BAB II TINJAUAN PUSTAKA

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


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


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


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


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


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


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


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


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


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


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


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


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


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


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


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


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


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


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


BAB II TINJAUAN PUSTAKA

Recommend Documents