatan hidrogen, ikatan ionik dan ikatan kovalen [ ].

Gambar 2.5 Tanin [ ]

Selanjutnya hasil penelitian terdahulu yang dilakukan oleh Putu Kristiani K, dkk.,

(2013) menggunakan bahan baku pulp kakao dan Saccharomyces cereviseae dan ada

tambahan kulit bakau sebagai sumber tanin sebagai penghambat pembentukan asam

asetat dari proses fermentasi lebih lanjut. Tanin merupakan senyawa yang dapat larut dalam air, gliserol, alkohol, dan hidroalkohol, tetapi tidak larut dalam petroleum eter, benzene dan eter. terdekomposisi pada suhu 210 oC, titik nyala 210 oC, dan terbakar pada suhu 526 o_C [ ]_.

HO

R2

R3

OH R1

O

Dalam penelitian yang telah dilakukan menggunakan tanin dari gambir sebanyak 4 gram di setiap run fermentasi sebagai penghambat terbentuknya asam asetat sehingga dapat meningkatkan kadar etanol yang terbentuk.

2.8 ANALISIS EKONOMI

Dalam penelitian ini, maka dilakukan suatu analisis ekonomi sederhana terhadap pembuatan bioetanol dari hidrolisat limbah kulit buah kakao dengan cara konvensional. Adapun rincian biaya terdapat dalam tabel 2.4

Tabel 2.4 Rincian Biaya Pembuatan Bioetanol dari Hidrolisat Limbah Kulit Buah Kakao Bahan dan Peralatan Jumlah Harga (Rp) Biaya Total (Rp)

Kulit buah kakao 1 kg 0,-/1 kg 0,-

Asam sulfat 264 ml 500,-/ml 132.000,-

Fermipan 211,6314 gr 13.500,-/11 g 259.671,- Gambir 48 gr 20000/ kg 960,-

Total biaya 392.631,-

Dari rincian biaya di atas yang telah dilakukan maka total biaya yang diperlukan untuk pembuatan bioetanol per kilogram limbah kulit buah kakao adalah sebesar Rp. 392.631-. Walaupun biaya yang dikeluarkan cukup besar, tetapi penelitian ini mengindikasikan bahwa bioetanol dapat diperoleh dari limbah kulit kakao melalui proses fermentasi dengan kadar yang cukup bagus.

2.9 ANALISIS POTENSI ENERGI

Seiring dengan bertambahnya penduduk dan pertumbuhan ekonomi di Indonesia, serta menipisnya cadangan minyak bumi, maka dicari energi alternatif untuk menunjang kebutuhan akan energi. Salah satunya dengan mengkonversi biomasa menjadi bioetanol. Kekayaan Indonesia yang berlimpah akan sumber daya hayati termasuk mikroorganisme, sangat memungkinkan untuk pemanfaatan biomasa/lignoselulosa menjadi bioetanol, yang sampai saat ini belum dikembangkan secara optimal [ ].

Semakin meningkatnya produksi kakao baik karena pertambahan luas areal pertanaman maupun yang disebabkan oleh peningkatan produksi per satuan luas, akan meningkatkan jumlah limbah buah kakao. Pod kakao merupakan limbah perkebunan kakao yang sangat potensial dan mempunyai nilai produktif yang bisa dikembangkan. Pod kakao merupakan limbah lignoselulosik lignin, selulosa, dan hemiselulosa [ ]. Selulosa dan hemiselulosa dapat dikonversi menjadi etanol, sedangkan lignin sudah terlignifikasi saat proses hidrolisis berlangsung. Karena memiliki potensi yang cukup besar, limbah kulit buah kakao diharapkan dapat menjadi sumber alternatif bahan baku untuk pembuatan bioetanol guna mencukupi kebutuhan bahan bakar dalam negeri yang semakin tinggi.

Dalam hal prestasi mesin, bioetanol dan gasohol (kombinasi bioetanol dan bensin) tidak kalah dengan bensin; bahkan dalam beberapa hal, bioetanol dan gasohol lebih baik dari bensin. Pada dasarnya pembakaran bioetanol tidak menciptakan CO2 neto

ke lingkungan karena zat yang sama akan diperlukan untuk pertumbuhan tanaman sebagai bahan baku bioetanol [50]. Adapun peluang untuk mengembangkan potensi bioetanol sendiri di Indonesia cukup besar terutama untuk bahan baku farmasi maupun bahan campuran bensin untuk menghasilkan pembakaran mesin yang sempurna. Salah satu cara yang paling efektif untuk membandingkan perbedaan sumber-sumber energi dan mengukur profabilitas dari masing- masing sumber-sumber energi disebut energi profit rasio (EPR), yaitu rasio dari energi output terhadap energi [51], seperti rumus dibawah ini

��� =� ���� _{� ���� �} [51]

Oleh karena itu perlu dilakukan evaluasi energi pada pembuatan bioetanol dari hidrolisat kulit buah kakao. Dimana pada laporan penelitian ini energi output adalah energi yang dihasilkan etanol dibandingkan dengan energi yang dibutuhkan untuk memproses hidrolisat kulit kakao menjadi bioetanol yaitu energi yang terkandung dalam bahan baku (hidrolisat kulit buah kakao, NaOH, Asam sulfat, gambir, fermipan, dan air), energi listrik yang digunakan untuk proses pembuatan bioetanol dan equal energi bahan

yang dipakai pada proses pembuatan bioetanol. Pada perhitungan analisis potensi energi menggunakan basis memproduksi 1 kg bioetanol.

Tabel 2.5 Kebututhan Listrik Proses Pembuatan Bioetanol

Nama Alat Daya (watt) Waktu pemakaian

(jam)

Pemakaian listrik (kwh/kg bioetanol)

Rotary evaporator 1.000 1 1

Hot Plate 350 2 0,75

Oven 400 1 0,4

Jumlah* 2,15

Untuk menghitung EPR diperlukan jumlah energi output dan juga jumlah energi input seperti yang dapat dilihat pada Tabel 2.6 dan Tabel 2.7 Berikut:

Tabel 2.6 Total Energi Input [52], [53], [54], [55] Bahan Masukan Kandungan Energi

Bahan (kal/ gram)

Total Energi (kkal/kg bioetanol)

Hidrolisat Kulit Buah Kakao 3900 300

NaOH 7911,089 47,466

Asam Sulfat 2222 26,664

Gambir 5622 1686,6

Fermipan 3650 17,844

Air 10 60

Jumlah energi bahan baku 2138,574

Kebutuhan Energi Listrik Peralatan*

860 kkal/kwh 3719,5

Total 5858,074

Tabel 2.7 Jumlah Energi Output [38]

Produk Kandungan Energi

Bahan (kal/gram)

Total Energi (kkal/ kg bioetanol)

Etanol 5612,87 4613,317

Total 4613,317

Dari jumlah energi output dan input pembuatan bioetanol yang dapat dilihat pada Tabel 2.6 dan Tabel 2.7 maka dapat dihitung nilai EPR dengan mengunakan persamaan 2.1 sebagai berikut:

��� =� ���� _{� ���� �} = ,_, = ,

Dari perhitungan didapatkan nilai produktivitas sebesar 0,787, dimana nilai produktivitas lebih kecil dari 1 (satu). Dapat disimpulkan bahwa pembuatan bioetanol dari hidrolisat kulit kakao menggunakan fermipan membutuhkan energi input yag lebih besar dari energi output yang dihasilkan. Hal ini disebabkan tahapan pembuatan bioetanol yang cukup panjang dimana dibutuhkan energi yang besar pada tahapan fermentasinya. Oleh karena itu perlunya dicari metode alternatif untuk memproses hidrolisat kulit buah kakao menjadi bioetanol dengan energi input yang rendah sehingga didapatkan nilai produktivitas > 1. Hasil ini belum bernilai secara ekonomi tetapi bisa dijadikan scientific study untuk penelitian selanjutnya dan pemilihan alterantif proses yang lain.

Semakin tinggi harga EPR untuk untuk sebuah bahan bakar, semakin tinggi jumlah energi bersih dan semakin berharga bahan bakar tersebut karena energi tersebut dapat digunakan untuk penggunaan yang lain. Minyak konvensional, batubara, dan gas alam memiliki harga EPR yang tinggi dibandingkan sumber energi yang lain sehingga menjadikan mereka sangat bernilai [56].

Energi profit ratio adalah suatu ukuran seberapa banyak energi yang dibutuhkan suatu proses untuk menghasilkan suatu jumlah tertentu energi yang keluar. Sumur-sumur minyak terdahulu di Pennyslavania mempunyai sebuah harga perbandingan energi yang besar karena energi input yang dibutuhkan hampir tidak ada. Prosesnya hanya dengan memindahkan secara manual lalu membakarnya, tetapi perbandingan EPR untuk bentuk energi yang lebih rendah. Etanol, sebagai contoh, mempunyai harga energi profit rasio lebih kecil dari 1:1, artinya prosesnya memerlukan lebih banyak energi untuk menghasilkannya daripada memproduksinya [57].

BAB III

METODOLOGI PENELITIAN

3.1 LOKASI DAN WAKTU PENELITIAN

Penelitian dilakukan di Laboratorium Kimia Analisa, Kimia Organik, Operasi Teknik Kimia, Departemen Teknik Kimia, Fakultas Teknik, Universitas Sumatera Utara, Medan serta Laboratorium Biokimia serta Laboratoium Kimia Fisika Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam (MIPA) Universitas Sumatera Utara, Medan. Penelitian ini dilakukan selama lebih kurang 6 bulan.

3.2 BAHAN

Pada penelitian ini bahan yang digunakan antara lain: 1. Hidrolisat limbah kulit buah cokelat (Theobroma cacao, L) 2. Aquadest

3. Natrium hidroksida (NaOH) 4. Tanin

5. Fermipan yang diproduksi oleh Lesaffre di Perancis dan di Indonesia brand fermipan didistribusikan oleh PT. Sangra Ratu Boga, Jakarta Utara

3.3 PERALATAN

Pada penelitian ini peralatan yang digunakan antara lain: 1. Oven

2. Botol

3. Alumunium foil 4. Ball mill

5. Labu distilasi 6. Gabus

7. Termometer 8. Beaker Glass 9. Erlenmeyer 10.Gelas Ukur 11.Timbangan

12.Refluks kondensor

13.Rotary evaporator merk RuchiEvaporator R-205 14.Spatula

15.Pipet Tetes 16.Kertas saring 17.pH meter 18.Corong gelas

3.4 RANCANGAN PENELITIAN

Penelitian ini menggunakan faktorial 3 x 4 dengan 3 kali pengulangan. Perlakuan awal limbah kulit kakao matang dikeringkan dan digiling dalam ball mill hingga berbentuk bubuk yang telah dihidrolisis menghasilkan hidrolisat kulit kakao. Hidrolisat yang digunakan adalah volume total dari larutan hasil hidrolisis. Penelitian ini dilakukan dengan variabel bebas massa fermipan yang digunakan (E1, E2, dan E3) dan waktu fermentasi (t). Variasi jumlah fermipan yang ditambahkan adalah sebanyak 3% (w/w); 5% (w/w); 7% (w/w), jumlah tanin yang ditambahkan 4 gram, dan waktu fermentasi 2, 3, 4, dan 5 hari dengan kondisi anerobik. Adapun kombinasi perlakuan penelitian dapat dilihat pada tabel 3.1 berikut:

Tabel 3.1 Rancangan Penelitian

massa fermipan waktu (t, hari)

2 hari (t1) 3 hari (t2) 4 hari (t3) 5 hari (t4)

3% (w/w) E1t1 E1t2 E1t3 E1t4

5% (w/w) E2t2 E2t2 E2t3 E2t4

3.5 PROSEDUR

3.5.1 Prosedur Penelitian

Fermentasi Hidrolisat Limbah Kulit Kakao a. Proses Fermentasi

Prosedur proses fermentasidiadopsi dari [7], [28], [58], [48], [46] sebagai berikut: 1. Hasil glukosa terbaik yang diperoleh dari proses hidrolisis, yaitu glukosa

yang diperoleh dari hidrolisis kulit kakao.

2. Diatur pH-nya menjadi 4,5 yang diukur dengan pH-meter. Pengaturan pH dilakukan dengan menambahkan NaOH 4 M.

3. Hidrolisat tersebut kemudian didinginkan hingga mencapai suhu ruangan. 4. Dilakukan sterilisasi alat beserta hidrolisat kulit buah kakao dengan

menggunakan oven.

5. Masukkan fermipan ke dalam hidrolisat kulit kakao dengan konsentrasi 3, 5, 7 % (w/w) dari volume total hidrolisat.

6. Ditambahkan tanin 4 gram.

7. Lalu diaduk diaduk selama 5 menit sampai homogen. 8. Menutup rapat botol.

9. Selanjutnya larutan difermentasi selama 2, 3, 4, dan 5 hari.

10.Hasil dari fermentasi yang didapat dimasukkan ke dalam labu distilasi. 11.Dilakukan distilasi pada suhu 80 oC hingga tidak ada lagi distilat yang

keluar.

12.Distilat yang keluar diperoleh berupa etanol.

13.Dianalisis kadar etanolnya menggunakan instrumen GC di PPKS (Pusat Penelitian Kelapa Sawit) Medan

Analisis hasil penelitian berupa:

Uji kualitatif : indeks bias dengan menggunakan alat refraktometer ABBE Uji kuantitatif : menggunakan instrumentasi GC merk Shimadzu 2010

Uji Indeks Bias Bioetanol

Prosedur analisis indeks bias bioetanol dilakukan menggunakan alat refraktometer ABBE untuk sampel hasil kondisi optimum di laboratorium kimia fisika fakultas MIPA Universitas Sumatera Utara.

3.6 FLOWCHART 3.6.1 Flowchart Penelitian

Fermentasi Hidrolisat Limbah Kulit Kakao a. Proses Fermentasi

Dimasukkan glukosa yang diperoleh dari hidrolisis kulit kakao ke dalam erlenmeyer

Diaduk selama 5 menit sampai homogen Mulai

Dimasukkan ragi ke dalam hidrolisat kulit kakao dengan konsentrasi 3; 5; 7 % (w/w) dari volume total

hidrolisat

Ditambahkan tanin 4 gram

Ditambahkan NaOH 4 M untuk mengatur pH-nya menjadi 4,5 yang diukur dengan pH-meter

Hidrolisat tersebut kemudian didinginkan hingga mencapai suhu ruangan

Dilakukan sterilisasi alat beserta hidrolisat kulit buah kakao dengan menggunakan oven

Gambar 3. 1 Flowchart Fermentasi Hidrolisat Limbah Kulit Kakao Hasil dari fermentasi yang didapat dimasukkan ke dalam labu distilasi

Dilakukan distilasi pada suhu 80 oC hingga tidak ada lagi distilat yang keluar

Dianalisis kadar etanolnya menggunakan instrumen GC

Distilat yang keluar diperoleh berupa etanol

Selesai Botol ditutup rapat

Larutan difermentasi selama 2, 3, 4, dan 5 hari secara anaerob A

BAB IV

HASIL DAN PEMBAHASAN

4.1 PENGARUH VARIABEL PERCOBAAN TERHADAP KADAR BIOETANOL SELAMA PROSES FERMENTASI

4.1.1 Pengaruh Waktu Fermentasi Terhadap Yield Bioetanol

Adapun hasil penelitian pembuatan bioetanol dari kulit buah cokelat menggunakan hidrolisis asam sulfat terhadap variasi waktu fermentasi sebagai berikut:

Gambar 4.1 Pengaruh Waktu Fermentasi Terhadap Yield Bioetanol

Hubungan antara pengaruh waktu fermentasi terhadap yield etanol dapat dilihat pada grafik 4.1. diatas. Dari grafik terlihat pada kadar fermipan 3% dan 5% (w/w) mengalami peningkatan yield bioetanol seiring berjalannya waktu fermentasi, pada kadar fermipan 7% (w/w) mengalami peningkatan pada hari ke-3 lalu mengalami penurunan pada hari ke-4 dan ke-5. Dari hasil tersebut dapat disimpulkan pada kadar fermipan 5% (w/w) merupakan hasil yang cukup bagus terhadap yield yang dihasilkan karena jumlah yield terbanyak dihasilkan pada kadar 5% (w/w) hari ke-5 yaitu 34,5488%.

0 5 10 15 20 25 30 35 40

2 3 4 5

Y ield B ioet an ol (% )

Waktu Fermentasi (hari)

3% 5% 7%

glukosa dan fruktosa, keduanya C6H12O6, lalu mengubah karbohidrat sederhana tersebut

diubah menjadi etanol dan karbon dioksida, sedangkan lignin sudah terhidrolisis oleh asam sulfat pada saat proses hidrolisis asam berlangsung.

Reaksi pembentukan etanol terjadi karena adanya aktivitas dari yeast yang ada pada substrat.

Yeast akan menggunakan materi yang mengandung karbon seperti glukosa untuk proses respirasi.

Reaksi yang terjadi adalah sebagai berikut [ ] :

C6H12O6 + 6O2→ 6CO2 + 6H2O + energi

Apabila kondisi ini tidak ada oksigen, maka reaksi yang terjadi adalah reaksi pembentukan etanol. Reaksi selengkapnya dari fermentasi glukosa menggunakan ragi sebagai berikut:

Glikolisis: Glukosa (+ 2 ADP + 2 NAD+) → 2 Piruvat + 2 ATP + 2 NADH Fermentasi:

2 Piruvat → 2 Asetaldehid + 2 CO2

2 Asetaldehid + 2 NADH → 2 Etanol + 2 NAD

Reaksi fermentasi glukosa selengkapnya yang menggunakan ragi tidak melibatkan pertumbuhan sel

Glukosa (+ 2 ADP) → 2 Etanol + 2 CO2 + 2 ATP

C6H12O6 (+ 2 ADP) → 2 C2H5OH + 2 CO2 + 2 ATP

[ ]

Hal ini berarti selama berlangsungnya fermentasi terjadi pengurangan glukosa sebagai substrat karena glukosa tersebut digunakan oleh khamir Saccharomyces cerevisiae yang ada dalam fermipan sebagai sumber nutrisi untuk mengonversi menjadi etanol. Jadi semakin banyak terjadinya pengurangan glukosa maka jumlah etanol yang dihasilkan pun semakin banyak.

Hal ini sesuai pada kadar fermipan 3% dan 5% (w/w) yaitu seiring berjalannya waktu fermentasi, yield etanol yang dihasilkan meningkat, sedangkan pada kadar fermipan 7% (w/w) mengalami penurunan pada hari ke-4 dan ke-5 dengan cukup banyak jauh beda perbedaan yield. Hal ini disebabkan menurunnya metabolisme khamir Saccharomyces cerevisiae yang ada dalam fermipan karena berkurangnya sumber nutrisi selama fermentasi dan memasuki fase kematian dan tidak ada penambahan fermipan selama proses fermentasi.

Fase pertumbuhan diperlambat mulai pada akhir fasa eksponensial. Pertumbuhan mikroba yang begitu cepat tidak diimbangi tersedianya nutrisi yang cukup. Jika fermentasi dilakukan secara batch, dimana umpan nutrisi dimasukkan hanya pada awal proses fermentasi, pada waktu tertentu saat jumlah mikroba yang mengonsumsi nutrisi tersebut melebihi daya dukung nutrisi akan terjadi kekurangan nutrisi. Hal lain yang memperlambat pertumbuhan mikroba adalah terjadinya inhibisi ataupun represi yang terjadi karena terakumulasinya produk metabolit sekunder hasil aktifitas fermentasi mikroorganisme [59]. Hal inilah yang terjadi pada kadar fermipan 7%. Pada hari ke-3 proses fermentasi masih bergejolak mengonversikan menjadi bioetanol dan kadar bioetanol yang dihasilkan 96,9406% dengan yield 34,3276%. Pada hari ke-4 yield yang dihasilkan menurun menjadi 13,4545% tetapi kadar bioetanol yang dihasilkan yaitu 98,8325% karena pada saat ini sedang berlangsung katabolisme primer menghasilkan senyawa metabolit primer untuk kelangsungan proses fermentasi dan juga sedang berlangsung anabolisme sekunder menghasilkan senyawa metabolit sekunder sehingga walaupun yield yang dihasilkan menurun tetapi kadar yang dihasilkan mengalami peningkatan. Untuk menghasilkan yield yang lebih bnyak lagi disarankan untuk melakukan penambahan kadar fermipan.

Metabolik primer adalah produk yang berkaitan dengan pertumbuhan Metabolit sekunder berkaitan dengan fase tanpa pertumbuhan [59]. Contoh metabolit primer misalnya asam amino, asetil CoA, gula-gula, nukleotida, asam sitrat, lipid, protein, dan karbohidrat, sedangkan contoh metabolit sekunder misalnya senyawa yang diturunkan dari metabolit primer seperti protein, lipid, asam nukleat, dan karbohidrat.

Hal ini sesuai pada penelitian sebelumnya yang dilakukan oleh Agustinus Eka P dan Amran Halim, (2009) melakukan fermentasi nira siwalan dengan variasi kadar starter fermipan 5%, 10%, 15% seiring bertambahnya hari fermentasi besarnya kadar fermipan maka yield etanol yang dihasilkan semakin besar yaitu sebanyak 48,16% [ ]..

Hal ini sesuai pada pada penelitian sebelumnya yang dilakukan oleh Mira Amalia Hapsari dan Alice Pramashinta (2013) melakukan fermentasi etanol singkong karet menggunakan ragi yang mengandng Saccharomyces cerevisiae dengan variasi waktu fermentasi 144, 168, dan 192 jam seiring bertambahnya waktu fermentasi yield etanol yang dihasilkan meningkat yaitu pada waktu 144 jam menuju 168 jam tetapi menurun pada waktu fermentasi 192 jam [ ].

Sehingga dari hasil penelitian yang telah dilakukan semakin lama waktu fermentasi yaitu sebanyak 2, 3, 4, 5 hari maka yield bioetanol yang dihasilkan pun semakin besar.

4.1.2 Pengaruh Waktu Fermentasi Terhadap Kadar Bioetanol

Etanol dan bioetanol memiliki rumus molekul yang sama yaitu etanol atau etil alkohol, yang merupakan golongan alkohol dengan kandungan dua buah atom karbon. Istilah bioetanol muncul karena bahan baku yang digunakan berasal dari alam yang mengandung karbohidrat dan dengan proses fermentasi memanfaatkan bahan terbarukan tersebut dengan bantuan mikroba menguraikannya menjadi etanol.

Kulit buah cokelat diperoleh dari kota Padang, Binjai, dan Serbelawan. Hal pertama yang dilakukan yaitu pengeringan kulit buah cokelat dengan memanfaatkan sinar matahari lalu penggilingan di ball mill hingga terbentuk bubuk kulit buah cokelat. Kemudian proses selanjutnya yaitu hidrolisis dengan menggunakan asam sulfat 4 M selama 2 jam dengan suhu 100 o_{C lalu hidrolisatnya difermentasi selama 2, 3, 4, dan 5 hari menggunakan ragi roti dan}

diberi tanin.

Proses hayati pembuatan bioetanol sering disebut sebagai proses fermentasi. Sebenarnya proses yang terjadi tidak hanya fermentasi. Namun, fermentasi menjadi jantung utama dari pembuatan bioetanol [ ]. Proses fermentasi menggunakan mikroorganisme untuk mengonversikan karbohidrat sederhana misalnya glukosa menjadi etanol. Dalam penelitian ini digunakan yaitu berupa yeast atau ragi roti dengan nama merk dagang yaitu fermipan yang mengandung khamir Saccharomycescerevisiae yang diproduksi oleh Lesaffre di Perancis dan di Indonesia brand fermipan didistribusikan oleh PT. Sangra Ratu Boga, Jakarta Utara.

Adapun hasil penelitian pembuatan bioetanol dari kulit buah cokelat menggunakan hidrolisis asam sulfat terhadap variasi waktu fermentasi sebagai berikut:

Gambar 4.2 Grafik Pengaruh Waktu Fermentasi Terhadap Kadar Bioetanol

Hubungan antara pengaruh waktu fermentasi terhadap kadar bioetanol dapat dilihat pada grafik 4.2 diatas. Dari grafik 4.2 hasil dapat dilihat bahwa grafik mengalami fluktuatif pada kadar fermipan 5% (w/w). Penurunan kadar etanol terjadi pada hari ke-3 yaitu dari 97,4212% pada hari ke-2 menjadi 92,2954% pada hari ke-3 lalu meningkat pada hari ke-4 dan menurun pada hari ke-5. Sesuai dari persamaan rumus tentang penghitungan yield yang terlampir di lampiran 2 yaitu yield berbanding terbalik dengan kadar selain itu pada hari ke-3 tersebut terjadi penurunan kadar etanol karena terjadi pengurangan sumber-sumber nutrisi.

Dari grafik 4.2 terlihat pada kadar fermipan 3% (w/w) mengalami peningkatan kadar bioetanol pada hari ke-3 lalu penurunan kadar bioetanol pada hari ke-4 dan ke-5, pada kadar fermipan 5% (w/w) mengalami penurunan pada hari ke-3 lalu mengalami peningkatan pada hari ke-4 dan penurunan pada hari ke-5, pada kadar fermipan 7% (w/w) mengalami peningkatan kadar bioetanol namun akhirnya mengalami penurunan kadar bietanol pada hari ke-5. Dari hasil tersebut dapat disimpulkan pada kadar fermipan 3% (w/w) merupakan hasil yang bagus terhadap penelitian yang telah dilakukan karena kadar bioetanol terbesar terdapat disini. Selain itu, kadar bioetanol pada hari ke-2 menuju hari ke-3 mengalami peningkatan artinya pada masa itu mulai terjadi peningkatan pengonversian glukosa yang terdapat pada substrat menjadi bioetanol dan kadar bioetanol juga meningkat lalu menuju hari ke-4 mulai terjadi penurunan kadar bioetanol tetapi perbedaan harga kadar tidak terlalu signifikan, lalu

70 75 80 85 90 95 100

2 3 4 5

K ad ar B ioet an ol (% )

Waktu Fermentasi (hari)

3% 5% 7%

Penggunaan mikroba dalam fermentasi alkohol merupakan salah satu faktor penting dalam proses fermentasi. Sebagaimana dalam teori disebutkan bahwa dalam fermentasi alkohol umumnya menggunakan khamir karena khamir dapat mengonversi gula menjadi alkohol dengan adanya enzim zimase [ ].

Faktor yang berperan penting dalam proses ini adalah enzim yang berasal dari sel fungi uniseleluler yang biasa disebut ragi atau yeast. Adapun fase-fase pertumbuhan ragi adalah fase lambat, fase cepat, fase stasioner, dan fase kematian [ ]. Ini berarti berkaitan dengan pertumbuhan dari Saccharomycescerevisiae.s

Hal ini sesuai pada kadar fermipan 7% (w/w) dimana pada kadar fermipan 7% (w/w) mengalami peningkatan kadar bioetanol namun akhirnya mengalami penurunan kadar bietanol pada hari ke-5. Pada hari ke-2, ke- 3 dan ke-4 terjadi peningkatan kadar bioetanol hingga jumlah maksimum yaitu pada hari ke-4 dapat dilihat dari kadar etanol yang dihasilkan. Kemudian pada hari ke-5 terjadi penurunan kadar etanol karena terjadi pengurangan sumber-sumber nutrisi atau pembentukan zat racun sebagai akhir metabolisme.

Hal ini sesuai teori yaitu pada fase cepat jumlah sel yang terbetuk dipengaruhi oleh beberapa faktor, antara lain pH dan kandungan nutrisi, suhu, kadar oksigen, cahaya, dan keberadaan mikroorganisme lainnya [ ] kemudian aktivitas metabolisme akan menurun setelah mikroorganisme melewati fase puncak pertumbuhannya, fase penurunan ini disebut death phase[ ]. Pada penelitian ini mempunyai variasi waktu fermentasi yaitu 2, 3, 4, dan 5 hari dan waktu optimum untuk fermentasi yaitu 4 hari dan pada kadar fermipan 3% (w/w) pada hari ke-3 merupakan hasil kadar terbanyak.

Pada penelitian ini juga menggunakan tambahan tanin, yaitu berupa gambir kandungan tanin sebesar 30-40% [ ] yang berfungsi sebagai penghambat terbentuknya asam asetat karena senyawa tanin dapat larut dalam air. Hal ini sesuai teori yaitu semua jenis tanin dapat larut dalam air. Kelarutannya besar, dan akan bertambah besar apabila dilarutkan dalam air panas. Tanin akan terurai menjadi pyrogallol, pyrocatechol dan phloroglucinol bila dipanaskan sampai suhu 210 °F-215 °F (98,89 °C-101,67 °C). Tanin dapat dihidrolisa oleh asam, basa dan enzim [ ].

Hal ini sesuai pada penelitian sebelumnya yang dilakukan oleh Putu Kristiani K, dkk (2013) melakukan fermentasi selama 14 hari menggunakan filtrat cairan pulp kakao dan Saccharomyces cerevisiae dengan tambahan kulit bakau sebagai sumber tanin menghasilkan kadar alkohol tertinggi 4,85% pada 12 hari [ ]. Pada penelitian sebelumnya yang dilakukan

oleh Agustinus Eka P dan Amran Halim (2009) melakukan fermentasi nira siwalan dengan fermipan menghasilkan kadar etanol maksimum yang diperoleh adalah 6,17% pada hari ke-4

[ ]. Sehingga dari penelitian yang dilakukan bahwa dengan adanya tambahan gambir sebagai

sumber tanin dalam proses fermentasi kulit buah cokelat dapat menghambat terbentuknya asam asetat dan menghasilkan bioetanol dengan kadar yang cukup bagus.

4.1.3 Pengaruh Kadar Fermipan Terhadap Kadar Bioetanol

Dalam penelitian ini digunakan fermipan dengan kadar yaitu 3%, 5%, dan 7% (w/w). Adapun hasil penelitian pembuatan bioetanol dari kulit buah cokelat menggunakan hidrolisis asam sulfat terhadap variasi waktu fermentasi sebagai berikut:

Gambar 4.3 Grafik Pengaruh Kadar Fermipan 3% (w/w) Terhadap Kadar Bioetanol 82

84 86 88 90 92 94 96 98 100 102

2 3 4 5

K

ad

ar

B

ioet

an

ol (%

)

Gambar 4.4 Grafik Pengaruh Kadar Fermipan 5% (w/w) Terhadap Kadar Bioetanol

Gambar 4.5 Grafik Pengaruh Kadar Fermipan 7% (w/w) Terhadap Kadar Bioetanol

Hubungan antara pengaruh kadar fermipan terhadap kadar bioetanol dapat dilihat pada grafik 4.3, 4.4, dan 4.5. diatas. Dari grafik 4.4 hasil dapat dilihat bahwa grafik mengalami fluktuatif, sedangkan pada grafik 4.3 dan 4.5 terlihat bagus.

Dari grafik 4.4 hasil dapat dilihat bahwa grafik mengalami fluktuatif. Dari grafik terlihat pada kadar fermipan 3% (w/w) mengalami penurunan kadar bioetanol pada hari ke-4 dan ke-5, pada kadar fermipan 5% (w/w) mengalami penurunan pada hari ke-3 lalu mengalami peningkatan pada hari ke-4 dan penurunan pada hari ke-5. Dari grafik 4.5 pada

80 82 84 86 88 90 92 94 96 98 100

2 3 4 5

K adar Bi oe tanol (% )

Waktu Fermentasi (hari)

82 84 86 88 90 92 94 96 98 100

2 3 4 5

K ad ar B ioet an ol (% )

kadar fermipan 7% (w/w) mengalami peningkatan kadar bioetanol namun akhirnya mengalami penurunan kadar bietanol pada hari ke-5. Dari hasil tersebut dapat disimpulkan pada kadar fermipan 7% (w/w) merupakan hasil yang bagus terhadap penelitian yang telah dilakukan.

Sebelum berlangsungnya proses fermentasi, fermipan dimasukkan sesuai dengan kadarnya dan tanin juga dimasukkan lalu dihomogenkan dan campuran dibiarkan pada keadaan suhu ruangan (sekitar 30 oC) selama beberapa hari sampai fermentasi berlangsung sempurna. Udara tidak dibiarkan masuk ke dalam campuran tersebut untuk menghindari terjadinya oksidasi etanol menjadi asam etanoat, asam asetat, ataupun senyawa ester.

Enzim dalam ragi pertama-tama mengubah karbohidrat yang terdapat dalam kulit buah cokelat yaitu selulosa, hemiselulosa menjadi karbohidrat yang lebih sederhana seperti glukosa dan fruktosa, keduanya C6H12O6, lalu mengubah karbohidrat sederhana tersebut

diubah menjadi etanol dan karbon dioksida, sedangkan lignin sudah terhidrolisis oleh asam sulfat pada saat proses hidrolisis asam berlangsung.

Hal ini berarti selama berlangsungnya fermentasi terjadi pengurangan glukosa sebagai substrat karena glukosa tersebut digunakan oleh khamir Saccharomyces cerevisiae yang ada dalam fermipan sebagai sumber nutrisi untuk mengonversi menjadi etanol. Jadi semakin banyak terjadinya pengurangan glukosa maka jumlah etanol yang dihasilkan pun semakin banyak dan semakin besar persen starter maka kadar etanol yang dihasilkan semakin besar juga.

Hal ini sesuai pada kadar fermipan 7% (w/w) yaitu seiring berjalannya waktu fermentasi, kadar etanol yang dihasilkan meningkat, sedangkan pada kadar fermipan 3% (w/w) grafik yang dihasilkan cukup bagus dan pada kadar fermipan 5% (w/w) mengalami fluktuatif tetapi tidak banyak perbedaan kadar etanol yang dihasilkan antara hari 3 dan ke-4. Hal ini disebabkan menurunnya metabolisme khamir Saccharomyces cerevisiae yang ada dalam fermipan karena berkurangnya sumber nutrisi selama fermentasi.

Pada gambar 4.1 hari ke-4 fermentasi terlihat yield yang dihasilkan meningkat tetapi pada gambar 4.5 hari yang sama kadar bioetanol yang dihasilkan mengalami peningkatan. Hal ini disebabkan karena pada saat ini sedang berlangsung katabolisme primer menghasilkan senyawa metabolit primer juga sedang berlangsung anabolisme sekunder menghasilkan senyawa metabolit sekunder sehingga walaupun yield yang dihasilkan

yang lebih bnyak lagi disarankan untuk melakukan penambahan kadar fermipan karena masih berpotensi menghasilkan yield yang lebih banyak dengan kadar yang meningkat.

Hal ini sesuai pada penelitian sebelumnya yang dilakukan oleh Agustinus Eka P dan Amran Halim, (2009) melakukan fermentasi nira siwalan dengan variasi kadar starter fermipan 5%, 10%, 15% seiring bertambahnya hari fermentasi besarnya kadar fermipan maka kadar etanol yang dihasilkan semakin besar yaitu pada kadar 15% [ ]..

Hal ini sesuai pada penelitian sebelumnya yang dilakukan oleh Mira Amalia Hapsari dan Alice Pramashinta (2013) melakukan fermentasi etanol singkong karet menggunakan ragi yang mengandng Saccharomyces cerevisiae dengan variasi massa fermipan 5, 10, dan 15 gram seiring bertambahnya massa fermipan kadar etanol yang dihasilkan meningkat yaitu pada 15 gram [ ].

Hal ini sesuai pada penelitian sebelumnya yang dilakukan oleh Osvaldo Z. S., Panca Putra S., M. Faizal (2012) melakukan hidrolisis menggunakan asam sulfat dan fermentasi pembuatan bioetanol menggunakan alang-alang dengan variasi fermipan dan ragi tape 5%, 10%, 15%, 20%, dan 25% dari berat feed seiring bertambahnya masa fermipan kadar etanol yang dihasilkan meningkat yaitu pada kadar fermipan 25% sebesar pada fermipan yaitu 4,8% sedangkan pada ragi tape yaitu 5%

[ ].

Sehingga dari hasil penelitian yang telah dilakukan kadar fermipan 7% (w/w) merupakan kadar yang cukup bagus untuk kenaikan kadar bioetanol seiring berjalannya waktu fermentasi pada fermentasi hidrolisat kulit kakao ini.

4.1.4 Indeks Bias Bioetanol

Indeks bias adalah perbandingan antara kecepatan cahaya dalam udara dengan kecerahan cahaya dalam zat. Indeks bisa digunakan untuk mengidentifikasi zat dan mendeteksi ketidakmurnian cairan. Refraktometer adalah alat yang tepat dan cepat untuk menetapkan nilai indeks bias. [ ]. Indeks bias merupakan salah satu sifat fisika yang dimiliki etanol. Sampel diuji dengan menggunakan alat refraktometer ABBE di laboraotrium kimia fisika FMIPA USU.

Dalam hal ini kami mengambil sampel dengan kadar tertinggi untuk waktu fermentasi 3 hari dengan kadar fermipan 3%. Adapun hasil indeks bias penelitian pembuatan bioetanol dari kulit buah kakao menggunakan hidrolisis asam sulfat dan fermentasi etanol menggunakan fermipan terhadap variasi waktu fermentasi yaitu 1,3285.

Berdasarkan teori harga indeks bias etanol yaitu 1,36143 [ ], sedangkan hasil praktik yaitu 1,3285. Harga ini tidak jauh berbeda dengan teori hanya selisih ±0,04.

BAB V

KESIMPULAN

5.1 KESIMPULAN

Adapun kesimpulan dari hasil penelitian yang telah dilakukan adalah:

1) Berdasarkan hasil GC pengujian kadar bioetanol, pada kadar fermipan 3%(w/w) kadar etanol terbesar terdapat pada waktu fermentasi selama 3 hari yaitu 99,8174%, pada kadar fermipan 5%(w/w) kadar etanol terbesar terdapat pada waktu fermentasi selama 2 hari yaitu 97,42125, pada kadar fermipan 7%(w/w) kadar etanol terbesar terdapat pada waktu fermentasi selama 4 hari yaitu 98,8325 2) Pada kadar fermipan 5% (w/w) merupakan hasil yang cukup bagus terhadap yield yang dihasilkan karena jumlah yield terbanyak dihasilkan pada kadar 5% (w/w) hari ke 3 yaitu 9,6 ml, tetapi di hari selanjutnya jumlah yield mengalami penurunan hingga hari ke-5.

3) Hasil uji indeks bias etanol yaitu 1,3285.

4) Adanya tambahan gambir sebagai sumber tanin dalam proses fermentasi kulit

buah cokelat dapat menghambat tejadinya oksidasi pada etanol misalnya terbentuknya asam asetat maupun senyawa ester dan menghasilkan etanol dengan kadar yang cukup bagus.

5) Pada kadar fermipan 7% (w/w) berpotensi untuk dilakukan penambahan kadar

pada proses fermentasinya. Hal ini dapat dilihat pada hari ke-4 fermentasi

mengalami peningkatan kadar bioetanol tetapi yield yang dihasilkan menurun

karena pada saat ini juga dihasilkan senyawa metabolit primer dan senyawa metabolit sekunder.

5.2 SARAN

Adapun saran yang dapat diberikan demi hasil yang lebih baik lagi dari hasil penelitian yang telah dilakukan adalah:

1) Disarankan untuk memberi tambahan nutrisi untuk proses fermentasi selain dari glukosa yang terdapat dalam bahan baku untuk menghasilkan volume etanol yang lebih banyak.

2) Disarankan menggunakan langsung khamir Saccharomyces cerevisiae pada proses fermentasi bioetanol untuk dapat menghasilkan etanol dengan jumlah lebih banyak.

DAFTAR PUSTAKA

[ ]Nur Robi’ah Adawiyah Mahmud. “Penentuan Nilai Kalor Berbagai Komposisi Campuran Bahan Bakar Minyak Nabati.” Skripsi, Program Sains Fakultas Sains Dan Teknologi Universitas Islam Negeri (UIN) Maulana Malik Ibrahim Malang, Malang, 2010, hal. 23.

[ ]Wawan W Effendi (2012), “Bioetanol Kulit Buah Kakao; Menuju Indonesia Mandiri Bahan Bakar Nabati.” Artikel Bioetanol Kulit Buah Kakao. Diakses Pada 20 September 2014.

www.academia.edu.com

[ ]A.Rachman Fauzi, Didik Haryadi, Slamet Priyanto, “Pengaruh Waktu Fermentasi dan Efektivitas Adsorben dalam Pembuatan Bioetanol Fuel Grade dari Limbah POD Kakao (Theobroma Cacao),” Jurnal Teknologi Kimia dan Industri Universitas Diponegoro, 1(1) 2012 : hal.182-184.

[ ]Hermiati E., Djumali Mangunwidjaja, Titi Candra Sunarti, Ono Suparno, dan Bambang Prasetya, “Pemanfaatan Biomassa Lignoselulosa Ampas Tebu Untuk Produksi Bioetanol,” Jurnal Litbang Institut Pertanian Bogor 2010 Diakses pada 23 September 2014 dari pustaka penelitian Departemen Pertanian

http:www. pustaka.litbang.deptan.go.id

[ ]Sukumaran, R.K. 2008. Cellulose production using biomassa feedstock and its application in lignocellulossa sacharification for bioethanol production, Renewable energy, vol 30, hal 1-4

[ ]Endah R D, Sperisa D, Adrian Nur, Paryanto, “Pengaruh Kondisi Fermentasi Terhadap Yield Etanol Pada Pembuatan Bioetanol Dari Pati Garut.” Gema Teknik Majalah Ilmiah Teknik, Nomor 2/Tahun X Juli 2007, Hal.85.

[ ]Putu Kristiani K, La Ode Sabarudin, Rima Melati, Haeruddin, “Waktu Optimum Fermentasi Limbah Pulp Kakao (Theobroma Cacao L.) Menggunakan Kulit Bakau (Sonneratia Sp.) Dalam

Produksi Bioetanol,” Universitas Haluoleo, Kendari. Diakses Pada 20 September 2014

dari Direktorat Penelitian dan Pengabdian Kepada Masyarakat. http://artikel.dikti.go.id/index.php/PKM-P/article/view/65

L3.1.2 Hidrolisis Bubuk Kulit Buah Kakao

L3.1.3 Setelah Penambahan NaOH 4M

Gambar L3.3 Hidrolisat Kulit Buah Kakao Setelah Penambahan NaOH 4M

L3.1.4 Pengaturan pH Hidrolisat menjadi 4,5

L3.1.5 Fermentasi

Gambar L3.5 Fermentasi

L3.1.7 Larutan Bioetanol

L3.1.8 Foto Hasil GC