FERMENTASI SAMPAH BUAH MENJADI ETANOL MENGGUNAKAN BAKTERI Zymomonas mobilis FERMENTATION OF REFUSED FRUITS FOR ETHANOL USING Zymomonas mobilis Tria Aulia 1) dan Atiek Moesriati 2) Teknik Lingkungan, ITS Gedung Teknik Lingkungan Kampus ITS Sukolilo, Surabaya 60111 Email: 1)
[email protected] ; 2)
[email protected] ABSTRAK Krisis bahan bakar minyak bumi menyebabkan manusia mencari energi alternatif sebagai bahan bakar pengganti minyak bumi. Energi alternatif tersebut dapat berupa etanol yang dibuat dari sampah buah. Sampah buah dapat dijadikan etanol melalui proses hidrolisis dan fermentasi dengan menggunakan bakteri. Penelitian ini menguji kandungan etanol pada sampah buah pisang dan nanas yang telah difermentasi dan di hidrolisis. Pada proses hidrolisis, sampel sampah buah ditambah dengan cairan H2SO4 dengan variasi volume penambahan sebesar 0,5 ml; 1 ml; dan 1,5 ml. Waktu fermentasi adalah 3 hari, 5 hari, 7 hari, 9 hari, dan 11 hari. Proses fermentasi menggunakan bakteri Zymomonas mobilis. Pada semua kondisi penambahan H2SO4, di hari ke tiga hingga hari ke sembilan kadar etanol pisang dan nanas yang telah di fermentasi menunjukkan trend naik. Pada hari ke sebelas kadar etanol menurun. Kadar etanol pada fermentasi sampah pisang dan nanas dengan penambahan H2SO4 1,5 ml menunjukkan nilai tertinggi yaitu sebesar 9,62% pada sampah pisang dan 10,52% pada sampah nanas. Hasil penelitian menunjukkan bahwa perbedaan penambahan H2SO4 pada proses hidrolisis mempengaruhi kadar etanol yang dihasilkan oleh sampah pisang maupun nanas. Hari ke sembilan waktu fermentasi serta penambahan H2SO4 1,5 ml memberikan pengaruh optimum pada kadar etanol fermentasi sampah pisang dan nanas. Kata kunci : etanol, fermentasi, hidrolisis, sampah buah dan Zymomonas mobilis ABSTRACT The crisis of petroleum fuel makes people try to find an alternative energy as a substitution of petroleum fuel. One of the alternative energy is ethanol which can be made from refused fruit. Refused fruits is used as raw materials for making ethanol by hydrolysis and fermentation processes using bacteria. This study showed the content of ethanol in the waste of bananas and pineapples which have been fermented and hydrolyzed. In the hydrolysis process, the samples of fruit waste are added with H2SO4 in which the amount of addition of H2SO4 in the samples are 0.5 ml, 1 ml, and 1.5 ml. The duration of the fermentation is 3 days, 5 days, 7 days, 9 days, and 11 day. Zymomonas mobilis bacteria is used in the fermentation process. H2SO4 addition resulted content of ethanol in the fermented bananas and pineapples on the third day until the ninth day has shown increasing trend. On the eleventh day, the ethanol content starts to decrease. Ethanol content of banana and pineapple with the addition of 1.5 ml H2SO4 reach up to 9.62% in refused bananas and 10.52% in refused pineapples. The results of the research show that differences in the addition of H2SO4 in the process of hydrolysis affect the ethanol content in the fermented refused bananas and pineapples. The ninth day of fermentation and the addition of 1.5 ml of H2SO4 give optimum effect on the ethanol content of fermented refused bananas and pineapples. Key words: ethanol, fermentation, hydrolysis, refused fruit and Zymomonas mobilis
PENDAHULUAN Pertambahan jumlah penduduk dan peningkatan aktivitas pembangunan dalam jumlah yang besar menimbulkan peningkatan penggunaan bahan bakar dan timbulan sampah. Cadangan minyak Indonesia saat ini hanya tinggal 18 tahun lagi setelah itu kemungkinan besar akan habis (Kusnadi dkk. 2009). Untuk itu diperlukannya suatu energi 1
alternatif sebagai sumber bahan bakar pengganti minyak bumi. Sumber energi alternatif yang baru juga di harapkan dapat mengurangi polusi udara yang sebelumnya ditimbulkan oleh penggunaan bahan bakar fosil (Hasri, 2008). Disisi lain, timbulan sampah yang ada menimbulkan permasalahan yang lain. Sampah jika tidak dikelola dengan baik, maka akan dapat menimbulkan dampak negatif baik bagi lingkungan dan juga bagi kesehatan makhluk hidup. Menurut pramono (2004), dari total sampah organik kota sekitar 60% merupakan sayur-sayuran dan 40% merupakan daun-daunan, kulit buah-buahan dan sisa makanan. Sampah organik terutama sampah sayuran dan buah-buahan banyak mengandung selulosa, pati, gula, dan hemiselulosa sehingga sangat potensial untuk dijadikan sebagai bahan baku pembuatan etanol (Nugraha, 2008). Beberapa penelitian telah dilakukan yang berkaitan dengan pemanfaatan sampah organik untuk dijadikan sebagai bahan baku pembuatan bahan bakar yaitu etanol. Berdasarkan hasil penelitian Sugiarti (2007), semakin lama waktu fermentasi maka semakin tinggi pula kadar alkohol yang dihasilkan. Berdasarkan hasil penelitian Tatik (2008), kadar bioetanol pada tepung umbi ketela pohon dengan penambahan H2SO4 yang tinggi adalah pada waktu fermentasi 7 hari dengan dosis ragi 100 gr yaitu 30,60%, sedangkan kadar bioetanol terendah adalah waktu fermentasi 7 hari dengan dosis ragi 50gr yaitu 13,13%. Salah satu yang termasuk sampah organik adalah sampah buah-buahan dimana sampah tersebut mengandung protein, karbohidrat dan lemak seperti pisang dan nanas. Pisang mengandung tiga jenis gula alami, yaitu sukrosa, fruktosa dan glukosa yang dapat memberikan tambahan energi. Penelitian telah membuktikan bahwa dengan dua buah pisang dapat menambah energi selama 90 menit (Necolsen, 2011). Nilai energi pisang sekitar 136 kalori untuk setiap 100 gram, yang secara keseluruhan berasal dari karbohidrat (Jusuf, 2011). Indonesia merupakan salah satu negara bagian dengan luas areal perkebunan nanas terbesar di Asia selain Thailand, Filipina dan Malaysia yaitu mencapai lebih dari 165.690 hektar atau 25,24% dari sasaran panen buah-buahan nasional yaitu 657.000 hektar (Evelyn dkk. 2010). Nanas merupakan salah satu jenis tanaman yang banyak mengandung gula yaitu sekitar 15 hingga 20%. Oleh karena itu, nanas berpotensi sebagai bahan baku dalam memproduksi etanol. Pembuatan etanol dengan memanfaatkan sampah buah dapat dilakukan dengan proses fermentasi. Untuk itu, pada penelitian ini akan dilakukan pemanfaatan sampah buah sebagai
2
bahan etanol dengan fermentasi menggunakan bakteri Zymomonas mobilis pada buah pisang dan nanas.
PERUMUSAN MASALAH Rumusan masalah dalam penelitian ini adalah: 1. Pada waktu kapankah kadar etanol maksimum yang dihasilkan? 2. Penambahan H2SO4 manakah yang dapat menghasilkan kadar etanol lebih banyak?
TUJUAN PENELITIAN Tujuan dari penelitian ini adalah: 1. Menganalisis kadar etanol dengan variasi waktu fermentasi. 2. Menganalisis kadar etanol dengan penambahan H2SO4. 3. Mengetahui waktu optimum. 4. Mengetahui produksi etanol per kg sampah.
MANFAAT PENELITIAN Manfaat dari penelitian ini adalah: 1. Menambah wawasan dan pengetahuan bagi peneliti. 2. Memberikan informasi mengenai keefektifan perbandingan waktu fermentasi dan penambahan H2SO4 yang dapat digunakan untuk memperoleh kadar etanol pada fermentasi sampah buah pisang dan nanas yang optimum. 3. Memberikan nilai lebih terhadap sampah pisang dan nanas.
METODOLOGI PENELITIAN Bahan dan Alat yang Digunakan Bahan yang digunakan pada penelititan ini adalah sampah buah pisang dan nanas (kulit dan buahnya), H2SO4 6 M (0,5 ml; 1 ml; 1,5 ml), NaOH 6 N dan bakteri Zymomonas mobilis. Sedangkan alat yang digunakan untuk dijadikan sebagai reaktor fermentasi adalah botol (200 ml), selang dan tutup hitap. Berikut adalah Gambar reaktor fermentasi.
3
Selang
Penutup
Penutup
Air
Sampel
Gambar 1. Rangkaian Reaktor Fermentasi Prosedur Percobaahn Sampah buah pisang dan nanas yang telah diperoleh, dipotong-potong kecil. Setelah itu, ditimbang seberat 750 gram dan dimasukkan ke dalam blender electric. Sebelum di blender, ditambahkan air 250 gram. Perbandingan sampah dan air adalah 75% sampah : 25 % air. Selanjutnya sampah yang sudah menjadi bubur dimasukkan ke dalam botol dengan volume setiap botol berisi 45 ml dan ditambahkan dengan H2SO4 (0,5 ml; 1 ml; 1,5 ml). Setelah itu dilakukan pengukuran pH dan analisa kadar gula. Lalu tambahkan NaOH hingga pH mencapai 4,5. Selanjutnya sampel didiamkan sesuai dengan waktu fermentasi yaitu 3; 5; 7; 9; 11 hari. Sebelum proses fermentasi, dilakukan inokulum bakteri menggunakan bakteri Zymomonas mobilis (5 ml). Proses fermentasi dilakukan secara anaerob. Pada penelitian ini akan dilakukan analisa kadar gula sebelum dan sesudah fermentasi, pH dan juga analisa kadar etanol dengan metoda AOAC (Association of Official Analytical Chemistry).
HASIL DAN PEMBAHASAN Pengujian Kadar Gula sebelum Fermentasi Sebelum proses fermentasi, sampel pisang dan nanas dilakukan pengujian kadar gula. Hal ini bertujuan untuk mengetahui perubahan kadar gula setelah proses fermentasi. Pengujian kadar gula dilakukan dengan menggunakan metode Luff Scrool yang akan dilakukan di Laboratorium BPKI (Balai Penelitian dan Konsultasi Industri) Surabaya. Berdasarkan hasil penelitian di Laboratorium BPKI Surabaya, kadar gula pisang sebelum fermentasi dan sebelum penambahan H2SO4 adalah 7,18%. Kadar gula pisang setelah penambahan H2SO4 adalah sebagai berikut: -
Penambahan H2SO4 0,5 ml
= 10,34 %
-
Penambahan H2SO4 1 ml
= 12,3 %
-
Penambahan H2SO4 1,5 ml
= 12,32 %
4
Kadar gula nanas sebelum fermentasi dan sebelum penambahan H2SO4 adalah 8,86%, sedangkan kadar gula nanas setelah penambahan H2SO4 adalah sebagai berikut: -
Penambahan H2SO4 0,5 ml
= 10,96 %
-
Penambahan H2SO4 1 ml
= 12,88 %
-
Penambahan H2SO4 1,5 ml
= 12,9 %
Berdasarkan data diatas, kadar gula pada sampel setelah penambahan H2SO4 mengalami kenaikan. Pada penambahan H2SO4 1,5 ml kadar gula pada sampel lebih besar jika dibandingkan dengan penambahan H2SO4 0,5 ml dan 1 ml. Namun, perbedaan antara penambahan H2SO4 1 ml dengan 1,5 ml tidak terlalu besar.
Analisa pH Analisa pH dilakukan setelah proses fermentasi yang sesuai dengan waktunya yaitu 3 hari, 5 hari, 7 hari, 9 hari dan 11 hari. Tujuan analisa pH ini adalah untuk mengetahui perubahan pH pada sampel setelah proses fermentasi. Sebelum sampel dilakukan pengujian pH setelah fermentasi, dilakukan proses pasteurisasi dengan cara dipanaskan pada suhu 80°C selama 10 menit untuk mematikan bakteri sehingga tidak menghasilkan etanol (Awwalurrizki dan Putra, 2008 ; Puspita dkk. 2010). Selanjutnya, pH sampel dianalisis dengan menggunakan pH meter. Berikut adalah hasil perubahan pH sampah pisang dan nanas:
Tabel 1 pH Sampah Pisang pH Pisang dengan Penambahan H2SO4 Hari ke
H2SO4 0,5 ml
H2SO4 1 ml
H2SO4 1,5 ml
3
4,23
4,4
4,07
5
4,12
4,29
4,07
7
4,26
4,27
4,04
9
4,25
3,92
4,01
11
3,85
3,9
3,87
5
Tabel 2 pH Sampah Nanas Hari ke
pH Nanas dengan Penambahan H2SO4 H2SO4 0,5 ml
H2SO4 1 ml
H2SO4 1,5 ml
3
4,26
4,33
4,07
5
4,03
3,86
3,68
7
4,28
3,84
3,68
9
4,33
3,64
3,56
11
3,86
3,6
3,5
Berdasarkan tabel diatas, dapat dilihat bahwa pH pada sampel cenderung menurun dari hari ke hari selama proses fermentasi. Hal tersebut dikarenakan terbentuknya hasil sampingan selama proses fermentasi yang dihasilkan oleh bakteri, terutama asam asetat (Gunasekaran dkk. 1999). Dari hasil pengukuran, diperoleh pH pada kisaran 3-4. Penurunan pH tersebut dapat menyebabkan penurunan kadar etanol, hal ini dikarenakan terjadinya penurunan aktifitas bakteri. Aktifitas bakteri terletak pada pH tertentu dan mempunyai pH optimal (Kusuma, 2010). pH optimal bakteri Zymomonas mobilis adalah 4,5. Dikarenakan pH berada dibawah 4,5 maka bakteri akan bekerja lebih lambat, sehingga etanol yang dihasilkan akan berkurang. Selain itu, dikarenakan terbentuknya hasil sampingan selama proses fermentasi yang dihasilkan oleh bakteri terutama asam asetat (Gunasekaran dkk. 1999).
Pengukuran Kadar Gula Reduksi setelah Fermentasi Selanjutnya, sampel pisang dan nanas dilakukan uji kadar gula yang akan dilakukan di Laboratorium BPKI Surabaya. Berikut ini adalah hasil pengukuran kadar gula reduksi setelah fermentasi:
Gambar 1 Hubungan Kadar Gula dengan Waktu Fermentasi pada Pisang 6
