OPTIMASI WAKTU INKUBASI PADA FERMENTASI BIOETANOL DARI NIRA AREN (Arenga pinnata) OLEH Saccharomyces cerevisiae OPTIMIZATION OF INCUBATION TIME ON BIOETHANOL FERMENTATION OF SUGAR PALM SAP (Arenga pinnata) BY Saccharomyces cerevisiae Syifa Nasriyah1), Moh. Ramdhan2), Priyo Wahyudi2) 1) Mahasiswa Fakultas Farmasi dan Sains Universitas Muhammadiyah Prof. Dr. Hamka, Jakarta. 2) Staf Pengajar Fakultas Farmasi dan Sains Universitas Muhammadiyah Prof. Dr. Hamka, Jakarta. Abstrak Tanaman aren (Arenga pinnata) merupakan salah satu pohon palma yang dapat dimanfaatkan seluruh bagian tanamannya. Salah satu penghasil utamanya adalah nira. Nira aren merupakan cairan yang disadap dari tangkai bunga jantan pohon aren yang mengandung gula antara 10-15%. Kandungan gula dari nira aren dapat diolah menjadi etanol untuk meningkatkan nilai jualnya sebagai bahan baku utama pembuatan etanol (Bioetanol). Etanol adalah hasil proses fermentasi gula menggunakan Saccharomyces cerevisiae. Tujuan penelitian ini adalah untuk mengetahui waktu inkubasi yang optimal dalam menghasilkan kadar etanol tertinggi dari 500 ml sampel yang digunakan. Metode yang digunakan pada penelitian ini adalah Fermentasi Batch. Optimasi dilakukan dengan variasi waktu inkubasi yaitu 12, 24, 36, 48, 60 dan 72 jam. Metode Bobot Jenis untuk menentukan penetapan kadar etanol, sedangkan metode Luff Schoorl untuk menentukan kadar gula reduksi. Hasil penelitian menunjukan bahwa waktu inkubasi yang optimal untuk menghasilkan kadar etanol tertinggi pada jam ke 36 sebesar 11,32%. Kata Kunci: Nira Aren, Etanol, Fermentasi, Saccharomyces cerevisiae Abstract Arenga pinnata is one of palm tree which can be used every part of it. One of main product is nira. Nira is the liquid extracted from the flower stalk of sugar palm tree that containing sugar between 10-15%. Sugar content of nira can be converted into ethanol to increase the economical value as the main raw material of bioethanol production. Ethanol is the product of sugar fermentation by Saccharomyces cerevisiae. This present study aimed at determining the optimal incubation time in producing the highest ethanol concentration in 500 ml. The method used in this research was batch fermentation. Optimization used variation of the incubation time for 12, 24, 36, 48, 60 and 72 hours. Specific Gravity method was performed to measure ethanol concentration product followed by Luff Schrool method to determination of reducing sugar. Result showed that the optimal incubation time to produce the highest ethanol concentration is 36 hour amounted 11,32%. Keyword : Sugar palm sap, ethanol, fermentation, Saccharomyces cerevisiae
1
nira
Pendahuluan
atau
disebut
bioetanol
(Widyawati 2011). Etanol (C2H5OH)
Tanaman aren (Arenga pinnata) yang
merupakan senyawa yang sangat
multifungsi karena seluruh bagian
penting dalam berbagai kebutuhan,
tanaman ini dapat dimanfaatkan.
diantaranya dapat digunakan sebagai
Salah
pelarut
termasuk
jenis
satu
palma
penghasil
utamanya
(Solvent),
desinkfektan,
adalah nira. Nira aren dihasilkan dari
dalam industri kosmetik, farmasi,
penyadapan tongkol (tandan) bunga,
medis kimia dan sebagai bahan baku
baik bunga jantan maupun bunga
untuk sintesa pembuatan bahan kimia
betina (Widyawati 2011). Rumokoi
seperti
(1990) menyatakan bahwa komposisi
Optimasi fermentasi dapat dilakukan
nira dipengaruhi oleh beberapa faktor
dengan pemilihan substrat, karena
antara lain varietas tanaman, umur
substrat merupakan bahan baku atau
tanaman,kesehatan tanaman, keadaan
komponen utama dalam produksi
tanah
aren
etanol, karena itu diperlukan bahan
mengandung air sebanyak 80 - 85%,
baku dengan efisiensi produksi yang
sukrosa ± 15%, gula invert 0,13%,
tinggi
non gula (organik) 0,13%, non gula
Optimasi produksi etanol dengan
(anorganik)
menggunakan
dan
iklim.
0,02%.
Nira
Nira
aren
aldehid,
dan
dibandingkan
dilakukan
dengan bahan baku bioetanol lainnya
inkubasi.
memiliki
seperti
kelebihan
singkong
dan
harga
pada
Wardani
jagung
asam
asetat.
yang
nira
aren
lamanya
(2010)
murah.
juga waktu
telah
(tanaman penghasil pati) dikarenakan
melakukan proses fermentasi etanol
tahap yang dilakukan cukup satu
dari nira siwalan, yaitu optimasi
tahap
fermentasi,
produksi etanol terhadap konsentrasi
sedangkan bioetanol yang berasal
penambahan S. cerevisiae (16,4%)
dari tumbuhan berpati memerlukan
dan urea (0,31%), belum dilakukan
tahap hidrolisis ringan (sakarifikasi)
penelitian terhadap waktu inkubasi
untuk merubah polimer pati menjadi
yang optimal pada fermentasi bahan
gula sederhana.
baku nira aren. Berdasarkan hal
yaitu
tahap
tersebut
Alkohol yang dihasilkan secara
maka
perlu
dilakukan
penelitian tentang penentuan waktu
ilmiah dikenal dengan nama etanol
2
inkubasi
yang
optimal
pada
buret,
statif,
corong
buchner,
fermentasi nira aren sebagai substrat.
erlenmeyer tangkai, pompa vakum
Optimasi fermentasi pada lamanya
dan refluks.
waktu inkubasi dilakukan selama 72 jam dengan variasi waktu selang 12
Prosedur Penelitian
jam. Metode yang digunakan ialah
Peremajaan
fermentasi batch yaitu menggunakan
Agar
bahan baku nira aren dengan bantuan
cerevisiae dan diinkubasi selama 2
S. cerevisiae sebagai yeast penghasil
hari.
etanol.
Penentuan
kadar
etanol
ditambahkan
Persiapan
dilakukan dengan metode penetapan
Kultur.
Sabouraud
inokulum
Medium
S.
Fermentasi.
Medium fermentasi adalah nira aren.
bobot jenis, sementara penentuan
Kadar gula reduksi awal dianalisa
kadar gula reduksi dengan metode
dengan metode Luff Schoorl. Nutrisi
Luff Schoorl.
yang ditambahkan yaitu urea 0,31%, selanjutnya
METODOLOGI
medium
disterilkan
secara filtrasi.
Bahan dan Alat Bahan - bahan yang digunakan
Pembuatan
Starter.
16,41%
adalah nira aren (substrat), yeast
Sabouraud
Saccharomyces cerevisiae, akuades,
inokulum
(NH2)2CO
diinkubasi selama 2 hari dengan
(Urea),
medium
Sabouraud Agar dan Sabouraud
broth S.
ditambahkan
cerevisiae
dan
pengadukan (shaking/agitasi).
Broth, Luff Schoorl, KI 20%, H2SO4 25 %, Na2S2O3 0,1 N, indikator pati,
Tahap
larutan
dimulai
Pb-asetat,
dan
larutan
(NH4)2HPO4.
biakan
Fermentasi. dengan starter
Fermentasi
menambahkan inokulum
yeast
Alat- alat yang digunakan adalah
Saccharomyces cerevisiae (16,4%)
alat - alat gelas, botol kaca 500 ml,
ke dalam 500 ml medium fermentasi.
cawan petri, sumbat gabus, neraca
Fermentasi dilakukan dengan sistem
analitik, piknometer, autoklaf, oven,
batch dalam keadaan anaerob dan
kertas saring, membran filter ukuran
suhu kamar (25 - 30 0C). Waktu
pori 0,22 μm, labu ukur, jarum ose,
inkubasi divariasikan; 12, 24, 36, 48, 60 dan 72 jam.
3
Skema penelitian Kultur Saccharomyces cerevisiae
Medium (Nira Aren) Penetapan kadar gula reduksi awal
Inokulasi dalam Sabouraud agar selama 2 hari
+ Urea (0,31%) Inokulasi dalam medium starter Sabouraud broth selama 2 hari
Sterilisasi Secara Filtrasi
Starter S.c 16,4 % v/v Nira steril 500 ml+ 16,4 % v/v starter S.c
Fermentasi selama 12, 24, 36, 48, 60, dan 72 jam
Perhitungan bobot jenis dan kadar etanol
Penetapan kadar gula reduksi
Seperti terlihat pada tabel 1 analisa dilakukan secara duplo untuk
HASIL DAN PEMBAHASAN
mengetahui kadar gula reduksi awal
Analisa Kadar Gula Reduksi Awal
dari nira aren dan diperoleh kadar
Nira Aren
gula reduksi awal nira aren yaitu
Penentuan kadar gula reduksi
6,7533%.
awal nira aren (Arenga pinnata) dilakukan
dengan
menggunakan Karakterisasi Mikroba S.cerevisiae
metode Luff Schrool sesuai SNI
Khamir
1992, hasil yang diperoleh terdapat
mikroba
pada tabel 1 sebagai berikut:
bentuk Tabel. 1 Kadar Gula Reduksi Awal Nira Aren No.
Volume Na2S2O3 0,1013 N (ml)
1 12,75 2 4,35 Rata – rata
atau
bersel oval
tak
yeast
adalah
tunggal
dengan
beraturan
dan
berkembang biak dengan membelah diri. Khamir tumbuh optimum pada
Kadar Gula Reduksi (%)
suhu 25 0C - 30 0C dan maksimum pada suhu 35
6,7722 6,7345 6,7533
0
C -
47
0
C, pH
optimum pada khamir 4 - 5 dengan batas minimal aw atau kelembaban 0,88-0,94
(Richana
2011).
S.
cerevisiae merupakan yeast yang 4
biasa digunakan dalam fermentasi
Pengujian Kadar Etanol dan Gula
etanol.
Reduksi
Sebelum S. cerevisiae digunakan dalam
proses
fermentasi,
1. Pengujian Kadar Etanol
maka
Untuk menghasilkan produksi
dilakukan peremajaan kultur dengan
etanol
cara menumbuhkannya pada medium
fermentasi yang tepat merupakan
cair sabouraud broth selama 48 jam.
strategi
Untuk
dilakukan.
memastikan
penumbuhan
yang
tinggi,
yang
optimasi
penting
Pada
penelitian
untuk ini
kultur S. cerevisiae pada medium
kondisi optimum dalam fermentasi
cair
nira aren ditentukan dengan cara
secara
lebih
jelas
dapat
dilakukan dengan teknik pewarnaan
mengukur
kadar
etanol
yang menggunakan methylen blue,
fermentasi tersebut. Kadar etanol
pengamatan
hasil
pewarnaan
diukur
bawah
mikroskop
dengan prinsip perbandingan bobot
dengan perbesaran 40x100, terlihat
jenis etanol yang dikonversikan ke
pada gambar 1 berikut :
dalam tabel alkoholmetrik, kemudian
dilakukan
di
menggunakan
hasil
piknometer
dilakukan penimbangan bobot jenis etanol (Depkes RI 1995). Piknometer volume 25 ml pada suhu ruang 25 0C dibersihkan dan Gambar 1. Pewarnaan S. cerevisiae dengan methylen blue
dikeringkan, kemudian diisi dengan hasil fermentasi yang mengandung etanol sampai penuh dan ditutup
Gambar 1 menunjukan adanya S. pada
dengan baik. Cairan yang menempel
medium Sabouraud broth dengan
pada dinding piknometer dikeringkan
pewarnaan
untuk
dengan tisu dan ditimbang dengan
menegaskan bentuk S. cerevisiae
teliti. Selain itu juga yang harus
yang oval dan tampak tak beraturan.
dilakukan
cerevisiae
yang
tumbuh
methylen
blue
adalah
menimbang
piknometer kosong dan piknometer Optimalisasi Waktu Inkubasi Pada
berisi air medium dengan cara yang
Fermentasi
sama, kemudian dihitung hasilnya
Etanol
Terhadap
dan masukan ke dalam rumus Bj (hal
5
18) selanjutnya hasil perhitungan
Rumus Bobot jenis=
bobot jenis etanol dengan bobot jenis
....….... (1)
Keterangan:
air medium dikonversikan pada tabel
A = piknometer kosong
alkoholmetrik.
B = piknometer + air medium C = Piknometer + sampel
Tabel. 2 Kadar Etanol Hasil Fermentasi dari Nira Aren Waktu Kadar Rata-rata Analisa Etanol (%) Kadar Etanol (Jam) (%) I II III 12 24 36 48 60 72 Profil
waktu
4 6 11,32 11 10 9 inkubasi
4.8 6,42 11,32 11,32 10,5 9,68
4 5.61 11,32 11,32 9,68 8,86
4,27 6,01 11,32 11,21 10,06 9,18
SD
0,46188 0,405093 0 0,184752 0,41328 0,438634
terhadap
konsentrasi etanol dapat dilihat pada tabel 2. Waktu Inkubasi optimum adalah pada waktu fermentasi 36 jam,
dengan
menghasilkan
konsentrasi etanol tertinggi masingmasing yaitu 11,32%. Begitu dengan keterangan gambar kurva di bawah yang menunjukan penurunan kadar etanol setelah mengalami waktu
Gambar 2. kurva pengaruh waktu
inkubasi
inkubasi terhadap kadar etanol dari
yang
optimal:
hasil fermentasi nira aren
6
Awalnya semakin lama waktu
digunakan
berlebihan
fermentasi konsentrasi etanol yang
menghambat
proses
dihasilkan juga semakin tinggi, akan
dimana
tetapi
pertumbuhan
setelah
kondisi
optimum
akan
akan fermentasi
terjadi stasioner
fase yang
tercapai konsentrasi etanol yang
maksimum sehingga kadar nutrisi
diperoleh
berkurang
cenderung
mengalami
dan
kecepatan
sel
terhambat.
penurunan. Gambar tersebut dapat
pembelahan
menggambarkan kenaikan kurva dari
Kemungkinan
jam ke 12 sampai jam ke 36, yang
konsentrasi etanol disebabkan karena
menunjukan bahwa semakin lama
etanol yang dihasilkan terkonversi
waktu
menjadi asam-asam organik lainnya
fermentasi
meningkat
akan
kadar
semakin
etanol
yang
lainnya
penurunan
seperti asam asetat dan ester.
diperoleh. Hal ini dapat dipengaruhi oleh
S.
memasuki
cerevisiae lag
yang
phase,
2.
telah
Pengujian
Kadar
Gula
Reduksi
semakin
pendek lag phase semakin cepat
Setelah proses fermentasi selesai,
yeast mencapai exponensial yaitu
selanjutnya dilakukan juga analisa
yeast tumbuh dengan sempurna dan
terhadap kadar gula reduksi dengan
mampu beradaptasi dengan baik,
metode Luff Schrool. Prinsip Metode
sehingga glukosa dapat terkonversi
Luff Schrool adalah gula reduksi
dengan
seperti glukosa, fruktosa, maltosa
maksimal
serta
mulai
dan laktosa akan mereduksi larutan
terbentuknya produk (etanol).
luff menjadi Cu2O yang kemudian
Dari grafik diatas juga dapat dilihat bahwa titik optimum pada
ditentukan
waktu inkubasi yaitu di jam ke 36
menggunakan
dengan
11,32%.
thiosulfat (SNI 1992). Metode Luff
Namun, pada jam ke 48 dan 72
Schrool merupakan metode titrasi
grafik mengalami sedikit penurunan
redoks, dimana sukrosa diinversi
walau tidak signifikan. Hal ini
menjadi glukosa dan fruktosa. Gula
diduga kemampuan S. cerevisiae
reduksi tersebut mereduksi CuO
untuk fermentasi menjadi berkurang,
dalam larutan Luff Schrool menjadi
begitupula jika S. cerevisiae yang
Cu2O yang berupa endapan coklat
kadar
etanol
bata 7
ketika
dengan
cara
larutan
dipanaskan.
titrasi natrium
Setelah
pemanasan selesai kemudian larutan dibiarkan
dingin
dan
W
= Bobot sampel (mg)
segera
tambahkan dengan larutan 10 ml KI
Setelah hasil perhitungan dengan
20% serta 25 ml H2SO4 25%. Sisa
rumus di atas didapatkan, kemudian
CuO dalam larutan Luff Schrool yang
diperoleh kurva seperti gambar di
tidak ikut tereduksi, bereaksi dengan
bawah
KI
ini:
dalam
suasana
melepaskan
I2.
asam
Dititrasi
dan
dengan
larutan Na2S2O3 0,1 N sampai terbentuk
warna
kuning
pucat.
Selanjutnya ditambahkan indikator kanji dan dititrasi kembali sampai warna biru hilang dan terbentuk warna
putih
susu.
Hasil
titrasi
kemudian
dihitung
dengan
menggunakan
rumus kadar
gula
reduksi, berikut ini:
Gambar 3. Kurva penurunan kadar gula reduksi Pada gambar 3 menunjukan
…......................... (2)
penurunan kadar gula reduksi dari
Keterangan :
hasil fermentasi nira aren. Semakin lama waktu inkubasi kadar gula
W1 = (V blanko - V titrasi) ml thio yang
dibutuhkan
oleh
reduksi yang dihasilkan juga semakin
sampel
menurun, digambarkan garis kurva
dijadikan ml 0,1000 N kemudian
yang menunjukan adanya penurunan walau tidak signifikan. Hasil ini
dalam daftar tabel luff schoorl cari
menggambarkan bahwa S. cerevisiae
berapa mg glukosa yang tertera
sudah tidak bekerja menghasilkan
untuk ml thio yang dipergunakan
etanol secara optimal, karena gula yang terdapat dalam nira aren telah
(mg glukosa). Fp
habis
= Faktor pengenceran
menjadi
8
terpakai etanol
dan dan
terkonversi sebagian
digunakan sebagai sumber karbon untuk
proses
pertumbuhan
Saccharomyces cerevisiae. Hidayat N, Padaga MC, Suhartini S. 2006. Mikrobiologi Industri. ANDI, Yogyakarta. Richana N. 2011. Bioetanol: Bahan Baku, Teknologi, Produksi dan Pengendalian Mutu. Nuansa, Bandung. Rumokoi MMM. 1990. Manfaat tanaman aren (Arenga pinnata Merr). Buletin Balitka Balai Penelitian. Manado. No 10 Thn 1990. Standar Nasional Indonesia. 1992. Cara Uji Gula 01-2892-1992. Badan Standar Nasional, Jakarta. Wardani AK, Sutrisno A, Susilo B. 2010. Pengembangan Teknologi Baru Produksi Bioetanol Dari Nira siwalan (Borassus flabellifer) Menggunakan Flocculent Saccharomyces cerevisae. Lembaga Ilmu Pengetahuan Indonesia (LIPI), Jakarta. Widyawati N. 2011. Sukses Investasi Masa Depan dengan Bertanam Pohon Aren. Lily Publisher, Yogyakarta.
Simpulan Kondisi optimum dari fermentasi nira aren adalah pada waktu inkubasi 36 jam dengan perolehan kadar etanol sebesar 11,32%.
Saran Perlu dikembangkan dan penelitian lebih lanjut untuk memurnikan etanol hasil fermentasi nira aren, sehingga diperoleh
kadar
etanol
dengan
tingkat kemurnian yang tinggi.
Daftar Pustaka Depkes RI. 1995. Farmakope Indonesia Edisi Keempat. Departemen Kesehatan RI, Jakarta. Hlm. 1030-1036. Fitriansyah TT. 2011. Produksi Bioetanol Dari Kulit, Daging Dan Buah Utuh Pisang Batu (Musa balbisiana Colla) Oleh Saccharomyces cerevisiae Pada Fermentasi Batch. Fakultas MIPA UHAMKA, Jakarta.
9
