PEMBUATAN BIOETHANOL DARI TANDAN PISANG MENGGUNAKAN METODE HIDROLISIS DAN FERMENTASI DENGAN BANTUAN MIKROORGANISME SACCHAROMYCES CEREVISIAE Nola Dwi Estevan1, Harry Kurniawan1, Erti Praputri1, Elmi Sundari 1 1 Jurusan Teknik Kimia, Fakultas Teknologi Industri, Universitas Bung Hatta Jl.Gajah Mada No.19, Olo Nanggalo Padang-25143
[email protected],
[email protected]
Abstrak Dalam tandan pisang terdapat kandungan selulosa yang cukup tinggi sehingga limbah ini dapat kita olah menjadi etanol.Dimana proses pembentukan bioetanol ini yaitu melalui proses delignifikasi, hidrolisis, fermentasi dan distilasi.Adapun tujuan dari penelitian ini adalah mengetahui pengaruh penambahan NaOH terhadap perolehan glukosa dan pengaruh penambahan ragi terhadap perolehan etanol.Pembuatan bioetanol dilakukan dengan cara delignifikasi terlebih dahulu dengan variabel konsentrasi NaOH 2 %,3% dan 4%,untuk proses fermentasinya dengan variabel 3%,4% dan 5% waktu fermentasi selama 5 hari, rendemen hasil fermentasi yang paling banyak adalah delignifikasi dengan NaOH 4% dan fermentasi dengan konsentrasi ragi 5 %. Kata kunci : tandan pisang, selulosa, glukosa dan bioetanol.
Abstract In the banana bunches are fairly high cellulose content so that waste can be etanol.Dimana us if this bioethanol formation process is through the process of delignification , hydrolysis , fermentation and distilasi.Adapun purpose of this study was to determine the effect of adding NaOH to the acquisition and the effect of the addition of glucose yeast for ethanol etanol.Pembuatan acquisition is done by first delignification with variable concentrations of NaOH 2 % , 3 % and 4 % , for the fermentation process with variable 3 % , 4 % and 5 % over the 5 -day fermentation period , the yield of fermented most many are delignification with 4 % NaOH and fermentation with yeast concentration of 5% . Keywords : bunches of bananas, cellulose, glucose and ethanol PENDAHULUAN Semakin menipisnya persediaan minyak dunia menyebabkan kelangkaan bahan bakar berupa bensin dan minyak tanah. Hal ini berimbas pada semakin melambungnya harga kedua bahan bakar tersebut. Pemerintah pun telah melakukan berbagai macam upaya salah satunya dengan menggalakkan penggunaan bahan bakar nabati berupa bioetanol. Salah satu
sumber bahan nabati yang dapat dijadikan bioetanol adalah tandan pisang. Widiyatni(2010) telah mengidentifikasi senyawa yang ada dalam tandan pisang salah satunya adalah kandungan selulosa tandan pisang yang cukup tinggi yaitu sebesar 30%. Sehingga ketika diolah menjadi bioetanol dapat menghasilkan rendemen yang cukup besar.
Tandan melimpah
pisang
dan
tersedia
selama
dengan
bantuan
mikroorganisme.Oleh
kurang
karena itu, penggunaan bioetanol sebagai
dimanfaatkan secara optimal.Pengolahan
biofuel disebut sebagai bahan bakar yang
tandan pisang menjadi bioetanol melalui
terbaharukan. Bioetanol di dapatkan dari
tahapan
hasil hidrolisis (jika perlu) dari gula
hidrolisis,
ini
cukup
fermentasi
dan
destilasi.
komplek, kemudian dilanjutkan dengan
1.2 Rumusan Masalah
fermentasi
Selama ini pembuatan bioetanol sudah dilakukan untuk beberapa sumber
oleh
mikroorganisme
dan
pemurnian menggunakan distilasi. Sumber Bioetanol
bahan nabati seperti singkong, sagu, kulit
Secara umum, bahan baku dari
buah kakao, tandan kosong kelapa sawit,
bioetanol adalah semua hasil pertanian
nanas namun belum dilakukan pembuatan
yang
bioetanol dari tandan pisang.
sederhana (mollase di tebu), amilum (pati
Senyawa
lignin
yang
terdapat
mengandung
gula.
kelapa sawit, tandan pisang).
proses hidrolisis selulosa menjadi glukosa
Tandan pisang
itu
perlu
dilakukan
gula
di singkong), serta selulosa (tandan kosong
dalam tandan pisang dapat menghambat
karena
Baik
proses
Pisang dengan nama Latin Musa
pretreatmen terhadap tandan pisang.Dalam
Paradisiacal
penelitian ini digunakan variasi NaOH
buahan
2%, 3 % dan 4 % dan variabel ragi 3 %, 4
dihasilkan
% dan 5 %.Tujuan dari penelitian ini
1978). Tanaman pisang banyak tumbuh di
adalah : mengamati pengaruh penambahan
daerah tropis dan sub tropis. Salah satu
NaOH terhadap perolehan glukosa dan
limbah dari olahan pisang ini adalah
mengamati pengaruh penambahan ragi
tandan pisang. Tandan pisang merupakan
terhadap perolehan bioetanol.
bahan lignoselulosa yang mengandung
Penelitian ini meliputi variabel :
merupakan
tropis di
yang
jenis
sangat
Indonesia
selulosa sekitar 30% Adi
buahbanyak
(Anonymous,
(Ery Susiany
konsentrasi ragi roti 3%,4%,5% dan
Retnoningtyas,
konsentrasi NaOH pada Pretreatment 2%;
Wahyuni,
3%; 4% dan waktu fermentasi selama 5
struktur utama dalam suatu polisakarida
hari.
tanaman. Adanya selulosa dalam suatu
Bioetanol
substrat menginduksi terbentuknya enzim
2005).
Wiharsono,
Selulosa
Anita
merupakan
Bioetanol adalah cairan yang
selulase oleh mikroorganisme selulolitik.
dihasilkan melalui proses fermentasi gula
Namun pada tandan pisang perlu adanya
dari
perlakuan tambahan berupa pretreatment
penguraian
sumber
karbohidrat
untuk dapat menghilangkan lignin yang
perklorat,
dapat
merupakan asam yang paling banyak
mengganggu
proses
hidrolisis
dan
HCl.
Asam
sulfat
selulosa.
diteliti dan dimanfaatkan untuk hidrolisis
Pretreatment lignoselulosa
asam (Taherzadeh and Karimi, 2008).
Pretreatment lignoselulosa
harus
biomassa dilakukan
Fermentasi
untuk
Fermentasi
adalah
proses
mendapatkan hasil yang tinggi. Tujuan
produksi energi dalam sel dalam keadaan
dari
anaerobik (tanpa oksigen). Secara umum,
pretreatment
adalah
untuk
mengoksidasi bahan lignoselulosa dengan
fermentasi
memecah dan menghilangkan kandungan
respirasi anaerobik, akan tetapi, terdapat
lignin dan hemiselulosa.Rusaknya struktur
definisi
kristal
mendefinisikan
fermentasi
sebagai
teruainya selulosa menjadi glukosa.Kalau
respirasi
lingkungan
anaerobik
tidak
dahulu,
dengan tanpa akseptor elektron eksternal
dihidrolisis
(Winarno & Fardiaz,1992). Fermentasi
selulosa
akan
dipretreatment
lignoselulosa
sulit
mempermudah
terlebih untuk
adalah
yang
dalam
lebih
satu
bentuk
jelas
bioetanol
selulosa sehingga sangat sulit melakukan
proses penguraian gula menjadi bioetanol
hidrolisis sebelum memecah pelindung
dan
lignin.Pretreatment kimia untuk tandan
enzim yang dihasilkan oleh massa sel
pisang menggunakan bahan kimia yang
mikroba. Perubahan yang terjadi selama
berbeda
dan
proses fermentasi adalah glukosa menjadi
pengoksidasian yaitu peroksida dan ozon.
bioetanol oleh sel-sel ragi tape dan ragi
Diantara metode ini, pretreatment asam
roti (Prescott and Dunn, 1959). Berikut ini
encer menggunakan H2SO4 adalah metode
adalah reaksi penguraian selulosa menjadi
yang paling banyak digunakan.
etanol.
Hidrolisis Asam
2(C6H10O5)n + n H2O
asam,
alkali
didefenisikan
yang
karena lignin sangat kuat melindungi
seperti
dapat
salah
karbondioksida
yang
Maltosa C12H22O11 + H2O
2 C6H12O6
asam pada suhu dan tekanan tertentu
Glukosa
selama waktu tertentu dan menghasilkan
C6H12O6
monomer gula dari polimer selulosa dan
Destilasi
hemiselulosa. Beberapa asam yang umum
disebabkan
n C12H22O11
Di dalam metode hidrolisis asam, biomassa lignoselulosa dipaparkan dengan
sebagai
ragi
Destilasi
2 C2H5OH + 2 CO2 atau
penyulingan
digunakan untuk hidrolisis asam antara
adalah suatu metode pemisahan larutan
lain adalah asam sulfat (H2SO4), asam
berdasarkan perbedaan titik didih. Dalam
penyulingan, campuran zat di didihkan
mengoksidasi
sehingga menguap dan uap ini kemudian
dioksida dan air.(Putra A.E & Surya, R.P,
didinginkan
2006).
kembali
kedalam bentuk
gula
menjadi
karbon
cairan. Proses destilasi diawali dengan
METODOLOGI PENELITIAN
pemanasan, sehingga zat yang memiliki
Bahan yang digunakan : Tandan Pisang
titik didih lebih rendah akan menguap.
diambil dari daerah kota Padang, H2SO4
Uap tersebut bergerak menuju kondenser
3%, NaOH 4%, Aquades, Ragi roti dan
yaitu
NPK dan urea (sesuai konsentrasi ragi).
pendingin),
terjadi
karena
proses
air
Parameter yang digunakan : Berat Sampel
kedalam dinding (bagian luar condenser),
350 gr, pH hidrolisis = 5, Kondisi
sehingga
Pretreatment 121oC, 1 atm, 60 menit.
uap
kita
pendinginan
yang
mengalirkan
dihasilkan
akan
kembali cair. Proses ini berjalan terus
Konsentrasi
menerus
Konsentrasi NaOH pada Pretreatment
dan
memisahkan
akhirnya
seluruh
kita
dapat
senyawa-senyawa
yang ada dalam campuran homogen tersebut.
ragi
roti
3%,4%,5%,
2%; 3%; 4%. Pretreatment 1. Memotong
tandan
pisang
lalu
dikeringkan dalam oven.
Saccharomyces cerevisiae Ragi (Saccharomyces cerevisiae)
2. Menggiling / menghaluskan tandan
adalah mikroorganisme penghasil etanol
pisang sampai ukuran tertentu.
yang paling dikenal saat ini. Efesiensi
3. Menimbang 350 gr tandan pisang,
fermentasi dapat ditingkatkan dengan cara
memasukkan kedalam erlemeyer
mengabolisasi sel mikroorganisme yang
1000 ml.
digunakan.
Amobilisasi
bertujuan
4. Menambahkan 700 ml NaOH dan
untuk membuat sel menjadi tidak bergerak
menutup dengan aluminium foil
atau berkurang ruang geraknya sehingga
kemudian
sel menjadi terhambat pertumbuhannya
autoclave pada suhu 121 oC selama
dan
60 menit.
subtract
digunakan
yang untuk
sel
diberikan
hanya
menghasilkan
produk.Saccharomyces bersifat fermentatif (melakukan fermentasi, yaitu memecah glukosa menjadi karbon dioksida dan
beberapa kali. 6. Melakukan langkah 4 dan 5 untuk variasi konsentrasi NaOH Proses Hidrolisis
oksigen, Saccharomyces cerevisiae juga
Hasil
melakukan
respirasi
yaitu
dalam
5. Mencuci fase solidnya dengan air
alkohol) kuat. namun dengan adanya
dapat
dipanaskan
pretreatment
dimasukkan
kedalam erlenmeyer 500 ml lalu
ditambahkan 700 ml aquadest dan
Larutan tersebut didistilasi pada suhu 80oC selama 1 - 2 jam sampai
mengatur pH 4 – 5. Kemudian
dipanaskan
dalam
autoclave pada suhu 121 oC selama
etanol tidak menetes lagi Mengukur destilat etanol yang
30 menit.
didapat.
Bubur tandan pisang dibiarkan menjadi dingin. Menambahkan
Analisa kadar etanol Untuk
H2SO4
kedalam
analisa
didapatkan
kadar
etanol
menggunakan
yang analisa
bubur tandan pisang lalu ditutup
densitas.Analisa densitas menggunakan
dengan aluminium foil.
alat piknometer 10 ml pada suhu kamar.
Kemudian diletakkan pada orbital Shaker 150 rpm selama 24 jam.
Analisa kadar glukosa Untuk
analisa
diperoleh
Fermentasi Subtrat tandan pisang yang telah
kadar
glukosa
menggunakan
yang
metode
Luff
Schoorl.
dihidrolisis ditambahkan dengan
HASIL DAN PEMBAHASAN
NPK dan urea diaduk hingga
Dari penelitian yang telah dilakukan akan dibahas pengaruh penambahan NaOH terhadap perolehan glukosa dan pengaruh penambahan ragi terhadap perolehan bioetanol. Pengaruh penambahan NaOH terhadap perolehan glukosa Pengaruh penambahan NaOH terhadap perolehan glukosa, dapat dilihat pada Gambar 4.1 dibawah ini.
homogen kemudian ditambahkan Saccaromyces
Cerevisiae
dan
diaduk sampai homogen. Setelah
itu
menghubungkan
erlemeyer 1000 ml yang berisi bubur
tandan
pisang
tersebut
dengan selang karet dan ujung selang dimasukkan kedalam air agar tidak terjadi kontak langsung Selanjutnya
larutan
difermentasikan selama 5 hari. Destilasi Selanjutnya memisahkan larutan dengan
bubur
tandan
pisang
sehingga diperoleh cairan alkohol + air.
% glukosa
dengan udara.
1,80% 1,60% 1,40% 1,20% 1,00% 0,80% 0,60% 0,40% 0,20% 0,00%
glukosa
2%
3% % NaOH
4%
Gambar 1 pengaruh penambahan NaOH terhadap perolehan glukosa
Gambar 1 memperlihatkan bahwa peningkatan
konsentrasi
NaOH
dapat
meningkatkan perolehan glukosa.Hal ini sesuai dengan teori yang menyatakan bahwa selulosa adalah polimer glukosa. Selulosa
secara
hemiselulosa
alami
dan
diikat
oleh
dilindungi
oleh
lignin.adanya senyawa pengikat lignin inilah yang menyebabkan bahan-bahan lignoselulosa
sulit
untuk
dihidrolisa.(Iranmahroob et al.,2002). Proses delignifikasi menggunakan NaOH dilakukan untuk memecah dan menghilangkan kandungan lignin dan hemiselulosa.Rusaknya
struktur
ktistal
selulosa akan memudahkan terurainya selulosa menjadi glukosa. Pengaruh penambahan ragi terhadap perolehan bioetanol. Pengaruh penambahan ragi terhadap perolehan bioetanol, dapat dilihat pada Gambar 2 dibawah ini
Gambar 2 Pengaruh penambahan ragi terhadap perolehan bioetanol
Berdasarkan Gambar 2 dapat dilihat bahwa perolehan etanol meningkat seiring meningkatnya penambahan ragi.Hal ini sesuai dengan teori yang menyatakan bahwa saccharomyces bersifat fermentif ,melakukan fermentasi,yaitu memecah glukosa menjadi karbon dioksida dan alkohol.(Putra A.E & Surya, R.P, 2006).. Jadi semakin banyak ragi yang ditambahkan maka semakin banyak glukosa yang dikonversi menjadi etanol. KESIMPULAN Hasil dari penelitian tentang pembuatan bioetanol dari tandan pisang menggunakan metode hidrolisis dan fermentasi membeikan beberapa kesimpulan sebagai berikut : Limbah dari tandan pisang dapat dikonversikan menjadi bioetanol.Semakin tinggi konsentrasi NaOH yang digunakan untuk menghilangkan lignin maka frekuensi terbentuknya glukosa juga akan semakin tinggi.Semakin tinggi konsentrasi ragi yang digunakan maka perolehan bioetanolnya juga semakin banyak. DAFTAR PUSTAKA Saputra Adi.2014.Pra Rancangan Pabrik Bioetanol dari Tandan Kosong Kelapa Sawit.universitas Bung Hatta.padang. Isroi. 2008. Potensi Biomassa Lignoselulosa di Indonesia Sebagai Bahan Baku Bioetanol: Tandan Kosong Kelapa Sawit. Muljono, Judoamidjojo, Darwis, Aziz, A., dan Gumbira, E. 2002. Teknologi Fermentasi. Rajawali pers: Jakarta.
