PEMANFAATAN LIMBAH KULIT KOPI MENJADI BIOETANOL DENGAN PROSES FERMENTASI MENGGUNAKAN BAKTERI ZYMOMONAS MOBILIS.

ZYMOMONAS MOBILIS

DISUSUN OLEH :

MOHAMMAD YATIM 0831010011

JURUSAN TEKNIK KIMIA FAKULTAS TEKNOLOGI INDUSTRI

UNIVERSITAS PEMBANGUNAN NASIONAL ”VETERAN” JAWA TIMUR SURABAYA

SKRIPSI

PEMANFAATAN LIMBAH KULIT KOPI MENJADI BIOETANOL DENGAN PROSES FERMENTASI MENGGUNAKAN BAKTERI

ZYMOMONAS MOBILIS

Oleh :

MOHAMMAD YATIM 0831010011

Telah Diterima dan Disetujui Untuk Diseminarkan

Mengetahui, Dosen Pembimbing

Ir.Nana Dyah Siswati, Mkes NIP. 030 191 005

KATA PENGANTAR

Dengan mengucapkan puji syukur kehadirat Allah SWT yang telah melimpahkan karunia beserta rahmat-Nya kepada kita semua, sehingga kami diberikan kekuatan dan kelancaran dalam menyelesaikan laporan penelitian kami yang berjudul “Pemanfaatan Limbah Kulit Kopi menjadi Bioetanol dengan Proses Fermentasi menggunakan Bakteri Zymomonas Mobilis”.

Adapun penyusunan penelitian ini merupakan salah satu syarat yang harus ditempuh dalam kurikulum program studi S-1 Teknik Kimia dan untuk memperoleh gelar Sarjana Teknik Kimia di Fakultas Teknologi Industri UPN “Veteran” Jawa Timur, Surabaya.

Laporan penelitian yang kami dapatkan tersusun atas kerjasama dan berkat bantuan dari berbagai pihak. Oleh karena itu pada kesempatan ini kami mengucapkan terima kasih kepada:

1. Bapak Ir. Sutiyono, MT selaku Dekan Fakultas Teknologi Industri UPN “Veteran” Jawa Timur.

2. Ibu Ir. Retno Dewati, MT selaku Ketua Jurusan Teknik Kimia UPN

“Veteran” Jawa Timur.

3. Ibu Nana Dyah Siswati, MKes selaku Dosen Pembimbing Penelitian. 4. Ibu Ir. Lucky Indrati. U, MT selaku Dosen penguji Penelitian.

5. Ibu Ir. Suprihatin, MT selaku Dosen penguji Penelitian.

6. Kedua orang tua yang telah memberikan dukungan moril dan material dalam pelaksanaan dan penyusunan laporan penelitian.

7. Seluruh teman-teman yang telah memberikan dorongan semangat dalam pelaksanaan dan penyusunan laporan penelitian.

Akhir kata, kami menyampaikan maaf atas kesalahan yang terdapat dalam laporan penelitian ini, semoga dapat memenuhi syarat akademis dan bermanfaat bagi kita semua. Kritik dan saran yang bersifat membangun demi perbaikan penyusun berikutnya, penyusun mengucapkan terima kasih.

Surabaya, Agustus 2011

DAFTAR ISI

LEMBAR PENGESAHAN...i KATA PENGANTAR...ii DAFTAR ISI...iv DAFTAR GAMBAR...vii DAFTAR TABEL...viii INTISARI...ix

BAB I PENDAHULUAN 1.1. Latar Belakang...1

1.2. Tujuan Penelitian...2

1.3. Manfaat Penelitian...3

BAB II TINJAUAN PUSTAKA 2.1. Kopi...4

2.2. Limbah Kulit Kopi...5

2.3. Sellulosa...7

2.4. Bioetanol...7

2.5. Hidrolisis...8

2.6. Fermentasi...10

2.7. Zymomonas Mobilis...12

2.8. Landasan Teori...13

2.9. Hipotesis...15

BAB III METODOLOGI PENELITIAN 3.1 Bahan- bahan yang digunakan...16

3.2. Alat-alat yang digunakan...16

3.3. Gambar susunan Alat...17

3.4. Variabel...19

3.3. Prosedur penelitian...19

BAB IV HASIL DAN PEMBAHASAN

4.1. Hasil...34

4.2. Pembahasan...38

BAB V KESIMPULAN DAN SARAN 5.1.Kesimpulan...43

5.2. Saran...44

DAFTAR PUSTAKA...45

APPENDIKS...48

hanya biji kopi. Pada proses pengolahan kopi akan menghasilkan 35% limbah kulit kopi yang merupakan sumber bahan organic berkadar selulosa cukup tinggi dan tersedia melimpah di Indonesia, sehingga limbah kulit kopi dapat dimanfaatkan menjadi bioetanol. Sebagai energy alternative pengganti BBM, bioetanol memiliki kelebihan dibanding dengan BBM, diantaranya memiliki kandungan oksigen yang lebih tinggi (35%) sehingga terbakar lebih sempurna, bernilai oktan lebih tinggi (118) dan lebih ramah lingkungan karena mengandung emisi gas CO lebih rendah 19–25 % (Indartono Y., 2005). Proses pembuatan bioetanol dilakukan dengan menghidrolisis kulit kopi menjadi glukosa menggunakan katalis H2SO4 (10, 20, 30 % v/v) dan HCl (10, 20, 30 % v/v). Selanjutnya glukosa difermentasi menjadi bioetanol menggunakan bakteri

Zymomonas Mobilis. Dengan variabel waktu Fermentasi (2, 3, 4, 5, 6, 7, 8 hari),

dan konsentrasi starter Zymomonas mobilis ( 9, 10, 11 % v/v). Penelitian menunjukkan bahwa kulit kopi dapat digunakan sebagai bahan baku alternative pembuatan bioetanol dengan proses hidrolisis dan fermentasi, hasil terbaik diperoleh pada konsentrasi starter 11 %, waktu fermentasi 7 hari menghasilkan bioetanol sebanyak 51,02 % dengan kadar 38,68 %.

BAB I

PENDAHULUAN

1.1. Latar Belakang

Seiring dengan peningkatan jumlah penduduk dunia, kebutuhan akan energi semakin hari semakin meningkat. Sementara itu sumber daya alam yang dapat menghasilkan energi selama ini semakin terkuras. Hal inilah yang mendorong berbagai negara berusaha keras untuk mengadakan efisiensi dan penghematan energi serta mencari sumber energi baru sebagai energi alternatif.

Salah satu teknologi yang berpeluang dikembangkan untuk mendukung pengadaan energi adalah produksi bioetanol. Bioetanol memiliki kelebihan dibanding dengan BBM, diantaranya memiliki kandungan oksigen yang lebih tinggi (35%) sehingga terbakar lebih sempurna, bernilai oktan lebih tinggi (118) dan lebih ramah lingkungan karena mengandung emisi gas CO lebih rendah 19–25% (Indartono Y., 2005). Selain itu bioetanol dapat diproduksi oleh mikroorganisme secara terus menerus. Produksi bioetanol di berbagai negara telah dilakukan dengan menggunakan bahan baku yang berasal dari hasil pertanian dan perkebunan (Sarjoko, 1991). Oleh karena itu dilakukan upaya mencari bahan baku alternatif lain dari sektor non pangan untuk pembuatan etanol. Bahan selulosa memiliki potensi sebagai bahan baku alternatif pembuatan etanol. Salah satu contohnya adalah limbah kulit kopi.

Limbah kopi dibedakan menjadi dua macam, yaitu limbah pada pengolahan kopi merah (masak) dan limbah pengolahan kopi hijau (mentah). Pengolahan kopi merah diawali dengan pencucian, perendaman, dan pengupasan kulit luar. Proses ini akan menghasilkan 65% biji kopi dan 35% limbah kulit kopi.

Limbah kulit kopi merupakan sumber bahan organik yang tersedia cukup melimpah di sentra produksi kopi. Areal perkebunan kopi di Indonesia mencapai lebih dari 1,291 juta hektar dimana 96% diantaranya adalah areal perkebunan kopi rakyat (Direktorat Jenderal Perkebunan, 2006). Melyani (2009) menyatakan

bahwa pada tahun 2009 produksi kopi Indonesia mencapai total 689 ribu ton. Produksi kopi robusta mencapai 81% dari total produksi (sekitar 557 ribu ton) dan 19% untuk produksi kopi Arabika (sekitar 131 ribu ton).

Limbah Kulit kopi selama ini tidak mengalami pemrosesan di pabrik karena yang digunakan hanya biji kopi yang kemudian dijadikan bubuk kopi instan (Baon, 2005). Namun saat ini kulit kopi sudah dapat dimanfaatkan oleh penduduk setempat. Kulit cangkang kopi atau yang disebut Parchment (hull,

endocarp) digunakan untuk pakan ternak dan kulit buah kopi dibiarkan

menumpuk disekitar area perkebunan hingga menjadi pupuk kompos. Limbah kulit kopi. Dengan adanya kandungan serat kasar tersebut memungkinkan untuk dimanfaatkan sebagai bahan baku untuk produksi bioetanol.

Bioetanol yang dibuat dari limbah kulit kopi dilakukan dengan menghidrolisis menjadi glukosa dengan menggunakan asam, kemudian dilanjutkan dengan proses fermentasi. Ada berbagai macam jenis mikroorganisme yang dipakai untuk memproduksi bioetanol, salah satu mikrooganisme yang paling banyak digunakan di perusahaan bioetanol di dunia adalah Zymomonas

Mobilis. Bakteri ini memiliki kemampuan yang dapat melampaui Saccharomices cerevisiae, kelebihan bakteri ini antara lain dapat tumbuh secara anaerob fakultatif

dan mempunyai toleransi suhu yang tinggi, mempunyai kemampuan untuk mencapai konversi yang lebih tinggi, tahan terhadap kadar etanol yang tinggi dan pH yang rendah. Banyak para peneliti yang telah membuktikan kemampuan bakteri ini dan hasilnya sangat luar biasa, bakteri ini mampu menghasilkan yield etanol 92% dari nilai teoritisnya (Gunasekaran et al, 1999).

1.2. Tujuan Penelitian

Tujuan dari penelitian ini adalah untuk mencari jenis katalis untuk proses hidrolisis, konsentrasi starter dan waktu fermentasi yang terbaik dalam proses pembuatan bioetanol dari kulit kopi sehingga diperoleh hasil yang optimal.

1.3. Manfaat Penelitian

Manfaat yang diharapkan dari penelitian ini antara lain : 1. Mengurangi banyaknya limbah kulit kopi.

2. Memberikan nilai tambah dari limbah padat kopi dengan menjadikan sebagai bahan baku alternatif untuk pembuatan bioetanol.

3. Memberi informasi tentang teknologi fermentasi bioetanol dari limbah kulit kopi.

BAB II

TINJAUAN PUSTAKA

2.1. Kopi

Kopi (Coffea sp.) adalah kelompok tumbuhan berbunga dari genus Coffea yang bijinya diolah menjadi minuman berkafein. Anggota suku Rubiacceae ini tersebar di berbagai negara seperti Brazil, Kolombia, Ethiopia, Uganda, India dan Indonesia. Perkebunan kopi di Indonesia umumnya terdapat di Pulau Jawa, terutama Jawa Tengah dan Jawa Timur serta Pulau Sumatra. Untuk pertumbuhan yang optimum kopi sebaiknya ditanam pada daerah dengan ketinggian sekitar 300 - 1700 m di atas permukaan laut, temperatur sekitar 16 – 26 oC dan curah hujan sekitar 1500 – 2000 mm per tahun.

Tiga spesies kopi yang banyak dibudidayakan karena memiliki nilai ekonomi yang tinggi adalah kopi arabika (Coffea Arabica), kopi robusta (Coffea canephora var Robusta) dan kopi Liberia (Coffea liberica).

Gambar 1. Buah Kopi

Biji kopi terletak di dalam buah yang berwarna merah atau ungu, dimana buah pada umumnya mengandung dua inti yang saling berhimpit. Di dalam buah kopi terdapat beberapa lapisan yang menyusunnya, seperti yang dapat dilihat pada Gambar 2.

Gambar 2. Struktur Lapisan Penyusun Buah Kopi (Anonim, 2008)

Keterangan Gambar 2 : 1. Inti biji

2. Biji (endosperm)

3. Silver skin (testa, epidermis) 4. Parchment (hull, endocarp) 5. Lapisan pektin

6. Kulit (mesocarp)

7. Kulit terluar (pericarp, exocarp)

2.2. Limbah Kulit Kopi

Limbah kopi dibedakan menjadi dua macam, yaitu limbah pada pengolahan kopi merah (masak) dan limbah pengolahan kopi hijau (mentah). Pada suatu proses Pengolahan kopi akan menghasilkan 65% biji kopi dan 35% limbah kulit kopi. Limbah Kulit kopi selama ini tidak mengalami pemrosesan di pabrik karena yang digunakan hanya biji kopi yang kemudian dijadikan bubuk kopi instan (Baon, 2005). Namun saat ini kulit kopi sudah dapat dimanfaatkan oleh penduduk setempat. Kulit cangkang kopi atau yang disebut Parchment (hull,

endocarp) digunakan untuk pakan ternak dan kulit buah kopi dibiarkan

Berikut ini adalah gambar limbah kulit kopi merah dibiarkan menumpuk di sekitar area produksi kopi.

Gambar 3. Limbah Kulit Kopi

Kandungan zat nutrisi yang terdapat pada kulit kopi, seperti dapat kita lihat pada Tabel 1.

Tabel 1. Kandungan Zat Nutrisi Pada Kulit Kopi.

No. Zat nutrisi prosentase (%)

1 Komposisi dari buah 6

2 Bahan kering 94,3

3 Energi bruto (Mj/kg) 18,76

4 Protein kasar 4,61

5 Lemak 0,46

6 Serat kasar 65,2

7 Abu 2,2

8 Kalsium 0,34

9 Phosphor 0,01

10 Kecernaan protein 51,43 Sumber : Desmayati dan Muladi (1995)

2.3. Selulosa

Selulosa (C6H10O5)n adalah polimer berantai panjang polisakarida

karbohidrat, dari beta-glukosa. Selulosa berfungsi sebagai bahan struktur dalam jaringan tumbuhan dalam bentuk campuran polimer homolog dan biasanya disertai polosakarida lain dan lignin dalam jumlah yang beragam. Molekul selulosa memanjang dan kaku, meskipun dalam larutan. Gugus hidroksil yang menonjol dari rantai dapat membentuk ikatan hidrogen dengan mudah, mengakibatkan kekristalan dalam batas tertentu. Derajat kekristalan yang tinggi menyebabkan modulus kekenyalan sangat meningkat dan daya regang serat selulosa menjadi lebih besar dan mengakibatkan makanan yang mengangung selulosa lebih liat (John,1997). Selulosa yang merupakan polisakarida terbanyak di bumi dapat diubah menjadi glukosa dengan cara hidrolisis asam (Groggins,1958). Adapun rumus bangun selulosa dapat dilihat pada Gambar 4.

Gambar 4. Rumus Bangun Selulosa

2.4. Bioetanol

Bioetanol merupakan cairan hasil proses fermentasi gula dari polisakarida menggunakan bantuan mikroorganisme. Bioetanol dapat dibuat dari berbagai bahan hasil pertanian. Secara umum bahan - bahannya dapat dibagi dalam 3 golongan yaitu :

1. Bahan yang mengandung turunan gula (sakarin) : molase, gula tebu, gula bit, sari buah.

2. Bahan yang mengandung pati : biji - bijian, kentang, tapioka.

3. Bahan yang mengandung selulosa : kayu, dan beberapa limbah pertanian lainnya.

Bahan - bahan yang mengandung sakarin dapat langsung di fermentasi, akan tetapi bahan yang mengandung pati dan selulosa harus dihidrolisis terlebih dahulu menjadi komponen yang sederhana. Meskipun pada dasarnya fermentasi dapat langsung menggunakan enzim tetapi saat ini industri fermentasi masih memanfaatkan mikroorganisme karena cara ini jauh lebih mudah dan murah, mikroba yang banyak digunakan dalam proses fermentasi adalah khamir, kapang dan bakteri (Agus Krisno, 2002).

2.5. Hidrolisis

Hidrolisis merupakan proses pemecahan suatu senyawa menjadi senyawa yang lebih sederhana dengan bantuan molekul air. (Kirck Othmer, 1967).

Menurut Groggins (1958), jenis hidrolisis ada lima macam yaitu sebagai berikut :

1. Hidrolisis murni

Pada proses ini hanya melibatkan air saja. Proses ini tidak dapat menghidrolisis secara efektif karena reaksi berjalan lambat. Hidrolisis murni ini biasanya hanya untuk senyawa yang sangat reaktif dan reaksinya dapat dipercepat dengan memakai uap air.

2. Hidrolisis dengan larutan asam

Menggunakan larutan asam sebagai katalis. Larutan asam yang digunakan dapat encer atau pekat, seperti H2SO4 atau HCl.

3. Hidrolisis larutan basa

Menggunakan larutan basa encer maupun pekat sebagai katalis. Basa yang digunakan pada umumnya adalah NaOH atau KOH. Selain berfungsi sebagai katalis, larutan basa pada proses hidrolisis berfungsi untuk mengikat asam sehingga kesetimbangan akan bergeser ke kanan.

4. Alkali fusion

Hidrolisis ini dilakukan tanpa menggunakan air pada suhu tinggi, misalnya dengan menggunakan NaOH padat.

5. Hidrolisis dengan enzym

Hidrolisis ini dilakukan dengan mengunakan enzym sebagai katalis. Enzym yang digunakan dihasilkan dari mikroba seperti enzym α-amylase yang dipakai untuk hidrolisis pati menjadi glukosa dan maltosa.

Hidrolisis asam adalah hidrolisis dengan mengunakan asam yang dapat mengubah polisakarida (pati, selulosa) menjadi gula. Dalam hidrolisis asam biasanya digunakan asam chlorida (HCl) atau asam sulfat (H2SO4) dengan kadar

tertentu. Hidrolisis ini biasanya dilakukan dalam tangki khusus yang terbuat dari baja tahan karat atau tembaga yang dihubungkan dengan pipa saluran pemanas dan pipa saluran udara untuk mengatur tekanan dalam udara (Soebijanto, 1986).

Reaksi hidrolisis secara kimia dapat dilakukan dengan menggunakan asam encer maupun asam pekat. Penggunaan asam encer pada proses hidrolisis dilakukan pada temperatur dan tekanan tinggi dengan waktu reaksi yang singkat (beberapa menit). Temperatur yang dibutuhkan adalah mencapai 200oC. Asam encer yang digunakan adalah 0,2 - 4% berat (Nguyen and Tucker, 2002). Penggunaan asam encer untuk menghidrolisis selulosa biasa mampu mencapai konversi reaksi sampai 50% (Badger, 2002). Konversi yang rendah ini disebabkan oleh degradasi gula hasil hidrolisis yang terbentuk karena temperatur reaksi yang digunakan tinggi. Proses hidrolisis menggunakan asam encer terdiri dari dua tahap. Tahap pertama adalah konversi bahan berselulosa menjadi gula sederhana dan tahap kedua adalah degradasi gula sederhana yang terbentuk menjadi struktur kimia yang lain. Degradasi gula tersebut tidak hanya menurunkan konversi reaksi, namun juga dapat meracuni mikroorganisme pada saat reaksi fermentasi pada pembentukan etanol.

Selain asam encer, proses hidrolisis juga dapat dilakukan dengan menggunakan asam pekat. Penggunaan asam pekat pada proses hidrolisis selulosa dilakukan pada temperatur yang lebih rendah daripada asam encer. Konsentrasi asam yang digunakan adalah 10 - 30% (Zimbardi et.al). Sumber asam yang biasa digunakan adalah asam sulfat. Temperatur reaksi adalah 100oC dan membutuhkan waktu reaksi antara 2 - 6 jam. Temperatur yang lebih rendah meminimalisasi

degradasi gula. Keuntungan dari penggunaan asam pekat ini adalah konversi gula yang dihasilkan tinggi, yaitu bisa mencapai konversi 90% (Badger, 2002).

2.6. Fermentasi

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 elektron eksternal (Dirmanto,2006).

Prinsipnya reaksi proses pembentukan etanol dengan fermentasi sebagai berikut :

……(1)

Faktor - faktor yang mempengaruhi dalam proses fermentasi antara lain sebagai berikut :

1. Nutrien

Unsur-unsur dasar untuk suplai zat gizi mikroba adalah karbon, nitrogen, hidrogen, oksigen, sulfur, fosfor, magnesium, zat besi dan sejumlah kecil logam lainnya. Karbon dan sumber energi untuk hampir semua bakteri yang berhubungan dengan bahan pangan, dapat diperoleh dari jenis gula karbohidrat sederhana seperti glukosa. Tergantung dari spesiesnya, kebutuhan nitrogen dapat diperoleh dari sumber-sumber anorganik seperti (NH4)2SO4

atau NaNO3 atau sumber-sumber organik seperti asam amino dan protein.

Molekul-molekul kompleks dari zat-zat organik seperti polisakarida, lemak dan protein harus dipecahkan terlebih dahulu menjadi unit yang lebih sederhana sebelum zat tersebut dapat masuk ke dalam sel dan dipergunakan. Pemecahan awal ini dapat terjadi akibat ekskresi enzim ekstraseluler – suatu sifat yang sangat erat hubungannya dengan pembusukan bahan pangan.

C6H12O6 2 C2H5OH + 2CO2

2. Suhu

Suhu adalah salah satu faktor lingkungan terpenting yang mempengaruhi kehidupan dan pertumbuhan organisme. Beberapa mikroorganisme dapat tumbuh pada kisaran suhu yang luas. Berkaitan dengan suhu pertumbuhan dikenal suhu minimum, maksimum dan optimum. Suhu minimum adalah suhu yang paling rendah dimana kegiatan mikroba masih berlangsung. Suhu optimum adalah suhu yang paling baik untuk kehidupan jasad. Sedangkan suhu maksimum adalah suhu tertinggi yang masih dapat menumbuhkan mikroba tetapi pada tingkat kegiatan fisiologi yang paling rendah.

3. pH

Setiap organisme mempunyai kisaran nilai pH dimana pertumbuhan masih memungkinkan. Masing-masing mikroorganisme biasanya mempunyai pH optimum.untuk menjaga agar pH dalm medium konstan, maka perlu ditambahkan zat-zat buffer, misalnya KH2PO4 dan K2HPO4. Dalam campuran

garam tersebut garam-garam dibasis akan mengadsorbsi ion-ion H, sedangkan garam-garam monoabsis akn menyerap ion OH.

4. Jumlah Starter

Kuantitas starter yang ditambahkan dalam media bergantung pada temperatur inkubasi, kurang lebih 5 – 10 % (v/v). Pada umumnya jumlah starter yang ditambahkan tergantung pada keasaman starter, suhu dan lama fermentasi yang diinginkan.

5. Lama Fermentasi

Lama fermentasi adalah waktu yang dibutuhkan oleh suatu mikroorganisme untuk merombak bahan menjadi lebih sederhana. Media bisa berupa karbohidrat atau protein. Lama fermentasi dipengaruhi oleh konsentrasi gula, kultur yang digunakan dan suhu fermentasi (Judoamidjojo, 1992).

2.7. Zymomonas mobilis

Zymomonas mobilis adalah bakteri yang berbentuk batang,termasuk dalam bakteri garam negatif, tidak membentuk spora, dan merupakan bakteri yang dapat bergerak (Lee, et al, 1979). Zymomonas mobilis mempunyai klasifikasi ilmiah sebagai berikut :

Kerajaan : Bakteri

Filum : Proteobacteria Kelas : Alpha Proteobacteria Order : Sphingomonadales Keluarga : Sphingomonadaceae Genus : Zymomonas

Spesies : Z. mobilis

Bakteri ini banyak digunakan di perusahaan bioetanol karena menghasilkan kemampuan yang dapat melampaui ragi dalam beberapa aspek. Menurut Gunasekaran, 1999 Zymomonas Mobilis memiliki beberapa kelebihan dibandingkan dengan Sacharomyces Cerevisieae yaitu:

1. Dapat tumbuh secara anaerob fakultatif dan mempunyai toleransi suhu yang tinggi.

2. Mempunyai kemampuan untuk mencapai konversi yang lebih tinggi. 3. Tahan terhadap kadar etanol yang tinggi dan pH yang rendah.

4. Mampu menghasilkan yield etanol 92% dari nilai teoritisnya.

Bakteri ini awalnya terisolasi dari minuman beralkohol seperti tuak Afrika, Meksiko pulque , dan juga sebagai kontaminan dari sari buah apel dan bir di negara - negara Eropa. Suhu optimum proses fermentasi dengan menggunakan

Zymomonas mobilis adalah pada kisaran pH 4 – 7. Karakteristik menarik

Zymomonas mobilis adalah bahwa perusahaan membran plasma mengandung

hopanoid, senyawa pentasiklik mirip dengan eukariotik sterol. Hal ini memungkinkan untuk memiliki toleransi yang luar biasa untuk kondisi lingkungan yang mengandung etanol sekitar 14 – 15 % (Gunasekaran et al., 1986).

Beberapa penelitian fermentasi etanol dari berbagai substrat dengan menggunakan mikroba Zymomonas mobilis telah dilakukan, diantaranya dengan menggunakan substrat glukosa dengan Zymomonas mobilis mutan oleh Muspahaji (2008) dan Alfena (2009), glukosa dengan Zymomonas mobilis amobil (Pancasning, 2008), sukrosa dengan Z. mobilis ATCC 10988 oleh Hany (2009), sari buah pisang dengan Zymomonas mobilis FNCC 0056 oleh Imamah (2006),sari buah pepaya oleh Sujito (2008), limbah karet alam oleh Tripetchul, dkk (1992), buah dan limbah nanas dengan. Zymomonas mobilis ATCC 10988 oleh Tanaka, dkk (1999).

2.8. Landasan Teori

Selulosa dari kulit kopi dapat diubah menjadi bioetanol dengan proses hidrolisis asam dengan kadar tertentu. Proses hidrolisa selulosa harus dilakukan dengan asam pekat agar dapat menghasilkan glukosa yang tinggi (Fieser, 1963) lalu difermentasi hingga terbentuk bioetanol. Mekanisme reaksi seperti di bawah ini :

selulosa Hidrolisis Glukosa Fermentasi Etanol

Hidrolisis merupakan proses pemecahan suatu senyawa menjadi senyawa yang lebih sederhana dengan bantuan molekul air (Kirck Othmer, 1967). Ada berbagai macam hidrolisis yaitu hidrolisis dengan larutan asam hidrolisis larutan basa alkali fusion, dan hidrolisis dengan enzim. 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. Berikut ini adalah reaksi hidrolisa sellulosa

menjadi glukosa :

H2SO4 / HCl

(C6H10O5)n + n H2O C6H12O6 ... (2)

Sellulosa Glukosa

Hidrolisis asam dapat dikelompokkan menjadi hidrolisis asam pekat dan hidrolisis asam encer (Taherzadeh & Karimi, 2007). Penggunaan asam pekat pada proses hidrolisis selulosa dilakukan pada temperatur yang lebih rendah daripada asam encer. Konsentrasi asam yang digunakan adalah 10 – 30% (Zimbardi et.al). Temperatur reaksi adalah 100oC dan membutuhkan waktu reaksi antara 2 – 6 jam. Temperatur yang lebih rendah meminimalisasi degradasi gula. Keuntungan dari penggunaan asam pekat ini adalah konversi gula yang dihasilkan tinggi, yaitu bisa mencapai konversi 90% (Badger, 2002), kemudian glukosa difermentasi dengan menggunakan bakteri atau ragi yang dapat mengkonversi gula menjadi bioetanol.

Bioetanol yang dihasilkan dari proses fermentasi biasanya mempunyai kadar yang masih rendah. Untuk mempertinggi kadar bioetanol dalam produk sering kali hasil fermentasi di distilasi dan kadar alkohol yang dihasilkan antara 29 – 50 %.

Dalam proses fermentasi ini, glukosa dari hasil fermentasi diubah menjadi etanol dengan reaksi sebagai berikut :

Zymomonas mobilis

C6H12O6 2C2H5OH + 2CO2 ... (3)

Glukosa Etanol

Proses fermentasi merupakan salah satu cara yang banyak dilakukan untuk mendapatkan bioetanol dalam dunia industri dengan memanfaatkan kemampuan mikroorganisme. Adapun mikroorganisme yang digunakan untuk memproduksi bioetanol dalam penelitian ini adalah bakteri Zymomonas mobilis, karena memiliki toleransi suhu yang tinggi, kemampuan untuk mencapai konversi yang lebih cepat, lebih tahan terhadap kadar ethanol yang tinggi yang dihasilkan pada proses fermentasi apabila dibandingkan Saccharomices cerevisiae. Bakteri ini mampu menghasilkan yield etanol 92% dari nilai teoritisnya. Suhu optimum proses fermentasi dengan menggunakan Zymomomobilis adalah pada kisaran pH 4 - 7. (Gunasekaran, 1999). Bioetanol hasil fermentasi dapat dimurnikan lagi dengan proses destilasi pada suhu 800C sesuai dengan kadar yang diinginkan.

2.9. Hipotesis

Adanya kandungan selulosa yang terdapat didalam limbah kulit kopi memungkinkan untuk dapat dijadikan bioetanol dengan cara menghidrolisis selulosa menjadi glukosa menggunakan asam, yang kemudian dilanjutkan dengan proses fermentasi. Pada proses fermentasi diduga konsentrasi starter dan waktu fermentasi sangat mempengaruhi kualitas dari bioetanol yang dihasilkan.

BAB III

METODE PENELITIAN

3.1. Bahan-Bahan yang Digunakan 1. Kulit kopi

2. Aquadest

3. Zymomonas mobilis

4. HCl 5. H2SO4

6. KH2PO4

7. (NH4)2SO4

8. NaOH 9. Glukosa 10. Ekstrak ragi 11. Nutrient agar 12. MgSO4.7 H2O

13. Fenol 14. Aseton 15. NaNO2

16. NaNO3

3.2. Alat – Alat yang Digunakan 1. Termometer

2. Oven 3. Water batch 4. Neraca analitik 5. pH meter 6. Kertas saring 7. Pengaduk 8. Erlenmeyer

9. Pipet

10. Beaker Glass 11. Tabung Reaksi 12. Ose

13. Shaker 14. Autoklaf 15. Eksikator 16. Blender

17. Ayakan 80 mesh 18. Spektrofotometer

19. Seperangkat alat hidrolisa 20. Seperangkat alat fermentasi 21. Seperangkat alat destilasi

3.3. GAMBAR SUSUNAN ALAT

Gambar 5. Alat Hidrolisis

Keterangan Gambar 5 :

1. Labu leher tiga 5. Kondensor 2. Pemanas listrik 6. Air masuk 3. Pengaduk 7. Air keluar 4. Thermometer 8. Statif 1

4

2 6 7

5 3

Gambar 6. Alat Fermentasi

Gambar 7. Alat Destilasi

Keterangan Gambar 7 :

1. Kompor listrik 4. Kondensor 2. Labu destilasi 5. Statif & klem 3. Thermometer 6. Penampung destilasi

Keterangan Gambar 6 : 1. Botol fermentasi 2. Selang

3. Botol yang berisi air

1 2 3

2

1

5

4

6 3

3.4. Variabel

1. Proses Hidrolisis

Kondisi yang ditetapkan :

a.Massa kulit kopi = 100 gram b.Suhu Hidrolisis = 100oC c.Waktu Hidrolisa = 4 jam d.Konsentrasi H2SO4 = 97 %

e.Konsentrasi HCl = 37 % f. Volume Larutan total = 1 liter

Variabel yang dijalankan :

a. Volume H2SO4 = 10, 20, 30 ( % v/v )

b. Volume HCl = 10, 20, 30 ( % v/v )

2. Proses Fermentasi

Kondisi yang ditetapkan :

a. Suhu Fermentasi = 30oC b. pH awal Fermentasi = 6 c. Volume filtrat = 500 ml

Variabel yang dijalankan :

a. Waktu Fermentasi = 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8 (hari) b. Starter Zymomonas mobilis = 9, 10, 11 (% v/v )

3.5. Prosedur Penelitian 1. Persiapan Alat

Alat-alat yang akan digunakan dalam penelitian ini harus dibersihkan dengan air terlebih dahulu kemudian disterilisasi.

2. Persiapan Bahan Baku

1. Bersihkan Kulit kopi dari kotoran-kotoran.

2. Keringkan dengan menggunakan oven pada suhu 100oC selama 2 jam. 3. Hancurkan Kulit kopi dengan cara diblender / digiling hingga berbentuk

serbuk.

4. Ayak kulit kopi pada ayakan 80 mesh.

5. Analisa kandungan sellulosanya dengan dengan spektrofotometer.

3. Proses Hidrolisis

1. Timbang Serbuk kulit kopi sebanyak 100 gram.

2. Tambahkan aquadest dan larutan H2SO4 pekat dengan perbandingan volume

10, 20, 30 % (v/v) hingga total larutan 1 liter.

3. Masukkan kedalam labu hidrolisis dan hidrolisis dengan suhu 100oC selama 4 jam.

4. Saring larutan hasil hidrolisis dan filtrat diambil untuk dianalisa kadar glukosanya dengan spektrofotometer.

5. Ulangi langkah 2 – 4, tetapi menggunkan larutan HCl 10, 20, 30 % (v/v)

4. Pembuatan Media Nutrient Agar

1. Nutrient agar sebanyak 20 gr dan aquadest 200 ml dimasukkan kedalam erlenmeyer / beaker gelas, lalu dipanaskan sampai larut semua.

2. Sterilkan dalam autoclave selama 15 menit dengan suhu 121oC

3. Dinginkan sampai kira-kira 70oC, lalu pindahkan dalam tabung reaksi yang steril, lalu tabung dimiringkan.

4. Media padat dalam tabung siap ditanami.

   

5. Pembuatan Media Cair untuk Pembiakkan Kultur dan Pengukuran Kurva Pertumbuhan

1. Media dan bahan-bahan nutrien dimasukkan kedalam erlenmeyer dengan komposisi sebagai berikut :

 10 g/L ekstrak ragi  100 g/L glukosa  0,5 g/L MgSO4.7H2O

 1 g/L (NH4)2SO4

 1 g/L KH2PO4

2. Aduk bahan-bahan tersebut hingga bercampur.

3. Erlenmeyer berisi media yang telah dibuat ditutup dengan menggunakan penutup kapas yang dilapisi dengan alumunium foil.

4. Sterilkan media dalam autoklaf pada suhu 121oC selama 15 menit. 5. Dinginkan media hingga suhu ruang.

Gambar 11. Diagram Alir Pembuatan Media Cair untuk Pembiakkan Kultur dan Pengukuran Kurva Pertumbuhan

6. Persiapan untuk Pengukuran Kurva Pertumbuhan Zymomonas mobilis. 1. Zymomonas mobilis ditumbuhkan pada media nutrien agar miring.

2. Media yang telah diinokulasi ini kemudian diinkubasi pada suhu 30oC selama 24 jam.

3. Ambil tiga ose sel Zymomonas mobilis dari agar miring kemudian dimasukan ke dalam 25 ml larutan media cair.

4. Inkubasikan selama 48 jam dengan dishaker pada kecepatan 120 rpm dan suhu 30oC.

5. Ambil 25 ml media cair yang telah diinkubasi selanjutnya diinokulasikan kembali ke dalam 225 mL media cair dan dishaker 120 rpm selama 48 jam.

6. Setiap 2 jam sekali diambil sample ( contoh ) untuk dianalisa sel keringnya ( sebentar – sebentar dikocok / dishaker ).

7. Analisa sel keringnya dengan cara sebagai berikut:

Ambil sample setiap 2 jam sekali sebanyak 10 ml, lalu disaring, kemudian dioven pada suhu 105oC – 110oC selama 30 menit, lalu dimasukkan ke eksikator. Setelah dingin ditimbang, kemudian dioven lagi dan seterusnya sampai beratnya konstan.

 

Gambar 12. Diagram Alir Persiapan untuk Pengukuran Kurva Pertumbuhan Zymomonas mobilis.

7. Pembuatan Starter Untuk Fermentasi

1. Zymomonas mobilis ditumbuhkan pada media nutrien agar miring.

2. Media yang telah diinokulasi ini kemudian diinkubasi pada suhu 30oC selama 24 jam.

3. Ambil satu ose sel Zymomonas mobilis dari agar miring kemudian dimasukan ke dalam 1 liter larutan media cair.

4. Inkubasi dengan dishaker pada kecepatan 120 rpm dan suhu 30oC, sampai awal exsponensial kemudian masukkan dalam media fermentasi.

Zymomonas mobilis

Penumbuhan pada media nutrien agar miring

Inkubasi 30oC , 24 jam.

Penanaman pada media cair 1 liter

Inkubasi dengan dishaker 120 rpm , 30oC sampai awal exsponensial

masukkan dalam media fermentasi

8. Proses Fermentasi

1. Ambil filtrat dari proses hidrolisis sebanyak 500 ml dan tambahkan NaOH 6 N hingga pH = 6.

2. Sterilkan dalam autoklaf pada suhu 120oC selama 15 menit. 3. Dinginkan hingga suhu ruang.

4. Masukkan starter Zymomonas mobilis dengan variabel volume starter 9, 10, 11 % v/v  dan dikocok.

5. Tutup botol fermentasi hingga rapat dan gas dialirkan kedalam botol lain yang berisi air.

6. Fermentasi sesuai dengan variabel waktu fermentasi yaitu 2, 3, 4, 5, 6, 7 dan 8 hari dengan suhu fermentasi 30oC.

7. Saring dan ambil filtrat untuk proses destilasi. 

Fermentasi 30 oC

Filtrasi

Filtrat Endapan

Waktu 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8 Hari

Zymomonas mobilis

9, 10, 11(% v/v)

Filtrat dari Proses Hidrolisis 500 ml

Penyesuaian kondisi pH = 6 NaOH 6 N

Sterilisasi dengan Autoklaf 120oC, 15 menit

Pendinginan hingga suhu ruang

Analisa Kadar Etanol Gambar 14. Diagram Alir Proses Fermentasi 

9. Proses Destilasi

Filtrat hasil fermentasi didestilasi pada suhu 80oC untuk mendapatkan kadar yang lebih tinggi sesuai yang diinginkan dan kemudian dianalisa kadar etanolnya.

Gambar 15. Diagram Alir Proses Destilasi

3.6. Prosesdur Analisa 1. Analisa Kadar Sellulosa a. Analisa Kadar ADF

1. Timbang contoh sebanyak 0,5 gr.

2. Tambahkan aquadest 10 ml dan larutan aseton sebanyak 5 ml. 3. Kocok hingga merata.

4. Baca absorbansinya Pada λ = 520 nm spektofotometer b. Analisa Kadar Lignin

1. Timbang contoh sebanyak 0,5 gr dan tambahkan aquadest 10 ml

2. Tambahkan H2SO4 72 % sebanyak 5 ml dan larutan aseton sebanyak 5 ml.

3. Kocok hingga merata.

Perhitungan :

Kadar Sellulosa = Kadar ADF – Kadar Lignin

2. Analisa Kadar Glukosa

1. Pipet contoh sebanyak 0,5 ml.

2. Etanol diuapkan dengan aliran udara pada suhu kamar. 3. Sample diencerkan hingga 100 ml.

4. Sample diambil 2,0 ml dengan pipet

5. Tambahkan 0,1 ml larutan fenol 80 % lalu ditambahkan 0,5 ml H2SO4

pekat dan Dikocok selama 10 menit, lalu diinkubasi pada 25–30oC dalam pemanas air selama 20 menit

3. Analisa Kadar Etanol

1. Pipet 1,5 ml Larutan NaNO2.

2. Tambahkan 5 ml 4 - Nitro Aniline dan kocok.

3. Diamkan selama 2 menit hingga larutan berwarna putih tulang. 4. Tambahkan cairan sample sebanyak 25 ml dan 2 ml Na2NO3

5. Kocok selama 10 menit

6. Baca absorbansinya Pada λ = 470 nm spektofotometer.

BAB IV

HASIL DAN PEMBAHASAN

4.1. Hasil

Seluruh analisa dalam proses pembuatan bioetanol dari kulit kopi ini, dianalisakan di Balai Penelitian dan Konsultasi Industri (BPKI) Surabaya dengan methode spektrofotometri.

4.1.1. Analisa Bahan Baku

Berdasarkan hasil analisa bahan awal ( limbah kulit buah kopi ) diperoleh data sebagai berikut :

Tabel 2. Hasil Analisa Limbah Kulit Kopi

Sumber : Balai Penelitian dan Konsultasi Industri (BPKI) Surabaya (2011)

4.1.2. Analisa Kadar Glukosa Pada Proses Hidrolisis

Pada proses hidrolisis dengan variabel katalis yang dijalankan didapatkan hasil analisa glukosa sebagai berikut :

Tabel 3. Hasil Analisa Kadar Glukosa setelah Proses Hidrolisis

KADAR KATALIS KADAR GLUKOSA

JENIS KATALIS

( % V/V ) ( % )

10 2,86 20 5,11 H2SO4

30 3,88 10 5,88 20 10,04 HCl

30 9,31 Sumber : Balai Penelitian dan Konsultasi Industri (BPKI) Surabaya (2011)

NAMA SAMPEL KADAR SELULOSA

4.1.3. Pengukuran Kurva Pertumbuhan Bakteri Zymomonas Mobilis

Untuk mengetahui kurva pertumbuhan bakteri Zymomonas mobilis dilakukan analisa secara gravimetri dengan melakukan pengamatan selama 48 jam, dan didapatkan data sebagai berikut :

Tabel 4. Hasil Pengukuran Kurva Pertumbuhan Bakteri Zymomonas mobilis secara Gravimetri

PENGAMATAN MASSA BAKTERI PENGAMATAN MASSA BAKTERI

JAM KE ( gr ) JAM KE ( gr )

0 0.0144 26 0.0792

2 0.0156 28 0.0787

4 0.0316 30 0.0723

6 0.0498 32 0.0687

8 0.0606 34 0.0649

10 0.0702 36 0.0611

12 0.0781 38 0.0581

14 0.0787 40 0.0542

16 0.0788 42 0.0508

18 0.0789 44 0.0478

20 0.0793 46 0.0414

22 0.0795 48 0.0323

4.1.4. Analisa Kadar Etanol Pada Proses Fermentasi

Proses fermentasi berlangsung selama 7 hari dengan variable konsentrasi starter. Setelah proses fermentasi berlangsung didapatkan kadar etanol sebagai berikut :

Tabel 5. Analisa Kadar Etanol setelah Proses Fermentasi

STARTER WAKTU FERMENTASI KADAR ETANOL

( % ) ( HARI ) ( % )

2 2,55 3 3,59 4 4,51 5 5,33 6 5,80 7 6,64

9

8 6,12 2 3,17 3 4,01 4 5,12 5 6,19 6 7,08 7 8,86

10

8 8,23 2 3,10 3 4,35 4 5,28 5 6,61 6 7,52 7 9,04

11

8 8,51 Sumber : Balai Penelitian dan Konsultasi Industri (BPKI) Surabaya (2011)

4.1.5. Analisa Glukosa Sisa Setelah Proses Fermentasi

Setelah Proses fermentasi berlangsung sesuai dengan variabel yag dijalankan, maka telah didapatkan kondisi terbaik untuk memperoleh kadar etanol yang terbaik. Kondisi yang terbaik yaitu pada konsentrasi starter 11 % dengan waktu fermentasi selama 7 hari. Untuk melihat prosentase glukosa yang dapat terkonversi maka dilakukan analisa kadar sebelum proses fermentasi ( glukosa awal ) dan kadar glukosa setelah proses fermentasi ( glukosa sisa ) pada kondisi terbaik tersebut. Adapun hasil analisa kadar glukosanya adalah sebagai berikut :

Tabel 6. Hasil Analisa Kadar Glukosa Sisa setelah Proses Fermentasi pada Kondisi terbaik ( Konsentrasi Starter 11 % dan Waktu Fermentasi 7 Hari )

NAMA SAMPEL KADAR GLUKOSA ( % )

Larutan sebelum proses fermentasi

( glukosa awal ) 8,96

Larutan setelah proses fermentasi

( glukosa sisa ) 0,18

4.2. Pembahasan

Dari hasil analisa yang didapat, maka diperlukan pembahasan yang lebih mendetail agar dapat diambil kesimpulan pada setiap tahapan proses.

4.2.1 Hasil Proses Hidrolisis

Gambar 19. Pengaruh Konsentrasi Katalis terhadap hasil glukosa pada proses hidrolisis

Pada Gambar 19 terlihat bahwa pengunaan katalis yang terbaik adalah pada konsentrasi katalis 20 % (v/v), Hal ini disebabkan karena pada konsentrasi 10 % terjadi degradasi glukosa yang terbentuk menjadi struktur kimia yang lain sehingga dapat menurunkan konversi reaksi. Sedangkan pada konsentrasi yang lebih tinggi yaitu 30 % terjadi proses pembakaran selulosa sehingga selulosa yang dirubah menjadi glukosa menjadi sedikit dan pada akhirnya glukosa yang dihasilkan juga sedikit. Katalis HCl menghasilkan glukosa lebih tinggi jika dibandingkan H2SO4, Hal ini diakibatkan H2SO4 bersifat membakar selulosa sedangkan HCl tidak, sehingga glukosa yang dihasilkan lebih sedikit.

Menurut Zimbardi et.al penggunaan asam pekat pada proses hidrolisis

selulosa dilakukan pada temperatur 100oC dan membutuhkan waktu reaksi antara 2 - 6 jam. Konsentrasi asam yang digunakan adalah 10 – 30 %. Keuntungan dari penggunaan asam pekat ini adalah konversi gula yang dihasilkan tinggi, yaitu bisa

mencapai konversi 90% (Badger, 2002). Namun pada penelitian kali ini hasil glukosa yang didapatkan tidak terlalu tinggi hal ini terjadi karena adanya lignin yang berada didalam kulit kopi. Lignin ini mengikat selulosa sehingga mengganggu berlangsungnya proses hidrolisis. Didalam limbah kulit kopi mengandung lignin sebanyak 7,63 % (Balai Penelitian dan Konsultasi Industri (BPKI) Surabaya, 2011)

Dari grafik dapat dilihat bahwa kondisi terbaik proses hidrolisis yaitu pada penggunaan katalis HCl dengan konsentrasi 20 % (v/v) menghasilkan glukosa sebesar 10,04 %. Kondisi terbaik ini dipilih untuk proses selanjutnya yaitu proses fermentasi.

4.2.2. Kurva Pertumbuhan Bakteri Zymomonas mobilis

Gambar 20. Kurva Pertumbuhan Bakteri Zymomonas mobilis

Pada Gambar 20 menunjukkan bahwa kurva pertumbuhan bakteri

Zymomonas mobilis mengalami empat fase yaitu fase lag yang mana bakteri

mulai beradaptasi untuk tumbuh yaitu pada waktu 0 - 2 jam. Kemudian dilanjutkan dengan fase log yaitu pada waktu 2 sampai 12 jam. Setelah itu pada

waktu 12 – 28 jam terjadi fase stasioner dan waktu selanjutnya merupakan fase kematian. Sehingga berdasarkan data, waktu yang terbaik untuk memasukkan starter ke dalam filtrat hidrolisis adalah pada waktu 2 jam. Hal ini dikarenakan pada waktu tersebut bakteri Zymomonas mobilis mulai tumbuh dan siap untuk mengkonversi gukosa menjadi etanol.

4.2.3. Hasil Proses Fermentasi

Gambar 21. Hubungan antara kadar etanol hasil fermentasi terhadap waktu fermentasi

Pada Gambar 21 dapat diketahui bahwa adanya hubungan yang linier antara waktu fermentasi dengan kadar etanol. Semakin lama waktu fermentasi maka semakin tinggi kadar etanol yang dihasilkan. Waktu yang terbaik untuk proses fermentasi diperoleh pada hari ke-7.

Hubungan atara konsentrasi starter dengan kadar etanol yang dihasilkan juga linier, semakin tinggi konsentrasi starter maka kadar etanol yang dihasilkan juga semakin tinggi. Dari grafik dapat disimpulkan bahwa kondisi terbaik untuk

proses fermentasi adalah pada konsentrasi starter 11 % dengan waktu fermentasi selama 7 hari yang menghasilkan kadar etanol sebesar 9,04 %. Dari kadar etanol yang didapat dari kondisi terbaik tersebut didapatkan yield sebesar 51,02 %. Setelah proses fermentasi dilanjutkan dengan proses destilasi selama 8 jam dan menghasilkan bioetanol dengan konsentrasi 38,68 %.

4.2.3. Konversi Glukosa menjadi Etanol

Gambar 22. Konversi Glukosa pada kondisi terbaik fermentasi ( starter 11 % dan waktu 7 hari )

Pada proses hidrolisis telah didapatkan kondisi terbaik yaitu pada penggunaan katalis HCl dengan konsentrasi 20 % yang menghasilkan kandungan glukosa 10,04 %. Larutan ini masih bersifat asam dengan pH yang sangat rendah ( pH = 1 ), sedangkan kondisi yang di tetapkan untuk proses fermentasi adalah larutan dengan pH = 6. Oleh sebab itu dilakukan proses netralisasi yang menggunakan larutan NaOH 6 N. Akibat penambahan larutan NaOH ini maka

kadar glukosa pada larutan hasil hidrolisis berkurang menjadi 8,96 % . Pada kondisi terbaik proses fermentasi yaitu pada konsentrasi starter 11 % dan waktu 7 hari, menghasilkan kadar glukosa sisa sebesar 0,18 %. Sehingga konversi glukosa pada kondisi terbaik ini sebesar 97,99 %.

BAB V

KESIMPULAN DAN SARAN

5.1. Kesimpulan

1. Kadar Selulosa pada limbah kulit kopi sebesar 49,87 %.

2. Pada proses hidrolisis, kondisi terbaik diperoleh pada penggunaan katalis HCl dengan konsentrasi 20 % (v/v) yang menghasilkan kadar glukosa sebesar 10,04 %.

3. Pada proses hidrolisis hasil glukosa yang dihasilkan tidak terlalu tinggi, hal ini terjadi karena adanya lignin yang berada didalam kulit kopi yang mengikat selulosa sehingga mengganggu berlangsungnya proses hidrolisis. Didalam limbah kulit kopi mengandung lignin sebanyak 7,63 % (Balai Penelitian dan Konsultasi Industri (BPKI) Surabaya, 2011) 4. Pada proses fermentasi kondisi terbaik diperoleh pada penambahan

starter dengan konsentrasi starter 11 % dan waktu fermentasi selama 7 hari yang menghasilkan kadar etanol sebesar 9,04 %.

5. Pada kondisi terbaik proses fermentasi bakteri Zymomonas mobilis mampu mengkonversi glukosa sebesar 97,99 %.

6. Pada kondisi terbaik proses fermentasi didapatkan yield etanol sebesar 51,02 %.

7. Proses destilasi dilakukan selama 8 jam dan menghasilkan bioetanol dengan konsentrasi 38,68 %.

8. Kulit kopi dapat digunakan sebagai bahan baku alternatif pembuatan bioetanol dengan proses hidrolisis dan fermentasi.

5.2. Saran

1. Melakukan proses delignifikasi ( menghilangkan lignin ) sebelum melakukan proses hidrolisis, agar proses hidrolisis dapat berjalan dengan sempurna dan menghasilkan kadar glukosa yang tinggi.

2. Diharapkan untuk penelitian selanjutnya menggunakan alat bioreaktor yang standart sehingga dapat dihasilkan kadar etanol yang tinggi.

3. Diharapkan untuk penelitian selanjutnya menggunakan alat destilasi yang standart sehingga dapat dihasilkan kadar bioetanol yang tinggi.

DAFTAR PUSTAKA

Anonim, 2008. Perkembangan Industri Biofuel di Indonesia. Indonesian Commercial Newsletter, (Online) , (http://www.datacom.co.id/Biofuel 2008 Ind. Html, di akses 14 Juli 2010).

Badger, PC., 2002. Ethanol from Cellulose : A General Review. In Trend in New Crops and New Uses., J.Jannick and A.Whipkey (eds). Alexandria,VA : ASHS Press.

Baon, J.B., Sukasih.R, Nurkholis, 2005. Laju Dekomposisi dan kualitas

kompos limbah padat kopi : Pengaruh Aktivator dan Bahan Baku Kompos. Pelita Perkebunan : Universitas Jember.

Budiyanto, Krisno Agus.H.DR.MKes., 2002. Mikrobiologi Dasar, hal 71 – 75. Malang : Universitas Muhammadiyah Malang.

Desmayati, Z dan Muladi, 1995. Pemanfaatan Limbah Kopi Ransum Ayam

Pedaging. Warta Penelitian dan Pengembangan Pertanian XII (3) : 79.

Dirjen Perkebunan, 2006. Statistik Perkebunan Indonesia 2003 – 2005 (kopi). Jakarta : Departemen Pertanian.

Dirmanto, S., 2006. Fermentasi Anaerobik, (Online) (http://www.kompas.com, diakses 1 Oktober 2010).

Gunasekaran, P., Karunakaran, T., Kasthuribai, M.. 1986. Fermentation

Pattern of Zymomonasmobilis strains of different substrate-a comparative study. Department of Microbial Technology, School of

Biological Sciences, Madurai Kamaraj University, India. diambil dari Ghani Arasyid dkk, (Online) , ( http://digilib.its.ac.id/public/ITS-Undergraduate-12522-Paper.pdf diakses 15 oktober 2010).

Gunasekaran, P. and Raj, K. C. 1999. Ethanol Fermentation Technology –

Zymomonas mobilis. Current Science. Vol. 77, #1, 56-68 diambil dari Ghani Arasyid dkk, (Online) , ( http://digilib.its.ac.id/public/ITS-Undergraduate-12522-Paper.pdf diakses 15 oktober 2010).

Groggins P. H.,1958. Unit Process Inorganic Syntesis 5th Edition. Japan : Mc Graw Hill Kogakusa, Ltd.

Indartono Y, 2005. Bioethanol, Alternatif Energi Terbarukan : Kajian Prestasi

Mesin dan Implementasi di lapangan. Fisika, LIPI.

Judoamidjoyo, M., A.a.Darwis dan E.G.Said, 1982. Teknologi Fermentasi. Jakarta : Rajawali Pres.

Kim, K. H., & Hong, J. (2001). Supercritical CO2 pretreatment of

lignocellulose enhances enzymatic cellulose hydrolysis. Bioresource Technology 77, hal 139-144, (online), (http//:isroi.wordpress.com

/2008/07/23/preatment, diakses 01 oktober 2010).

Lee, K.J., Tribe, D.E. and Rogers, P.L., 1979. Biotechnol. Lee, K.J., Suku, D.E. dan Rogers, P.L, 1979. Biotechnol. Lett., 1 , 421. Lett 1.,, 421. Louis F. Fieser, Mary Fieser, 1963. Pengantar Kimia Organik. Bandung :

Dhiwantara.

Melyani, V. 2009. Petani Kopi Indonesia Sulit Kalahkan Brazil. (URL:http://www.Tempointeraktif.com/hg/bisnis/2009/07/02/brk,200 90702-184943,id.html, diakses 26 September 2010).

Najafpour, G. D., Lim, J. K. 2002. Fermentation of Ethanol , School of Chemical Engineering, Universiti Sains Malaysia. diambil dari Ghani Arasyid, dkk, (Online) ,( http://digilib.its.ac.id/public/ITS-Undergraduate- 12522-Paper.pdf diakses 15 Oktober 2010).

Nguyen, Q. A.; Dickow, J. H.; Duff, B. W.; Farmer, J. D.; Glassner, D. A.; Ibsen, K. N.; Ruth, M. F.; Schell, D. J.; Thompson, I. B. & Tucker, M. P. (1996), ‘NREL/DOE ethanol pilot-plant: Current status and capabilities’, Bioresource Technology 58(2), 189–196. (Online), (http://www. Technology indonesia.com/columns.php?id=36 diakses 15 Oktober 2010).

Othmer, Kirk.,1967. Encyclopedia of Chemical Technology second edition vol

5. New York : Interscience Publisher a division of John Wiley &

Sons, Inc.

Parry, T. J & Powsey, R. K, 1973, Principles of Microbiology for Student of

Food Technology, diambil dari Purnomo Hari, dkk, 1987, Ilmu

Pangan, Universitas Indonesia, Jakarta.

Robert H. Perry, Perry’s Chemical Engineers Handbook 7th , New York, The McGraw Hill Companies, Inc.

Sarjdoko, 1991. Bioteknologi Latar Belakang dan Beberapa Penerapannya. Jakarta : Gramedia Pustaka Umum.

Soebiyanto PT, 1986. HFS dan industri ubi kayu lainnya. PT Gramedia. Jakarta.

Syukur, Abdul, dkk. 2005. Ensiklopedi Umum untuk Pelajar jilid 6. Jakarta: PT Ichtiar Barovan Hoeve.

Taherzadeh, M. and Karimi, K. 2007. Acid-based Hydrolysis Processes for

Ethanol from Lignosellulosic Material : A Review, Bioresources 2

(3), 472-499, diambil dari Ghani Arasyid dkk, (Online),

(http://digilib.its.ac.id/public/ITS-Undergraduate-12522-Paper.pdf diakses 15 oktober 2010).

Viola, E., Cardinale, M., Santarcangelo, R., Villone, A., & Zimbardi, F. (2008). Ethanol from eel grass via steam explosion and enzymatic hydrolysis. Biomass and Bioenergy , (in Press). (Online),

((http://www. Technology indonesia.com/columns.php?id=36 diakses

APPENDIKS

1. Pembuatan Larutan HCL 10 % (v/v) sebanyak 1 liter

=

Jadi memipet 100 ml HCl pekat sebanyak 100 ml lalu ditambahkan aquadest hingga 1 liter.

NB : dengan cara yang sama untuk menghitung HCl 20 %, HCl 30 %, H2SO4 10 % , 20 % dan 30 %

2. Pembuatan Larutan NaOH 6 N sebanyak 1 liter

Massa NaOH = 240 gr

Jadi menimbang NaOH sebanyak 240 gr dan dilarutkan hingga 1 liter dengan aquadest.

3. Perhitungan Konversi Glukosa

= 97,99 %

4. Perhitungan Kadar Etanol setelah Proses Destilasi

Diketahui : Berat pikno kosong = 11,2052 gr

Berat pikno isi = 20,5098 gr

Volume piknometer = 10 ml Maka :

Dillihat pada Tabel 2-110 Perry edisi 7 didapatkan interpolasi data : kadar ethanol = SG

38,68 %

Sehingga didapatkan konsentrasi bioetanol setelah proses destilasi sebesar 38,68 %.

5. Perhitungan Yield etanol

Diketahui :

Kadar etanol pada kondisi optimum = 9,04 %

Kadar glukosa awal sebelum fermentasi = 8,96 %

Volume larutan = 500 ml

etanol = 0,78075 gr/ml

glukosa = 1,544 gr/ml

Maka :

 Volume etanol =

 Massa etanol = Volume etanol x etanol = 45,2 ml x 0,78075 gr/ml = 35,2899 gr

 Massa glukosa = Volume glukosa x glukosa = 44,8 ml x 1,544 gr/ml

= 69,1712 gr

  

 

Laporan Penelitian 51

Daftar Pustaka

DAFTAR PUSTAKA

Anonim, 2008. Perkembangan Industri Biofuel di Indonesia. Indonesian Commercial Newsletter, (Online) , (http://www.datacom.co.id/Biofuel 2008 Ind. Html, di akses 14 Juli 2010).

Badger, PC., 2002. Ethanol from Cellulose : A General Review. In Trend in New Crops and New Uses., J.Jannick and A.Whipkey (eds). Alexandria,VA : ASHS Press.

Baon, J.B., Sukasih.R, Nurkholis, 2005. Laju Dekomposisi dan kualitas kompos limbah padat kopi : Pengaruh Aktivator dan Bahan Baku Kompos. Pelita Perkebunan : Universitas Jember.

Budiyanto, Krisno Agus.H.DR.MKes., 2002. Mikrobiologi Dasar, hal 71 – 75. Malang : Universitas Muhammadiyah Malang.

Desmayati, Z dan Muladi, 1995. Pemanfaatan Limbah Kopi Ransum Ayam Pedaging. Warta Penelitian dan Pengembangan Pertanian XII (3) : 79. Dirjen Perkebunan, 2006. Statistik Perkebunan Indonesia 2003 – 2005 (kopi).

Jakarta : Departemen Pertanian.

Dirmanto, S., 2006. Fermentasi Anaerobik, (Online) (http://www.kompas.com, diakses 1 Oktober 2010).

Gunasekaran, P., Karunakaran, T., Kasthuribai, M.. 1986. Fermentation Pattern of Zymomonasmobilis strains of different substrate-a comparative study. Department of Microbial Technology, School of Biological Sciences, Madurai Kamaraj University, India. diambil dari Ghani Arasyid dkk, (Online) , ( http://digilib.its.ac.id/public/ITS-Undergraduate-12522-Paper.pdf diakses 15 oktober 2010).

Gunasekaran, P. and Raj, K. C. 1999. Ethanol Fermentation Technology – Zymomonas mobilis. Current Science. Vol. 77, #1, 56-68 diambil dari Ghani Arasyid dkk, (Online) , ( http://digilib.its.ac.id/public/ITS-Undergraduate-12522-Paper.pdf diakses 15 oktober 2010).

Laporan Penelitian 52

Daftar Pustaka

Groggins P. H.,1958. Unit Process Inorganic Syntesis 5th Edition. Japan : Mc Graw Hill Kogakusa, Ltd.

Indartono Y, 2005. Bioethanol, Alternatif Energi Terbarukan : Kajian Prestasi Mesin dan Implementasi di lapangan. Fisika, LIPI.

Judoamidjoyo, M., A.a.Darwis dan E.G.Said, 1982. Teknologi Fermentasi. Jakarta : Rajawali Pres.

Kim, K. H., & Hong, J. (2001). Supercritical CO2 pretreatment of lignocellulose enhances enzymatic cellulose hydrolysis. Bioresource Technology 77, hal 139-144, (online), (http//:isroi.wordpress.com /2008/07/23/preatment, diakses 01 oktober 2010).

Lee, K.J., Tribe, D.E. and Rogers, P.L., 1979. Biotechnol. Lee, K.J., Suku, D.E. dan Rogers, P.L, 1979. Biotechnol. Lett., 1 , 421. Lett 1.,, 421. Louis F. Fieser, Mary Fieser, 1963. Pengantar Kimia Organik. Bandung :

Dhiwantara.

Melyani, V. 2009. Petani Kopi Indonesia Sulit Kalahkan Brazil. (URL:http://www.Tempointeraktif.com/hg/bisnis/2009/07/02/brk,200 90702-184943,id.html, diakses 26 September 2010).

Najafpour, G. D., Lim, J. K. 2002. Fermentation of Ethanol , School of Chemical Engineering, Universiti Sains Malaysia. diambil dari Ghani Arasyid, dkk, (Online) ,( http://digilib.its.ac.id/public/ITS-Undergraduate- 12522-Paper.pdf diakses 15 Oktober 2010).

Nguyen, Q. A.; Dickow, J. H.; Duff, B. W.; Farmer, J. D.; Glassner, D. A.; Ibsen, K. N.; Ruth, M. F.; Schell, D. J.; Thompson, I. B. & Tucker, M. P. (1996), ‘NREL/DOE ethanol pilot-plant: Current status and capabilities’, Bioresource Technology 58(2), 189–196. (Online), (http://www. Technology indonesia.com/columns.php?id=36 diakses 15 Oktober 2010).

Laporan Penelitian 53

Daftar Pustaka

Othmer, Kirk.,1967. Encyclopedia of Chemical Technology second edition vol 5. New York : Interscience Publisher a division of John Wiley & Sons, Inc.

Parry, T. J & Powsey, R. K, 1973, Principles of Microbiology for Student of Food Technology, diambil dari Purnomo Hari, dkk, 1987, Ilmu Pangan, Universitas Indonesia, Jakarta.

Robert H. Perry, Perry’s Chemical Engineers Handbook 7th , New York, The McGraw Hill Companies, Inc.

Sarjdoko, 1991. Bioteknologi Latar Belakang dan Beberapa Penerapannya. Jakarta : Gramedia Pustaka Umum.

Soebiyanto PT, 1986. HFS dan industri ubi kayu lainnya. PT Gramedia. Jakarta.

Syukur, Abdul, dkk. 2005. Ensiklopedi Umum untuk Pelajar jilid 6. Jakarta: PT Ichtiar Barovan Hoeve.

Taherzadeh, M. and Karimi, K. 2007. Acid-based Hydrolysis Processes for Ethanol from Lignosellulosic Material : A Review, Bioresources 2 (3), 472-499, diambil dari Ghani Arasyid dkk, (Online), (http://digilib.its.ac.id/public/ITS-Undergraduate-12522-Paper.pdf diakses 15 oktober 2010).

Viola, E., Cardinale, M., Santarcangelo, R., Villone, A., & Zimbardi, F. (2008). Ethanol from eel grass via steam explosion and enzymatic hydrolysis. Biomass and Bioenergy , (in Press). (Online), ((http://www. Technology indonesia.com/columns.php?id=36 diakses 15 Oktober 2010).

Laporan Penelitian Appendiks

45

APPENDIKS

1. Pembuatan Larutan HCL 10 % (v/v) sebanyak 1 liter

=

Jadi memipet 100 ml HCl pekat sebanyak 100 ml lalu ditambahkan aquadest hingga 1 liter.

NB : dengan cara yang sama untuk menghitung HCl 20 %, HCl 30 %, H2SO4 10 % , 20 % dan 30 %

2. Pembuatan Larutan NaOH 6 N sebanyak 1 liter

Massa NaOH = 240 gr

Jadi menimbang NaOH sebanyak 240 gr dan dilarutkan hingga 1 liter dengan aquadest.

3. Perhitungan Konversi Glukosa

= 97,99 %

Laporan Penelitian Appendiks

46

4. Perhitungan Kadar Etanol setelah Proses Destilasi

Diketahui : Berat pikno kosong = 11,2052 gr Berat pikno isi = 20,5098 gr

Volume piknometer = 10 ml Maka :

Dillihat pada Tabel 2-110 Perry edisi 7 didapatkan interpolasi data : kadar ethanol = SG

38,68 %

Sehingga didapatkan konsentrasi bioetanol setelah proses destilasi sebesar 38,68 %.

5. Perhitungan Yield etanol Diketahui :

Kadar etanol pada kondisi optimum = 9,04 % Kadar glukosa awal sebelum fermentasi = 8,96 %

Volume larutan = 500 ml

etanol = 0,78075 gr/ml

glukosa = 1,544 gr/ml

Maka :

Laporan Penelitian Appendiks

47

 Volume etanol =

 Massa etanol = Volume etanol x etanol = 45,2 ml x 0,78075 gr/ml = 35,2899 gr

 Massa glukosa = Volume glukosa x glukosa = 44,8 ml x 1,544 gr/ml

= 69,1712 gr

