Pengaruh Konsentrasi Ragi dan Waktu Fermentasi Pada Pembuatan Bioetanol dari Biji Nangka (Arthocarpus Heterophyllus,Lmk)
BAB II
TINJAUAN PUSTAKA
2.1 PENGENALAN TANAMAN NANGKA DAN BIJI NANGKA SECARA
UMUM
2.1.1
Klasifikasi Tanaman Nangka
Tanaman nangka berasal dari India bagian selatan dan telah
dibudidayakan sejak dulu. Kemudian menyebar ke Malaysia. Kini pohon
nangka ditanam luas di dataran rendah di hampir seluruh negara-negara
beriklim tropis.Nangka (Artocarpus heterophyllus, Lmk) termasuk famili
Moraceae, ordo Uticales, kelas Dicotyledoneae, sub divisi Angiospermae, dan
divisi Spermatophyta. Nangka masih keluarga dekat dengan tanaman
cempedak (Artocarpus champeden, Spreng).
Menurut Setijati (1977), nangka merupakan pohon yang berukuran
sedang, tinggi 10 sampai 25 meter, batangnya lurus dan berbentuk silinder,
tidak berpenunjang, percabangannya rendah, diameternya 30 sampai 100 cm,
rapat, kulitnya abu-abu, kasar dan kompak. Getah nangka berwarna putih
susu. Menurut Siswoputranto (1982), getah nangka mengandung damar.Di
indonesia, tanaman nangka terdapat di daerah lembab maupun kering.
Terutama di dataran rendah hingga ketinggian 700 meter. Tetapi sering
dijumpai pohon nangka yang hidup pada ketinggian di atass 1.000 meter. Hal
ini karena pohon nangka tahan terhadap suhu yang agak dingin. Tanaman
nangka tumbuh pada setiap jenis tanah, tetapi lebih menyukai tanah liat
(sendyloam) yang dalam serta pengairan yang cukup [7].seperti gambar 2.1:
8
Universitas Sumatera Utara
Gambar 2.1 Buah Nangka [5]
Nangka adalah salah satu jenis buah yang banyak di tanam di daerah
tropis. Nangka cukup terkenal di seluruh dunia bahkan di indonesia dan
kebanyakan khusus di daerah pedesaan. Dalam bahasa inggris nangka di kenal
sebagai jack fruit. Tanaman ini berasal dari india bagian selatan yang
kemudian menyebar ke daerah tropis lainnya termasuk Indonesia yang bijinya
berbentuk bulat lonjong sampai jorong agak gepeng, sampai 2 – 4 cm
berturut– turut tertutup oleh kulit biji yang tipis coklat seperti kulit [5].
Nangka dapat berbuah sepanjang tahun, tetapi produksi buah tertinggi
dicapai sekitar bulan Oktober sampai Desember. Menurut Singh (1980), hasil
dari satu pohon nangka dapat mencapai 200 sampai 500 buah per tahun.
Biasanya berat buah nangka kira-kira 20 kg, bahkan buah yang besar dapat
mencapai 55 kg.
Buah nangka sangat bervariasi dalam bentuk, ukuran dan mutu, karena
biasanya ditanam dari biji. Tekstur daging buah beraneka ragam dari yang
keras sampai yang lunak. Perbedaan ini yang jadi dasar penggolongan varietas
pohon nangka. Ada dua golongan nangka, yaitu nangka biasa dan nangka
bubur. Nangka biasa daging buahnya keras dan agak kering, sedangka nangka
bubur daging buahnya lunak dan berair [7].
Buah nangka terdiri dari beberapa bagian, yaitu daging buah, kulit,
jerami dan biji nangka. Menurut Siswoputranto (1982), biji nangka banyaknya
kira-kira 5% dari seluruh buah. Hingga saat ini biji nangka belum
termanfaatkan secara sempurna. Tien Muchtadi (1980) melakukan analisa
9
Universitas Sumatera Utara
terhadap komposisi kimia daging nangka, kulit nangka, jerami dan biji
nangka. Hasil analisa tersebut dapat dilihat padaTabel 2.1.
Tabel 2.1 Komposisi Bagian-Bagian Buah Nangka [7]
No.
Komposisi
Daging buah
Jerami
Biji
Kulit
1
Air (%)
80,29
65,12
71,12
79,85
2
Protein (%)
1,91
1,95
2,85
1,41
3
Lemak (%)
1,86
10,00
0,54
0,18
4
Karbohidrat (%)
9,85
9,30
19,23
5,39
5
Serat kasar (%)
1,58
1,94
3,07
5,13
6
Abu (%)
0,69
1,11
1,08
1,50
7
Gula (%)
1,39
1,42
0,11
0,82
8
VRS,meg/1000gr (%)
30,29
22,25
31,77
32,92
9
Vitamin C,mg/100gr (%)
14,21
2,05
0,98
1,71
10
pH (%)
6,14
6,02
5,63
5,67
2.1.2 Biji Nangka
Pada umumnya biji nangka hanya dimanfaatkan dalam bentuk biji
nangka bakar,rebus, dan goreng (Widyastuti, 1993). Gambar biji nangka segar
dapat dilihat pada Gambar 2.2:
Gambar 2.2. Biji Nangka [5]
Kedudukan taksonomi tanaman nangka menurut Rukmana (1997),
adalahsebagai berikut :
Kingdom : Plantae
Divisi : Spermatophyta
Sub-divisi : Angiospermae
Kelas : Dicotyledonae
10
Universitas Sumatera Utara
Ordo : Morales
Famili : Moraceae
Genus :Artocarpus
Spesies :Artocarpus heterophyllus Lamk.
Biji nangka di daerah Jawa biasanya disebut dengan beton yang
enakdirebus.Selain itu dapat pula dibuat kolak, keripik, dodol dan lainlain.Biji nangka ini banyak mengandung zat pati dan zat-zat lain yang
berguna.Kandunganpatinya lebih baik dari ubi rambat, talas, uwi dan
sebagainya.Produktivitas
tanaman
nangka
dapat
menghasilkan
10
buah/pohon/tahun dan produksi buah tertinggi dicapai pada musim panen
bulan Oktober – Desember [5].Biji nangka memiliki kandungan protein,
lemak, karbohidrat, fosfor, kalium, besi, vitamin C, vitamin B1.Adapun
komposisi zat gizi biji nangka dapat dilihat pada Tabel 2.2.
Tabel 2.2 Komposisi Gizi per 100 gram Nangka Muda, Nangka Masak, dan
Biji Nangka [5].
Komponen Gizi
Nangka Muda
Nangka Masak
Biji Nangka
Energi (kkal)
51
106
165
Protein (g)
2,0
1,2
4,2
Lemak (g)
0,4
0,3
0,1
Karbohidrat (g)
11,3
27,6
36,7
Kalsium (mg)
45
20
33
Fosfor (mg)
29
19
200
Besi (mg)
0,5
0,9
1,0
Vitamin A (IU)
25
330
0
Vitamin B1 (mg)
0,07
0,07
0,20
Vitamin C (mg)
9
7
10
Air (g)
85,4
70
57,7
Biji Nangka adalah bahan makanan yang biasa dikonsumsi oleh
masyarakat Indonesia.
Biji Nangka mengandung energi sebesar 165
kilokalori, protein 4,2 gram, karbohidrat 36,7 gram, lemak 0,1 gram, kalsium
33 miligram, fosfor 200 miligram, dan zat besi 1 miligram. Selain itu di
11
Universitas Sumatera Utara
dalam Biji Nangka juga terkandung vitamin A sebanyak 0 IU, vitamin B1 0,2
miligram dan vitamin C 10 miligram.
Tepung biji nangka merupakan tepung hasil olahan dari biji nangka
yang sudah masak di lakukan pencucian, perebusan selama 30 menit
kemudian dilakukan pengupasan kulit arinya, pengirisan dan kemudian
keringkan di oven pada suhu 60- 100°C selama 4 jam untuk menurunkan
kadar air dan dilakukan penggilingan [19]. Biji nangka memiliki kandungan
karbohidrat yang sangat tinggi sehingga bisa diolah sebagai tepung – tepungan
dan bisa digunakan sebagai bahan tambahan atau sebagai bahan baku dalam
pembuatan jenis makanan. Adapun bentuk dari tepung biji nangka bisa dilihat
pada Gambar 2.3.
Gambar 2.3. Tepung Biji Nangka [5]
Kandungan gizi tepung biji nangka menurut pengujian Balai
Penelitiandan Pengembangan Industri dapat dilihat pada Tabel 2.3.
Tabel 2.3 Komposisi Kimia Tepung Biji Nangka (Tiap 100 g) [5]
Komposisi Kimia
Nilai Gizi Tepung Biji Nangka (g)
Air
12,4
Protein
12,19
Lemak
1,12
Serat Kasar
2,74
Abu
3,24
Bahan ekstrak tanpa nitrogen
68,31
Pati
56,21
12
Universitas Sumatera Utara
2.2 BIOETANOL
Bioetanol adalah etanol yang dibuat dari biomassa yang mengandung
komponen pati atau selulosa, seperti singkong dan tetes tebu.Bioetanol merupakan
bahan bakar alternatif untuk menggantikan bensin [12]. Dalam dunia industri,
etanol umumnya digunakan sebagai bahan baku industri turunan alkohol,
campuran untuk minuman keras (seperti sake atau gin), serta bahan baku farmasi
dan kosmetika [2]. Secara umum bahan-bahan tersebut dapat dibagi dalam tiga
golongan yaitu:
1) Bahan yang mengandung turunan gula (molases, gula tebu, gula bit, sari buah
anggur, dan sari buah lainnya),
2) Bahan-bahan yang mengandung pati biji-bijian, kentang, dan tapioka), dan
3) Bahan yang mengandung selulosa (kayu, dan beberapa limbah pertanian
lainnya).
Selain dari ketiga jenis bahan tersebut diatas etanol juga dapat dibuat dari
bahan bukan dari hasil pertanian tetapi dari bahan yang merupakan hasil proses
lain. Sebagai contohnya adalah etilen. Bahan-bahan yang mengandung
monosakarida langsung dapat difermentasi, akan tetapi disakarida, pati maupun
karbohidrat kompleks harus dihidrolisis terlebih dahulu menjadi komponen yang
sederhana yaitu monosakarida [13].
Ciri khas bioetanol adalah berbentuk cairan yang tidak berwarna dengan bau
khas, dapat melarutkan zat organik, mudah menguap, titik didih 780C, berat
molekul 46,07 panas penguapan 204 kal/gr. Adapun sifat fisika etanol dapat di
lihat pada tabel 2.4:
13
Universitas Sumatera Utara
Tabel 2.4 Sifat Fisika dari Etanol [14]
No.
Sifat Fisik Etanol
1.
Rumus Molekul
2.
Massa Molekul Relatif
3.
Titik didih normal
4.
Titik beku
5.
Dentitas pada 20 0C
0,7893 gr/ml
6.
Kelarutan dalam air 20 0C
Sangat larut
7.
Viskositas pada 20 0C
1,17 Cp
8.
Kalor spesifik 20 0C
0,579 kal/g °C
9.
Kalor pembakaran 25 0C
10.
Indeks bias
CH3CH2OH
46,07 gr/mol
78,32°C
-114,1°C
7092,1 kal/g
1,36
Tabel 2.5 Standar Mutu Etanol [14]
Spesifikasi
Satuan
Jumlah
Berat Molekul
Gr/mol
46,07
Density
Gr/ml
0,7894
Indeks Bias
-
1,3614
Melting Point
0
-112
Titik Didih
0
78,4
Titik Nyala
0
17
Viscositas
Cp
1,17
C
C
C
Seperti yang diketahui, terdapat tiga klasifikasi mengenai etanol, yaitu:
1. Klasifikasi berdasarkan bahan baku serta prosesnya
a. Etanol nabati: Secara mikrobiologis menggunakan bahan baku berpati
(jagung, ubi kayu dan umbi-umbian lain),serta bahan yang mengandung
gula (molasses, tebu, sweet sorghum, aren, dan jenis palem lainnya) dan
bahan berserat (onggok, jerami, dan sekam, tongkol jagung, ampas tebu,
dan kulit kakao).
14
Universitas Sumatera Utara
b. Etanol sintesis: Secara sintesis menggunakan bahan baku antara lain
minyak mentah, gas. Saat ini produksi etanol sintesis kurang dari 5% dari
total produksi.
2. Klasifikasi berdasarkan kandungan air
a. Etanol 95-96%(alkohol prima super, prima I, dan alkohol prima II)
disebut “etanol hidrat” yang dibagi dalam :
•
Technical/raw spit grade, digunakan untuk bahan bakar spirtus,
minuman , desinfektan dan pelarut
•
Industrial grade, digunakan untuk bahan baku industri pelarut
•
Portable grade, untuk minuman berkualitas tinggi.
b. Etanol 99,5%(anhydrous etanol) dengan kandungan air 0,05%,
digunakan untuk bahan bakar. Jika dimurnikan lebih lanjut dapat
digunakan untuk
keperluan
farmasi
dan
pelarut
di laboratorium
analisis. Etanol ini disebut fuel grade ethanol (FGE) atau anhydrous
ethanol (etanol anhidrat) atau etanol kering, yakni etanol yang bebas
air atau hanya mengandung air minimal.
3. Klasifikasi menurut pemanfaatannya
a. Untuk industry (industrial grade), sebagai pelarut pada pembuatan
vernis, minyak wangi, iodium tincture dan spirtus ; di laboratorium
digunakan sebagai pelarut senyawa bersifat polar; di bidang kedokteran
sebagai bahan baku pembuatan chloroform.
b. Untuk minuman beralkohol (portable grade).
c. Untuk bahan bakar (fuel grade etanol) [14].
Secara umum etanol atau etil alkohol dapat dibuat dari suatu pati/ tepung,
molase dan serat dan di Indonesia bahan nabati tersebut adalah sangat
melimpah.Pati banyak terdapat pada tanaman umbi-umbian dan biji-bijian.
Adapun reaksi yang sering digunakan adalah proses enzimatis atau dengan asam
pemecahan pati (polisakarida) menjadi monosakarida melalui suatu hidrolisis.
Bahan baku bioetanol sebagai berikut:
1. Bahan berpati, berupa singkong atau ubi kayu, ubi jalar, tepung sagu, biji
jagung, biji sorgum, gandum, kentang, ganyong, garut, dan umbi dahlia.
15
Universitas Sumatera Utara
2. Bahan bergula, berupa molasses (tetes tebu), nira tebu, nira kelapa, nira
batang sorgum manis, nira aren (enau), nira nipah, gewang, dan nira
lontar.
3. Bahan berselulosa, berupa limbah logging, limbah pertanian seperti jerami
padi, ampas tebu, janggel (tongkol) jagung, onggok (limbah tapioka),
batang pisang, serbuk gergaji (grajen), dan lain-lain [15].
Etanol atau alkohol dimanfaatkan untuk berbagai keperluan, antara lain:
1) Bahan baku industri atau senyawa kimia, contoh: industri minuman
beralkohol, industri asam asetat dan asetaldehid.
2) Pelarut dalam industri, contoh: industri farmasi, kosmetika dan plastik.
3) Bahan desinfektan, contoh: peralatan kedokteran, rumah tangga dan peralatan
di rumah sakit.
4) Bahan baku motor.
Etanol atau etil alkohol yang di pasaran lebih dikenal sebagai alkohol
merupakan senyawa organik dengan rumus kimia C2H5OH.Dalam kondisi kamar,
etanol berwujud cairan yang tidak berwarna, mudah menguap, mudah terbakar,
mudah larut dalam air dan tembus cahaya.Etanol adalah senyawa organik
golongan alkohol primer.Sifat fisik dan kimia etanol bergantung pada gugus
hidroksil.Faktor-faktor yang dapat mempengaruhi jumlah etanol yang dihasilkan
dari fermentasi adalah mikroorganisme dan media yang digunakan, adanya
komponen media yang dapat menghambat pertumbuhan serta kemampuan
fermentasi mikroorganisme dan kondisi selama fermentasi.Selain itu, hal-hal yang
perlu diperhatikan selama fermentasi adalah pemilihan khamir, konsentrasi gula,
keasaman, ada tidaknya oksigen dan suhu dari perasan buah.Pemilihan sel khamir
didasarkan pada jenis karbohidrat yang digunakan sebagai medium untuk
memproduksi
alkohol
dari
pati
dan
gula
digunakan
Saccharomyces
cerevisiae.Proses fermentasi sama dengan pH optimum untuk proses pertumbuhan
khamir yaitu pH 4,0-4,5.
Etanol dihasilkan dari gula yang merupakan hasil aktivitas fermentasi sel
khamir.Khamir yang baik digunakan untuk menghasilkan etanol adalah dari genus
Saccharomyces. Kriteria pemilihan khamir untuk produksi etanol adalah
mempunyai laju fermentasi dan laju pertumbuhan cepat, perolehan etanol banyak,
16
Universitas Sumatera Utara
tahan terhadap konsentrasi etanol dan glukosa tinggi, tahan terhadap konsentrasi
garam tinggi, pH optimum serta fermentasi rendah, temperatur optimum
fermentasi sekitar 25-30 tahan terhadap stress fisika dan kimia [16].
2.3 Proses Pembuatan Bioetanol
Secara umum, keseluruhan proses pembuatan bioetanol meliputi tiga
tahapan, yaitu persiapan bahan baku, fermentasi dan pemurnian.Setiap tahapan
mempengaruhi keberhasilan tahapan berikutnya. Dan untuk setiap bahan baku
berbeda biasanya akan berbeda pada tahap persiapan bahan baku dan kondisi
prosesnya. Penelitian ini menggunakan rancangan variasi jumlah ragi dan lama
fermentasi [19].
2.3.1 Tahap Persiapan Bahan Baku
Bahan baku bioetanol bisa diperoleh dari berbagai tanaman yang
menghasilkan gula dan tepung. Pada tahap persiapan, bahan baku berupa padatan
harus dikonversi terlebih dahulu menjadi larutan gula sebelum akhirnya
difermentasi untuk menghasilkan etanol, sedangkan bahan yang sudah berbentuk
larutan gula dapat langsung difermentasi. Bahan padatan dikenai perlakuan
pengecilan ukuran dan tahap pemasakan.
Tahap pemasakan bahan meliputi liquifikasi dan sakarifikasi. Pada tahap
ini, tepung dikonversi menjadi gula melalui proses pemecahan menjadi gula
kompleks. Pada tahap liquifikasi dilakukan penambahan air dan enzim alfaamilase. Proses dilakukan pada suhu 80 - 90oC berakhir nya proses liquifikasi
ditandai dengan parameter cairan seperti sup. Tahap sakarifikasi dilakukan pada
suhu 50 - 60oC. Enzim yang ditambahkan pada tahap ini adalah enzim
glukoamilase. Pada tahap sakarifikasi akan terjadi pemecahan gula kompleks
menjadi gula sederhana.
Perlakuan sebelum proses fermentasi alkohol yaitu mengupayakan
konsentrasi gulanya menjadi 15 % atau 20 %. Untuk memenuhi kebutuhan nutrisi,
maka ditambahkan amonium sulfat, sedangkan untuk menurunkan pH-nya
digunakan asam sulfat.Saccharomyces cerevisiae merupakan khamir yang umum
digunakan dalam industri fermentasi etanol.Biasanya khamir yang digunakan
17
Universitas Sumatera Utara
sebanyak 5 % dari volume. Proses fermentasi membutuhkan waktu sekitar 28 - 72
jam, tetapi biasanya 44 jam untuk menghasilkan etanol dengan konsentrasi 8 –
10% dengan suhu optimum berkisar 32 – 33oC [2].
2.3.2
Tahap Fermentasi
Tahap fermentasi merupakan tahap kedua dalam proses produksi
bioetanol. Pada tahap ini terjadi proses pemecahan gula-gula sederhana menjadi
etanol dengan melibatkan enzim dan ragi. Fermentasi dilakukan pada kisaran suhu
27 - 32oC.pada tahap ini akan dihasilkan gas CO2 sebagai produk sampingan dan
sludge sebagai limbahnya. Gas CO2 yang dihasilkan memiliki perbandingan
stoikiometri yang sama dengan etanol yang dihasilkan yaitu 1 : 1. Setelah melalui
proses pemurnian, gas CO2 dapat digunakan sebagai bahan baku gas dalam
pembuatan minuman berkarbonat [17].
Fermentasi merupakan tahap paling kritis dalam produksi etanol. Semua
sumber bahan baku, yaitu sumber gula, pati dan serat, setelah menjadi gula,
prosesnya sama yaitu fermentasi. Fermentasi merupakan proses biokimia di mana
mikroba yang berperanan dalam fermentasi akan menghasilkan enzim yang
mampu mengonversi substrat menjadi etanol [14]. Proses pertumbuhan mikroba
merupakan tahap awal proses fermentasi yang dikendalikan terutama dalam
pengembangan inokulum agar dapat diperoleh sel yang hidup. Pengendalian
dilakukan dengan pengaturan kondisi medium, komposisi medium, suplai O2, dan
agitasi.Bahkan jumlah mikroba dalam fermentor juga harus dikendalikan sehingga
tidak terjadi kompetisi dalam penggunaan nutrisi.Nutrisi dan produk fermentasi
juga perlu dikendalikan, sebab jika berlebih nutrisi dan produk metabolit hasil
fermentasi tersebut dapat menyebabkan inhibisi dan represi.Pengendalian
diperlukan karena pertumbuhan biomassa dalam suatu medium fermentasi
dipengaruhi banyak factor baik ekstraselular maupun faktor intraselular [23].
Dengan kata lain,fermentasi adalah perubahan struktur kimia dari bahanbahan organik dengan memanfaatkan agen-agen biologis terutama enzim sebagai
biokatalis. Produk fermentasi dapat digolongkan menjadi 4 jenis, yaitu:
1) produk biomassa
2) produk enzim
18
Universitas Sumatera Utara
3) produk metabolit
4) produk transformasi
Dalam
bioproses
fermentasi
memegang
peranan
penting
karena
merupakan kunci (proses utama) bagi produksi bahan-bahan yang berbasis
biologis. Bahan-bahan yang dihasilkan melalui fermentasi merupakan hasil-hasil
metabolit sel mikroba,misalnya antibiotik, asam-asam organik, aldehid, alkohol,
fussel oil, dan sebagainya [23]. Adapun faktor-faktor yang mempengaruhi
fermentasi alkohol yang perlu diperhatikan, karena tanpa adanya kondisi optimal
maka alkohol yang dihasilkan juga tidak akan maksimum.
1. Suhu fermentasi
Suhu
berpengaruh
terhadap
aktivitas
enzim
serta
dapat
pula
mengurangihasilalkohol karena proses penguapan.
2. pH
Keasaman atau pH optimum untuk proses fermentasi antara 4,0 – 5,0. Pada
keasaman di bawah 3,0, proses fermentasi akan berkurang kecepatannya (Presscot
dan Dunn, 1959). Menurut Rehn dan Reed (1983), khamir sanggup tumbuh dan
efisien untuk fermentasi etanol pada pH 3,5 sampai 6,0 dengan temperatur 28 –
35oC.
3. Oksigen
Khamir tumbuh terbaik pada kondisi aerob, tetapi ada beberapa jenis dapat
tumbuh pada kondisi anaerob, dimana proses respirasi digantikan dengan proses
fermentasi. Jumlah oksigen yang dibutuhkan substrat untuk beberapa jenis khamir
berkisar antara 2 – 30 ppm.Oksigen dapat menghambat proses fermentasi. Jika
kadar oksigen cukup tinggi maka dalam sel khamir akan terjadi metabolisme
aerob atau respirasi. Pada proses respirasi, asam piruvat akan dioksidasi menjadi
karbon dioksida dan air. Jika terdapat bakteri dari genus Acetobacter, maka etanol
akan diubah menjadi asam asetat.
4. Media fermentasi
Proses fermentasi adalah pembentukan etanol dan karbon dioksida dari
glukosa dengan bantuan khamir. Higgins et al. (1984) menyatakan bahwa
konsentrasi gula yang paling baik untuk proses fermentasi adalah 16 - 25%,
dimana akan menghassilkan etanol sebesar 6 - 12%. Konsentrasi gula di atas 25%
19
Universitas Sumatera Utara
memperlambat fermentasi sedangkan di atas 70% proses fermentasi akan terhenti.
Hal ini disebabkan adanya tekanan osmotik. Jika konsentrasi gula dalam substrat
terlalu tinggi maka etanol yang terbentuk akan menghambat aktivitas khamir,
sehingga waktu fermentasi menjadi lebih lama dan efisiensi menjadi rendah,
karena tidak semua gula dikonversi menjadi etanol. Konsentrasi gula yang terlalu
rendah menjadikan proses tidak ekonomis, karena penggunaan fermentor tidak
efisien.Presscot dan Dunn (1959) mengatakan, pada proses fermentasi anggur,
jika konsentrasi terlalu tinggi maka akan dihasilkan kandungan asam
menguapyang meningkat. Sedangkan konsentrasi gula terlalu rendah maka akan
menghasilkan asetaldehid, gliserol, dan asam-asam mudah menguap lainnya [7].
Kemampuan mikroorganisme untuk tumbuh dan mensintesis produk pada
suatu lingkungan ditentukan oleh susunan genetik organisme tersebut. Maka
dalam melakukan proses fermentasi haruslah diperhatikan. Keberhasilan
pengembangan proses fermentasi, pertama bergantung kepada perolehan strain
yang baik, mengusahakan penciptaan efek parameter lingkungan terhadap
pertumbuhan sel dan pembentukan produk, adapun reaksi fermentasi yaitu [1]:
Asam
(C6H5O6)n + nH2O
nC6H12O6
(Pati)
(C6H12O6)n
(Glukosa)
yeast (ragi)
2C2H5OH + 2CO2
(Glukosa)
(Ethanol)
Pada percobaan ini digunakan glukosa sebagai substrat utama.Hal
inidisebabakan struktur model glukosa yang sederhana sehingga mudah
digunakan oleh Saccharomycess cereviceae. Glukosa digunakan sebagai sumber
energi dan sumber karbon yang digunakan untuk membentuk material penyusun
sel baru.Glukosa disebut juga reducing sugar sehingga pemanfaatannya oleh
Saccharomycess cereviceae dilakukan dengan mengoksidasi glukosa yaitu dengan
cara pemutusan ikatan rangkap pada gugus karbonil glukosa. Media yang
digunakandi dalam fermentasi harus memenuhi syarat-syarat sebagai berikut:
1) Mengandung
nutrisi
yang
dibutuhkan
bagi
pertumbuhan
sel
Saccharomycesscereviceae.
2) Mengandung nutrisi yang dapat digunakan sebagai sumber energi bagi sel
Saccharomycess cereviceae.
20
Universitas Sumatera Utara
3) Tidak mengandung zat yang menghambat pertumbuhan sel.
4) Tidak terdapat kontaminan yang dapat meningkatkan persaingan dalam
penggunaan substrat.
Oleh karena itu, selain glukosa, ke dalam medium fermentasi juga
ditambahkanzat-zat lain yang berfungsi sebagai sumber makronutrien dan
mikronutrien serta faktor pertumbuhan.Proses pertumbuhan mikroba sangat
dinamik dan kinetikanya dapat digunakanuntuk meramal produksi biomassa
dalam suatu proses fermentasi.
Faktor utama yang mempengaruhi pertumbuhan dan perilaku mikroba dapat
digolongkan dalam faktor intraseluler dan faktor ekstraselular.Faktor intraselular
meliputi struktur, mekanisme, metabolisme, dan genetika.Sedangkan faktor
ekstraselular meliputi kondisi lingkungan seperti pH, suhu, tekanan.Proses
pertumbuhan mikroba merupakan proses yang memiliki batas tertentu.Pada saat
tertentu,
setelah
melewati
tahap
minimum,
mikroba
akan
mengalami
fasakematian. Faktor-faktor yang dapat menyebabkan berhentinya pertumbuhan
mikrobaantara lain:
1) Penyusutan
konsentrasi
nutrisi
yang dibutuhkan
dalam
pertumbuhan
mikrobakarena habis terkonsumsi.
2) Produk akhir metabolisme yang menghambat pertumbuhan mikroba karena
terjadinya inhibisi dan represi [23].
Khamir memiliki sekumpulan enzim yang diketahui sebagai zymase yang
berperanan pada fermentasi senyawa gula, seperti glukosa menjadi etanol (etil
alkohol) dan karbon dioksida. Proses fermentasi alkohol hanya dapat terjadi
apabila terdapat sel-sel khamir. Cepat lambatnya khamir juga dapat dipengaruhi
oleh beberapa faktor diantaranya adalah formulasi media yang digunakan sebagai
proses pengembangbiakan, inokulum, tahapan fermentasi dan ketersediaan
substrat yang cukup [18].
Perlakuan sebelum proses fermentasi alkohol yaitu mengupayakan
konsentrasi gulanya menjadi 15 % atau 20 %. Untuk memenuhi kebutuhan nutrisi,
maka ditambahkan amonium sulfat, sedangkan untuk menurunkan pH-nya
digunakan asam sulfat.Saccharomyces cerevisiae merupakan khamir yang umum
digunakan dalam industri fermentasi etanol.Biasanya khamir yang digunakan
21
Universitas Sumatera Utara
sebanyak 5 % dari volume. Proses fermentasi membutuhkan waktu sekitar 28 - 72
jam, tetapi biasanya 44 jam untuk menghasilkan etanol dengan konsentrasi 8 –
10% dengan suhu optimum berkisar 32 – 33oC [17].
2.3.3
Tahap Pemurnian
Tahap berikutnya adalah pemurnian etanol.Tahap ini dilakukan melalui
metode destilasi.Destilasi dilakukan pada suhu diatas titik didih etanol murni,
yaitu pada kisaran 78 – 100oC.Produk yang dihasilkan pada tahap ini memiliki
kemurnian hingga 96 %. Akan tetapi, sebelum memasuki tahap pemurnian
dilakukan pemisahan etanol dengan sludge yang diperoleh dari hasil fermentasi
etanol yang dihasilkan. Salah satu pemanfaatan limbah sludge yang telah berhasil
dilakukan yaitu pengolahan sludge menjadi pupuk kalium majemuk dengan kadar
kalium 40 %.
Dengan memanaskan larutan pada suhu rentang 78-100oC akan
mengakibatkan sebagian besar etanol menguap dan melalui unit kondensasi akan
bisa dihasilkan etanol dengan konsentrasi 95% volume [13]. Adapun proses
lanjutan dalam pemurnian fermentasi tersebut yaitu proses Destilasi merupakan
proses pemisahan dan pemurnian produk dari hasil fermentasi etanol, Proses
destilasi dilakukan dengan cara mendidihkan campuran etanol dan air. Etanol
mempunyai titik didih yang lebih rendah (780C) dibandingkan air (1000C)
sehingga etanol akan menguap terlebih dahulu dibandingkan air, dan selanjutnya
uap etanol dikondensasi.
Hasil fermentasi selanjutnya didestilasi untuk memisahkan etanol dengan
larutan lainnya.Maiorella (1984) menyatakan bahwa pemurnian etanol merupakan
bagian yang memerlukan banyak energy. Sekitar 50% energi total fermentasi
digunakan untuk proses destilasi.Cairan hasil fermentasi mengandung sekitar 6,512% v/v etanol. Untuk mendapatkan etanol 95% v/v perlu dilakukan pemekatan
pada kolom konsentrasi dalam unit destilasi. Destilasi merupakan proses
pemisahan campuran antara dua atau lebih cairan berdasarkan perbedaan fase-fase
antara dua cairan, yaitu volatilitas relative dan perbedaan titik didih.
Destilasi dilaksanakan dalam praktek menurut salah satu dari dua metode
utama. Metode pertama didasarkan atas pembuatan uap dengan mendidihkan
22
Universitas Sumatera Utara
campuran zat cair yang akan dipisahkan dengan pengembunan (kondensasi) uap
tanpa ada zat cair yang kembali kedalam bejana didih. Jadi tidak ada refluks.Zat
yang memiliki titik didih lebih rendah akan menguap lebih dahulu. Proses
destilasi yang digunakan dalam memisahkan etanol dengan air adalah destilasi
sederhana. Pada hasil fermentasi yang mengandung etanol 10% proses destilasi
sederhana pada suhu 79-820C akan menghasilkan kadar etanol 60-70% jadi untuk
menaikkan kadar etanol sampai 95% ke atas diperlukan destilasi berulang-ulang.
Cairan yang mengandumg etanol apabila dipanaskan akan menghasilkan uap yang
mengandung etanol lebih tinggi.
Destilasi merupakan suatu metode pemisahan bahan kimia berdasarkan
perbedaan
kemudahaan
menguap
(volatilitas)
bahan.Dalam
penyulingan,
campuran zat dididihkan sehingga menguap dan uap ini kemudian didinginkan
sehingga kembali kedalam bentuk cair. Zat yang memiliki titik didih lebih rendah
akan menguap lebih dulu. Metode ini termasuk unit operasi kimia jenis
perpindahan massa. Penerapan proses ini berdasarkan pada teori bahwa pada
suatu larutan, masing-masing komponen akan menguap pada titik didihnya.
Bahan yang akan didestilasikan pada drum pemasakan tidak boleh penuh,
melainkan harus menyediakan sedikitnya 10% ruang kosong dari kapasitas penuh
drum pemasakan [18].
Macam-macam metode destilasi antara lain:
1) Destilasi Sederhana, prinsipnya memisahkan dua atau lebih komponen cairan
berdasarkan perbedaan titik didih yang jauh berbeda.
2) Destilasi Fraksionasi (Bertingkat), sama prinsipnya dengan destilasi sederhana,
hanya destilasi bertingkat ini memiliki rangkaian alat kondensor yang lebih
baik, sehingga mampu memisahkan dua komponen yang memiliki perbedaan
titik didih yang berdekatan.
3) Destilasi
Azeotrop
dilakukan
untuk
memisahkan
campuran
azeotrop
(campuran dua atau lebih komponen yang sulit dipisahkan), biasanya dalam
prosesnya digunakan senyawa lain yang dapat memecah ikatan azeotrop
tersebut, atau dengan menggunakan tekanan tinggi.
23
Universitas Sumatera Utara
4) Destilasi Kering dilakukan dengan memanaskan material padat untuk
mendapatkan fasa uap dan cairnya. Biasanya digunakan untuk mengambil
cairan bahan bakar dari kayu atau batu bata.
5) Destilasi Vakum dilakukan untuk memisahkan dua komponen yang titik
didihnya sangat tinggi, metode yang digunakan adalah dengan menurunkan
tekanan permukaan lebih rendah dari 1 atm, sehingga titik didihnya juga
menjadi rendah [18].
2.3.4
Parameter pengujian
Untuk mengetahui pengaruh kondisi S.cerevisiae yang telah diadaptasi
terhadap proses fermentasi yang menghasilkan bioetanol maka dilakukan uji-uji
untuk mengetahui hasil bioetanolnya :
1)
Jumlah Bioetanol (ml)
Jumlah alkohol yang dihasilkan dapat diketahui dengan mengukur
banyaknya bioetanol yang dihasilkan melalui proses penyulingan menggunakan
alat destilasi menggunakan erlenmeyer dan gelas ukur.
2)
Indeks bias
Indeks bias pada medium didefinisikan sebagai perbandingan antara
kecepatan cahaya dalam ruang hampa udara dengan cepat rambat cahaya pada
suatu medium [18].Pembiasan itu sendiri terjadi akibat perubahan kecepatan
cahaya ketika melewati 2 media yang berbeda. Semakin tinggi nilai indeks
biasnya, akan membuat lensa kaca mata menjadi lebih tipis. Indeks bias mutlak
suatu bahan adalah perbandingan kecepatan cahaya diruang hampa dengan
kecepatan cahaya dibahan tersebut.
3)
Berat Jenis
Berat jenis adalah konstanta tetapan bahan tergantung pada suhu untuk
tubuh padat, cair, dan bentuk gas yang homogen. Berat jenis didefinisikan sebagai
massa suatu bahan per satuan volume bahan tersebut. Bentuk persamaannya
adalah sebagai satuan dari berat jenis adalah (kg/dm3, g/cm3, atau g/ml. g/liter).
24
Universitas Sumatera Utara
4)
Spesific Grafitydan API Grafity
Spesific Grafity dan API Grafity adalah suatu pernyataan yang menyatakan
densitas atau berat persatuan volume dari suatu bahan. Hubungan antara Spesific
Grafity (sg) dan API Grafity (G), adalah sebagai berikut: [15]
141,5
− 131,5
sg
141,5
sg =
G + 131,5
G=
(2.1)
Besarnya harga API grafity berkisar dari 0 – 100, sedangkan spesific grafity
merupakan harga relatif dari densitas suatu bahan terhadap air. Hubungan antara
densitas, spesific grafity.
5)
Uji Kualitatif
Uji etanol dapat dilakukan dengan cara kualitatif dan kuantitatif. Uji
kualitatif dilakukan dengan analisa K2Cr2O7 dan H2SO4, analisa KMnO4, analisa
bakar.
2.4
RAGI
Ragi yang digunakan dalam fermentasi ini merupakan ragi tape.Ragi tape
merupakan populasi campuran mikroba yang terdapat beberapa jenis yaitu genus
Aspergillus, genus Saccharomyces, genus Candida, genus Hansnula, sedang
bakterinya adalah Acetobacter.Aspergillus dapat menyederhanakan amilum,
sedangkan Saccharomyces, Candida dan Hansnula dapat menurunkan gula
menjadi alkohol dan bermacam-macam zat organik lainnya.Acetobacter
mengubah alkohol menjadi cuka. Secara fisiologis, ragi mempunyai persamaan
yaitu menghasilkan fermen atau enzim-enzim yang dapat mengubah substrat
menjadi bahan lain dengan mendapat keuntungan berupa energi. Adapun substrat
yang diubah berbeda-beda.
Ragi tape sebenarnya adalah berupa mikroba Saccharomyces Cerevisiae
yang dapat mengubah karbohidrat. Sedang jamur yang ada dalam ragi tape adalah
jenis Aspergillus. Ragi tape merupakan inokulan yang mengandung kapang
aminolitik dan khamir yang mampu menghidrolisis pati.Kapang tersebut adalah
Amilomyces rouxii, sedangkan khamir tersebut adalah Saccharomyces. Adapun
25
Universitas Sumatera Utara
mikroflora yang berperan pada ragi tape adalah jenis Candida, Endomycopsis,
Hansnula, Amilomyces rouxii dan Aspergillus Orizae.Beberapa keuntungan hasil
fermentasi terutama adalah asam asetat dan alkohol dapat mencegah pertumbuhan
mikroba yang beracun di dalam pakan misalnya Clostridium botulinum.Ragi yang
bersifat katabolik atau memecah komponen yang kompleks menjadi zat yang
lebih sederhana sehingga lebih mudah dicerna. [21]
Gambar 2.4 Kurva Pertumbuhan Mikroba
Bakteri dapat tumbuh dan berkembang biak dengan cepat bila dalam
keadaan yang menguntungkan dapat diliat dari gambar 2.4 kurva pertumbuhan
mikroba. Pertumbuhan bakteri dapat dibagi menjadi empat fase, yaitu:
1. Fase Adaptasi (Lag Phase)
Merupakan periode penyesuaian diri bakteri terhadap lingkungan dan
lamanya mulai dari satu jam hingga beberapa hari. Lama waktu ini tergantung
pada macam bakteri, umur biakan, dan nutrien yang terdapat dalam medium yang
disediakan. Pada fase ini bakteri beradaptasi dengan lingkungan, belum mampu
mengadakan pembiakan, terapi metabolisme sel bakteri meningkat dan terjadi
perbesaran ukuran sel bakteri.
2. Fase Pertumbuhan (Log Phase)
Fase ini merupakan periode pembiakan yang cepat dan merupakan periode
yang didalamnya dapat teramati ciri khas sel-sel yang aktif.Selama fase ini
pembiakan bakteri berlangsung cepat, sel-sel membelah dan jumlahnya meningkat
26
Universitas Sumatera Utara
secara logaritma sesuai dengan pertambahan waktu, beberapa bakteri pada fase ini
biasanya menghasilkan senyawa metabolit primer, seperti karbohidrat dan
protein.Pada kurva, fase ini ditandai dengan adanya garis lurus pada plot jumlah
sel terhadap waktu.
3. Fase Stasioner (Stationer Phase)
Fase ini merupakan suatu keadaan seimbang antara laju peryumbuhan
dengan laju kematian, sehingga jumlah keseluruah bakteri yang hidup akan tetap.
Beberapa bakteri biasanya menghasilkan senyawa metabolit sekunder seperti
antibiotika dan polimer pada fase ini.
4. Fase Kematian (Death Phase)
Pada fase ini, laju kematian bakteri melampaui laju pembiakan bakteri.Hal
ini disebakan karena habisnya jumlah makanan dalam medium sehingga
pembiakan bakteri terhenti dan keadaan lingkungan yang jelek karena semakin
banyaknya hasil metabolit yang tidak berguna dan mengganggu pertumbuhan
bakteri [22].
27
Universitas Sumatera Utara
TINJAUAN PUSTAKA
2.1 PENGENALAN TANAMAN NANGKA DAN BIJI NANGKA SECARA
UMUM
2.1.1
Klasifikasi Tanaman Nangka
Tanaman nangka berasal dari India bagian selatan dan telah
dibudidayakan sejak dulu. Kemudian menyebar ke Malaysia. Kini pohon
nangka ditanam luas di dataran rendah di hampir seluruh negara-negara
beriklim tropis.Nangka (Artocarpus heterophyllus, Lmk) termasuk famili
Moraceae, ordo Uticales, kelas Dicotyledoneae, sub divisi Angiospermae, dan
divisi Spermatophyta. Nangka masih keluarga dekat dengan tanaman
cempedak (Artocarpus champeden, Spreng).
Menurut Setijati (1977), nangka merupakan pohon yang berukuran
sedang, tinggi 10 sampai 25 meter, batangnya lurus dan berbentuk silinder,
tidak berpenunjang, percabangannya rendah, diameternya 30 sampai 100 cm,
rapat, kulitnya abu-abu, kasar dan kompak. Getah nangka berwarna putih
susu. Menurut Siswoputranto (1982), getah nangka mengandung damar.Di
indonesia, tanaman nangka terdapat di daerah lembab maupun kering.
Terutama di dataran rendah hingga ketinggian 700 meter. Tetapi sering
dijumpai pohon nangka yang hidup pada ketinggian di atass 1.000 meter. Hal
ini karena pohon nangka tahan terhadap suhu yang agak dingin. Tanaman
nangka tumbuh pada setiap jenis tanah, tetapi lebih menyukai tanah liat
(sendyloam) yang dalam serta pengairan yang cukup [7].seperti gambar 2.1:
8
Universitas Sumatera Utara
Gambar 2.1 Buah Nangka [5]
Nangka adalah salah satu jenis buah yang banyak di tanam di daerah
tropis. Nangka cukup terkenal di seluruh dunia bahkan di indonesia dan
kebanyakan khusus di daerah pedesaan. Dalam bahasa inggris nangka di kenal
sebagai jack fruit. Tanaman ini berasal dari india bagian selatan yang
kemudian menyebar ke daerah tropis lainnya termasuk Indonesia yang bijinya
berbentuk bulat lonjong sampai jorong agak gepeng, sampai 2 – 4 cm
berturut– turut tertutup oleh kulit biji yang tipis coklat seperti kulit [5].
Nangka dapat berbuah sepanjang tahun, tetapi produksi buah tertinggi
dicapai sekitar bulan Oktober sampai Desember. Menurut Singh (1980), hasil
dari satu pohon nangka dapat mencapai 200 sampai 500 buah per tahun.
Biasanya berat buah nangka kira-kira 20 kg, bahkan buah yang besar dapat
mencapai 55 kg.
Buah nangka sangat bervariasi dalam bentuk, ukuran dan mutu, karena
biasanya ditanam dari biji. Tekstur daging buah beraneka ragam dari yang
keras sampai yang lunak. Perbedaan ini yang jadi dasar penggolongan varietas
pohon nangka. Ada dua golongan nangka, yaitu nangka biasa dan nangka
bubur. Nangka biasa daging buahnya keras dan agak kering, sedangka nangka
bubur daging buahnya lunak dan berair [7].
Buah nangka terdiri dari beberapa bagian, yaitu daging buah, kulit,
jerami dan biji nangka. Menurut Siswoputranto (1982), biji nangka banyaknya
kira-kira 5% dari seluruh buah. Hingga saat ini biji nangka belum
termanfaatkan secara sempurna. Tien Muchtadi (1980) melakukan analisa
9
Universitas Sumatera Utara
terhadap komposisi kimia daging nangka, kulit nangka, jerami dan biji
nangka. Hasil analisa tersebut dapat dilihat padaTabel 2.1.
Tabel 2.1 Komposisi Bagian-Bagian Buah Nangka [7]
No.
Komposisi
Daging buah
Jerami
Biji
Kulit
1
Air (%)
80,29
65,12
71,12
79,85
2
Protein (%)
1,91
1,95
2,85
1,41
3
Lemak (%)
1,86
10,00
0,54
0,18
4
Karbohidrat (%)
9,85
9,30
19,23
5,39
5
Serat kasar (%)
1,58
1,94
3,07
5,13
6
Abu (%)
0,69
1,11
1,08
1,50
7
Gula (%)
1,39
1,42
0,11
0,82
8
VRS,meg/1000gr (%)
30,29
22,25
31,77
32,92
9
Vitamin C,mg/100gr (%)
14,21
2,05
0,98
1,71
10
pH (%)
6,14
6,02
5,63
5,67
2.1.2 Biji Nangka
Pada umumnya biji nangka hanya dimanfaatkan dalam bentuk biji
nangka bakar,rebus, dan goreng (Widyastuti, 1993). Gambar biji nangka segar
dapat dilihat pada Gambar 2.2:
Gambar 2.2. Biji Nangka [5]
Kedudukan taksonomi tanaman nangka menurut Rukmana (1997),
adalahsebagai berikut :
Kingdom : Plantae
Divisi : Spermatophyta
Sub-divisi : Angiospermae
Kelas : Dicotyledonae
10
Universitas Sumatera Utara
Ordo : Morales
Famili : Moraceae
Genus :Artocarpus
Spesies :Artocarpus heterophyllus Lamk.
Biji nangka di daerah Jawa biasanya disebut dengan beton yang
enakdirebus.Selain itu dapat pula dibuat kolak, keripik, dodol dan lainlain.Biji nangka ini banyak mengandung zat pati dan zat-zat lain yang
berguna.Kandunganpatinya lebih baik dari ubi rambat, talas, uwi dan
sebagainya.Produktivitas
tanaman
nangka
dapat
menghasilkan
10
buah/pohon/tahun dan produksi buah tertinggi dicapai pada musim panen
bulan Oktober – Desember [5].Biji nangka memiliki kandungan protein,
lemak, karbohidrat, fosfor, kalium, besi, vitamin C, vitamin B1.Adapun
komposisi zat gizi biji nangka dapat dilihat pada Tabel 2.2.
Tabel 2.2 Komposisi Gizi per 100 gram Nangka Muda, Nangka Masak, dan
Biji Nangka [5].
Komponen Gizi
Nangka Muda
Nangka Masak
Biji Nangka
Energi (kkal)
51
106
165
Protein (g)
2,0
1,2
4,2
Lemak (g)
0,4
0,3
0,1
Karbohidrat (g)
11,3
27,6
36,7
Kalsium (mg)
45
20
33
Fosfor (mg)
29
19
200
Besi (mg)
0,5
0,9
1,0
Vitamin A (IU)
25
330
0
Vitamin B1 (mg)
0,07
0,07
0,20
Vitamin C (mg)
9
7
10
Air (g)
85,4
70
57,7
Biji Nangka adalah bahan makanan yang biasa dikonsumsi oleh
masyarakat Indonesia.
Biji Nangka mengandung energi sebesar 165
kilokalori, protein 4,2 gram, karbohidrat 36,7 gram, lemak 0,1 gram, kalsium
33 miligram, fosfor 200 miligram, dan zat besi 1 miligram. Selain itu di
11
Universitas Sumatera Utara
dalam Biji Nangka juga terkandung vitamin A sebanyak 0 IU, vitamin B1 0,2
miligram dan vitamin C 10 miligram.
Tepung biji nangka merupakan tepung hasil olahan dari biji nangka
yang sudah masak di lakukan pencucian, perebusan selama 30 menit
kemudian dilakukan pengupasan kulit arinya, pengirisan dan kemudian
keringkan di oven pada suhu 60- 100°C selama 4 jam untuk menurunkan
kadar air dan dilakukan penggilingan [19]. Biji nangka memiliki kandungan
karbohidrat yang sangat tinggi sehingga bisa diolah sebagai tepung – tepungan
dan bisa digunakan sebagai bahan tambahan atau sebagai bahan baku dalam
pembuatan jenis makanan. Adapun bentuk dari tepung biji nangka bisa dilihat
pada Gambar 2.3.
Gambar 2.3. Tepung Biji Nangka [5]
Kandungan gizi tepung biji nangka menurut pengujian Balai
Penelitiandan Pengembangan Industri dapat dilihat pada Tabel 2.3.
Tabel 2.3 Komposisi Kimia Tepung Biji Nangka (Tiap 100 g) [5]
Komposisi Kimia
Nilai Gizi Tepung Biji Nangka (g)
Air
12,4
Protein
12,19
Lemak
1,12
Serat Kasar
2,74
Abu
3,24
Bahan ekstrak tanpa nitrogen
68,31
Pati
56,21
12
Universitas Sumatera Utara
2.2 BIOETANOL
Bioetanol adalah etanol yang dibuat dari biomassa yang mengandung
komponen pati atau selulosa, seperti singkong dan tetes tebu.Bioetanol merupakan
bahan bakar alternatif untuk menggantikan bensin [12]. Dalam dunia industri,
etanol umumnya digunakan sebagai bahan baku industri turunan alkohol,
campuran untuk minuman keras (seperti sake atau gin), serta bahan baku farmasi
dan kosmetika [2]. Secara umum bahan-bahan tersebut dapat dibagi dalam tiga
golongan yaitu:
1) Bahan yang mengandung turunan gula (molases, gula tebu, gula bit, sari buah
anggur, dan sari buah lainnya),
2) Bahan-bahan yang mengandung pati biji-bijian, kentang, dan tapioka), dan
3) Bahan yang mengandung selulosa (kayu, dan beberapa limbah pertanian
lainnya).
Selain dari ketiga jenis bahan tersebut diatas etanol juga dapat dibuat dari
bahan bukan dari hasil pertanian tetapi dari bahan yang merupakan hasil proses
lain. Sebagai contohnya adalah etilen. Bahan-bahan yang mengandung
monosakarida langsung dapat difermentasi, akan tetapi disakarida, pati maupun
karbohidrat kompleks harus dihidrolisis terlebih dahulu menjadi komponen yang
sederhana yaitu monosakarida [13].
Ciri khas bioetanol adalah berbentuk cairan yang tidak berwarna dengan bau
khas, dapat melarutkan zat organik, mudah menguap, titik didih 780C, berat
molekul 46,07 panas penguapan 204 kal/gr. Adapun sifat fisika etanol dapat di
lihat pada tabel 2.4:
13
Universitas Sumatera Utara
Tabel 2.4 Sifat Fisika dari Etanol [14]
No.
Sifat Fisik Etanol
1.
Rumus Molekul
2.
Massa Molekul Relatif
3.
Titik didih normal
4.
Titik beku
5.
Dentitas pada 20 0C
0,7893 gr/ml
6.
Kelarutan dalam air 20 0C
Sangat larut
7.
Viskositas pada 20 0C
1,17 Cp
8.
Kalor spesifik 20 0C
0,579 kal/g °C
9.
Kalor pembakaran 25 0C
10.
Indeks bias
CH3CH2OH
46,07 gr/mol
78,32°C
-114,1°C
7092,1 kal/g
1,36
Tabel 2.5 Standar Mutu Etanol [14]
Spesifikasi
Satuan
Jumlah
Berat Molekul
Gr/mol
46,07
Density
Gr/ml
0,7894
Indeks Bias
-
1,3614
Melting Point
0
-112
Titik Didih
0
78,4
Titik Nyala
0
17
Viscositas
Cp
1,17
C
C
C
Seperti yang diketahui, terdapat tiga klasifikasi mengenai etanol, yaitu:
1. Klasifikasi berdasarkan bahan baku serta prosesnya
a. Etanol nabati: Secara mikrobiologis menggunakan bahan baku berpati
(jagung, ubi kayu dan umbi-umbian lain),serta bahan yang mengandung
gula (molasses, tebu, sweet sorghum, aren, dan jenis palem lainnya) dan
bahan berserat (onggok, jerami, dan sekam, tongkol jagung, ampas tebu,
dan kulit kakao).
14
Universitas Sumatera Utara
b. Etanol sintesis: Secara sintesis menggunakan bahan baku antara lain
minyak mentah, gas. Saat ini produksi etanol sintesis kurang dari 5% dari
total produksi.
2. Klasifikasi berdasarkan kandungan air
a. Etanol 95-96%(alkohol prima super, prima I, dan alkohol prima II)
disebut “etanol hidrat” yang dibagi dalam :
•
Technical/raw spit grade, digunakan untuk bahan bakar spirtus,
minuman , desinfektan dan pelarut
•
Industrial grade, digunakan untuk bahan baku industri pelarut
•
Portable grade, untuk minuman berkualitas tinggi.
b. Etanol 99,5%(anhydrous etanol) dengan kandungan air 0,05%,
digunakan untuk bahan bakar. Jika dimurnikan lebih lanjut dapat
digunakan untuk
keperluan
farmasi
dan
pelarut
di laboratorium
analisis. Etanol ini disebut fuel grade ethanol (FGE) atau anhydrous
ethanol (etanol anhidrat) atau etanol kering, yakni etanol yang bebas
air atau hanya mengandung air minimal.
3. Klasifikasi menurut pemanfaatannya
a. Untuk industry (industrial grade), sebagai pelarut pada pembuatan
vernis, minyak wangi, iodium tincture dan spirtus ; di laboratorium
digunakan sebagai pelarut senyawa bersifat polar; di bidang kedokteran
sebagai bahan baku pembuatan chloroform.
b. Untuk minuman beralkohol (portable grade).
c. Untuk bahan bakar (fuel grade etanol) [14].
Secara umum etanol atau etil alkohol dapat dibuat dari suatu pati/ tepung,
molase dan serat dan di Indonesia bahan nabati tersebut adalah sangat
melimpah.Pati banyak terdapat pada tanaman umbi-umbian dan biji-bijian.
Adapun reaksi yang sering digunakan adalah proses enzimatis atau dengan asam
pemecahan pati (polisakarida) menjadi monosakarida melalui suatu hidrolisis.
Bahan baku bioetanol sebagai berikut:
1. Bahan berpati, berupa singkong atau ubi kayu, ubi jalar, tepung sagu, biji
jagung, biji sorgum, gandum, kentang, ganyong, garut, dan umbi dahlia.
15
Universitas Sumatera Utara
2. Bahan bergula, berupa molasses (tetes tebu), nira tebu, nira kelapa, nira
batang sorgum manis, nira aren (enau), nira nipah, gewang, dan nira
lontar.
3. Bahan berselulosa, berupa limbah logging, limbah pertanian seperti jerami
padi, ampas tebu, janggel (tongkol) jagung, onggok (limbah tapioka),
batang pisang, serbuk gergaji (grajen), dan lain-lain [15].
Etanol atau alkohol dimanfaatkan untuk berbagai keperluan, antara lain:
1) Bahan baku industri atau senyawa kimia, contoh: industri minuman
beralkohol, industri asam asetat dan asetaldehid.
2) Pelarut dalam industri, contoh: industri farmasi, kosmetika dan plastik.
3) Bahan desinfektan, contoh: peralatan kedokteran, rumah tangga dan peralatan
di rumah sakit.
4) Bahan baku motor.
Etanol atau etil alkohol yang di pasaran lebih dikenal sebagai alkohol
merupakan senyawa organik dengan rumus kimia C2H5OH.Dalam kondisi kamar,
etanol berwujud cairan yang tidak berwarna, mudah menguap, mudah terbakar,
mudah larut dalam air dan tembus cahaya.Etanol adalah senyawa organik
golongan alkohol primer.Sifat fisik dan kimia etanol bergantung pada gugus
hidroksil.Faktor-faktor yang dapat mempengaruhi jumlah etanol yang dihasilkan
dari fermentasi adalah mikroorganisme dan media yang digunakan, adanya
komponen media yang dapat menghambat pertumbuhan serta kemampuan
fermentasi mikroorganisme dan kondisi selama fermentasi.Selain itu, hal-hal yang
perlu diperhatikan selama fermentasi adalah pemilihan khamir, konsentrasi gula,
keasaman, ada tidaknya oksigen dan suhu dari perasan buah.Pemilihan sel khamir
didasarkan pada jenis karbohidrat yang digunakan sebagai medium untuk
memproduksi
alkohol
dari
pati
dan
gula
digunakan
Saccharomyces
cerevisiae.Proses fermentasi sama dengan pH optimum untuk proses pertumbuhan
khamir yaitu pH 4,0-4,5.
Etanol dihasilkan dari gula yang merupakan hasil aktivitas fermentasi sel
khamir.Khamir yang baik digunakan untuk menghasilkan etanol adalah dari genus
Saccharomyces. Kriteria pemilihan khamir untuk produksi etanol adalah
mempunyai laju fermentasi dan laju pertumbuhan cepat, perolehan etanol banyak,
16
Universitas Sumatera Utara
tahan terhadap konsentrasi etanol dan glukosa tinggi, tahan terhadap konsentrasi
garam tinggi, pH optimum serta fermentasi rendah, temperatur optimum
fermentasi sekitar 25-30 tahan terhadap stress fisika dan kimia [16].
2.3 Proses Pembuatan Bioetanol
Secara umum, keseluruhan proses pembuatan bioetanol meliputi tiga
tahapan, yaitu persiapan bahan baku, fermentasi dan pemurnian.Setiap tahapan
mempengaruhi keberhasilan tahapan berikutnya. Dan untuk setiap bahan baku
berbeda biasanya akan berbeda pada tahap persiapan bahan baku dan kondisi
prosesnya. Penelitian ini menggunakan rancangan variasi jumlah ragi dan lama
fermentasi [19].
2.3.1 Tahap Persiapan Bahan Baku
Bahan baku bioetanol bisa diperoleh dari berbagai tanaman yang
menghasilkan gula dan tepung. Pada tahap persiapan, bahan baku berupa padatan
harus dikonversi terlebih dahulu menjadi larutan gula sebelum akhirnya
difermentasi untuk menghasilkan etanol, sedangkan bahan yang sudah berbentuk
larutan gula dapat langsung difermentasi. Bahan padatan dikenai perlakuan
pengecilan ukuran dan tahap pemasakan.
Tahap pemasakan bahan meliputi liquifikasi dan sakarifikasi. Pada tahap
ini, tepung dikonversi menjadi gula melalui proses pemecahan menjadi gula
kompleks. Pada tahap liquifikasi dilakukan penambahan air dan enzim alfaamilase. Proses dilakukan pada suhu 80 - 90oC berakhir nya proses liquifikasi
ditandai dengan parameter cairan seperti sup. Tahap sakarifikasi dilakukan pada
suhu 50 - 60oC. Enzim yang ditambahkan pada tahap ini adalah enzim
glukoamilase. Pada tahap sakarifikasi akan terjadi pemecahan gula kompleks
menjadi gula sederhana.
Perlakuan sebelum proses fermentasi alkohol yaitu mengupayakan
konsentrasi gulanya menjadi 15 % atau 20 %. Untuk memenuhi kebutuhan nutrisi,
maka ditambahkan amonium sulfat, sedangkan untuk menurunkan pH-nya
digunakan asam sulfat.Saccharomyces cerevisiae merupakan khamir yang umum
digunakan dalam industri fermentasi etanol.Biasanya khamir yang digunakan
17
Universitas Sumatera Utara
sebanyak 5 % dari volume. Proses fermentasi membutuhkan waktu sekitar 28 - 72
jam, tetapi biasanya 44 jam untuk menghasilkan etanol dengan konsentrasi 8 –
10% dengan suhu optimum berkisar 32 – 33oC [2].
2.3.2
Tahap Fermentasi
Tahap fermentasi merupakan tahap kedua dalam proses produksi
bioetanol. Pada tahap ini terjadi proses pemecahan gula-gula sederhana menjadi
etanol dengan melibatkan enzim dan ragi. Fermentasi dilakukan pada kisaran suhu
27 - 32oC.pada tahap ini akan dihasilkan gas CO2 sebagai produk sampingan dan
sludge sebagai limbahnya. Gas CO2 yang dihasilkan memiliki perbandingan
stoikiometri yang sama dengan etanol yang dihasilkan yaitu 1 : 1. Setelah melalui
proses pemurnian, gas CO2 dapat digunakan sebagai bahan baku gas dalam
pembuatan minuman berkarbonat [17].
Fermentasi merupakan tahap paling kritis dalam produksi etanol. Semua
sumber bahan baku, yaitu sumber gula, pati dan serat, setelah menjadi gula,
prosesnya sama yaitu fermentasi. Fermentasi merupakan proses biokimia di mana
mikroba yang berperanan dalam fermentasi akan menghasilkan enzim yang
mampu mengonversi substrat menjadi etanol [14]. Proses pertumbuhan mikroba
merupakan tahap awal proses fermentasi yang dikendalikan terutama dalam
pengembangan inokulum agar dapat diperoleh sel yang hidup. Pengendalian
dilakukan dengan pengaturan kondisi medium, komposisi medium, suplai O2, dan
agitasi.Bahkan jumlah mikroba dalam fermentor juga harus dikendalikan sehingga
tidak terjadi kompetisi dalam penggunaan nutrisi.Nutrisi dan produk fermentasi
juga perlu dikendalikan, sebab jika berlebih nutrisi dan produk metabolit hasil
fermentasi tersebut dapat menyebabkan inhibisi dan represi.Pengendalian
diperlukan karena pertumbuhan biomassa dalam suatu medium fermentasi
dipengaruhi banyak factor baik ekstraselular maupun faktor intraselular [23].
Dengan kata lain,fermentasi adalah perubahan struktur kimia dari bahanbahan organik dengan memanfaatkan agen-agen biologis terutama enzim sebagai
biokatalis. Produk fermentasi dapat digolongkan menjadi 4 jenis, yaitu:
1) produk biomassa
2) produk enzim
18
Universitas Sumatera Utara
3) produk metabolit
4) produk transformasi
Dalam
bioproses
fermentasi
memegang
peranan
penting
karena
merupakan kunci (proses utama) bagi produksi bahan-bahan yang berbasis
biologis. Bahan-bahan yang dihasilkan melalui fermentasi merupakan hasil-hasil
metabolit sel mikroba,misalnya antibiotik, asam-asam organik, aldehid, alkohol,
fussel oil, dan sebagainya [23]. Adapun faktor-faktor yang mempengaruhi
fermentasi alkohol yang perlu diperhatikan, karena tanpa adanya kondisi optimal
maka alkohol yang dihasilkan juga tidak akan maksimum.
1. Suhu fermentasi
Suhu
berpengaruh
terhadap
aktivitas
enzim
serta
dapat
pula
mengurangihasilalkohol karena proses penguapan.
2. pH
Keasaman atau pH optimum untuk proses fermentasi antara 4,0 – 5,0. Pada
keasaman di bawah 3,0, proses fermentasi akan berkurang kecepatannya (Presscot
dan Dunn, 1959). Menurut Rehn dan Reed (1983), khamir sanggup tumbuh dan
efisien untuk fermentasi etanol pada pH 3,5 sampai 6,0 dengan temperatur 28 –
35oC.
3. Oksigen
Khamir tumbuh terbaik pada kondisi aerob, tetapi ada beberapa jenis dapat
tumbuh pada kondisi anaerob, dimana proses respirasi digantikan dengan proses
fermentasi. Jumlah oksigen yang dibutuhkan substrat untuk beberapa jenis khamir
berkisar antara 2 – 30 ppm.Oksigen dapat menghambat proses fermentasi. Jika
kadar oksigen cukup tinggi maka dalam sel khamir akan terjadi metabolisme
aerob atau respirasi. Pada proses respirasi, asam piruvat akan dioksidasi menjadi
karbon dioksida dan air. Jika terdapat bakteri dari genus Acetobacter, maka etanol
akan diubah menjadi asam asetat.
4. Media fermentasi
Proses fermentasi adalah pembentukan etanol dan karbon dioksida dari
glukosa dengan bantuan khamir. Higgins et al. (1984) menyatakan bahwa
konsentrasi gula yang paling baik untuk proses fermentasi adalah 16 - 25%,
dimana akan menghassilkan etanol sebesar 6 - 12%. Konsentrasi gula di atas 25%
19
Universitas Sumatera Utara
memperlambat fermentasi sedangkan di atas 70% proses fermentasi akan terhenti.
Hal ini disebabkan adanya tekanan osmotik. Jika konsentrasi gula dalam substrat
terlalu tinggi maka etanol yang terbentuk akan menghambat aktivitas khamir,
sehingga waktu fermentasi menjadi lebih lama dan efisiensi menjadi rendah,
karena tidak semua gula dikonversi menjadi etanol. Konsentrasi gula yang terlalu
rendah menjadikan proses tidak ekonomis, karena penggunaan fermentor tidak
efisien.Presscot dan Dunn (1959) mengatakan, pada proses fermentasi anggur,
jika konsentrasi terlalu tinggi maka akan dihasilkan kandungan asam
menguapyang meningkat. Sedangkan konsentrasi gula terlalu rendah maka akan
menghasilkan asetaldehid, gliserol, dan asam-asam mudah menguap lainnya [7].
Kemampuan mikroorganisme untuk tumbuh dan mensintesis produk pada
suatu lingkungan ditentukan oleh susunan genetik organisme tersebut. Maka
dalam melakukan proses fermentasi haruslah diperhatikan. Keberhasilan
pengembangan proses fermentasi, pertama bergantung kepada perolehan strain
yang baik, mengusahakan penciptaan efek parameter lingkungan terhadap
pertumbuhan sel dan pembentukan produk, adapun reaksi fermentasi yaitu [1]:
Asam
(C6H5O6)n + nH2O
nC6H12O6
(Pati)
(C6H12O6)n
(Glukosa)
yeast (ragi)
2C2H5OH + 2CO2
(Glukosa)
(Ethanol)
Pada percobaan ini digunakan glukosa sebagai substrat utama.Hal
inidisebabakan struktur model glukosa yang sederhana sehingga mudah
digunakan oleh Saccharomycess cereviceae. Glukosa digunakan sebagai sumber
energi dan sumber karbon yang digunakan untuk membentuk material penyusun
sel baru.Glukosa disebut juga reducing sugar sehingga pemanfaatannya oleh
Saccharomycess cereviceae dilakukan dengan mengoksidasi glukosa yaitu dengan
cara pemutusan ikatan rangkap pada gugus karbonil glukosa. Media yang
digunakandi dalam fermentasi harus memenuhi syarat-syarat sebagai berikut:
1) Mengandung
nutrisi
yang
dibutuhkan
bagi
pertumbuhan
sel
Saccharomycesscereviceae.
2) Mengandung nutrisi yang dapat digunakan sebagai sumber energi bagi sel
Saccharomycess cereviceae.
20
Universitas Sumatera Utara
3) Tidak mengandung zat yang menghambat pertumbuhan sel.
4) Tidak terdapat kontaminan yang dapat meningkatkan persaingan dalam
penggunaan substrat.
Oleh karena itu, selain glukosa, ke dalam medium fermentasi juga
ditambahkanzat-zat lain yang berfungsi sebagai sumber makronutrien dan
mikronutrien serta faktor pertumbuhan.Proses pertumbuhan mikroba sangat
dinamik dan kinetikanya dapat digunakanuntuk meramal produksi biomassa
dalam suatu proses fermentasi.
Faktor utama yang mempengaruhi pertumbuhan dan perilaku mikroba dapat
digolongkan dalam faktor intraseluler dan faktor ekstraselular.Faktor intraselular
meliputi struktur, mekanisme, metabolisme, dan genetika.Sedangkan faktor
ekstraselular meliputi kondisi lingkungan seperti pH, suhu, tekanan.Proses
pertumbuhan mikroba merupakan proses yang memiliki batas tertentu.Pada saat
tertentu,
setelah
melewati
tahap
minimum,
mikroba
akan
mengalami
fasakematian. Faktor-faktor yang dapat menyebabkan berhentinya pertumbuhan
mikrobaantara lain:
1) Penyusutan
konsentrasi
nutrisi
yang dibutuhkan
dalam
pertumbuhan
mikrobakarena habis terkonsumsi.
2) Produk akhir metabolisme yang menghambat pertumbuhan mikroba karena
terjadinya inhibisi dan represi [23].
Khamir memiliki sekumpulan enzim yang diketahui sebagai zymase yang
berperanan pada fermentasi senyawa gula, seperti glukosa menjadi etanol (etil
alkohol) dan karbon dioksida. Proses fermentasi alkohol hanya dapat terjadi
apabila terdapat sel-sel khamir. Cepat lambatnya khamir juga dapat dipengaruhi
oleh beberapa faktor diantaranya adalah formulasi media yang digunakan sebagai
proses pengembangbiakan, inokulum, tahapan fermentasi dan ketersediaan
substrat yang cukup [18].
Perlakuan sebelum proses fermentasi alkohol yaitu mengupayakan
konsentrasi gulanya menjadi 15 % atau 20 %. Untuk memenuhi kebutuhan nutrisi,
maka ditambahkan amonium sulfat, sedangkan untuk menurunkan pH-nya
digunakan asam sulfat.Saccharomyces cerevisiae merupakan khamir yang umum
digunakan dalam industri fermentasi etanol.Biasanya khamir yang digunakan
21
Universitas Sumatera Utara
sebanyak 5 % dari volume. Proses fermentasi membutuhkan waktu sekitar 28 - 72
jam, tetapi biasanya 44 jam untuk menghasilkan etanol dengan konsentrasi 8 –
10% dengan suhu optimum berkisar 32 – 33oC [17].
2.3.3
Tahap Pemurnian
Tahap berikutnya adalah pemurnian etanol.Tahap ini dilakukan melalui
metode destilasi.Destilasi dilakukan pada suhu diatas titik didih etanol murni,
yaitu pada kisaran 78 – 100oC.Produk yang dihasilkan pada tahap ini memiliki
kemurnian hingga 96 %. Akan tetapi, sebelum memasuki tahap pemurnian
dilakukan pemisahan etanol dengan sludge yang diperoleh dari hasil fermentasi
etanol yang dihasilkan. Salah satu pemanfaatan limbah sludge yang telah berhasil
dilakukan yaitu pengolahan sludge menjadi pupuk kalium majemuk dengan kadar
kalium 40 %.
Dengan memanaskan larutan pada suhu rentang 78-100oC akan
mengakibatkan sebagian besar etanol menguap dan melalui unit kondensasi akan
bisa dihasilkan etanol dengan konsentrasi 95% volume [13]. Adapun proses
lanjutan dalam pemurnian fermentasi tersebut yaitu proses Destilasi merupakan
proses pemisahan dan pemurnian produk dari hasil fermentasi etanol, Proses
destilasi dilakukan dengan cara mendidihkan campuran etanol dan air. Etanol
mempunyai titik didih yang lebih rendah (780C) dibandingkan air (1000C)
sehingga etanol akan menguap terlebih dahulu dibandingkan air, dan selanjutnya
uap etanol dikondensasi.
Hasil fermentasi selanjutnya didestilasi untuk memisahkan etanol dengan
larutan lainnya.Maiorella (1984) menyatakan bahwa pemurnian etanol merupakan
bagian yang memerlukan banyak energy. Sekitar 50% energi total fermentasi
digunakan untuk proses destilasi.Cairan hasil fermentasi mengandung sekitar 6,512% v/v etanol. Untuk mendapatkan etanol 95% v/v perlu dilakukan pemekatan
pada kolom konsentrasi dalam unit destilasi. Destilasi merupakan proses
pemisahan campuran antara dua atau lebih cairan berdasarkan perbedaan fase-fase
antara dua cairan, yaitu volatilitas relative dan perbedaan titik didih.
Destilasi dilaksanakan dalam praktek menurut salah satu dari dua metode
utama. Metode pertama didasarkan atas pembuatan uap dengan mendidihkan
22
Universitas Sumatera Utara
campuran zat cair yang akan dipisahkan dengan pengembunan (kondensasi) uap
tanpa ada zat cair yang kembali kedalam bejana didih. Jadi tidak ada refluks.Zat
yang memiliki titik didih lebih rendah akan menguap lebih dahulu. Proses
destilasi yang digunakan dalam memisahkan etanol dengan air adalah destilasi
sederhana. Pada hasil fermentasi yang mengandung etanol 10% proses destilasi
sederhana pada suhu 79-820C akan menghasilkan kadar etanol 60-70% jadi untuk
menaikkan kadar etanol sampai 95% ke atas diperlukan destilasi berulang-ulang.
Cairan yang mengandumg etanol apabila dipanaskan akan menghasilkan uap yang
mengandung etanol lebih tinggi.
Destilasi merupakan suatu metode pemisahan bahan kimia berdasarkan
perbedaan
kemudahaan
menguap
(volatilitas)
bahan.Dalam
penyulingan,
campuran zat dididihkan sehingga menguap dan uap ini kemudian didinginkan
sehingga kembali kedalam bentuk cair. Zat yang memiliki titik didih lebih rendah
akan menguap lebih dulu. Metode ini termasuk unit operasi kimia jenis
perpindahan massa. Penerapan proses ini berdasarkan pada teori bahwa pada
suatu larutan, masing-masing komponen akan menguap pada titik didihnya.
Bahan yang akan didestilasikan pada drum pemasakan tidak boleh penuh,
melainkan harus menyediakan sedikitnya 10% ruang kosong dari kapasitas penuh
drum pemasakan [18].
Macam-macam metode destilasi antara lain:
1) Destilasi Sederhana, prinsipnya memisahkan dua atau lebih komponen cairan
berdasarkan perbedaan titik didih yang jauh berbeda.
2) Destilasi Fraksionasi (Bertingkat), sama prinsipnya dengan destilasi sederhana,
hanya destilasi bertingkat ini memiliki rangkaian alat kondensor yang lebih
baik, sehingga mampu memisahkan dua komponen yang memiliki perbedaan
titik didih yang berdekatan.
3) Destilasi
Azeotrop
dilakukan
untuk
memisahkan
campuran
azeotrop
(campuran dua atau lebih komponen yang sulit dipisahkan), biasanya dalam
prosesnya digunakan senyawa lain yang dapat memecah ikatan azeotrop
tersebut, atau dengan menggunakan tekanan tinggi.
23
Universitas Sumatera Utara
4) Destilasi Kering dilakukan dengan memanaskan material padat untuk
mendapatkan fasa uap dan cairnya. Biasanya digunakan untuk mengambil
cairan bahan bakar dari kayu atau batu bata.
5) Destilasi Vakum dilakukan untuk memisahkan dua komponen yang titik
didihnya sangat tinggi, metode yang digunakan adalah dengan menurunkan
tekanan permukaan lebih rendah dari 1 atm, sehingga titik didihnya juga
menjadi rendah [18].
2.3.4
Parameter pengujian
Untuk mengetahui pengaruh kondisi S.cerevisiae yang telah diadaptasi
terhadap proses fermentasi yang menghasilkan bioetanol maka dilakukan uji-uji
untuk mengetahui hasil bioetanolnya :
1)
Jumlah Bioetanol (ml)
Jumlah alkohol yang dihasilkan dapat diketahui dengan mengukur
banyaknya bioetanol yang dihasilkan melalui proses penyulingan menggunakan
alat destilasi menggunakan erlenmeyer dan gelas ukur.
2)
Indeks bias
Indeks bias pada medium didefinisikan sebagai perbandingan antara
kecepatan cahaya dalam ruang hampa udara dengan cepat rambat cahaya pada
suatu medium [18].Pembiasan itu sendiri terjadi akibat perubahan kecepatan
cahaya ketika melewati 2 media yang berbeda. Semakin tinggi nilai indeks
biasnya, akan membuat lensa kaca mata menjadi lebih tipis. Indeks bias mutlak
suatu bahan adalah perbandingan kecepatan cahaya diruang hampa dengan
kecepatan cahaya dibahan tersebut.
3)
Berat Jenis
Berat jenis adalah konstanta tetapan bahan tergantung pada suhu untuk
tubuh padat, cair, dan bentuk gas yang homogen. Berat jenis didefinisikan sebagai
massa suatu bahan per satuan volume bahan tersebut. Bentuk persamaannya
adalah sebagai satuan dari berat jenis adalah (kg/dm3, g/cm3, atau g/ml. g/liter).
24
Universitas Sumatera Utara
4)
Spesific Grafitydan API Grafity
Spesific Grafity dan API Grafity adalah suatu pernyataan yang menyatakan
densitas atau berat persatuan volume dari suatu bahan. Hubungan antara Spesific
Grafity (sg) dan API Grafity (G), adalah sebagai berikut: [15]
141,5
− 131,5
sg
141,5
sg =
G + 131,5
G=
(2.1)
Besarnya harga API grafity berkisar dari 0 – 100, sedangkan spesific grafity
merupakan harga relatif dari densitas suatu bahan terhadap air. Hubungan antara
densitas, spesific grafity.
5)
Uji Kualitatif
Uji etanol dapat dilakukan dengan cara kualitatif dan kuantitatif. Uji
kualitatif dilakukan dengan analisa K2Cr2O7 dan H2SO4, analisa KMnO4, analisa
bakar.
2.4
RAGI
Ragi yang digunakan dalam fermentasi ini merupakan ragi tape.Ragi tape
merupakan populasi campuran mikroba yang terdapat beberapa jenis yaitu genus
Aspergillus, genus Saccharomyces, genus Candida, genus Hansnula, sedang
bakterinya adalah Acetobacter.Aspergillus dapat menyederhanakan amilum,
sedangkan Saccharomyces, Candida dan Hansnula dapat menurunkan gula
menjadi alkohol dan bermacam-macam zat organik lainnya.Acetobacter
mengubah alkohol menjadi cuka. Secara fisiologis, ragi mempunyai persamaan
yaitu menghasilkan fermen atau enzim-enzim yang dapat mengubah substrat
menjadi bahan lain dengan mendapat keuntungan berupa energi. Adapun substrat
yang diubah berbeda-beda.
Ragi tape sebenarnya adalah berupa mikroba Saccharomyces Cerevisiae
yang dapat mengubah karbohidrat. Sedang jamur yang ada dalam ragi tape adalah
jenis Aspergillus. Ragi tape merupakan inokulan yang mengandung kapang
aminolitik dan khamir yang mampu menghidrolisis pati.Kapang tersebut adalah
Amilomyces rouxii, sedangkan khamir tersebut adalah Saccharomyces. Adapun
25
Universitas Sumatera Utara
mikroflora yang berperan pada ragi tape adalah jenis Candida, Endomycopsis,
Hansnula, Amilomyces rouxii dan Aspergillus Orizae.Beberapa keuntungan hasil
fermentasi terutama adalah asam asetat dan alkohol dapat mencegah pertumbuhan
mikroba yang beracun di dalam pakan misalnya Clostridium botulinum.Ragi yang
bersifat katabolik atau memecah komponen yang kompleks menjadi zat yang
lebih sederhana sehingga lebih mudah dicerna. [21]
Gambar 2.4 Kurva Pertumbuhan Mikroba
Bakteri dapat tumbuh dan berkembang biak dengan cepat bila dalam
keadaan yang menguntungkan dapat diliat dari gambar 2.4 kurva pertumbuhan
mikroba. Pertumbuhan bakteri dapat dibagi menjadi empat fase, yaitu:
1. Fase Adaptasi (Lag Phase)
Merupakan periode penyesuaian diri bakteri terhadap lingkungan dan
lamanya mulai dari satu jam hingga beberapa hari. Lama waktu ini tergantung
pada macam bakteri, umur biakan, dan nutrien yang terdapat dalam medium yang
disediakan. Pada fase ini bakteri beradaptasi dengan lingkungan, belum mampu
mengadakan pembiakan, terapi metabolisme sel bakteri meningkat dan terjadi
perbesaran ukuran sel bakteri.
2. Fase Pertumbuhan (Log Phase)
Fase ini merupakan periode pembiakan yang cepat dan merupakan periode
yang didalamnya dapat teramati ciri khas sel-sel yang aktif.Selama fase ini
pembiakan bakteri berlangsung cepat, sel-sel membelah dan jumlahnya meningkat
26
Universitas Sumatera Utara
secara logaritma sesuai dengan pertambahan waktu, beberapa bakteri pada fase ini
biasanya menghasilkan senyawa metabolit primer, seperti karbohidrat dan
protein.Pada kurva, fase ini ditandai dengan adanya garis lurus pada plot jumlah
sel terhadap waktu.
3. Fase Stasioner (Stationer Phase)
Fase ini merupakan suatu keadaan seimbang antara laju peryumbuhan
dengan laju kematian, sehingga jumlah keseluruah bakteri yang hidup akan tetap.
Beberapa bakteri biasanya menghasilkan senyawa metabolit sekunder seperti
antibiotika dan polimer pada fase ini.
4. Fase Kematian (Death Phase)
Pada fase ini, laju kematian bakteri melampaui laju pembiakan bakteri.Hal
ini disebakan karena habisnya jumlah makanan dalam medium sehingga
pembiakan bakteri terhenti dan keadaan lingkungan yang jelek karena semakin
banyaknya hasil metabolit yang tidak berguna dan mengganggu pertumbuhan
bakteri [22].
27
Universitas Sumatera Utara