SIDANG TUGAS AKHIR (SB 091385)
Disusun Oleh : Sulfahri (1507100022) Desen Pembimbing Ir. Sri Nurhatika, MP. Tutik Nurhidayati, S.Si.M.Si. Jurusan Biologi Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam Institut Teknologi Sepuluh Nopember Surabaya
Kebutuhan Akan Bahan Bakar Semakin meningkat
Salah Satu Solusi Adalah Produksi Bioethanol Berbahan Baku Tumbuh-Tumbuhan
Mengganggu pola konsumsi dan membutuhkan lahan yang luas
Salah satu algae yang potensial untuk dikembangkan menjadi bahan baku pembuatan bioethanol adalah algae Spirogyra (Sulfahri et al., 2010).
Perkembangbiakan sangat cepat Karbohidrat 64%
Algae Spirogyra
Jenis Karbohidratnya adalah amilum
Fermentasi Algae Spirogyra • Fermentasi algae Spirogyra oleh ragi Saccharomyces cerevisiae dapat menghasilkan ethanol sebesar 9,245 % dengan penambahan enzim α-amilase sebanyak 0,12 % dengan lama waktu fermentasi 10 hari (Sulfahri et al., 2010). • Zymomonas mobilis memiliki beberapa kelebihan dibandingkan Saccharomyces cerevisiae, diantaranya lebih toleran terhadap suhu, pH rendah (Gałaj et al.,1994), serta tahan terhadap ethanol konsentrasi tinggi (Busche et al., 1992). • Selain itu, Saccharomyces cerevisiae, memerlukan waktu yang cukup lama (240 jam) untuk menghasilkan etanol (Sulfahri et al., 2010), Sementara Zymomonas mobilis hanya membutuhkan waktu 24 jam untuk menghasilkan etanol (Zhang et al., 2010).
Rumusan Masalah Berapa konsentrasi inokulum bakteri Zymomonas mobilis dan lama waktu fermentasi yang efektif untuk fermentasi karbohidrat ekstrak Spirogyra menjadi etanol pada kondisi aerob dan anaerob?
Tujuan Penelitian Penelitian ini bertujuan untuk mengetahui konsentrasi inokulum bakteri Zymomonas mobilis dan lama waktu fermentasi yang efektif untuk fermentasi karbohidrat ekstrak Spirogyra menjadi etanol pada kondisi aerob dan anaerob.
Batasan Masalah Variabel bebas dalam penelitian ini adalah konsentrasi inokulum dan lama fermentasi, sedangkan variabel terikat adalah kadar etanol. Semua perlakuan disesuaikan dengan kondisi optimum Zymomonas mobilis, termasuk agitasi (tanpa agitasi), pH (pH 4) dan suhu (30°C).
3.3 Pembuatan Kultur Stok dan Kultur Kerja Isolat Zymomonas mobilis disubkultur dalam tabung reaksi yang berisi medium nutrien agar miring dan diinkubasi pada suhu 30°C selama 24 jam. Untuk memperkaya jumlah sel, maka medium ditambahkan 20 g/L glukosa, 10 g/L yeast extract, 1 g/L (NH4)2SO4, 1 g/L K2HPO4, 0.5 g/L MgSO4.7H2O (Struch et al., 1990)
3.4 Pengukuran Kurva Pertumbuhan Z.mobilis Zymomonas mobilis - Diinokulasi 1 ose pada 5 ml Ekstrak Spirogyra pH 4 - Diinkubasi 24 jam (Aktivasi I)
Hasil Aktivasi I - Diinokulasi 0,75 ml pada 9,25 ml Ekstrak Spirogyra pH 4
- Diinkubasi 24 jam (Aktivasi II)
Hasil Aktivasi II - Diinokulasi 3,75 ml pada 46,25 ml Ekstrak Spirogyra pH 4
- Diinkubasi 24 jam (Aktivasi III)
Kultur Fermentasi (Cazetta et al., al., 2007; Zhang et al., al., 2010).
Kultur Fermentasi Dilakukan Pengenceran dari 10-1 sampai dengan 10-9
Hasil Pengenceran 10-9 Diukur Absorbansinya dengan Spektrofotometer (600 nm)
Absorbansi Dibuat Kurva Pertumbuhan Zymomonas mobilis
Kurva Pertumbuhan (Obire, 2005)
3.5 Pembuatan Starter Z. mobilis Zymomonas mobilis - Diinokulasi 1 ose pada 5 ml Ekstrak Spirogyra pH 4 - Diinkubasi 24 jam (Aktivasi I)
Hasil Aktivasi I - Diinokulasi 0,75 ml pada 9,25 ml Ekstrak Spirogyra pH 4
- Diinkubasi 24 jam (Aktivasi II)
Hasil Aktivasi II - Diinokulasi 3,75 ml pada 46,25 ml Ekstrak Spirogyra pH 4
- Diinkubasi sampai fase log dicapai
Kultur Fermentasi (Cazetta et al., al., 2007; Zhang et al., al., 2010).
3.6 Proses Hidrolisis Ekstrak Spirogyra - Dimasukkan pada erlenmayer dan dipanaskan pada hot plate - Proses pemanasan selama 2 jam dengan suhu 100°C
Bubur spirogyra - Didingankan hingga suhu 45°C - Ditambah enzim α-amilase sebanyak 0,06 gr/50 ml - Diinkubasi pada suhu kamar selama 80 menit
Hasil (Bascar et al., al., 2008; Sulfahri et al., al., 2010)
3.7 Proses Fermentasi • Starter ditambahkan ke dalam botol fermentor sebanyak 50 ml yang berisi ekstrak Spirogyra, diinkubasi dengan lama sesuai dengan rancangan penelitian (0 jam, 24 jam, 48 jam, 72 jam, 96 jam dan 120 jam) pada suhu kamar. • Tutup botol dilepas, ditutup dengan kapas lemak dan dipasteurisasi pada suhu ±80°C selama 10 menit (Puspita et al., 2010)
3.8 Pengukuran Kadar Ethanol
Analisis Data Data yang diperoleh dianalisis dengan Analysis of variance (ANOVA) untuk mengetahui pengaruh perbedaan konsentrasi inokulum Zymomonas mobilis dan lama waktu fermentasi terhadap kadar etanol yang dihasilkan dengan hipotesa: H0 : Tidak ada pengaruh antara perbedaan konsentrasi inokulum Zymomonas mobilis dan lama waktu fermentasi terhadap persentase (%) etanol yang dihasilkan. H1 : Ada pengaruh antara perbedaan konsentrasi inokulum Zymomonas mobilis dan lama waktu fermentasi terhadap persentase (%) etanol yang dihasilkan. Jika H1 diterima maka dilanjutkan dengan uji Tukey pada taraf kepercayaan 95% (α=0,05) untuk mengetahui perbedaan nyata antara kombinasi perlakuan konsentrasi inokulum dan lama fermentasi (Walpole, 1992).
Kurva Pertumbuhan Z.mobilis
Pengaruh Konsentrasi Inokulum dan Lama Fermentasi pada Kondisi Aerob Terhadap Produksi Etanol
Tabel 4.1. Kadar Etanol Hasil Fermentasi Ekstrak Spirogyra (%) pada Kondisi Aerob Menggunakan Z. mobilis Konsentrasi inokulum
Jumlah Etanol yang dihasilkan (%) dalam w aktu 0 jam 24 jam 48 jam 72 jam 96 jam 120 jam a
a
a
a
a
a
0% 0,00 0,00 0,07 0,00 0,00 0,00 a a ab b cd b 5% 0,00 0,24 1,06 1,61 2,18 1,59 7,5 % 0,07a 0,51a 1,32b 1,06ab 1,82bc 1,86bc 10 % 0,07a 1,06ab 1,26ab 1,88bc 1,59b 1,35ab Keterangan : angka yang diikuti oleh huruf yang sama pada setiap kolom dan baris menunjukkan tidak berbeda nyata menurut uji Tukey pada selang kepercayaan 95 %.
2.5
2
1.5 0% 5% 7.50% 1
10%
0.5
0 0 jam
24 jam
48 jam
72 jam
96 jam
120 jam
Gambar 4.2. Grafik Kadar Etanol Selama Proses Fermentasi pada Kondisi Aerob
Tabel 4.2. Rerata Gula Reduksi Awal dan Akhir pada Medium Fermentasi Kondisi Aerob
No. 1. 2. 3. 4.
Medium fermentasi Inkulum 0% Inokulum 5% Inokulum 7,5% Inokulum 10%
Gula reduksi awal (%) 10,05 9,90 9,95 10,05
Gula reduksi akhir (%) 9,95 1,44 2,68 2,84
Konversi (%) 0,99 85,45 73,06 71,74
Pengaruh Konsentrasi Inokulum dan Lama Fermentasi pada Kondisi Anaerob Terhadap Produksi Etanol
Tabel 4.3. Kadar Etanol Hasil Fermentasi Ekstrak Spirogyra (%) pada Kondisi Anaerob Menggunakan Z. Mobilis dan S.cerevisiae Konsentrasi inokulum
Jumlah etanol yang dihasilkan (%) dalam w aktu 0 jam 24 jam 48 jam 72 jam 96 jam 120 jam
0% 0,00a 0,00a 0,00a 0,00a 0,07a 0,13a a d f f f d 5% 0,07 8,89 10,28 10,28 10,57 8,61 a de f fg ef e 7,5 % 0,00 9,15 10,29 10,59 9,98 9,51 a g gh fg e d 10 % 0,00 11,05 11,36 10,77 9,71 8,61 S. cerevisiae 10 % 0,00a 1,11a 2,77b 4,06b 4,09b 6,40c Keterangan : angka yang diikuti oleh huruf yang sama pada setiap kolom dan baris menunjukkan tidak berbeda nyata menurut uji Tukey pada selang kepercayaan 95 %.
12
10
8
0% 5%
6
7.50% 10% S.cerevisiae 10% 4
2
0 0 jam
24 jam
48 jam
72 jam
96 jam
120 jam
Gambar 4.2. Grafik Kadar Etanol Selama Proses Fermentasi pada Kondisi Aerob
Tabel 4.4. Rerata Gula Reduksi Awal dan Akhir pada Medium Fermentasi Kondisi Anaerob
No. 1. 2. 3. 4. 5.
Medium fermentasi Inkulum 0% Inokulum 5% Inokulum 7,5% Inokulum 10% S. cerevisiae, Inokulum 10 %
Gula reduksi awal (%) 10,00 10,05 10,05 9,90 10,10
Gula reduksi akhir (%) 9,84 1,25 1,34 1,20 4,68
Konversi (%) 1,60 87,56 86,67 87,88 53,66
KESIMPULAN • Konsentrasi inokulum yang paling efektif pada fermentasi ekstrak Spirogyra menggunakan bakteri Zymomonas mobilis pada kondisi aerob yaitu dengan konsentrasi inokulum 5% dengan lama waktu fermentasi 96 jam dengan kadar etanol 2,16% (v/v). Sedangkan pada kondisi anaerob yaitu dengan konsentrasi inokulum 10% dengan lama waktu fermentasi 48 jam dengan kadar etanol mencapai 11,36% (v/v). Fermentasi ekstrak Spirogyra menjadi etanol pada kondisi anaerob lebih efektif jika dibandingkan dengan kondisi aerob. • Fermentasi ekstrak Spirogyra menggunakan bakteri Zymomonas mobilis cenderung menghasilkan etanol lebih cepat dan lebih efektif jika dibandingkan dengan Saccharomyces cerevisiae.
SARAN 1. Sebaiknya untuk penelitian selanjutnya menggunakan kisaran lama waktu fermentasi yang lebih sempit, supaya kadar etanol yang dihasilkan lebih bervariasi keefektifannya. 2. Melalui penelitian ini, telah diketahui bahwa algae Spirogyra berpotensi sebagai bahan dasar pembuatan etanol, sehingga perlu dipikirkan mengenai keberlanjutan produktivitas algae tersebut.
