PEMBUATAN ETANOL DARI BENGKUANG DENGAN VARIASI BERAT RAGI, WAKTU, DAN JENIS RAGI Rosdiana Moeksin, Shinta Francisca Jurusan Teknik Kimia Fakultas Teknik Universitas Sriwijaya
Abstrak Pemanfaatan bengkuang terkadang menjadi masalah terutama pada saat musim panen. Etanol dari bahan baku bengkuang, dengan bantuan ragi, lama fermentasi (3, 5, dan 7 hari. Jenis ragi (ragi tape dan ragi roti),semakin besar berat ragi maka semakin tinggi etanol yang terbentuk. Pada penelitian ini, kadar etanol tertinggi dari bengkuang yang difermentasi dengan berat ragi 6 gr dan dengan lama fermentasi 5 hari didapat sebesar 22 %.
Kata kunci : bengkuang, fermentasi, etanol. I. PENDAHULUAN Tanaman bengkuang sebenarnya berasal dari amerika, disana tanaman bengkuang ini bukan termasuk buah – buahan tetapi dianggap sebagai sayuran. Pada saat musim panen datang, harga bengkuang menurun drastis. Dimana banyaknya kuantitas bengkuang tersebut dapat menyebabkan tidak maksimalnya pemanfaatan bengkuang, sehingga kemungkinan besar bengkuang tersebut akan menjadi busuk. Hal ini memacu penulis untuk melakukan penelitian seberapa banyak kadar alkohol yang dapat dihasilkan bengkuang. Pada penetilian saat ini, kami menggunakan fermentasi dari bahan yang mengandung pati, karena diketahui bahwa bengkuang banyak mengandung karbohidrat. Maka dari berbagai faktor yang telah disebutkan itu, diadakanlah suatu percobaan untuk meneliti kemungkinan pemanfaatan bengkuang sebagai salah satu bahan baku pembuatan etanol secara fermentasi.Tujuan penelitian memanfaatkan bengkuang sebagai penghasil etanol dengan cara fermentasi, serta mengetahui pengaruh lamanya waktu fermentasi kadar etanol yang dihasilkan. II. FUNDAMENTAL 2.1 Bengkuang Bengkuang merupakan buah yang kaya akan berbagai zat gizi yang sangat penting untuk kesehatan terutama vitamin dan mineral. Vitamin yang terkandung dalam bengkuang sangat tinggi adalah vitamin C. Sedangkan mineral yang
Jurnal Teknik Kimia, No. 2, Vol. 17, April 2010
terkandung dalam bengkuang adalah fosfor, zat besi, kalsium, dan lain-lain. Tumbuhan yang berasal dari Amerika tropis ini termasuk dalam suku Umbinya mengandung gula dan pati serta fosfor dan kalsium. Umbi ini juga memiliki efek pendingin karena mengandung kadar air 86-90%. Table 1. Komposisi Kimia Bengkuang per 100 gr No Kandungan Jumlah 1 Energi 55 kkal 2 Protein 1.4 gr 3 Lemak 0.2 gr 4 Karbohidrat 12.8 gr 5 Kalsium 15 mg 6 Fosfor 18 mg 7 Vitamin A 0 SI 8 Vitamin B1 0.04 mg 9 Vitamin C 20 mg 10 Besi 0.6 mg Sumber : Anna Poedjiadi, Dasar – Dasar Biokimia, 1994 2.2 Dasar – dasar Fermentasi Fermentasi alcohol adalah proses penguraian karbohidrat menjadi etanol dan CO 2 yang dihasilkan oleh aktivitas suatu jenis mikroba yang disebut khamir dan keadaan anaerob (Proscott dan Dunn, 1959) . Perubahan ini dapat terjadi jika mikroba terseut bersentuhan dengan makanan yang sesuai bagi pertumbuhannya. Pada proses fermentasi biasanya tidak menimbulkan bau
25
busuk dan biasanya menghasilkan gas karbondioksida (Desrosier,1988). Secara ringkas seluruh rangkaian reaksi yang terjadi adalah hidrolisispati atau polisakarida menjadi maltose (disakarida) kemudian hidrolisis menjadi glukosa dan selanjutnya diubah menjadi alcohol dan gas karbondioksida oleh Saccharomyyces cereviceae (Winarno & Fardiaz,1992). Dalam pengolahan makanan dan minuman penyegar perlakuan fermentasi mempunyai beberapa tujuan : 1. Meningkatkan nilai gizi bahan makanan 2. Memperpanjang daya simpan bahan makanan 3. Meningkatkan nilai ekonomi bahan makanan 2.3 Faktor – Faktor yang Mempengaruhi Fermentasi Etanol Menurut Judoamidjojo, 1990, faktor – faktor yang mempengaruhi hasil fermentasi etanol adalah sebagai berikut : 1.
Lama Fermentasi Lama fermentasi biasanya ditentukan pada jenis bahan dan jenis ragi serta gula. Fermentasi berhenti ditandai dengan tidak terproduksinya lagi CO 2 . Kadar etanol yang dihasilkan akan semakin tinggi sampai waktu optimal dan setelah itu kadar etanol yang dihasilkan menurun.
3.
Derajat Keasamaan Pada umumnya pH untuk fermentasi dibutuhkan keasaman 3,4 – 4, ini didasari lingkungan hidup dari starter yang dapat tumbuh dan melakukan metabolism pada pH tersebut (Winarno & Fardiaz,1992).
26
Kadar Gula Kadar gula yang optimum untuk aktivitas pertumbuhan starter adalah 10 – 18%. Gula disini sebagai substrat, yaitu sumber karbon bagi nutrient Saccharomyces cereviceae yang mempercepat pertumbuhan untuk selanjutnya menguraikan karbohidrat menjadi etanol. Jika kadar gula di bawah 10% fermentasi dapat berjalan tetapi etanol yang dihasilkan terlalu encer sehingga tidak efisien untuk didestilasi dan biayanya mahal. Jika kadar gula di atas 18 % fermentasi akan menurun dan alcohol yang terbentuk akan menghambat aktivitas ragi, sehingga waktu fermentasi bertambah lama dan ada sebagian gula yang tidak terfermentasi.
5.
Suhu Suhu optimum untuk Saccharomyces cereviceae adalah 19 - 32oC. Oleh arena itu, pengaturan suhu dibuat dalam range tersebut.
Jenis Mikroorganis Pemilihan mikroorganisme biasanya didasarkan pada jenis sustrat yang digunakan sebagai medium, misalnya untuk menghasilkan etanol digunakan khamir Saccharomyces cereviceae. Untuk mengoksidasi alcohol menjadi asam asetat digunakan Aspergillus wentii. Seleksi bertujuan untuk mendapatkan mikroorganisme yang mampu tumbuh dengan cepat dan mempunyai toleransi tinggi terhadap keadaan medianya untuk menghasilkan produk yang diinginkan.
2.
4.
6.
Konsentrasi Ragi Konsentrasi ragi yang diberikan pada larutan yang akan diferrmentasikan optimalnya adalah 1% dari volume larutan (Satuhu & Supardi , 1994). Jika konsentrasi ragi yang diberikan kurang sari kadar optimal yang disarankan akan menurunkan kecepatan fermentasi karena sedikitnya massa yang akan menguraikan glukosa menjadi etanol, sedangkan maka akan dibutuhkan substrat yang lebih banyak karena substrat yang ada tidak cukup, karena itu menurutkan kecepatan fermentasi.
2.4 Etanol (Etil Alkohol) Etanol adalah alkohol biasa dan merupakan alcohol terpenting. Pada suhu kamar etanol berupa zat cair bening, mudah menguap, dan berbau khas. Dalam kehidupan sehari – hari, alcohol dapat kita temukan dalam spiritus, dalam alcohol rumah tangga (alcohol 70% yang digunakan sebagai pembersih luka), dalam minuman beralkohol atau dalam air tape, dan lain – lain (Fessenden dan Fessenden, 1986). Etanol tidah beracun, tetapi bersifat memabukkan dan menyebbabkan
Jurnal Teknik Kimia, No. 2, Vol. 17, April 2010
kantk karena menekan aktivitas otak atas. Etanol juga bersifat candu. Orang yang sering minum alcohol dapat menjadi ketagihan dan sukar baginya meninggalkan alcohol itu. Walaupun tidak beracun, alcohol dapat menimbulkan angka kematian yang tinggi, misalnya banyak pengemudi kendaraan yang dalam keadaan mabuk menimbulkan kecelakaan lalu lintas. Hal yang lebih menyedihkan jika yang menjadi korban bukan saja si pemabuk, tatpi orang lain (Purba,2000). Etanol adalah alcohol yang digunakan dalam minuman seperti bir, anggur, dan berbagai jenis minuman keras lainnya. Etanol dihasilkan dari proses fermentasi (peragian) karbohidrat (glukosa) dengan bantuan enzim zimase dari ragi (yeast). Proses peragian berlangsung dalam dua tahap. Tahap pertama adalah perubahan polisakarida (amilum) menjadi monosakarida (glukosa) yang dikatalisis oleh enzim amylase. Tahap kedua addalah pengubahan glukosa menjadi alohol yang dikatalisis oleh enzim zimase. Glukosa yang digunakan untuk proses fermentasi ini dapat berasal singkong, beras, ketan, anggur, pati gandum, dan beras (Fessenden dan Fessenden, 1986). Kadar etanol yang dihasilkan dari fermentasi glukosa ini hanya berkisar 12% -15% Karena pada kadar yang lebih tinggi sel ragi tidak dapat hidup. Kadar etanol yang lebih tinggi dapat diperoleh melalui pemekatan dengan cara destilasi. Melalui destilasi dapat diperoleh alcohol sampai 95,5%. Alcohol yang lebih pekat dari itu tidak dapat diperoleh melalui destilasi karena campuran yang mengandung 95,5% alcohol dengan 4,5 air mempunyai titik didih yang tetap (campuran azeotrop). Etanol merupakan produk fermentasi yang dapat dibuat dari substrat yang mengandung karbohidrat. Etanol merupakan kependekan dari etil alcohol. Bentuknya berupa cairan yang tidak berwarna dan memiliki bau yang khas. Kegunaan etanol antara lain : 1. 2. 3. 4.
Sebagai bahan baku pembuatan senyawa lain seperti asam asetat Perawatan kimia (kosmetik, farmasi, dan lain – lain ) Sebagai pelarut organic Sebagai konsumsi minuman beralkohol
Jurnal Teknik Kimia, No. 2, Vol. 17, April 2010
Alkohol memiliki beberapa efek merugikan, yaitu 1. 2.
3. 4. 5.
Dapat menyebabkan ketergantungan Dapat menyebabkan penghilangan kesadaran (karena menekan aktivitas otak bagian belakang) Dapat menimbulkan asidosis (pengasaman dan iritasi pada lambung Dapat merusak hati Dapat menyebabkan impotensi pada kaum laki – laki
Table 2.2 Sifat Fisika dan Sifat Kimia Etanol Properti Berat molekul, gr/mol Titik beku, oC Titik didih normal, oC Densitas, g/mol Viskositas pada 20oC, mPa.s (Cp) Panas penguapan normal, J/gr Panas pembakaran pada 25oC, J/gr Panas jenis pada 25oC, J (gr. oC) Nilai oktan Wujud pada suhu kamar Dicampur dengan Natrium kelarutan dalam air Dapat terbakar
Nilai 46,1 -114,1 78,32 0,7983 1,17 839,31 29676,6 2,42 106 – 111 Cair Bereaksi Larut sempurna Ya
Sumber : Kirk- Orthmer, Enncyclopedia of Chemical Technology, vol 9, 1967 2.5 Evaporasi Evaporasi merupakan perpindahan kalor ke zat cair mendidih yang sangat sering ditemukan sehingga biasanya ditangani sebagai satu operasi tersendiri. Tujuan evaporasi yaitu untuk memekatkan larutan yang terdiri dari zat terlarut yang tak mudah menguap dan pelarut yang mudah menguap. Evaporasi dilaksanakan dengan menguapkan sebagian dari pelarut sehingga didapatkan larutan cair pekat yang konsentrasinya lebih tinggi (www.wikipedia.org). Jenis – jenis utama evaporator tabung dengan pemasukan uap yang banyak yaitu: 1.
Evaporasi – vertical tabung panjang a. Aliran ke atas b. Aliran ke bawah
27
c. 2.
Sirkulasi paksa
2.
Campuran tersebut kemudian dihidrolisa di dalam autoklaf selama 1 jam dengan suhu 90oC. Setelah 1 jam pati yang ada relative telah terhidrolisa dengan sempurna.
3.
Larutan yang diperoleh didinginkan dan ditambahkan aquadest hingga 300 ml.
Evaporasi film-aduk
III. Metodologi Penelitian 3.1 Bahan – bahan yang Digunakan Bahan yang digunakan dalm penelitian ini adalah : 1. Bengkuang 2. Ragi roti (Fermipan) 3. Ragi tape 4. Gula pasir 5. Aquadest 6. HCl 7. NaOH 3.2 Alat – alat yang Digunakan Peralatan persiapan sari Ubi Talas 1. 2. 3. 4. 5. 6. 7. 8. 9.
Timbangan Pisau Stainless Mortal Gelas Ukur Erlenmeyer Pengaduk Labu ukur pH meter Autoklaf
Peralatan Percobaan Fermentasi 1. Erlenmeyer 2. Selang 3. Gabus penutup
C. Fermentasi 1.
300 ml larutan kemudian ditambahkan gula sebanyak 30 gram (10 % volume). Kadar optimum gula 10 – 18% volume akhir (Kastini, 1992).
2.
Sari bengkuang yang telah ditambah gula diaduk sampai homogen.
3.
Alat – alat yang digunakan pada proses fermentasi disterilisasi dalam autoklaf pada suhu 121oC selama 15 menit agar tidak ada mikroba lain karena kesterilan akan mempengaruhi fermentasi.
4.
Setelah keluar dari autoklaf, alat – alat tersebut didinginkan.
5.
Untuk tiap Erlenmeyer dari 300 ml larutan ditambahkan masing – masing 2 gr, 4 gr, dan 6 gr (sesuai dengan variasi dosisnya) kemudian diaduk sampai homogen.
6.
Tutup rapat Erlenmeyer yang berisi media fermentasi dengan gabus yang dihubungkan dengan selang dan ujung selang dimasukkan ke dalam air agar tidak terja dikontak langsung dengan udara.
7.
Larutan kemudian difermentasi selama 3 hari, 5 hari, dan 7 hari.
Peralatan Analisa Kadar Etanol 1. Evaporator 2. Erlenmeyer 3. Alkoholmeter 3.3 Prosedur Percobaan A. Pembuatan jus bengkuang
D. Evaporasi
1.
Bengkuang dipisahkan dari kulitnya lalu dibersihkan.
2.
Bengkuang bengkuangnya
1.
Siapkan 1 set peralatan evaporasi.
2.
Masukkan campuran alcohol-air ke dalam labu, kemudian pasang labu tersebut pada alat evaporasi yang telah disediakan.
B. Hidrolisa pati 1. Sebanyak 300 ml sari bengkuang dicampur dengan 100 ml larutan HCl 3%.
3.
Atur temperaturnya 78oC, dan waktu evaporasi yang dilakukan selama 5 menit sehingga alcohol yang didapat akan menghasilkan kadar alcohol yang bervariasi.
28
Jurnal Teknik Kimia, No. 2, Vol. 17, April 2010
dijus
dan
diambil
sari
4.
Simpan hasil yang didapat dalam botol yang ditutup rapat.
5.
Untuk mengetahui kadar alcohol, masukkan alcoholmeter ke dalam larutan yang didapat. Kemudian amati berapa persen yang terbaca dalam alkoholmeter.
pada saat berat ragi 6 gr pada hari ke-5 sebesar 18 %. Kenaikan mencolok juga masih terlihat pada hari ke-5 pada berat ragi 4 gr menuju 5 gr yaitu 14 % menuju 18 % atau kenaikkan sekitar 2 %. 4.3 Fermentasi pada Ragi Tape, Kadar Etanol Vs Waktu
IV. Hasil dan Pembahasan 4.1 Fermentasi pada Ragi Tape, Kadar Etanol Vs Berat Ragi
Kadar etanol maksimum terbentuk pada saat berat ragi 6 gr yaitu pada hari ke-5 sebesar 22 %. Kenaikan mencolok terlihat dari ragi 4 gr menuju ragi 6 gr pada hari ke-5 yaitu 20 % ke 22 %, berarti kenaikannya sekitar 2 %. Dari grafik, untuk ragi 2 gr dan 6 gr setiap penambahan ragi mengalami kenaikan kadar etanol.
Dari grafik, dapat dilihat bahwa kadar etanol maksimum terbentuk pada hari ke-5 dengan berat ragi 6 gr yaitu sebesar 22 %. Namun, pada grafik ini terlihat penurunan kadar etanol pada saat hari ke-7. Dimana rata – rata kadar etanol menurun baik untuk ragi 2 , 4, dan 6 gr. Jadi, terjadi kenaikan sekitar 2 % akibat penambahan ragi. 4.4 Fermentasi pada Ragi Roti, kadar Etanol Vs Waktu
4.2 Fermentasi pada Ragi Roti, Kadar Etanol Vs Berat Ragi
Dari grafik terlihat kadar etanol maksimum juga pada ke-5 dengan ragi 6 gr yaitu sebesar 16 %. Pada hari ke-3 kadar etanol rata – rata meningkat baik itu untuk berat ragi 2, 4, dan 6 gr. Hari ke-5 merupakan kadar etanol maksimum yang terbentuk pada masing – masing berat ragi. Kadar etanol maksimum terbentuk masih sama dengan fermentasi menggunakan ragi tape yaitu
Jurnal Teknik Kimia, No. 2, Vol. 17, April 2010
29
V. KESIMPULAN 1. Kadar etanol yang terbentuk akan semakin tinggi sampai pada waktu tertentu (waktu maksimal) dan setelah waktu maksimal dilewati kadar etanol yang dihasilkan akan menurun. Kadar etanol maksimal yang dihasilkan pada hari kelima dengan menggunakan ragi tape, yaitu 22 %. 2.
Semakin besar berat ragi yang digunakan maka akan semakin besar pula kadar etanol yang dihasilkan. Kadar etanol maksimum yang terbentuk pada saat penambahan ragi 6 gr, yaitu 22 %.
3.
Jenis ragi yang baik untuk menghasilkan etanol adalah ragi tape..
4.
Umbi bengkuang merupakan salah satu penghasil etanol yang memiliki persentase kadar etanol tidak terlalu tinggi.
Said,
E.G . 1994. Bioindusti Teknologi Fermentasi. Jakarta : Mediyatama Sarana Perkasa.
Wirakusuma, Emma S. 2004. Bengkuang sebagai Umbi Penyejuk. Diakses pada internet pada 7 Desember 2009 dari http://www.google.com
VI. DAFTAR PUSTAKA Galuh dan Agnes. 2007. Pengaruh Waktu, Suhu, dan Berat Ragi terhadap kadar Etanol pada Fermentasi Umbi Talas. Inderalaya : Jurusan Teknik Kimia UNSRI. Dahlan,
H, Ir. 2006. Penuntun Praktikum Mikrobiologi Industri. Inderalaya : Laboratorium Mikrobiologi Fakultas Teknik Universitas Sriwijaya.
Poedjiadi, Anna. 1994 . Dasar – Dasar Biokimia. Jakarta : Universitas Indonesia. Purba, Michael. 2000. Kimia 2000 Untuk SMU Kelas 2. Jilid 2B. Jakarta : Erlangga. Fessenden R dan Joan Fessenden, 1986. Kimia Organik Jilid 1. Edisi 2. Jakarta : Erlangga. Anita F, Ayu. 2008. Kadar glukosa dan Bioetanol pada Fermentasi Gaplek Ketela Pohon dengan Penambahan Aspergillus niger. Surakarta : FKIP Universitas Muhammadiyah. Risa . 2009. Aneka Tanaman Semusim. Lembang : BBPP.
30
Jurnal Teknik Kimia, No. 2, Vol. 17, April 2010
