PENGARUH KONSENTRASI ASAM SULFAT DAN WAKTU FERMENTASI TERHADAP KADAR BIOETANOL YANG DIHASILKAN DARI BIJI ALPUKAT

PENGARUH KONSENTRASI ASAM SULFAT DAN WAKTU FERMENTASI TERHADAP KADAR BIOETANOL YANG DIHASILKAN DARI BIJI ALPUKAT Roosdiana Muin*, Dwi Lestari, Tri Wulan Sari *Jurusan Teknik Kimia Fakultas Teknik Universitas Sriwijaya Jln. Raya Palembang Prabumulih Km. 32 Inderalaya Ogan Ilir (OI) 30662 Abstrak Bioetanol cukup berpeluang untuk menjadi energi alternatif yang bersaing dalam mengatasi krisis energi yang terjadi sekarang ini. Selain memiliki kelebihan akan rendahnya emisi gas berbahaya, bioetanol juga dihasilkan dari bahan baku yang dapat diperbaharui dan tidak memiliki waktu regenerasi lama seperti halnya bahan bakar dari fosil. Salah satu biomassa yang dapat dijadikan bahan baku dalam pembuatan bioetanol adalah tepung biji alpukat karena memiliki kandungan pati dan glukosa yang cukup besar. Penelitian ini bertujuan untuk mengetahui pengaruh konsentrasi asam sulfat pada proses hidrolisis serta waktu fermentasi terhadap kadar etanol yang dihasilkan dari tepung biji Alpukat sebagai bahan baku. Metode yang digunakan yaitu hidrolisis asam dengan variasi konsentrasi Asam Sulfat sebesar 3%, 4%, 5%, 6%, 7% pada temperatur hidrolisis 120oC. Waktu fermentasi yang digunakan selama 72 jam, 120 jam dan 168 jam. Jenis ragi pada proses fermentasi berupa ragi roti (Saccharomyces cereviseae) dengan kadar 20% dari berat bahan baku. Berdasarkan hasil penelitian yang telah dilakukan, kadar etanol tertinggi yang dihasilkan terdapat pada metode hidrolisis menggunakan konsentrasi 6%, temperatur 120 oC dan waktu fermentasi selama 120 jam yaitu sebesar 15,100 %. Kata Kunci : bioetanol, tepung biji alpukat, konsentrasi asam sulfat, temperatur hidrolisis, waktu fermentasi. Abstract Bioethanol has a chance to be a competitive alternative energy in dealing the energy crisis that happens nowadays. Beside having a lower harmful gas emissions, ethanol also produced from renewable raw materials and particularly advantageous since it is not dependent on a raw material of fossil origin which have longer regeneration time. One of biomass that can be used as raw material in the manufacture of bioethanol is the avocado seed powder which contains pretty much of starch and glucose. This research was aimed to assess the influence of concentration sulfuric acid and also duration of fermentation on the amount of ethanol produced from avocado seed flour as raw material. Method used in this experiment was acid hydrolysis with sulfuric acid concentration variation of 3%, 4%, 5%, 6%, 7% at hydrolysis temperature 120oC. Duration of fermentation was used for 72 hours, 120 hours and 168 hours. Type of yeast in fermentation process was baker’s yeast (Saccharomyces cereviseae) with levels of 20% from weight of raw material. Based on the research that has been done, the highest levels of ethanol are produced on hydrolysis method using a concentration of 6% at temperature of 120 oC with duration of fermentation for 120 hours is 15,100%. Keywords : bioethanol, alpukat seed powder, sulfuric acid concentration, hydrolysis fermentation period.

Jurnal Teknik Kimia No. 4, Vol. 20, Desember 2014

temperature,

Page | 1

1.

PENDAHULUAN

Ketergantungan manusia akan energi yang biasanya diperoleh dari sumber daya alam guna memenuhi kebutuhan hidup semakin meningkat seiring berjalannya waktu. Akan tetapi hal ini bertolak belakang dengan jumlah ketersediaannya terutama untuk sumber daya alam yang tidak dapat diperbarui seperti penggunaan bahan bakar fosil. Kebijakan Energi Nasional yang diatur dalam Peraturan Presiden No. 5 Tahun 2006 merupakan bukti bahwa pemerintah serius dalam mengembangkan energi alternatif dimana dalam peraturan tersebut menegaskan tentang pemanfaatan BBN (biofuel) ditargetkan 5% pada tahun 2025. Bioetanol adalah senyawa biokimia yang dihasilkan melalui proses fermentasi dari berbagai sumber karbohidrat dengan menggunakan bantuan mikroorganisme sebagai agent biologinya. Daniel de idral (2012), mengatakan bahwa etanol adalah salah satu bahan bakar alternatif yang dapat diperbaharui, ramah lingkungan serta menghasilkan gas emisi karbon yang rendah dibandingkan dengan bensin atau sejenisnya sampai 85 % lebih rendah. Bahan baku untuk pembuatan bioetanol ini dapat diklasifikasikan menjadi tiga kelompok yaitu gula, pati dan selulosa. Bahan baku yang mengandung gula seperti gula tebu, gula bit, molase dan buah-buahan yang banyak mengandung glukosa dapat secara langsung dikonversikan menjadi bioetanol melalui proses fermentasi. Bahan baku berupa pati seperti jagung, kentang, singkong maupun limbah buahbuahan lainnya harus dihidrolisis terlebih dahulu sebelum dilakukan proses fermentasi lebih lanjut untuk mengkonversikannya menjadi bioetanol. Bahan baku berupa selulosa seperti kayu, limbah pertanian, limbah pabrik pulp dan kertas harus melalui tahap pretreatment terlebih dahulu sebelum dilakukan proses hidrolisis dan fermentasi. Produk dari tanaman Alpukat yang dimanfaatkan kebanyakan hanya pada daging buahnya saja sedangkan biji alpukat sering sekali dibuang begitu saja dan dianggap limbah rumah tangga. Padahal, dengan kandungan pati dan glukosa yang cukup besar memungkinkan biji alpukat untuk dijadikan sebagai bahan baku pembuatan bioetanol. Hal inilah yang mendorong peneliti untuk membuat bioetanol dari biji alpukat dengan menganalisa pengaruh variabel penelitian seperti konsentrasi asam sebagai katalisator pada proses hidrolisis dan


lamanya waktu fermentasi terhadap banyaknya kadar bioetanol yang dihasilkan. Alpukat Indonesia memiliki iklim tropis yang menyebabkan banyaknya jenis buah-buahan dapat tumbuh dengan subur. Salah satunya adalah Alpukat dimana jenis buah ini hanya dapat tumbuh pada daerah dengan curah hujan bervariasi dan tidak dapat tumbuh di suhu yang dingin. Biji alpukat dapat diperoleh di daerah yang umumnya ditumbuhi banyak alpukat yang berpotensi adanya pembuangan biji alpukat karena dianggap sebagai limbah yang tidak bernilai. Biji alpukat juga sering kali ditemukan sebagai limbah dari penjualan jus buah dan industri makanan lainnya. Biji alpukat dapat dijadikan alternatif penelitian lebih lanjut agar memiliki nilai guna dan tidak dianggap sebelah mata lagi. Menurut Winarti dan Purnomo (2006), kandungan pati dalam biji alpukat bila ditinjau dari komposisi kimianya memiliki nilai yang cukup tinggi yaitu sebesar 80,1%. Pati merupakan polimer yang tersusun dari monomer-monomer glukosa yang merupakan substrat utama pada proses fermentasi untuk selanjutnya di destilasi hingga menghasilkan etanol. Peluang biji alpukat untuk dijadikan sebagai bahan baku pembuatan bioetanol cukup besar. Hal ini terlihat pada komposisi kimia biji alpukat yang dikutip dari Winarti dan Purnomo, 2006, ditunjukkan dalam tabel dibawah ini. Tabel 1. Komposisi kimia biji alpukat Komponen Jumlah (%) 10,2 Kadar air 80,1 Kadar pati 43,3 *Amilosa *Amilopektin 37,7 tn Protein tn Lemak 1,21 Serat kasar Hidrolisis Hidrolisis adalah reaksi kimia antara air dengan suatu zat lain yang menghasilkan satu zat baru atau lebih dan juga menyebabkan suatu larutan terdekomposisi dengan menggunakan air. Reaksi hidrolisis pada umumnya merupakan reaksi yang endoterm atau memerlukan kalor. Prinsip dari hidrolisis pati pada dasarnya yaitu pemutusan rantai polimer pati menjadi unit-unit dekstrosa (C6H12O6).

Page | 2

Pemutusan rantai polimer untuk membentuk unit dekstrosa ini dapat terjadi melalui beberapa cara misalnya secara enzimatis, kimiawi ataupun kombinasi keduanya. Hidrolisis secara enzimatis melibatkan bantuan enzim yang dihasilkan oleh mikroorganisme tertentu sedangkan hidrolisis secara kimiawi umumnya menggunakan bantuan senyawa asam sebagai katalis. Hidrolisis pati secara enzimatis merupakan proses sakarifikasi, proses ini berupa pemutusan seluruh rantai molekul pati sehingga glukosa yang dihasilkan dari proses hidrolisa menjadi maksimal. Beberapa enzim yang umum digunakan dalam proses hidrolisa pati antara lain α-amilase, ß-amilase dan glukoamilase. Hidrolisis asam dapat dibagi menjadi dua kelompok yaitu hidrolisis asam pekat dan hidrolisis asam encer. Menurut Iranmahob dkk (2002) yang mengatakan bahwa keuntungan utama hidrolisa menggunakan asam encer adalah tidak perlunya recovery asam dan tidak adanya kehilangan asam dalam proses dan biasanya asam yang digunakan pada proses ini adalah HCl atau H2SO4 pada rentang konsentrasi 2-5 % pada suhu reaksi ± 160oC. Fermentasi Fermentasi alkohol adalah proses penguraian glukosa menjadi etanol dan CO2 yang dihasilkan oleh aktifitas suatu jenis mikroorganisme yang disebut khamir dalam keadaan anaerob. Menurut Astuty, (1991) faktor yang dapat mempengaruhi jumlah bioetanol yang dihasilkan dari fermentasi adalah mikroorganisme dan media yang digunakan. Selain itu hal yang perlu diperhatikan selama fermentasi adalah pemilihan khamir, konsentrasi gula, keasaman, ada tidaknya oksigen dan suhu. Bioetanol Bioetanol adalah etanol yang bahan utamanya berasal dari tumbuhan dan umumnya menggunakan proses fermentasi dengan bantuan mikroorganisme. Menurut Novia, et al., (2011), mengatakan bahwa etanol atau etil alkohol (C2H5OH) merupakan cairan tak berwarna dengan karakteristik antara lain mudah menguap, mudah terbakar, larut dalam air, terurai secara biologis, toksisitas rendah dan tidak menimbulkan polusi udara yang besar bila bocor . Etanol dihasilkan dari proses fermentasi glukosa dengan bantuan enzimase dari ragi. Proses ini berlangsung dalam dua


tahap dimana tahap pertama berupa perubahan polisakarida (amilum dan selulosa) menjadi monosakarida (glukosa) dengan katalis asam dan tahap kedua berupa pengubahan glukosa menjadi bioetanol dengan bantuan ragi. Untuk proses terkonversinya pati yang ada pada biji alpukat menjadi bioetanol, memiliki reaksi sebagai berikut : (C6H10O5)x + x H2O Pati Air C6H12O6 (l) Glukosa

2.

xC6H12O6 Glukosa

2 C2H5OH (l) + 2CO2(g) Etanol Karbon Dioksida

METODOLOGI PENELITIAN

Bahan yang digunakan : 1. Tepung biji alpukat 2. Ragi roti (Saccharomyces cereviceae) 3. Larutan H2SO4 (variasi konsentrasi 3% ; 4% ; 5% ; 6% ; 7% ) 4. Aquadest 5. Larutan NaOH (40%) Alat-alat yang digunakan 1. Erlenmeyer 2. Gelas ukur 3. Beker gelas 4. Pengaduk 5. Pipet tetes 6. Kertas Ph (Indicator Universal) 7. Aluminium foil 8. Corong gelas 9. Neraca analitik 10. Kertas saring 11. Seperangkat Alat destilasi 12. Autoklaf 13. Piknometer Prosedur Penelitian 1. Tahap persiapan bahan baku Tepung biji Alpukat a. Biji alpukat terlebih dahulu dicuci hingga bersih lalu direndam dalam air hangat agar kulit ari biji alpukat mudah mengelupas. b. Kemudian biji alpukat tersebut di iris tipis-tipis dan di jemur menggunakan sinar matahari. c. Selanjutnya irisan biji alpukat yang telah kering tersebut dihaluskan dengan cara ditumbuk. d. Tepung biji alpukat yang telah halus itu lalu diayak sampai berbentuk powder.

Page | 3

2.

d.

Persiapan peralatan sebelum proses hidrolisis

e. Siapkan peralatan yang akan digunakan pada proses hidrolisis dengan menggunakan autoklaf pada temperatur 121oC selama 15 menit Setelah keluar dari autoklaf peralatan tersebut didinginkan. f.

4.

Hidrolisis a. Siapkan 5 buah Erlenmeyer ukuran 500 ml (sudah di sterilisasi menggunakan autoklaf) untuk 5 sampel yang akan dihidrolisis. b. Membuat larutan 3 % , 4 %, 5 %, 6 %, 7% dari asam sulfat 96% dengan volume masing-masing 200 ml, sesuai dengan persamaan: V1. M1 = V2. M2 c. Tepung biji alpukat yang telah halus tadi ditimbang sebanyak 100 gram untuk 5 sampel (tiap sampel sebanyak 20 gram). d. Masukkan tepung biji alpukat tersebut ke dalam masing-masing Erlenmeyer yang sudah disiapkan kemudian masukkan larutan asam sulfat sesuai konsentrasi nya (3%, 4%, 5%, 6%, 7%) ke dalam masing- masing erlenmeyer dan segera tutup dengan gabus yang sudah dilapisi Aluminium foil. e. Selanjutnya 5 buah sampel tadi dimasukkan ke dalam autoclave pada temperatur 120oC selama 60 menit f. Setelah itu hidrolisat didinginkan terlebih dahulu dan dilakukan uji kandungan kadar glukosanya. Fermentasi a. Ambil sampel dengan kadar glukosa tertinggi setelah hidrolisis tadi untuk difermentasikan. b. Kemudian ukur pH larutan, pH 4-5. Pengukuran pH hasil hidrolisis perlu dilakukan karena khamir akan dimasukkan pada hidrolisat sehingga pH diatur 4-5 dimana derajat keasaman tersebut sesuai dengan khamir Saccharomyces cereviceae untuk dapat bekerja dengan baik. Jika pH asam maka diperlukan penetralan dengan penambahan NaOH. c. Masukkan ragi roti ke dalam bubur hidrolisat yang sudah di hidrolisis masing-masing sebanyak 20% dari massa feed.


g.

5.

Destilasi a. b.

c. d.

3.

Siapkan peralatan destilasi dan rangkai peralatan dengan benar. Masukkan hasil fermentasi tadi ke dalam labu lalu pasang labu pada alat destilasi yang telah ada. Atur temperaturnya 78 oC dan waktu destilasi dilakukan selama ±1 jam. Simpan hasil (destilat) yang di dapat dalam botol yang ditutup rapat. kemudian timbang destilat yang telah disimpan itu.

HASIL DAN PEMBAHASAN

20

17.4

18 Kadar Glukosa (%)

3.

Lalu diaduk lebih kurang 5 menit sampai campuran homogen. Setelah itu Erlenmeyer 500 ml yang berisis bubur biji alpukat tersebut dihubungkan dengan selang karet dan ujung selang dimasukkan ke dalam air agar tidak terjadi kontak langsung dengan udara. Selanjutnya larutan difermentasikan selama 72 jam, 120 jam, 168 jam. Setelah fermentasi selesai, dilakukan penyaringan sehingga larutan terpisah dari pengotor lain.

16

13.2

14

15.01

12.6

12 10

9.7

8 6 4 2 0 0

5 10 Konsentrasi Asam Sulfat (%) Gambar 1. Pengaruh konsentrasi asam sulfat terhadap kadar glukosa (temperatur hidrolisis 120oC selama 60 menit) Pada gambar 1 menunjukkan hubungan kadar glukosa yang dihasilkan dengan variasi konsentrasi asam sulfat 3 %, 4 %, 5 %, 6 %, 7% pada temperatur hidrolisis 120oC selama 60 menit. Dari gambar diatas, kenaikan kadar

Page | 4

glukosa tertinggi dihasilkan pada saat konsentrasi asam sulfat 6 % dengan temperatur hidrolisis 120oC yaitu sebesar 17,4%. Gambar ini menunjukkan bahwa semakin tinggi konsentrasi asam sulfat, maka kadar glukosa yang dihasilkan semakin besar. Asam sulfat dalam hal ini bertindak sebagai katalisator yang bertujuan untuk mempercepat jalannya reaksi hidrolisis. Menurut enny kriswiyanti (2006), semakin banyak jumlah katalisator yang digunakan maka makin cepat reaksi hidrolisis. Namun meningkatnya konsentrasi asam dalam proses hidrolisis juga dapat mengakibatkan glukosa dan senyawa gula lainnya terdegradasi menjadi senyawa hidroksi metil furfural (HMF) dan furfural yang akhirnya keduanya akan membentuk asam formiat (Taherzadeh dan karimi, 2007). Konsentrasi optimum pada penelitian ini untuk menghasilkan kadar glukosa yang tinggi yaitu konsentrasi asam sulfat 6%. 15.1

16 12.63

Kadar Etanol (%)

14 12 10

8 6

5.12

4 2 0 0

100

200

Waktu Fermentasi (Jam) Gambar 2. Pengaruh waktu fermentasi terhadap kadar etanol pada pemakaian konsentrasi asam sulfat 6%. Pada gambar 2 menunjukkan pengaruh kadar etanol yang dihasilkan terhadap waktu fermentasi pada konsentrasi asam sulfat 6% dengan temperatur hidrolisis 120oC selama 60 menit. Kadar etanol tertinggi dari Gambar 2 dihasilkan pada waktu fermentasi selama 120 jam dengan pemakaian konsentrasi 6% dan temperatur hidrolisis 120 oC yaitu sebesar 15,100 %. Dari gambar tersebut terlihat semakin lama waktu fermentasi, maka kadar etanol yang dihasilkan juga akan mengalami kenaikan. Akan tetapi setelah waktu fermentasi 120 jam, kadar etanol yang dihasilkan dari sampel mengalami penurunan. Hal ini disebabkan karena proses fermentasi telah mencapai


optimum pada waktu fermentasi 120 jam. Kadar etanol akan mengalami penurunan apabila telah melewati waktu optimumnya. Penurunan kadar etanol pada waktu fermentasi 168 jam dapat disebabkan karena pada waktu tersebut telah terjadi penumpukan toksin. 4.

KESIMPULAN Dari penelitian yang dilakukan, dapat diambil beberapa kesimpulan : 1. Semakin tinggi konsentrasi asam sulfat pada proses hidrolisis maka semakin tinggi kadar glukosa yang dihasilkan. Dimana pada penelitian ini konsentrasi yang optimum yaitu konsentrasi asam sulfat 6% dengan menghasilkan kadar glukosa sebesar 17,40%. 2. Kadar etanol yang didapatkan pada proses fermentasi akan semakin tinggi sampai waktu optimal dan setelah itu kadar etanol yang dihasilkan akan menurun. Kondisi terbaik pada penelitian ini didapat saat waktu fermentasi 120 jam pada temperatur hidrolisis 120oC sebesar 15,100%. 3. 3.. Semakin tinggi konsentrasi asam sulfat maka semakin besar glukosa yang dihasilkan sehingga kadar bioetanol yang dihasilkan juga akan semakin besar. Kadar etanol optimum pada penelitian ini sebesar 15,1 % dengan kadar glukosa setelah hidrolisis 17,4% pada waktu fermentasi 120 jam. DAFTAR PUSTAKA Anonim. 1979. Farmakope Indonesia Edisi Ketiga. Departemen Kesehatan Republik Indonesia : Jakarta. Astuty, E.D. (1991). Fermentasi Etanol Kulit Buah Pisang. Universitas Gajah Mada : Yogyakarta Artati, Enny Kriswiyanti dan A, Andik P. 2006. Pengaruh Konsentrasi Asam Terhadap Hidrolisis Pati Pisang. Fakultas Teknik, Universitas Negeri Sebalas Maret : Surakarta. Chandra, A, hie maria inggrid dan verawati. 2013. Pengaruh pH dan Jenis Pelarut pada Perolehan dan Karakterisasi Pati dari Biji Alpukat. Universitas Katolik Parahyangan. Cheng, Jiayang. Ye Sun. 2002. Hydrolysis of lLgnocellulosic Materials for Ethanol Production : A review. USA: North Carolina State University De idral, Daniel, Murniati salim dan elidah mardiah. 2012. Pembuatan Bioetanol dari Ampas Sagu dengan Proses Hidrolisa Asam dan menggunakan

Page | 5

Saccharomyces cereviciae. Jurnal kimia FMIPA, Universitas Andalas: Padang. Ermaiza. 2009. Pengaruh Dua Jenis Polisakarida dalam Biji Alpukat terhadap Kandungan Sirup Glukosa melalui Proses Hidrolisis dengan HCl 3%. Fakultas MIPA, Universitas Sumatera Utara : Medan. Haviz, M. dan Maryadi. 2012. Pengaruh Konsentrasi Asam dan Jenis Ragi pada Proses Hidrolisis dan Fermentasi Pembuatan Bioetanol dari Koran Bekas. Fakultas Teknik, Universitas Sriwijaya : Palembang. Iranmahboob, J., Nadim, F., Monemi, S., 2002. Optimizing Acid-hydrolysis : A Crictical Step for Production of Ethanol from Mixed Wood Chips. Biomass and Bioenergy, 22 : 401 – 404. Irawan, Dedy dan Zainal arifin. 2012. Proses Hidrolisa Sampah Organik menjadi Gula dengan Katalis Asam Klorida. Fakultas Teknik, Politeknik Negeri Samarinda. Jannah, F. N. 2014. Pemanfaatan Limbah Biji Alpukat dijadikan Bioetanol. (https://id.scribd.com/doc/220361036/ Pemanfaatan-Limbah-Biji-AlpukatDijadikan-Bioetanol,diakses pada tanggal 24 April 2014). Kirk & orthmen. 1967. Encyclopedia of Chemical Technology, vol 9. Microbial. 41,465-505. Leroy, W. S and D. Glenn. 1931. Chemical Composition of Avocado Seed, Chemical Laboratory, University of Southern California, Los Angeles. Lopez. VMG. 2002. Fruit Characterization of High Oil Content Avocado Varieties. Scientia Agricol. Masniary, L.L. 2008. Ekstraksi Pati dari Biji Alpukat. Fakultas Pertanian, Universitas Sumatera Utara : Medan. Novia, M. Faizal, M. F Anko dan D. H. Yogamina. 2011. Hidrolisis Enzimatik dan Fermentasi TKKS yang didelignifikasi dengan Asam Sulfat dan NaOH untuk Produksi Etanol. Prosiding seminar nasional AVoER ke-3.451-462. Setyawati, Harimbi dkk. Bioetanol dari Kulit Nanas dengan Variasi Massa Saccharomyces cereviciae dan Waktu fFrmentasi. ITN, Malang Shofiyanto,M. Edy. 2008. Hidrolisa Tongkol Jagung oleh Bakteri Selulolitik untuk


Produksi Bioetanol dalam Kultur Campuran. Fakultas Teknologi Pertanian IPB : Bogor. Sudarmadji, Slamet. dkk., 1984. Prosedur Analisa untuk Bahan Makanan dan Pertanian. Liberti Yogyakarta : Yogyakarta. Syamsu, K. 2008. Rekayasa Bioproses Produksi Bioetanol Dari Hidrolisat Pati Ubi Jalar (Ipomoea batatas L) Menggunakan Saccharomyces cerevisiae. Laboratorium Rekayasa Bioproses, Institut Pertanian Bogor : Bogor. Zahara, T dan Meyka Hartika. 2014. Pengaruh Molaritas Asam, Waktu Fermentasi dan Jenis Ragi (Ragi Roti dan Ragi Tape) terhadap Pembuatan Bioetanol berbahan dasar Pati Limbah Biji Nangka. Fakultas Teknik, Universitas Sriwijaya : Palembang.

Page | 6


Page | 7

PENGARUH KONSENTRASI ASAM SULFAT DAN WAKTU FERMENTASI TERHADAP KADAR BIOETANOL YANG DIHASILKAN DARI BIJI ALPUKAT

Recommend Documents