FERMENTASI GLISEROL HASIL SAMPING PABRIK BIODISEL MENJADI 1,3-PROPANADIOL DENGAN MENGGUNAKAN BAKTERI KLEBSIELLA PNEUMONIAE SKRIPSI
FERMENTASI GLISEROL HASIL SAMPING PABRIK
BIODISEL MENJADI 1,3-PROPANADIOL DENGAN
MENGGUNAKAN BAKTERI KLEBSIELLA
PNEUMONIAE
SKRIPSI
Oleh
100405032
JEKKY BAHAGIA G
DEPARTEMEN TEKNIK KIMIA
FAKULTAS TEKNIK
UNIVERSITAS SUMATERA UTARA
SEPTEMBER 2014
FERMENTASI GLISEROL HASIL SAMPING PABRIK
BIODISEL MENJADI 1,3-PROPANADIOL DENGAN
MENGGUNAKAN BAKTERI KLEBSIELLA
PNEUMONIAE
SKRIPSI
Oleh
100405032
JEKKY BAHAGIA G
SKRIPSI INI DIAJUKAN UNTUK MELENGKAPI SEBAGIAN
PERSYARATAN M ENJADI SARJANA TEKNIK
DEPARTEMEN TEKNIK KIMIA
FAKULTAS TEKNIK
UNIVERSITAS SUMATERA UTARA
SEPTEMBER 2014
PERNYATAAN KEASLIAN SKRIPSI
Saya menyatakan dengan sesungguhnya bahwa skripsi dengan judul:
FERMENTASI GLISEROL HASIL SAMPING PABRIK BIODISEL
MENJADI 1,3 PROPANADIOL DENGAN MENGGUNAKAN BAKTERI
KLEBSIELLA PNEUMONIA
yang dibuat untuk melengkapi sebagian persyaratan menjadi Sarjana Teknik pada Departemen Teknik Kimia Fakultas Teknik Universitas Sumatera Utara, sejauh yang saya ketahui bukan merupakan tiruan atau duplikasi dari skripsi yang sudah dipublikasikan dan atau pernah dipakai untk mendapatkan gelar kesarjanaan di lingkungan Universitas Sumatera Utara maupun di Perguruan Tinggi atau instansi manapun, kecuali bagian yang sumber informasinya dicantumkan sebagaimana mestinya.
Medan, September 2014 Jekky Bahagia G
NIM 100405032
PENGESAHAN
Skripsi dengan judul:
FERMENTASI GLISEROL HASIL SAMPING PABRIK BIODISEL
MENJADI 1,3 PROPANADIOL DENGAN MENGGUNAKAN BAKTERI
KLEBSIELLA PNEUMONIA
dibuat sebagai kelengkapan persyaratan untuk mengikuti ujian skripsi Sarjana Teknik pada Departemen Teknik Kimia Fakultas Teknik Universitas Sumatera Utara.
Medan, September 2014 Mengetahui, Koordinator Skripsi Dosen Pembimbing
Ir. Renita Manurung, MT Dr. Ir. Dr.Ir. Fatimah, MT NIP. 19681214 199702 2 002 NIP. 19640617 199403 2 001
Dosen Penguji I, Dosen Penguji II,
Ir. Bambang Trisakti, MT Ir. Renita Manurung, MT NIP. 19660925 199103 1 003 NIP. 19681214 199702 2 002
PRAKATA
Puji dan syukur kehadirat Tuhan Yang Maha Esa karena atas rahmat-Nya sehingga skripsi ini dapat diselesaikan. Tulisan ini merupakan skripsi dengan judul “Fermentasi Gliserol Hasil Samping Pabrik Biodiesel Menjadi 1,3-Propanadiol Dengan Menggunakan Bakteri Klebsiella Pneumonia”, berdasarkan hasil penelitian yang penulis lakukan di Laboratorium Bioproses Pusat Penelitian Kelapa Sawit (PPKS) Medan. Skripsi ini merupakan salah satu syarat untuk mendapatkan gelar sarjana teknik. Selama melakukan penelitian hingga penulisan skripsi ini, penulis banyak mengucapkan terima kasih yang sebesar-besarnya kepada:
Dr. Ir. Fatimah, MT
selaku dosen pembimbing yang telah bersedia meluangkan waktu untuk memberi pengarahan, diskusi dan bimbingan serta persetujuan sehingga skripsi ini dapat selesai dengan baik.Penulis menyadari bahwa skripsi ini masih jauh dari sempurna, oleh karena itu penulis mengharapkan saran dan masukan demi kesempurnaan skripsi ini.
Semoga skripsi ini memberikan manfaat bagi pengembangan ilmu pengetahuan.
Medan, September 2014 Penulis, Jekky Bahagia G
DEDIKASI
Penulis mendedikasikan skripsi ini kepada : 1.
Kedua orang tua penulis, S. Ginting dan S. Br. Simangunsong.
2. Dewi Anggraini atas kerjasamanya selama melakukan penelitian dan penulisan skripsi ini.
3. Abangnda Bones dan Fian dan Adik Mendra yang selalu memberikan dukungan dan doanya.
4. Kakak Dila dan Melva yang selalu mendukung dan memberikan doa buat penulis.
5. Keponakan-keponakan tercinta (Nurah, Yosepin, Yohana, Piros, dan Axaria) buat kecerian kalian semua.
6. Bibi, Kila, Paktengah, Maktengah, Bolang, Iting, dan semua keluarga besar penulis, penulis mengucapkan beribu-ribu terima kasih atas cinta, kasih sayang, dukungan dan doa yang telah kalian panjatkan buat penulis.
7. Sahabat-sahabat terbaik di Teknik Kimia stambuk 2010, terkhusus Deril Clinton, Margareth N, Popphy Prawati, Ruben Simanggunsong, Rap Leanon, Rika Silvia dan Jernika Simanggunsong yang telah memberikan banyak dukungan dan semangat kepada penulis.
8. Sahabat-sahabat di Universitas Darma Agung, terkhusus Mety Karolina P, Novel Sihombing, Nova Banjarnahor, Susi Rinawati, Maria, Amos, dan Awalludin yang telah memberikan banyak dukungan dan semangat kepada penulis.
RIWAYAT HIDUP PENULIS
Nama : Jekky Bahagia G NIM : 100405032 Tempat, tanggal lahir : Torgamba, 26 November 1991 Nama orang tua : S. Ginting dan
S. Br. Simangunsong Alamat orang tua : PKS 1 Torgamba, Kec. Torgamba, Kab. Labuhan Batu Selatan, Provinsi Sumatera Utara
Asal Sekolah:
- SD N 116881 Torgamba tahun 1997-2003
- SMP Swasta Torgamba tahun 2003 – 2006
- SMA Santo Yoseph Medan tahun 2006 – 2009
Beasiswa yang diperoleh: Beasiswa PPA tahun 2011, 2012, 2013 Universitas Sumatera Utara Pengalaman Organisasi: 1.
Sekretaris Umum Himpunan Mahasiswa Teknik Kimia (HIMATEK) FT USU periode 2013/2014.
2. Asisten Laboratorium Proses Industri Kimia Departemen Teknik Kimia FT USU tahun 2013-2014 modul Pembuatan Pulp dan Biodiesel.
Artikel yang telah dipublikasikan dalam jurnal: 1.
Fermentation of Glycerol from Biodiesel Waste to 1,3-Propanadiol by Klebsiella Pneumoniaepada seminar
th
“5 SriwijayaInternasionalSeminar On Energy Enviromental Science
th
and Technology (SISEEST 5 ) 2014” yang akanberlangsung di Palembang, pada 10-11 September 2014.
2. Fermentation of Glycerol from Biodiesel Waste to 1,3-Propanadiol by
EnterobacterAerogenespada seminar
th
“5 SriwijayaInternasionalSemonar On Energy Enviromental Science
th
and Technology (SISEEST 5 ) 2014” yang akanberlangsung di Palembang, pada 10-11 September 2014.
ABSTRAK
Salah satu produk fermentasi tertuadarigliserol adalah 1,3-Propanadiol. Pada penelitian ini, 1,3 Propanadiol dihasilkan dari proses fermentasi gliserol dengan bantuan bakteri klebsiella pneumoniae dengan variasi volume bakteri 5, 7, dan 10 %, pada waktu fermentasi 1, 2 dan 3 hari, dengan suhu 25 dan 37
C. Hasil fermentasi gliserol dianalisa dengan menggunakan kromatografi gas dengan kolom DB 5 HT untuk mengetahui kemurnian 1,3 Propanadiol yang dihasilkan berdasarkan larutan standart 1,3 Propanadiol. Crude gliserol memiliki warna coklat kemerahan, densitas 1,24 gr/ml, FFA 26,22 %, kadar air 2,64 %, kadar abu 11 % dan kemurnian sebesar 29,306 %, sedangkan hasil pemurnian crude gliserol menghasilkan gliserol dengan warna bening, densitas 1,2676 gr/ml, FFA 0,92 %, kadar air 1,265 %, kadar abu 6 % dan kemurnian sebesar 93,1924 %. Berdasarkan analisa kromatografi gas didapat rentang waktu 1,3-Propanadiol berada pada 4,846 menit. Konsentrasi 1,3- Propanadiol pada 1, 2 dan 3 hari yaitu 14,0963; 14,6330; dan 17,6093mol/ml. Konsentrasi 1,3 Propanadiol pada penambahan volume bakteri 5, 7, dan 10 % (v/v) yaitu 15,0952; 17,3287; dan 17,6093 mol/ml. Sedangkan konsentrasi 1,3-Propanadiol pada suhu 25 dan 37 C adalah 14,9892 dan 17,6093mol/ml. Kata kunci :Gliserol, klebsiellapneumoniae, 1,3-propanadiol, fermentasi
ABSTRACT
Oneof the oldestproductsofglycerolfermentation is 1,3-Propanediol. Inthis study, 1,3- Propanediol is producedby fermentation ofglycerolwhichis the result ofpurificationof crudeglycerolfrombiodiesel plants. Cruedglycerolandglycerolof purificationanalyzedthe content ofcompound. Glycerolis fermentedbyklebsiellapneumoniae. Glycerolis fermentedwiththe addition ofvarying thevolume ofbacteriais5,7, and10% (v/v), the fermentation timeis1, 2and3days, and
o
thefermentationtemperatureis 25and37
C. The resultsoffermentationof glycerolwas analyzed usinggas chromatographywithcolumnDB5HTtoobtain apurityof1,3- Propanediol is generatedbased onretention timeofthe standard solution. Crudeglycerolhas areddishbrowncolor, density is1.24g/ml, free fatty acid is26.22%, moisture andash content are2.64 and 11%,and apurityis29.306%. Theresults ofthe purification ofcrudeglycerolhas aclear color,density is1.2676g/ml, free fatty acid is 0.92%, moisture andash content are1.265 and 6%,and apurityis93.1924%. Retentiontime of 1,3-Propanediol is 4.846minuteongas chromatographic analysis. The consentration of1,3-Propanediol at1, 2and3daysis14.0963; 14.6330; and17.6093mol/ml. The consentration of1,3-Propanedioltheaddition ofbacterialvolume5, 7, and10% (v/v) is15.0952; 17.3287; and17.6093 mol/ml.
o Theconsentration of1,3-Propanediol at 25and37 Cis14.9892and17.6093mol/ml.
Keywords : Glycerol, klebsiellapneumoniae, 1,3-propanediol, fermentation
DAFTAR ISI
Halaman PERNYATAAN KEASLIAN SKRIPSI i PENGESAHAN ii
PRAKATA iii
DEDIKASI iv
RIWAYAT HIDUP PENULIS v
ABSTRAK vi
ABSTRACT vii
DAFTAR ISI viii
DAFTAR GAMBAR xi
DAFTAR TABEL xiii
DAFTAR LAMPIRAN xiv
DAFTAR SINGKATAN xv
DAFTAR SIMBOL xvi
BAB I PENDAHULUAN
1
1.1 LATAR BELAKANG
1
1.2 PERUMUSAN MASALAH
3
1.3 TUJUAN PENELITIAN
4
1.4 MANFAAT PENELITIAN
4
1.5 RUANG LINGKUP PENELITIAN
4 BAB II TINJAUAN PUSTAKA
6
2.1 GLISEROL
6
2.2 PURIFIKASI GLISEROL
7
2.3FERMENTASI GLISEROL
8
2.4INOKULASI BAKTERI
10
2.5KLEBSIELLA PNEUMONIAE
11
2.6 SINTESIS 1,3 PROPANADIOL
11
2.7 SEPERASI HASIL FERMENTASI
14
2.8GAS KROMATOGRAFI
15
2.9ANALISA EKONOMI
16 BAB III METODOLOGI PENELITIAN
18
3.1 LOKASI PENELITIAN
3.5.1 PurifikasiGliserol
23
3.4.6 Penentuan Kadar Abu Gliserol
23
3.4.7 Pembuatan Media Pertumbuhan
24
3.4.8 PembuatanKulturStok
24
3.4.9 ProsedurPerhitunganJumlahBakteri
24
3.4.10 ProsedurFermentasi
25
3.4.11 Analisa 1,3 Propanadiol
25
26
26
23
3.5.2 Penentuan Kadar Gliserol
27
3.5.3 Penentuan Kadar Free Fatty Acid (FFA) Gliserol
28
3.5.4 PenentuanDensitasGliserol
29
3.5.5 Penentuan Kadar Air Gliserol
30
3.5.6 Penentuan Kadar Abu Gliserol
31
3.5.7 Pembuatan Media Pertumbuhan
32
3.5.8 PembuatanKulturStok
33
3.4.5 Penentuan Kadar Air Gliserol
3.4.4 PenentuanDensitasGliserol
18
3.2.5.2 BahanAnalisaDensitasGliserol
3.2 BAHAN
18
3.2.1 Bahan Baku
18
3.2.2 BahanPurifikasiGliserol
18
3.2.3 BahanPembuatan Media KulturStok
18
3.2.4 Bahan Media PerhitunganJumlahBakteri Yang Tumbuh
18
3.2.5 BahanAnalisa
19
3.2.5.1 BahanAnalisa Kadar Air Gliserol
19
19
21
3.4 PROSEDUR PENELITIAN
3.4.3 Penentuan Kadar Free Fatty Acid (FFA) Gliserol
21
3.4.2 Prosedur AnalisaGliserol
21
3.4.1 ProsedurPurifikasiGliserol
21
20
3.2.5.3 BahanAnalisa Kadar Abu
3.3 PERALATAN
19
3.2.5.5 AnalisaKromatografiGas
19
3.2.5.4 BahanAnalisaFree Fatty Acid (FFA) Gliserol
19
3.5 FLOWCHART PENELITIAN
3.5.9
33 PerhitunganJumlahBakteri
3.5.10
34 FermentasiGliserol
BAB IV HASIL DAN PEMBAHASAN
35
4.1 PEMURNIAN GLISEROL
35
4.2 ANALISA GLISEROL
37
4.3 FERMENTASI GLISEROL
38
4.3.1 KonversiGliserol
39
4.3.2 PengaruhWaktuFermentasiTerhadapKonsentrasi 1,3- PropanadiolTerbentuk
41
4.3.3 Pengaruh Volume InokulumBakteriTerhadapKonsentrasi 1,3- PropanadiolTerbentuk
43
4.3.4 PengaruhSuhuFermentasiTerhadapKonsentrasi 1,3- PropanadiolTerbentuk
45 BAB V KESIMPULAN DAN SARAN
47
5.1 KESIMPULAN
47
5.2 SARAN
47 DAFTAR PUSTAKA
48
DAFTAR GAMBAR
35 Gambar 4.2 Garam yang TerbentukSetelahPemanasan
53 Gambar L1.2 HasilKromatografi GC GliserolMurni
45 Gambar 4.12 HubunganSuhuFermentassiterhadap Kadar 1,3-Propanadiol 46 Gambar L1.1 HasilKromatografi GC CrudeGliserol
C, 7 %
Gambar 4.11 Hasil GC dariFermentasiGliserol 3 hari, 3743 Gambar 4.10 Hubungan Volume Bakteriterhadap Kadar 1,3-Propanadiol 44
C, 10 %
Gambar 4.9 Hasil GC dariFermentasiGliserol 2 hari, 3741 Gambar 4.8 HubunganWaktuFermentasiterhadap Kadar 1,3-Propanadiol 42
40 Gambar 4.7 Kadar ResiduGliserolPenelitianJalansutram
39 Gambar 4.6 Kadar Gliserolpada Proses FermentasiPadaSuhu 25 C maupun 37 C
38 Gambar 4.5 Pengenceran Bakteri Klebsiella Pnemonia
37 Gambar 4.4 KulturStokSebelumPembiakandanSesudahPembiakan
36 Gambar 4.3 GliserolHasilPemurnian
34 Gambar 4.1 Proses PengasamanCrudeGliseroldenganAsamSulfat
Halaman Gambar 2.1Skema Proses Fermentasi
33 Gambar 3.10 Flowchart FermentasiGliserol
33 Gambar 3.9 Flowchart PerhitunganJumlahBakteri
32 Gambar 3.8 Flowchart PembuatanKulturStok
31 Gambar 3.7 Flowchart Pembuatan Media Pertumbuhan
30 Gambar 3.6 Flowchart Penentuan Kadar Abu Gliserol
29 Gambar 3.5 Flowchart Penentuan Kadar Air Gliserol
28 Gambar 3.4 Flowchart PenentuanDensitasGliserol
27 Gambar 3.3 Flowchart Penentuan Kadar FFA
26 Gambar 3.2 Flowchart Penentuan Kadar Gliserol
13 Gambar 3.1 Flowchart PurifikasiGliserol
12 Gambar 2.4PerombakanGliserolmenjadi 1,3-Propandiol
11 Gambar 2.3BiokonveksiGliserolmenjadi 1,3-Propandiol
9 Gambar 2.2BakteriKlebsiella Pnemonia
53 Gambar L1.3 HasilFermentasiGliserol 1 hari, 37 , 10%
54 Gambar L1.4 HasilFermentasiGliserol 3 hari, 25 , 10%
64 Gambar L3.7 Proses InokulasiBakteri
66 Gambar L3.13 1,3-Propanadiol SetelahdanSebelum Proses Distilasi
65 Gambar L3.12 Proses Distilasi
65 Gambar L3.11 HasilTitrasiPenentuan Kadar Gliserol
65 Gambar L3.10 PerhitunganJumlahKoloniDenganColoni Counter
8
65 Gambar L3.9 Pengenceran 10
64 Gambar L3.8 PembiakanBakteriDalamWater Batch
64 Gambar L3.6 Proses Sterilisasi Media Pertumbuhan
54 Gambar L1.5 HasilFermentasiGliserol 2 hari, 37 , 10%
64 Gambar L3.5 Autoclave
63 Gambar L3.4 GliserolMurni
63 Gambar L3.3 Garam Yang TerbentukPada Proses Pemurnian Crude Gliserol
63 Gambar L3.2 HasilPenambahanAsamPhospat
56 Gambar L3.1 CrudeGliserol
56 Gambar L1.8 HasilFermentasiGliserol 3 hari, 37 , 7%
55 Gambar L1.7 HasilFermentasiGliserol 3 hari, 37 , 10%
55 Gambar L1.6 HasilFermentasiGliserol 3 hari, 37 , 5%
66
DAFTAR TABEL
Halaman
Tabel 1.1 ProduksidanKonsumsiMinyak Diesel1 Tabel 1.2 Penelitian Yang Menggunakan Crude Gliserol sebagai Bahan Baku
2 Tabel 1.3 Daftar Penelitian Pembuatan 1,3-Propanadiol Terdahulu
3 Tabel 2.1 Daftar Beberapab Sifat Komponen Yang Terdapat pada Proses Fermentasi
14 Tabel 3.1 Program Pengatur GC
20 Tabel 4.1 Perbandingan Sifat Fisika Crude Gliserol dengan Gliserol Murni
37 Tabel L1.1 Kadar Gliserol SetelahFermentasi
56 Tabel L2.1 HasilTitrasiSampelHasilFermentasi
61 Tabel L2.2Kemurnian 1,3-Propanadiol HasilFermentasi
62 Tabel L2.1 Konsentrasi 1,3-Propanadiol HasilFermentasi
63