BAB 2 TINJAUAN PUSTAKA

BAB 2

TINJAUAN PUSTAKA

2.1 Tandan Kosong Kelapa Sawit (TKS)

Tandan kosong kelapa sawit merupakan limbah utama berligniselulosa yang belum termanfaatkan secara optimal dari industri pengolahan kelapa sawit. Basis satu ton tandan buah segar akan dihasilkan minyak sawit kasar sebanyak 0,21 ton (21%) , minyak inti sawit sebanyak 0,05 ton (0,5%) dan sisanya merupakan limbah dalam bentuk tandan kosong, serat dan cangkang biji yang masing – masing sebanyak 0,23 ton (23%), 0,135 ton (13,5%) dan 0,055 ton (5,5%) (Darnoko, 1992).

Padahal tandan kosong kelapa sawit berpotensi untuk dikembangkan menjadi barang yang lebih berguna, salah satunya menjadi bahan baku bioetanol. Hal ini karena tandan kosong kelapa sawit banyak mengandung selulosa yang dapat dihirolisis menjadi glukosa kemudian difermentasi menjadi bioetanol. Kandungan selulosa yang cukup tinggi yaitu sebesar 45% menjadikan kelapa sawit sebagai prioritas untuk dimanfaatkan sebagai bahan baku pembuatan bioetanol (Aryafatta, 2008).

Selama ini pengolahan/pemanfaatan TKS oleh PKS masih sangat terbatas yaitu dibakar dalam incinerator, ditimbun (open dumping), dijadikan mulsa di perkebunan kelapa sawit, atau diolah menjadi kompos. Namun karena adanya beberapa kendala seperti waktu pengomposan yang cukup lama sampai 6 – 12 bulan, fasilitas yang harus disediakan, dan biaya pengolahan TKS tersebut. Maka cara – cara tersebut kurang diminati oleh PKS. Selain jumlah yang melimpah juga karena kandungan selulosa tandan kelapa sawit yang cukup tinggi yaitu sebesar 45 % (Aryafatta, 2008). TKS cocok dikembangkan sebagai bahan baku pembuatan bioetanol. Sehingga ketika diolah menjadi bioetanol dapat menghasilkan rendemen yang cukup besar sehingga harga jual bioetanol yang dihasilkan dapat lebih murah.Adapun komposisi TKS adalah sebagai berikut :

Universitas Sumatera Utara

Tabel 2.1. Komposisi Tandan Kosong Kelapa Sawit (TKS)

Komposisi TKS

Dasar Kering (%)

Selulose

45,95

Hemiselulase

22,84

Lignin

16,49

Abu

1,23

N

0,53

Minyak

2,41

2.2 Selulosa

Selulosa adalah polimer tak bercabang dari glukosa yang dihubungkan melalui ikatan beta 1,4 atau 1,4 beta glukosidase. Molekul lurus dengan unit glukosa rata- rata sebanyak 5000 ini beragregasi membentuk fibril yang terikat melalui ikatan hidrogen di antara gugus hidroksil pada rantai di sebelahnya. Serat selulosa yang mempunyai kekuatan fisik yang tinggi terbentuk dari fibril-fibril ini, tergulung seperti spiral dengan arah-arah yang berlawan menurut satu sumbu.

Selulosa merupakan jenis polisakarida yang paling melimpah pada hampir setiap struktur tanaman. Kandungan selulosa kayu berkisar 48 – 50%, pada bagas berkisar antara 50 – 55% dan pada tandan kosong kelapa sawit sekitar 45%. Selulosa dapat dihidrolisis dengan asam kuat maupun dengan enzim selulase. Selain itu juga bisa dihidrolisis oleh mikroba seprti bakteri dan kapang. Hidrolisis sempurna akan menghasilkan glukosa dan hidrolisis tidak sempurna menghasilkan disakarida berupa selobiosa (Winarno, 1980). Hasil hidrolisis ini dapat dikonversi menghasilkan etanol dan asam asetat.Selulosa adalah salah satu komponen utama dari ligniselulosa yang terdiri dari unit monomer D-glukosa yang terikat pada ikatan 1,4-glikosidik. Selulosa cenderung membentuk mikrofibril melalui ikatan inter dan intra molekuler sehingga memberikan struktur yang larut. Mikrofibril selulosa terdiri dari 2 tipe, yaitu kristalin dan amorf. (Trisanti Anindyawati,2009).


Adapun struktur selulosa dapat dilihat dibawah ini :

Gambar 2.1 Struktur dari Selulosa

2.3 Glukosa

Glukosa adalah suatu aldoheksosa dan sering disebut dekstrosa karena mempunyai sifat dapat memutar cahaya terpolarisasi kearah kanan. Dalam alam glukosa dihasilkan dari reaksi antara karbon dioksida dan air dengan bantuan sinar matahari dan klorofil dalam daun. Proses ini disebut fotosintesis dan glukosa yang terbentuk terus digunakan untuk pembentukan amilum atau selulosa. (Anna Poedjiadi, 1994)

Sebagian besar monosakarida dikenal sebagai heksosa, karena terdiri atas 6-rantai atau cincin karbon. Atom-atom hidrogen dan oksigen terikat pada rantai atau cincin ini secara terpisah atau sebagai gugus hidroksil (OH). Ada tiga jenis heksosa yang penting dalam ilmu gizi, yaitu glukosa, fruktosa, dan galaktosa. Ketiga macam monosakarida ini mengandung jenis dan jumlah atom yang sama, yaitu 6 atom karbon, 12 atom hidrogen, dan 6 atom oksigen. Perbedaannya hanya terletak pada cara penyusunan atom-atom hidrogen dan oksigen di sekitar atom-atom karbon. Perbedaan dalam susunan atom inilah yang menyebabkan perbedaan dalam tingkat kemanisan, daya larut, dan sifat lain ketiga monosakarida tersebut.


CHO

CH2OH

H-C-OH

H

HO-C-H

HO

H

CH2OH H

OH

H

H

OH

OH

H

H

HO

OH

OH

H

H

OH

H

H-C-OH H-C-OH CH2OH D-glukosa

α-D-glukosa

β-D-glukosa

Gambar 2.2 : Struktur dari Glukosa

2.4 Hidrolisis Asam

Hidrolisis merupakan proses pemecahan polisakarida di dalam biomasa ligniselulosa,yaitu selulosa dan hemiselulosa menjadi monomer gula yang dapat dilakukan secara kimia ataupun enzimatis. Dibandingkan proses secara kimia, hidrolisis secara enzimatis lebih menguntungkan karena ramah lingkungan. (Trisanti Anindyawati, 2009).

Didalam metode hidrolisis asam, biomasa ligniselulosa dipaparkan dengan asam pada suhu dan tekanan tertentu selama waktu tertentu, dan menghasilkan monomer gula dari polimer selulosa dan hemiselulosa. Beberapa asam yang umum digunakan untuk hidrolisis asam anntara lain asam sulfat (H2SO4), asam perklorat, dan HCl. Asam sulfat merupakan asam yang paling bannyak diteliti dan dimanfaatkan untuk hidrolisis asam. Hidrolisis asam dapat dikelompokkan menjadi : hidrolisis asam pekat dan hidrolisis asam encer.

Pati merupakan senyawa polisakarida yang terdiri dari monosakarida yang berikatan melalui ikatan oksigen. Monomer dari pati yaitu glukosa yang berikatan dengan ikatan yaitu α(1,4)-glikosidik, yaitu ikatan kimia yang menggabungkan 2 molekul monosakarida yang berikatan kovalen terhadap sesamanya. Pati merupakan zat tepung dari karbohidrat dengan suatu polimer senyawa glukosa yang terdiri dari dua komponen utama, yaitu amilosa dan amilopektin. Polimer linier dari D-glukosa membentuk amilosa dengan α(1,4)-glukosa. Sedangkan polimer


amilopektin adalah terbentuk ikatan α-(1,4)-glukosida dan membentuk cabang pada ikatan α (1,6)-glukosida. http://eckonopianto.blogspot.com/2009/04/pati.html

Gambar 2.3 Struktur dari Pati

Hidrolisis pati dapat dilakukan oleh asam atau enzim. Jika pati dipanaskan dengan asam akan terurai menjadi molekul-molekul yang lebih kecil secara berurutan, dan hasil akhirnya adalah glukosa. (C6H10O5)n Pati

+

nH2O air

nC6H12O6 glukosa

Ada beberapa tingkatan dalam reaksi diatas. Molekul-molekul pati mula-mula pecah menjadi unit-unit rantaian glukosa yang lebih pendek yang disebut dextrin. Dextrin ini dipecah lebih jauh menjadi maltose (dua unit glukosa) dan akhirnya maltose pecah menjadi glukosa. pati

dextrin

maltose

glukosa

(Murdijati Gardjito, 1992).

2.5 Khamir

Khamir (yeast) merupakan jasad renik (mikroorganisme) yang pertama yang digunakan manusia dalam industri pangan. Orang-orang Mesir zaman dahulu telah menggunakan yeast dan proses fermentasi dalam memproduksi minuman beralkohol dan membuat roti lebih dari 5000 tahun yang lalu.


Khamir ini nerupakan mikroorganisme uniseluler yang masuk dalam Kingdom Fungi.Anggota kingdom tersebut lainnya yang membentuk jaringan hifa (miselium) disebut Kapang (mould).Istilah khamir umumnya digunakan untuk bentuk-bentuk menyerupai jamur. Khamir yang sering digunakan pada fermentasi etanol adalah Saccharomyces cereviseae, S. uvarium, Schizosaccharomyces sp., Kluyveromyces sp. (Lackhe, 2002). Khamir yang sangat potensial untuk fermentasi etanol adalah Saccharomyces cereviseae karena memiliki daya konversi menjadi etanol sangat tinggi, metabolismenya sudah diketahui, metabolit utama berupa etanol, CO , dan air dan sedikit menghasilkan metabolit lainnya. Fermentasi ini membutuhkan 2

0

kondisi yang sedikit aerob, pH 4,0 - 4,5, suhu 30 C dan kadar gula 10 – 18% (Frazier dan Westhoff, 1978).

Saccharomyces cerevisiae, merupakan Khamir yang paling popular dalam pengolahan makanan. Khamir ini telah lama digunakan dalam industry wine dan bir. Dlam bidang pangan, khamir digunakan dalam pengembangan adonan roti dan dikenal sebagai ragi roti.(Nur Hidayat, 2006).

2.5.1 Saccharomyces cerevisiae

Ragi (Saccharomyces cerevisiae) adalah mikroorganisme penghasil etanol yang paling dikenal saat ini. Efesiensi fermentasi dapat ditingkatkan dengan cara mengabolisasi sel mikroorganisme yang digunakan. Amobilisasi sel bertujuan untuk membuat sel menjadi tidak bergerak atau berkurang ruang geraknya sehingga sel menjadi terhambat pertumbuhannya dan subtract yang diberikan hanya digunakan untuk menghasilkan produk.(Putra A.E & Surya, R.P, 2006).

Saccharomyces merupakan genus khamir /ragi/yeast memiliki kemampuan mengubah glukosa menjadi alkohol dan CO2.

2.5.1.1 Ciri-ciri spesies Saccharomyces cerevisiae 1. Mikroorganisme bersel Satu 2. Tidak berklorofil 3. Tumbuh baik pada suhu 30oC dan pH 4,8.


4. Mempunyai sifat stabil dan cepat mengadakan adaptasi (http://id.wikipedia.org/wiki/saccharomyces 2.5.1.2 Klasifikasi Saccharomyces cerevisiae 1. Kerajaan

: Fungi

2. Filum

: Ascomycotina

3. Kelas

: Saccharomycetes

4. Ordo

: Saccharomycetales

5. Famili

: Saccharomycetaceae

6. Genus

: Saccharomyces (http://id.wikipedia.org/wiki/saccharomyces)

2.5.2 Faktor-faktor Yang Mempengaruhi Kehidupan Ragi Ada berbagai factor yang mempengaruhi kehidupan ragi, yaitu sebagai berikut : 1. Nutrisi (Zat Gizi) Dalam kegiatannya khamir memerlukan penambahan nutrisi untuk pertumbuhan dan perkembangbiakan, yaitu : a. Unsur C, ada factor karbohidrat b. Unsur N, dengan penambahan pupuk yang mengandung nitrogen,misal ZA, urea, ammonia, dan sebagainya. c. Unsur P, dengan penambahan pupuk fosfat, misal NPK, TSP, DSP, dan sebagainya. d. Mineral-mineral e. Vitamin-vitamin 2. Keasaman (pH) Untuk fermentasi alkohol, khamir memrlukan media denan suasana asam, yaitu anatara pH 4,8 – 5,0. Pengaturan pH dapat dilakukan dengan penambahan asam sulfat jika subtratnya alkalis atau dengan natrium bikarbonat jika subtratnya asam. 3. Suhu Suhu optimum untuk pertumbuhan dan perkembangbiakan adalah 28o - 30oC. Pada waktu fermentasi terjadi kenaikan panas, karena reaksinya eksoterm. Untuk mencegah agar suhu fermentasi tidak naik, perlu pendingin agar dipertahankan tetap 26o – 30oC.


4. Udara Fermentasi alkohol berlangsung secara anaerobic (tanpa udara). Namun demikian udara diperlukan pada proses pembibitan sebelum fementasi untuk perkembangbiakan khamir tersebut.(Nur Hidayat, 2006).

2.5.3 Grafik Pertumbuhan Mikroba Pada fase pertama , yaitu 1 sampai 2 jam setelah pemindahan , bakteri belum mengadakan pembiakan , fase ini disebut fase adaptasi . Kemudian fase kedua dimana jumlah bakteri mulai bertambah sedikit demi sedikit . Selanjutnya fase pembiakan cepat (fase logaritma) , di mana pembiakan bakteripaling cepat . Jika ingin mengadakan piaraan yang cepat tumbuh , maka bakteri didalam fase ini baik sekali untuk dijadikan inokulum . Kemudian fase pembiakan diperlambat , ini disebabkan oleh keadaan medium memburuk , perubahan pH , bertimbun – timbunnya zat kotoran , kecepatan berbiak menjadi berkurang sekali . Kemudian fase dimana jumlah bakteri yang berbiak sama dengan jumlah bakteri yang mati , sehingga kurva penunjukkan garis yang hampir horizontal , disebut fase konstan . Fase terakhir yaitu fase dimana jumlah bakteri yang makin banyak , dan makin melebihi jumlah bakteri yang membelah diri , grafiknya mulai menurun , fase ini disebut fase kematian . Keadaan ini dapat berlangsung beberapa minggu , hal ini bergantung pada spesies dan keadaan medium ( Dwidjoseputro, 1987) .

Gambar 2.4 grafik yang menunjukkan fase-fase pembiakan bakteri


1.fase adaptasi 2. Fase permulaan pembiakan 3. Fase pembiakan cepat 4. Fase pembiakan diperlambat 5. Fase konstan 6. Fase kematian 7. Fase kematian dipercepat ( Dwidjoseputro, 1987) .

2.6. Fermentasi

Fermentasi merupakan kegiatan mikroba pada bahan pangan sehingga dihasilkan produk yang dikehendaki. Mikroba yang umumnya telibat dalam fermentasi adalah bakteri, khamir dan kapang.. Contoh bakteri yang digunakan dalam fermentasi adalah Acetobacter xylimnum pada pembuatan nata de coco, Acetobacter aceti pada pembuatan asam asetat. Contoh khamir dalam fermentasi adalah Saccharomyces cereviseae dalam pembuatan alkohol. (http://ptp2007.wordpress.com/2008/06/19/fermentasi-dan-mikroorganisme-yang terlibat/).

Prinsip dasar fermentasi adalah mengaktifkan kegiatan mikroba tertentu untuk tujuan mengubah sifat bahan, agar dapat dihasilkan sesuatu yang bermanfaat. Misalnya asam dan alkohol yang dapat mencegah pertumbuhan mikroba yang beracun.(Widayati E, 1996).

Awalnya, fermentasi adalah pemecahan gula menjadi alkhol dan karbondioksida. Tetapi banyak proses yang dikatakan fermentasi tidak selalu menggunakan substrat gula dan menghasilkan alkohol serta karbondioksida, contohnya perubahan laktosa menjadi asam laktat oleh bakteri Streptococcus lactis pada kondisi anaerobic. Hasil-hasil fermentasi terutama tergantung pada jenis substrat, macam mikroba dan kondisi di sekelilingnya yang mempengaruhi pertumbuhan dan metabolisme mikroba tersebut. (Winarno F.G,1980).

Menurut Judoamidjojo dkk. (1992), menyatakan bahwa beberapa langkah utama yang diperlukan dalam melakukan suatu proses fermentasi diantaranya adalah : a. Seleksi mikroba atau enzim yang sesuai dengan tujuan. b. Seleksi media sesuai dengan tujuan. c. Sterilisasi semua bagian penting untuk mencegah kontaminasi oleh mikroba yang tidak dikehendaki.


2.7 Bioetanol

Bioetanol merupakan salah satu biofuel yang hadir sebagai bahan bakar alternative yang lebih ramah lingkungan dan sifatnya yang terbarukan. Pada umumnya pembuatan bioetanol menggunakan jagung dan tebu sebagai bahan baku. Penggunaan kedua bahan baku tersebut bepotensi menimbulkan kontradiksi terhadap kebutuhan bahan pangan bila diterapkan di Negara berkembang seperti Indonesia. Oleh sebab itu, selulosa berpotensi menjadi salah satu bahan baku alternatifnya dan Tandan Kosong Kelapa Sawit (TKS) memiliki potensi yang besar menjadi sumber biomassa selulosa ddengan kelimpahan cukup tinggi dan sifatnya terbarukan. (Dea,I.A, 2009).

Bahan baku untuk proses produksi bioetanol diklasifikasikan menjadi tiga kelompok, yaitu gula, pati, dan selulosa. Sumber gula yang berasal dari gula tebu, gula bit, molase dan buah-buahan, dapat langsung dikonversi menjadi etanol. Sumber dari bahan berpati seperti jagung, singkong, kentang dan akar tanaman harus dihidrolisis terlebih dahulu menjadi gula. Sumber selulosa yang berasal dari kayu, limbah pabrik pulp dan kertas, semuanya harus dikonversi menjadi gula dengan bantuan asam mineral. Biokonversi glukosa menjadi bioetanol, memerlukan perantara mikroba lain yang umumnya menggunakan Saccharomyces cereviceae dan zymonas mobilis.Beberapa hal penting yang perlu diketahui pada proses produksi bioetanol antara lain, komponen ligniselulosa dan enzim pendegradasinya.(Trisanti Anindyawati, 2009).

Bioetanol secara umum dapat digunakan sebagai bahan baku industri turunan alkohol, campuran bahan bakar untuk kendaraan. Grade bioetanol harus berbeda sesuai dengan pengunaanya. Bioetanol yang mempunyai grade 90% - 96,5% volume digunakan pada industri, grade 96% - 99,5% digunakan dalam campuran untuk miras dan bahan dasar industri farmasi. Besarnya grade bioetanol yang dimanfaatkan sebagai campuran bahan bakar untuk kendaraan harus betul – betul kering dan anhydrous supaya tidak menyebabkan korosi, sehingga bioetanol harus mempunyai grade sebesar 99,5% - 100% (Khairani, 2007).

Bioetanol yang digunakan sebagai bahan bakar mempunyai beberapa kelebihan, diantaranya lebih ramah lingkungan, karena bahan bakar tersebut memiliki nilai oktan 92 lebih


tinggi dari premium nilai oktan 88, dan pertamax nilai oktan 94. Hal ini menyebabkan bioetanol dapat menggantikan fungsi zat aditif yang sering ditambahkan untuk memperbesar nilai oktan. Zat aditif yang banyak digunakan seperti metal tersier butil eter dan Pb, namun zat aditif tersebut sangat tidak ramah lingkungan dan bisa bersifat toksik. Bioetanol juga merupakan bahan bakar yang tidak mengakumulasi gas karbon dioksida (CO2) dan relatif kompetibel dengan mesin mobil berbahan bakar bensin. Kelebihan lain dari bioetanol ialah cara pembuatannya yang sederhana yaitu fermentasi menggunakan mikroorganisme tertentu (Mursyidin, 2007).

2.8. Alkohol

Alkohol adalah istilah yang dipakai dalam perdagangan atau pengertian umum. Istilah kimia dari alkohol adalah etil alkohol (etanol) dengan rumus C2H5OH. Alkohol murni adalah alkohol yang hanya mengandung etil alkohol dan sedikit air serta bebas dari bahan-bahan lain yang berbahaya bagi manusia. Alkohol ini biasa digunakan untuk pembuatan minuman keras, pelarut minyak, pelarut obat-obatan serta untuk keperluan industry lainnya. Alkohol teknis adalah alkohol yang selain mengandung etil alkohol dan juga masih mengandung bahan ikutan lain yang membahayakan manusia antara lain metal alkohol, aldehid, ester dan lain-lain. (Day, R.A, 1980).

Didalam cairan teblain meskipun tebu (Nira) hanya glukosa jenis sakarosa yang bisa dikristalkan menjadi gula pasir. Sedangkan glukosa lain meskipun manis rasanya tetapi tidak bisa dikristalkan disebut gula reduksi/gula pecah, glukosa jenis inilah yang dimanfaatkan oleh pabrik gula untuk difermentasi jadi alkohol. Mikroba Saccharomyces cereviseae yang sering digunakan untuk fermentasi ini, dimana mikroba ini menghasilkan 7 macam enzim sebagai katalisator reaksi. C6H12O6 Glukosa

2C2H5OH + 2CO2

+

Energi

Etanol

Alkohol yang dihasilkan dari proses fermentasi hasilnya masih rendah kadarnya (dibawah 12%) sehingga diproses “destilasi” secara bertahap supaya menghasilkan kadar alkohol 96%. (http://id.answers.yahoo.com/question/index?qid=20080301190828AAX0bh5).


2.8.1. Analisa Kuantitatif Alkohol •

Penentuan Secara Berat Jenis Alkohol hasil fermentasi dipisahkan degan destilasi uap, dan kemudian destilat hasil sulingan ini ditentukan beratmya pada temperature kamar dan dibandingkan dengan berat aquades yang ditentukan dengan menggunakan piknometer. Dari hasil perbandingan berat destilat dengan berat aquades akan diperoleh berat jenis destilat. Dengan melihat daftar bobot jenis dan kadar alkohol maka dapat diketahui kadar alkohol sebenarnya. (Rahman A, 1992).

•

Penentuan Secara Volumetrik Sampel dalam bentuk cair dijenuhkan ke dalam kalium dikromat yang volume dan konsentrasinya telah diketahui. Alkohol akan teroksidasi denngan sempurna menjadi asam asetat setelah pemanasan. Dikromat yang tidak bereaksi ditentukan dengan menitrasinya menggunakan ferroamonium sulfat. Ortho Phenantrolin digunakan sebagai indikator. Setelah tercapai titik akhir titrasi akan terjadi perubahan warna dari hijau menjadi coklat. Dari volume titrasi dapat ditentukan berapa kadar alkohol yang telah diubah menjadi asam asetat. Alkohol mula-mula dioksidasi menjadi aldehida. Aldehida akan teroksidasi sehingga terbentuk asam karboksilat. Reaksi keseluruhan oksidasi alkohol oleh K2Cr2O7 dalam suasana asam dapat dituliskan sebagai berikut : 3CH2-CH2-OH + Cr2O72- + 8H+

3CH3-C=O + 2Cr3+ + 7H2O H Aldehida

3CH3-C=O

2-

+

+ Cr2O7 + 8H

H

3CH3-C=O + 2Cr3+ + 7H2O OH Asam asetat

Agar semua alkohol teroksidasi, maka oksidator harus ditambahkan berlebih sehingga kelebihan oksidator dapat ditentukan dengan titrasi oleh ferroamonium sulfat. Reaksinya adalah sebagai berikut. 6Fe2+ + Cr2O72- + 14H+ Hijau kebiruan

6Fe3+ + 2Cr3+ + 7H2O coklat kemerahan


Indikator Ferroin (1,10-phenantrolin) digunakan sebagai indikator untuk menunjukkan titik akhir titrasi yaitu pada saat larutan berubah warna dari hijau kebiruan menjadi coklat kemerhan (Fardiaz S, 1998). Oksidasi alkohol denngan menggunakan kalium dikromat terjadi dalam suasana asam. Kalium Dikromat dalam suasana mengalami reduksi menjadi Cr3+. Cr2O72- +

14H+ + 6e

2Cr3+ + 7H2O

Cr2O72- merupakan oksidator yang cukup kuat, potensial standar dari reaksi adalah +1,33 V (Harjadi, 1993). Keuntungannya mudah diperoleh dan murah, larutannya stabil dan dapat diperoleh dalam bentuk yang cukup murni, untuk pembuatan larutan standar dilakukan dengan menimbang langsung (standar primer).(Day R.A & Underwood, 1999).

2.9. Etanol

Etanol merupakan senyawa yang memiliki gugus fungsi alkohol (-OH) dengan dua rantai karbon (C-C). Bahan kimia organik ini adalah salah satu senyawa kimia tertua yang telah dikenal umat manusia. Etanol adalah senyawa organik golongan alkohol primer. Sifat fisik dan kimia etanol bergantung pada gugus hidroksil. Reaksi yang dapat terjadi pada etanol antara lain dehidrasi, dehidrogenasi, oksidasi, dan esterifikasi (Rizani.,2000). Sifat fisik etanol dapat dilihat pada tabel 2.2 berikut :


Tabel 2.2 : Sifat Fisik Etanol

Parameter

Nilai dan Satuan

Massa molekul relative

46,07 g/mol

Titik beku

-114,1oC

Titik didih normal

78,32oC

Densitas pada 20oC

0,7893 g/ml

Kelarutan dalam air 20oC

Sangat larut

Viskositas pada 20oC

1,17 cP

Kalor spesifik, 20oC

0,579 kal/goC

Kalor pembakaran, 25oC

7092,1 kal/g

Kalor penguapan 78,32oC

200,6 kal/g

Sumber : Rizani, 2000

Etanol termasuk ke dalam alkohol rantai tunggal, dengan rumus kimia C2H5OH dan rumus empiris C2H6O. Ia merupakan isomer konstitusional dari dimetil eter. Etanol sering disingkat menjadi EtOH, dengan "Et" merupakan singkatan dari gugus etil (C2H5).

Etanol untuk kegunaan konsumsi manusia (seperti minuman beralkohol) dan kegunaan bahan bakar diproduksi dengan cara fermentasi. Spesiesragi tertentu (misalnya Saccharomyces cerevisiae) mencerna gula dan menghasilkan etanol dan karbon dioksida: C6H12O6 → 2 CH3CH2OH + 2 CO2. Pada jenis ragi yang paling toleran terhadap etanol, ragi tersebut hanya dapat bertahan pada lingkungan 15% etanol berdasarkan volume. Untuk etanol bahan bakar, hidrolisis pati menjadi glukosa dapat dilakukan dengan lebih cepat menggunakan asam sulfat encer, menambahkan fungi penghasil amilase, atapun kombinasi dua cara tersebut. Etanol pada proses fermentasi alkoholik terbentuk melalui beberapa jalur metabolisme bergantung jenis mikroorganisme yang terlibat. Untuk Saccharomyces cereviseae serta sejumlah khamir lainnya, etanol terbentuk melalui jalur Embden Meyerhof Pathyway (EMP), reaksinya sebagai berikut.


1. Glukosa difosforilisasi oleh ATP mula-mula menjadi D-glukosa-6 fosfat, dikatalisis oleh enzim heksokinase 2. Kemudian mengalami isomerisasi berubah menjadi D-fruktosa-6 fosfat yang dikatalisis oleh enzim fosfoheksoisomerase. 3. Disfosforilisasi lagi oleh ATP yang dikatalisis oleh enzim fosfoheksokinase menjadi Dfruktosa-1, 6 difosfat. 4. D-fruktosa-1,6 difosfat dipecah menjadi satu molekul D-gliseraldehid-3 fosfat dan satu molekul aseton fosfat. Reaksi ini dikatalisis oleh aldolase. 5. Selanjutnya tejadi reaksi isomerisasi antara kedua senyawa beratom 3 yang dikatalisis oleh enzim triosa fosfat isomerase. 6. Dihidroksi aseton fosfat disederhanakan menjadi L-gliserol-3 fosfat oleh NADH2. 7. ATP melepaskan satu molekul fosfat yang diterima oleh gliseraldehid-3 fosfat yang kemudian menjadi D-1,3 difosfogliserat dan ADP. Reaksi ini dikatalisis oleh enzim trioasa fosfat dehidrogenase. 8. D-1,3 difosfogliserat melepaskan energy fosfat yang tinggi ke ADP yang dikatalisis oleh enzim fosfogliserat kinase untuk membentuk D-3 fosfogliserat dan ATP. 9. D-3 fosfogliserat berada dalam keseimbangan dengan D-2 fosfogliserat. Reaksi isomerisasi ini dikatalisis oleh enzim fosfogliseromutase. 10. D-2 fosfogliserat membebaskan air dan dikatalisis enzim enolase untuk menghasilkan fosfoenol piruvat. 11. ATP menggeser rantai fosfat yang kaya energy dari fosfoenolpiruvat untuk menghasilkan piruvat dan ATP. 12. Piruvat didekarboksilasi menghasilkan asetaldehid dan CO2. 13. Akhirnya asetaldehid menerima hydrogen dari NADH2 menghasilkan etanol.


ATP

Glukosa

ADP

Glukosa-6-P Heksokinase

Fruktosa-6-P Isomerase

Fruktosa 1-6-P

Fosfofruktokinase Aldolase

Gliseraldehid-3-P Gliseraldehid-3-P-Dehidrogenase +

DNA

Pi

Elektron

NADH

1,3-DiFosfogliserat ADP Fosfogliserokinase ATP 3-Fosfogliserat

2-Fosfogliserat Enolase

Fosfoenol piruvat ADP Piruvat kinase

ATP

Piruvat

Piruvat dekarboksilase

CO2

Asetaldehid

Laktat dehidrogease Laktat

NADH

NADH NAD+

NAD+ Etanol

N Gambar 2.5: Tahapan reaksi glikolisis (Embden-Meyer Hoff-Pathyway) (Madigan. Michael T. 2003)


2.10 Kromatografi Gas Kromatografi adalah cara pemisahan campuran yang didasarkan atas perbedaan distribusi dari komponen campuran tersebut diantara dua fase, yaitu fase diam (stationary) dan fase bergerak (Yazid, 2005). Dalam kromatografi gas, fase bergeraknya adalah gas dan zat terlarut terpisah sebagai uap. Pemisahan tercapai dengan partisi sampel antara fase gas bergerak dan fase diam berupa cairan dengan titik didih tinggi (tidak mudah menguap) yang terikat pada zat padat penunjangnya (Khopkar, 2003) Sekarang ini system GC-MS sebagian digunakan sebagai peran utama untuk analisa makanan dan aroma, petroleum, petrokimia dan zat-zat kimia laboratorium.Kromatografi gas merupakan kunci dari suatu tekhnik analitik dalam pemisahan komponen mudah menguap, yaitu dengan mengkombinasikan secara cepat analisa sehingga pemecahan yang tinggi mengurangi pengoperasian.Keuntungan dari kromatografi gas adalah hasil kuantitatif yang bagus dan harganya lebih murah.Sedangkan kergiannya tidak dapat memberikan identitas atau struktur untuk setiap puncak yang dihasilkan dan pada saat proses karakteristik yang didefinisikan system tidak bagus. (Mcnair, 2009).

2.11 Spektometri Massa Pemboman molekul oleh sebuah arus electron pada energy mendekati 70 elektron volt dapat menghasilkan banyak perubahan pada struktur molekul. Salah satu proses yang terjadi yang disebabkan oleh pemboman dengan electron adalah keluarnya sebuah electron dari molekul sehingga terbentuklah kation molekul [M]+.Ion berenergi tinggi ini serta hasil fragmentasinya merupakan dasar bagi cara analisis spektrometri massa (Pine, 1998) Pada system GC-MS ini, yang berfungsi sebagai detector adalah spectrometer massa itu sendiri yang terdiri dari system analisis dan system ionisasi, dimana Electron Impact Ionization (EI) adalah metode ionisasi yang umum digunakan.


Spektrometer massa pada umumnya digunakan untuk : 1. Menentukan massa suatu molekul 2. Menentukan rumus molekul dengan menggunakan Spektrum Massa Beresolusi Tinggi (High Resolution Mass Spectra) 3. Mengetahui informasi dari struktur dengan melihat pola fragmentasinya. Ketika uap suatu senyawa dilewatkan dalam ruang ionisasi spectrometer massa, maka zat ini dibombardir atau ditembak dengan electron. Electron ini mempunyai energy yang cukup untuk melemparkan electron dalam senyawa sehingga akan memberikan ion positif, ion ini disebut dengan ion molekul [M]+. Ion molekul cendrung tidak stabil dan terpecah menjadi fargmenfragmen ini yang akan menghasilkan diagram batang (Dachriyanus, 2004). Peningkatan penggunaan GC-MS banyak digunakan yang dihubungkan dengan computer dimana dapat merekam dan menyimpan data dari sebuah analisis akan berkembang pada pemisah yang lebih efesien . Karena computer dapat deprogram untuk mencari spectra library yang langka, membuat identifikasi dan menunjukkan analisis dari campuran gas tersebut.


BAB 2 TINJAUAN PUSTAKA

Recommend Documents