PEMBUATAN BIOETHANOL DARI TANDAN PISANG MENGGUNAKAN METODE HIDROLISIS DAN FERMENTASI DENGAN BANTUAN MIKROORGANISME SACCHAROMYCES CEREVISIAE 1
Harry Kurniawan1, Nola Dwi Estevan1, Erti Praputri1, Elmi Sundari 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
dilakukan proses pretreatment terhadap
Semakin menipisnya persediaan minyak
tandan
dunia menyebabkan kelangkaan bahan
digunakan variasi NaOH 2%, 3% dan 4%
bakar berupa bensin dan minyak tanah.
dan variabel ragi 3%, 4% dan 5%. Tujuan
Hal
dari
ini
berimbas
pada
semakin
pisang.
penelitian
Dalam
ini
penelitian
adalah
ini
mengamati
melambungnya harga kedua bahan bakar
pengaruh penambahan NaOH terhadap
tersebut. Pemerintah pun telah melakukan
perolehan
berbagai macam upaya salah satunya
pengaruh
dengan menggalakkan penggunaan bahan
perolehan bioetanol. Penelitian ini meliputi
bakar nabati berupa bioetanol. Salah satu
variabel : konsentrasi ragi roti 3%, 4%, 5%
sumber bahan nabati yang dapat dijadikan
dan konsentrasi NaOH pada Pretreatment
bioetanol
2%; 3%;
adalah
Widiyatni(2010)
tandan
telah
pisang.
mengidentifikasi
glukosa
dan
penambahan
4%
dan
mengamati
ragi
waktu
terhadap
fermentasi
selama 5 hari.
senyawa yang ada dalam tandan pisang
Bioetanol
salah satunya adalah kandungan selulosa
Bioetanol adalah cairan yang dihasilkan
tandan pisang yang cukup tinggi yaitu
melalui
sebesar 30%. Sehingga ketika diolah
penguraian
menjadi bioetanol dapat menghasilkan
bantuan mikroorganisme. Oleh karena itu,
rendemen yang cukup besar. Tandan pisang
penggunaan
tersedia cukup melimpah dan selama ini
disebut
kurang
optimal.
terbaharukan. Bioetanol di dapatkan dari
menjadi
hasil hidrolisis (jika perlu) dari gula
hidrolisis,
komplek, kemudian dilanjutkan dengan
dimanfaatkan
Pengolahan bioetanol
tandan melalui
secara pisang
tahapan
proses
fermentasi
sumber
sebagai
bahan
biofuel
bakar
fermentasi
Rumusan Masalah
pemurnian menggunakan distilasi. Sumber
Selama ini pembuatan bioetanol sudah
Bioetanol Secara umum, bahan baku dari
dilakukan untuk beberapa sumber bahan
bioetanol adalah semua hasil pertanian
nabati seperti singkong, sagu, kulit buah
yang
kakao, tandan kosong kelapa sawit, nanas
sederhana (mollase di tebu), amilum (pati di
namun
singkong), serta selulosa (tandan kosong
dilakukan
pembuatan
mikroorganisme
yang
fermentasi dan distilasi.
belum
oleh
dari
karbohidrat dengan
bioetanol
sebagai
gula
mengandung
gula.
bioetanol dari tandan pisang. Senyawa
kelapa sawit, tandan pisang).
lignin yang terdapat dalam tandan pisang
Tandan pisang
dapat
Pisang
menghambat
proses
hidrolisis
selulosa menjadi glukosa karena itu perlu
dengan
Paradisiacal
Baik
dan
gula
nama
Latin
Musa
merupakan
jenis
buah-
buahan
tropis
yang
di
Indonesia
dihasilkan
sangat
banyak
(Anonymous,
tandan pisang menggunakan bahan kimia yang berbeda seperti asam, alkali dan
1978). Tanaman pisang banyak tumbuh di
pengoksidasian yaitu peroksida dan ozon.
daerah tropis dan sub tropis. Salah satu
Diantara metode ini, pretreatment asam
limbah dari olahan pisang ini adalah
encer menggunakan H2SO4 adalah metode
tandan pisang. Tandan pisang merupakan
yang paling banyak digunakan.
bahan lignoselulosa yang mengandung
Hidrolisis Asam
selulosa
Susiany
Di dalam metode hidrolisis asam, biomassa
Anita
lignoselulosa dipaparkan dengan asam
merupakan
pada suhu dan tekanan tertentu selama
struktur utama dalam suatu polisakarida
waktu tertentu dan menghasilkan monomer
tanaman. Adanya selulosa dalam suatu
gula
substrat menginduksi terbentuknya enzim
hemiselulosa. Beberapa asam yang umum
selulase oleh mikroorganisme selulolitik.
digunakan untuk hidrolisis asam antara
Namun pada tandan pisang perlu adanya
lain adalah asam sulfat (H2SO4), asam
perlakuan tambahan berupa pretreatment
perklorat,
untuk dapat menghilangkan lignin yang
merupakan asam yang paling banyak
dapat
diteliti dan dimanfaatkan untuk hidrolisis
sekitar
Retnoningtyas, Wahyuni,
30%
Adi
2005).
(Ery
Wiharsono, Selulosa
mengganggu
proses
hidrolisis
dari
polimer
dan
selulosa
HCl.
Asam
dan
sulfat
selulosa.
asam (Taherzadeh and Karimi, 2008).
Pretreatment lignoselulosa
Fermentasi
Pretreatment biomassa lignoselulosa harus
Fermentasi adalah proses produksi energi
dilakukan untuk mendapatkan hasil yang
dalam sel dalam keadaan anaerobik (tanpa
tinggi.
Tujuan dari pretreatment adalah
oksigen). Secara umum, fermentasi adalah
untuk mengoksidasi bahan lignoselulosa
salah satu bentuk respirasi anaerobik, akan
dengan
menghilangkan
tetapi, terdapat definisi yang lebih jelas
hemiselulosa.
yang mendefinisikan fermentasi sebagai
memecah
kandungan
dan
lignin
dan
Rusaknya struktur kristal selulosa akan
respirasi
mempermudah teruainya selulosa menjadi
dengan tanpa akseptor elektron eksternal
glukosa.Kalau tidak dipretreatment terlebih
(Winarno & Fardiaz,1992). Fermentasi
dahulu,
bioetanol
lignoselulosa
sulit
untuk
dalam
dapat
lingkungan
anaerobik
didefenisikan
sebagai
dihidrolisis karena lignin sangat kuat
proses penguraian gula menjadi bioetanol
melindungi selulosa sehingga sangat sulit
dan
melakukan hidrolisis sebelum memecah
enzim yang dihasilkan oleh massa sel
pelindung lignin. Pretreatment kimia untuk
mikroba. Perubahan yang terjadi selama
karbondioksida
yang
disebabkan
proses fermentasi adalah glukosa menjadi
paling dikenal saat ini. Efesiensi fermentasi
bioetanol oleh sel-sel ragi tape dan ragi
dapat
roti (Prescott and Dunn, 1959). Berikut ini
mengabolisasi sel mikroorganisme yang
adalah reaksi penguraian selulosa menjadi
digunakan. Amobilisasi sel bertujuan untuk
etanol.
membuat sel menjadi tidak bergerak atau
2(C6H10O5)n + n H2O
n C12H22O11
ditingkatkan
dengan
cara
berkurang ruang geraknya sehingga sel menjadi terhambat pertumbuhannya dan
Maltosa C12H22O11 + H2O
subtract yang diberikan hanya digunakan
2 C6H12O6
untuk menghasilkan produk. Saccharomyces
Glukosa C6H12O6
ragi
2 C2H5OH + 2 CO2
bersifat
fermentatif
(melakukan fermentasi, yaitu memecah glukosa menjadi karbon dioksida dan
Destilasi
alkohol) kuat
Destilasi atau penyulingan adalah suatu
oksigen, Saccharomyces cerevisiae juga
metode pemisahan larutan berdasarkan
dapat
perbedaan titik didih. Dalam penyulingan,
mengoksidasi
campuran
zat
dioksida dan air. (Putra A.E & Surya,
menguap
dan
didinginkan
di
didihkan
uap
kembali
ini
sehingga kemudian
kedalam
bentuk
namun
melakukan
dengan adanya
respirasi
gula
menjadi
yaitu karbon
R.P,2006). METODOLOGI PENELITIAN
cairan. Proses destilasi diawali dengan
Bahan yang digunakan : Tandan Pisang
pemanasan, sehingga zat yang memiliki
diambil dari daerah kota Padang, H2SO4
titik didih lebih rendah akan menguap.
3%, NaOH 4%, Aquades, Ragi roti dan
Uap tersebut bergerak menuju kondenser
NPK dan urea (sesuai konsentrasi ragi).
yaitu
Parameter yang digunakan : Berat Sampel
pendingin),
proses
pendinginan
terjadi karena kita mengalirkan air kedalam
350 gr, pH hidrolisis = 5, Kondisi
dinding (bagian luar condenser), sehingga
Pretreatment 121oC, 1 atm, 60 menit.
uap yang dihasilkan akan kembali cair.
Konsentrasi
Proses ini berjalan terus menerus dan
Konsentrasi NaOH pada Pretreatment
akhirnya kita dapat memisahkan seluruh
2%; 3%; 4%.
senyawa-senyawa
Pretreatment
yang
ada
dalam
campuran homogen tersebut. Saccharomyces cerevisiae Ragi (Saccharomyces cerevisiae) adalah mikroorganisme penghasil etanol yang
ragi
1. Memotong
roti
3%,4%,5%,
tandan pisang
lalu
dikeringkan dalam oven. 2. Menggiling / menghaluskan tandan pisang sampai ukuran tertentu.
3. Menimbang 350 gr tandan pisang,
2. Setelah
itu
menghubungkan
memasukkan kedalam erlemeyer
erlemeyer 1000 ml yang berisi
1000 ml.
bubur
tandan
pisang
tersebut
4. Menambahkan 700 ml NaOH dan
dengan selang karet dan ujung
menutup dengan aluminium foil
selang dimasukkan kedalam air
kemudian
agar tidak terjadi kontak langsung
dipanaskan
dalam
autoclave pada suhu 121oC selama 60 menit.
dengan udara. 3. Selanjutnya larutan difermentasikan
5. Mencuci fase solidnya dengan air beberapa kali.
selama 5 hari. Destilasi
6. Melakukan langkah 4 dan 5 untuk
1. Selanjutnya memisahkan larutan
variasi konsentrasi NaOH
dengan
tandan
pisang
sehingga diperoleh cairan alkohol
Proses Hidrolisis 1. Hasil
bubur
pretreatment
dimasukkan
yang masih mengandung air.
kedalam erlenmeyer 500 ml lalu
2. Larutan tersebut didestilasi pada
ditambahkan 700 ml aquadest dan
suhu 80oC selama 1 - 2 jam sampai
mengatur pH 4 – 5.
etanol tidak menetes lagi
2. Kemudian
dipanaskan
dalam
3. Mengukur
autoclave pada suhu 121oC selama 30 menit.
destilat
etanol
yang
didapat. Analisa kadar etanol
3. Bubur tandan pisang dibiarkan menjadi dingin. 4. Menambahkan
Untuk
analisa
kadar
etanol
yang
didapatkan menggunakan metode analisa H2SO4
kedalam
densitas. Analisa densitas menggunakan
bubur tandan pisang lalu ditutup
alat piknometer 10 ml pada suhu kamar.
dengan alumunium foil.
Analisa kadar glukosa
5. Kemudian diletakkan pada orbital shaker 150 rpm selama 24 jam.
Untuk
analisa
diperoleh
kadar
menggunakan
glukosa metode
yang Luff
Schoorl.
Fermentasi 1. Subtrat tandan pisang yang telah
HASIL DAN PEMBAHASAN
dihidrolisis ditambahkan dengan
Dari penelitian yang telah dilakukan akan
NPK
dibahas
dan urea diaduk hingga
pengaruh
penambahan
NaOH
homogen kemudian ditambahakan
terhadap perolehan glukosa dan pengaruh
Saccaromyces
penambahan
Cerevisiae dan
diaduk sampai homogen.
bioetanol.
ragi
terhadap
perolehan
Pengaruh penambahan NaOH terhadap
Pengaruh penambahan ragi terhadap
perolehan glukosa
perolehan bioetanol.
Pengaruh penambahan NaOH terhadap
Pengaruh
perolehan glukosa. dapat dilihat pada
perolehan bioetanol, dapat dilihat pada
Gambar 1
gambar 2.
Gambar 1 pengaruh penambahan NaOH
1
peningkatan
memperlihatkan konsentrasi
ragi
terhadap
Gambar 2 Pengaruh penambahan ragi terhadap perolehan bioetanol
terhadap perolehan glukosa
Gambar
penambahan
bahwa
NaOH
dapat
Berdasarkan Gambar 2 dapat dilihat bahwa perolehan
etanol
meningkat
seiring
meningkatkan perolehan glukosa. Hal ini
meningkatnya penambahan ragi. Hal ini
sesuai dengan teori yang menyatakan
sesuai dengan teori yang menyatakan
bahwa selulosa adalah polimer glukosa.
bahwa saccharomyces bersifat fermentif,
Selulosa
yaitu memecah glukosa menjadi karbon
secara
alami
diikat
oleh
hemiselulosa dan dilindungi oleh lignin.
dioksida .(Putra
Adanya lignin inilah yang menyebabkan
2006). Jadi semakin ditambahkan maka
bahan-bahan
banyak ragi yang semakin banyak glukosa
lignoselulosa
sulit
untuk
A.E
&
Surya,
R.P,
dihidrolisa.(Iranmahroob et al.,2002).
yang dikonversi menjadi etanol.
Proses delignifikasi menggunakan NaOH
KESIMPULAN
dilakukan
dan
Hasil dari penelitian tentang pembuatan
dan
bioetanol dari tandan pisang menggunakan
untuk
menghilangkan hemiselulosa. selulosa
akan
memecah
kandungan
lignin
Rusaknya struktur kristal memudahkan
selulosa menjadi glukosa.
teurainya
metode
hidrolisis
dan
fermentasi
membeikan beberapa kesimpulan sebagai berikut : Limbah dari tandan pisang dapat
dikonversikan menjadi bioetanol. Semakin
Temperatures”, Applied Biochemistry and
tinggi konsentrasi NaOH yang digunakan
Biotechnology, 136 - 140, 81 – 92, 2007.
untuk
menghilangkan
lignin
maka
frekuensi terbentuknya glukosa juga akan semakin tinggi.Semakin tinggi konsentrasi ragi
yang
digunakan maka
perolehan
bioetanolnya juga semakin banyak.
7. Kim, T. H., Taylor, F. dan Hicks, K. B. , “Bioethanol Production From Barley Hull Using SAA (Soaking in Aqueous Ammonia) Pretreatment”, Bioresource Technology, 99, 5694 – 5702, 2008.
DAFTAR PUSTAKA 1. Arinong, Rahman, Pemanfaatan jerami
8. Lynd, L. R., Elander, R. T. dan Wyman,
padi untuk konservasi dan pakan ternak.
C. E., “Likely Features and Costs of
http ://www.stppgowa.ac.id. (diunduh pada
Mature Biomass Ethanol Technology”,
tanggal 5 Oktober 2013)
Applied Biochem. Biotechnol, 57/58, 741 – 761, 1996.
2. Hamelinck, C. N., Hooijdonk, G. v. dan Faaij, A. P., “Ethanol from Lignocellulosic
9. Octavia, Silvi, “Pengolahan Awal
Biomass: Techno-economic Performance in
Biomassa Lignoselulosik Berbasis Amoniak
Short-, Middle- and Long-term”, Biomass
Sebagai Bahan Mentah Pembuatan
and Bioenergy, 28, 384 – 410, 2005.
Bioetanol, Disertasi”, 2013.
3. http://en.wikipedia,org (diunduh pada tanggal 21 Oktober 2013) 4. Kaar, W. E. dan Holtzapple, M. T., “Using Lime Pretreatment to Facilitate The Enzymic Hydrolysis of Corn Stover”, Biomass and Bioenergy, 18, 189 – 199, 2000. 5. Kim, S.; Holtzapple, M. T., ” Lime pretreatment and enxymatic hydrolysis of corn stover”, Bioresource Technology, 2005. 6. Kim, T. H. dan Lee, Y. Y., “Pretreatment of Corn Stover by Soaking in Aqueous Ammonia at Moderat
10.
Puslitbang Tanaman
Peningkatn
Produksi
Pangan,
Padi
“Repositori
Menuju
2020”,
http://www. puslittan.bogor.net. (diunduh pada tanggal 5 Oktober 2013)
