02 FIX Artikel 02 Juli 09 ERD Studi

STUDI AWAL REAKSI SIMULTAN SAKARIFIKASI DAN FERMENTASI TEPUNG
SORGHUM (Sorghum Bicolor L. Moench) DENGAN KATALIS ENZIM
GLUCOAMYLASE DAN YEAST (Saccharomyces cereviseae)
1

1

1

Endah Retno D , Enny K A , dan Fadilah
Jurusan Teknik Kimia, Fakultas Teknik UNS,
Jl. Ir. Sutami No.36 A, Surakarta 57126, Telp./Fax : 0271-632112.
E-mail: endah_rd@telkom.net
1

Abstract: Sorghum is a crop which have potency to be developed because lenient to dryness
and pond irrigate, and also hold up to pest trouble. Sorghum also has a relatively high
carbohydrate content that can be processed into ethanol. Sorghum flour is converted into
ethanol via simultaneous saccharification reaction and fermentation (SSF). This research aims
to study the effect of concentration of yeast (Saccharomyces cereviseae), the influence of
catalyst concentration shakerbath glucoamylase and the influence of rotation on the amount of

glucose / sugar reduction. The variable on this research is concentration yeast ( 2, 4 and 8
gr), concentration of katalis enzyme glucoamylase ( 1, 2, 4 and 8 ml) and rotation shaker ( 6
and 9 scale shaker). SSF reactions performed using sorghum flour, erlenmeyer in the shaker
bath with a temperature gauge. Liquefaction reaction with the addition of the enzyme alpha
o
amylase (Baccilus Lichenformis), at 80 C, pH 6.9, for 120 minutes. Furthermore, SSF reaction
by the addition of the enzyme glucoamylase (Aspergillus Niger) and yeast (Saccharomyces
o
cereviseae) at 30 C, pH 4.8, 72 hours. Sampling for reducing sugar analysis performed every
24 hours. Glucose samples were analyzed by using the method of Shafer-Somogiyi.
Keywords : Flour Sorgum, a simultaneous saccharification and fermentation process
PENDAHULUAN
Etanol adalah salah satu bahan bakar
yang terbarukan yang mempunyai nilai ekonomi
yang tinggi. Etanol bisa digunakan dalam
bentuk murni ataupun sebagai campuran untuk
bahan bakar gasolin (bensin) maupun hidrogen.
Interaksi etanol dengan hidrogen bisa
dimanfaatkan sebagai sumber energi fuel cell
ataupun dalam mesin pembakaran dalam

(internal combustion engine) konvensional.
Diversifikasi bahan baku etanol di Indonesia
perlu dikembangkan karena negara Indonesia
adalah negara agraris yang memiliki kekayaan
tanaman yang berbagai jenis.
Sorgum (Sorgum bicolor L.) dapat
digunakan sebagai pengganti dalam industri
pati jagung. Keunggulan sorgum terletak pada
daya adaptasi agroekologi yang luas, tahan
terhadap kekeringan, produksi tinggi, perlu
input lebih sedikit serta lebih tahan terhadap
hama dan penyakit dibanding tanaman lain.
Dengan kandungan karbohidrat yang cukup
tinggi sekitar 73 g/100 g bahan, maka sorghum
dapat digunakan sebagai bahan baku
pembuatan etanol. Industri etanol dari bahan
baku sorgum banyak dibangun di negara maju
seperti Amerika Serikat.

Penelitian ini bertujuan mempelajari

pengaruh konsentrasi yeast (saccharomyces
cereviseae), pengaruh konsentrasi katalis
glucoamylasedan pengaruh putaran shakerbath
terhadap jumlah glukosa/gula reduksi pada
reaksi simultan sakarifikasi dan fermentasi
tepung sorghum). Variabel yang diteliti adalah
konsentrasi yeast (2, 4 dan 8 gr), konsentrasi
katali enzim glucoamylase (1,2,4 dan 8 ml)
serta putaran shaker (6 dan 9 skala shaker).
LANDASAN TEORI
Sorgum yang dibudidayakan di Indonesia
mempunyai nama ilmiah Sorgum -bicolor (L)
Moech. Nama yang sinonim dengan nama itu
adalah : Holchus Sorgum L ; Andropogan
sorgum (L) Bot ; Sorgum Vulaare Pers. Sorgum
relatif lebih dapat beradaptasi pada kisaran
kondisi ekologi yang luas dan dapat
berproduksi pada kondisi yang kurang sesuai
bila dibandingkan dengan tanaman sereal yang
lainnya. Sorgum memiliki kandungan nutrisi

yang baik, kandungan proteinnya lebih tinggi
daripada beras. Kandungan nutrisi sorgum
dibandingkan sumber pangan/pakan lain
disajikan dalam tabel berikut:

Studi Awal Reaksi Simultan Sakarifikasi dan Fermentasi Tepung Sorghum
(Sorghum Bicolor L. Moench) dengan Katalis Enzim Glucoamylase dan
Yeast (Saccharomyces cereviseae)
(Endah Retno D., Enny K. Artati, dan Fadilah)

7

Tabel 1. Kandungan Gizi Sorgum

Unsur Nutrisi
Kalori (cal)
Protein (g)
Lemak (g)
Karbohidrat(g)
Kalsium (mg)

Besi (mg)
Posfor (mg)
Vit. B1 (mg)

Berat
360
6.8
0.7
78.9
6.0
0.8
140
0.12

Jagung
361
8.7
4.5
72.4
9.0

4.6
380
0.27

Kandungan/100 g
Singkong
146
1.2
0.3
34.7
33.0
0.7
40
0.06

Sorgum
332
11.0
3.3
73.0

28.0
4.4
287
0.38

Kedelai
286
30.2
15.6
30.1
196.0
6.9
506
0.93

Sumber: Direktorat Gizi, Departemen Kesehatan RI (Induksi Mutasi pada Sorgum dengan SinarGamma)

Pati adalah salah satu jenis polisakarida
yang amat luas tersebar di alam. Bahan
disimpan sebagai cadangan makanan bagi

tumbuh-tumbuhan di dalam biji, buah, umbi dan
batang. Tumbuh-tumbuhan yang mempunyai
kadar pati yang tinggi antara lain padi, sagu,
ketela pohon, ketela rambat dan jagung.
Secara histologis, pati disimpan dalam bentuk
plastida yang dinamakan amiloplast di dalam
sel. Dilihat dari rumus kimianya, pati adalah
karbohidrat yang berbentuk polisakarida berupa
polimer anhidro monosakarida dengan rumus
umum (C6H10O5)n . Komponen utama
penyusun pati adalah amilosa dan amilopektin.
Amilosa tersusun atas satuan glukosa yang
saling berkaitan melalui ikatan 1-4 glukosida,
sedang amilopektin merupakan polisakarida
yang tersusun atas 1-4α glikosida dan
mempunyai rantai cabang 1-6α glukosida
(Winarno, 1980)
Hidrolisis adalah suatu proses antara
reaktan dengan air agar suatu senyawa pecah
atau terurai.Pada reaksi hidrolisis pati dengan

air, air akan menyerang pati pada ikatan 1-4 α
glukosida menghasilkan dextrin, sirup atau
glukosa tergantung pada derajat pemecahan
rantai polisakarida dalam pati. Tetapi reaksi
antara air dan pati ini berlangsung sangat
lambat sehingga diperlukan bantuan katalisator
untuk memperbesar keaktifan air. Katalisator ini
bisa berupa asam maupun enzim. Pati
dikonversi menjadi gula melalui proses
hidrolisis dengan enzim meliputi pemecahan
menjadi gula kompleks (liquefaction) dan
sakarifikasi (Saccharification) . Enzim yang
digunakan dalam hidrolisis pati pada tahap
liquifikasi adalah enzim alpha amylase dan
pada tahap sakarifikasi adalah enzim gluco
amylase. Enzim alpha amylase berperan dalam
memecahkan ikatan a-1,4 glukosid dari
amillose dan amilopektin secara acak. Proses
pemecahan ini dilakukan pada gelatin pati,
sehingga dihasilkan maltosa dan maltotriosa

8

yang terikat pada a-1,6 glukosid, yang
menyebabkan penurunan viskositas pada gel
pati. Sedangkan enzim glucoamylase berperan
dalam memecah kedua ikatan glukosid (a-1,4
glukosid dan a-1,6 glukosid) dari pati,
poligosakarida dan dekstrin sehingga dihasilkan
glukosa. Enzim gluco amylase hanya aktif
memecah pati yang sudah menjadi gelatin
(Reed,1975). Enzim alpha amylase terdapat
dalam jaringan tanaman, mamalia dan mikroba.
Hidrolisis amilosa oleh alpha amylase terjadi
dalam dua tahap. Tahap pertama adalah
degradasi amilosa menjadi maltosa dan
maltotriosa yang terjadi secara acak. Degradasi
tersebut terjadi sangat cepat dan diikuti dengan
penurunan viskositas yang sangat cepat.
Sedangkan tahap kedua bersifat lebih lambat

dengan membentuk glukosa dan maltosa
sebagai hasil akhirnya Menurut Fogarty (1983),
enzim alphaamylase pada umumnya stabil
pada kisaran pH 5,5 -8. Enzim dari bakteri
dapat digunakan untukmengkatalisasi proses
hidrolisis pati pada suhu tinngi. Sifat tersebut
sangat berguna pada proses likuifikasi yang
mempunyai suhu gelatinasi tinggi (Tjokroadikoesoemo,1985). Reaksi Hidrolisis tepung
berlangsung dua tahap sebagai berikut :
2 (C6H10O5)n + H2O
C12H22O11 + H2O

-amylase

Gluko-amylase

C12H22O11

(1)

(C6H12O6) (2)

Aktivitas
enzim
secara
umum
dipengaruhi oleh suhu, pH larutan, konsentrasi
enzim, konsentrasi substrat, inhibitor dan
waktu. Temperatur optimum untuk enzim alpha
o
amylase berkisar 70 - 90 C dan untuk gluco
O
amylase 50 -60
C. Sedangkan derajat
keasaman untuk enzim gluco amylase adalah
4.5 - 5 (Reed, 1975). Aktivitas alpha amylase
ditentukan dengan mengukur hasil degradasi
pati. Penurunan substrat dapat diukur dengan
berkurangnya derajat pewarnaan yodium

E K U I L I B R I U M Vol. 8. No. 2. Juli 2009 : 7 – 11

terhadap substrat. Selain itu, keaktifan alpha
amylase dapat juga dinyatakan dengan
mengukur viskositas dan jumlah gula pereduksi
yang terbentuk (Tjokroadikoesoemo,1985).
Produksi Bioetanol
Secara umum, produksi bioetanol ini
mencakup 3 (tiga) rangkaian proses, yaitu:
Persiapan Bahan baku, Fermentasi, dan
Pemurnian.
Persiapan Bahan Baku
Bahan baku untuk produksi bietanol bisa
didapatkan dari berbagai tanaman, baik yang
secara langsung menghasilkan gula sederhana
atau yang menghasilkan pati. Persiapan bahan
baku secara umum terbagi menjadi beberapa
proses, yaitu:
 Tebu dan Gandum manis harus digiling
untuk mengektrak gula
 Pati dan material
selulosa harus
dihancurkan untuk memecahkan susunan
patinya agar bisa berinteraksi dengan air
secara baik Pemasakan, Pati dikonversi
menjadi gula melalui proses pemecahan
menjadi gula kompleks (liquefaction) dan
sakarifikasi (Saccharification)
Tahap Liquefaction
Pencampuran dengan air secara merata hingga
menjadi bubur. Pengaturan pH agar sesuai
dengan kondisi kerja enzim. Penambahan
katalisator dengan perbandingan yang tepat.
Pemanasan bubur hingga kisaran 80 sd 90 oC,
dimana pati bebas akan mengalami gelatinasi,
sampai suhu optimum katalis asam bekerja
memecahkan struktur pati secara kimiawi
menjadi gula komplek (dextrin). Proses
Liquefaction selesai ditandai bubur yang
diproses menjadi lebih cair seperti sup.
Tahap sakarifikasi
pemecahan gula kompleks menjadi gula
sederhana, melibatkan proses sebagai berikut:
Pendinginan bubur sampai suhu optimum
enzim sakarifikasi bekerja. Penambahan enzim
(glukoamilase) secara tepat. Mempertahankan
o
pH dan temperature pada rentang 50 sd 60 C
sampai proses sakarifikasi selesai
Fermentasi
Pada tahap ini, pati telah berubah
menjadi gula sederhana (glukosa dan sebagian
fruktosa) dimana proses selanjutnya melibatkan
penambahan enzim yang diletakkan pada ragi
(yeast) agar dapat bekerja pada suhu optimum.
Proses fermentasi ini akan menghasilkan etanol
dan CO2. Bubur kemudian dialirkan kedalam

tangki fermentasi dan didinginkan pada suhu
o
kisaran 27 sd 32 C, dan membutuhkan
ketelitian agar tidak terkontaminasi oleh
mikroba lainnya. Ragi akan menghasilkan
etanol sampai kandungan etanol dalam tangki
mencapai 8 sd 12 %), dan selanjutnya ragi
tersebut akan menjadi tidak aktif, karena
kelebihan etanol akan berakibat racun bagi
ragi.
METODE PENELITIAN
Bahan dan alat
Bahan yang digunakan adalah Tepung
sorgum, Enzim α-Amylase dari Bacillus
Licheniformis (Sigma-Aldrich, pf, D-89555
Steinheim, 07323/970) dengan konsentrasi 31
U/mgr,
Enzim
Amyloglucosidase
dari
Aspergillus Niger (Sigma-Aldrich, pf, D-89555
Steinheim, 07329/970) dengan konsentrasi 138
U/mgr, Yeast: Dry baker’s yeast, S.

cerevisiae

(Saf-Instant,

Marcq-France).

Larutan buffer fosfat pH 6,9, Larutan buffer
sitrat pH 4,8, D(+) glukosa anhidrase, Larutan
asam sitrat dan NaOH, Larutan HCl, Larutan
iodin, Aquadest, pH stick, Reagensia Nelson
dan Arsenomolybdat.
Reaksi
simultan sakarifikasi dan
fermentasi (SSF) tepung sorghum dengan
katalis enzim glucoamylase dilakukan shaker
bath
Cara penelitian
Biji sorghum terlebih dahulu direndam
dengan larutan NaOH (0,2 N) kemudian
dihaluskan biji menggunakan gilingan tepung
dan mengayak sampai dengan ukuran mesh
tertentu. Selanjutnya reaksi
likuifikasi,
ditambahkan larutan enzym alpha amylase
dengan konsentrasi tertentu dimasukkan ke
dalam larutan tepung yang telah menjadi
o
gelatin pada suhu 80 C. selama 2 jam
kemudian dianalisa kadar glukosa total
menggunakan metode Shafer – Somogy,
kemudian suhu diturunkan menjadi 30 oC dan
pH larutan diturunkan menjadi 4.8. Selanjutnya
reaksi SSF ditambahkan larutan enzim
glucoamylase dan dry yeast (Saccharomyces
cerevisea) dengan konsentrasi. Setiap selang
waktu 24 jam sampel diambil untuk dianalisis
kadar gula reduksinya.
HASIL DAN PEMBAHASAN
Penelitian kali ini hanya meninjau pada
reaksi SSF. Variabel yang diteliti adalah
konsentrasi enzim glucoamylase (1, 2 3 dan 4
ml) dan konsentrasi yeast (Saccharomyces
cereviseae). Konsentrasi enzim alpha-amylase
yang digunakan pada tahap likuifikasi adalah

Studi Awal Reaksi Simultan Sakarifikasi dan Fermentasi Tepung Sorghum
(Sorghum Bicolor L. Moench) dengan Katalis Enzim Glucoamylase dan
Yeast (Saccharomyces cereviseae)
(Endah Retno D., Enny K. Artati, dan Fadilah)

9

200 U/gr tepung. Hasil penelitian dapat dilihat
pada gambar 1 dan gambar 2.

4 ml dengan untuk konsentrasi substrat yang
sama maka dapat disimpulkan bahwa
konsentrasi gula reduksi yang dihasilkan juga
lebih sedikit. Hal ini terlihat dari gula reduksi
yang dihasilkan terus menurun sampai pada
waktu terakhir.

Gambar 1. Grafik Pengaruh Konsentrasi Enzim
Glucoamylase terhadap Jumlah Glukosa pada
Konsentrasi Tepung 10 % untuk Kadar Yeast 4 gr

Dari gambar 1 pada konsentrasi substrat
tepung sorghum 10 % dengan konsentrasi
enzim alpha amylase yang sama 200 U/gr pada
kondisi operasi reaksi likuifikasi suhu 80 OC pH
6.9. Pada reaksi SSF suhu 30 oC, pH 4.8
variasi konsentrasi enzim glucoamylase (1,2,3
dan 4 ml) Pada putaran shaker yang lebih
besar (skala skala shaker 9) terlihat reaksi yang
terjadi lebih singkat. Pada gambar 1 terlihat
semakin besar konsentrasi enzim yang
digunakan maka semakin besar pengurangan
konsentrasi gula reduksi atau glukosa. Hal
tersebut dikarenakan pada reaksi SSF, laju
reaksi fermentasi lebih cepat dibandingkan laju
reaksi sakarifikasi sehingga jumlah glukosa
yang terbentuk lebih kecil dibandingkan glukosa
yang dikonsumsi menjadi etanol.
Dari gambar 2 pada konsentrasi substrat
tepung sorghum 10 % dengan konsentrasi
enzim alphaamylase yang sama 200 U/gr pada
o
kondisi operasi reaksi likuifikasi suhu 80 C pH
o
6.9 serta reaksi sakarifikasi suhu 30 C, pH 4,8
variasi dry baker’s yeast (2,4,8 gram) terlihat
semakin besar konsentrasi yeast yang
digunakan maka semakin besar pengurangan
konsentrasi gula reduksi atau glukosa.
KESIMPULAN DAN SARAN
Dari hasil penelitian ini dapat disimpulkan
bahwa pada tahap reaksi simultan sakarifikasi
dan fermentasi, untuk kosentrasi substrat 10 %,
konsentrasi dry yeast 4 gr menghasilkan gula
reduksi semakin rendah pada konsentrasi
katalis glucoamylase yang semakin tinggi
(range 1, 2 3 dan $ ml) dan pada putaran
shaker yang semakin besar (6 dan 9 skala
shaker). Pada konsentrasi enzim glukoamylase

10

Gambar 2. Grafik Pengaruh Konsentrasi Enzim
Glucoamylase terhadap Kadar Glukosa Reduksi
gr/L pada Konsentrasi Tepung 20%

Penelitian ini masih merupakan data
awal untuk mencari kondisi yang sesuai untuk
pembuatan etanol melalui metode reaksi
simulan sehingga perlu dilakukan untuk range
variabel yang lebih lebar dan dilakukan
optimasi sehingga dicapai kondisi proses yang
ekonomis.
UCAPAN TERIMA KASIH
Penulis mengucapkan terima kasih kepada
Departemen Pendidikan Nasional yang telah
membantu membiayai penelitian ini melalui
dana Hibah Bersaing tahun 2009. Ucapan
terimakasih juga disampaikan kepada seluruh
Tim Bioetanol Teknik Kimia UNS, atas
dukungan dan kerjasama yang telah diberikan.
DAFTAR PUSTAKA
Earl, W.B.; Brown, W.A. "Alcohol Fuels from
Biomass in New Zealand: The Energetics
and Economics of Production and
Processing."
Third
International
Symposium
on
Alcohol
Fuels
Technology. Vol. 1, pp. 1-11. Asilomar,
CA; May 28-31, 1979.
Groggins, P H, 1958, Unit process in Organic
th
Syntetic, 5 ed., McGrawHill Kogakusha,
Ltd., Tokyo
Kirk, R.E dan Othmer, D. F., 1978,
Encyclopedika of Chemical Tehnology,
The Interscience Encyclopedia Inc., New
York.
Marcos Antonio das Neves1, Toshinori Kimura,
Naoto Shimizu and Kiwamu Shiiba,
Production of Alcohol by Simultaneous

E K U I L I B R I U M Vol. 8. No. 2. Juli 2009 : 7 – 11

Saccharification and Fermentation of
Low-grade Wheat Flour, Brazilian
Archives Of Biology And Technology An
International Journal vol.49, n. 3 : pp.
481-490, May 2006
Matz, S.A., 1970, Sereal Technology, The Avi
Publishing. Co., Inc., West Port,
Connecticut
Montesinos T. and Navarro, J. M. (2000),
Production of alcohol from raw wheat
flour
by
Amyloglucosidase
and
Saccharomyces cerevisiae. Enzyme
Microb.Technol., 27, 362-370.
Mudjisihono, R. dan D.S. Damardjati. (1987),
”Prospek kegunaan sorgum sebagai
sumber pangan dan pakan”. Jurnal
Penelitian dan Pengembangan Pertanian
VI(I): 1−5.
Perry, R.H., and Green, D., 1984, Perry’s
th
Chemical Engeneering Hand’s Book, 6
Edition, Mc Graw Hill Book Co., New
York
Suarni dan M. Zakir. (2000), “Studi sifat
fisikokimia tepung sorgum sebagai bahan
substitusi terigu”, Jurnal Penelitian
Pertanian 20(2): 58−62.
Sudarmaji dkk, 1997, Prosedur Analisa untuk
Bahan Makanan dan Pertanian, edisi ke
empat, Liberty, Yogyakarta
Vogel, 1985, Teks Analisis Anorganik Kualitatif
Makro dan Semimikro, edisi ke lima,
Kalman Media Pustaka, Jakarta

Studi Awal Reaksi Simultan Sakarifikasi dan Fermentasi Tepung Sorghum
(Sorghum Bicolor L. Moench) dengan Katalis Enzim Glucoamylase dan
Yeast (Saccharomyces cereviseae)
(Endah Retno D., Enny K. Artati, dan Fadilah)

11