Produksi Bioetanol Tongkol Jagung (Zea Mays) dari Hasil Proses Delignifikasi

Online Jurnal of Natural Science, Vol 2 (3) : 66-74 Desember 2013

ISSN: 2338-0950

Produksi Bioetanol Tongkol Jagung (Zea Mays) dari Hasil Proses Delignifikasi Fitriani1, Syaiful Bahri2, dan Nurhaeni2 1

Lab. Penelitian Jurusan Kimia Fakultas MIPA, Universitas Tadulako

ABSTRACT The research about “The Production of Bioetanol in Corn cob waste (Zea Mays) of Resulting The Delignation Process”. The aim of this research is to find out the highest weight of cellulose which contained in the corn cob waste. Then Cellulose which has been obtained, it was done on delignification process by using NaOH in variety of soaking time. To achieve the goal, then the application of the treatment effect of soaking time on corn cob waste powder on weight of cellulose was done. On the effect of soaking time on the powder of corn cob waste was applied the six levels each 12 hours, 16 hours, 20 hours, 2 hours, 28 hours and 32 hours. Based on the result, it showed that the weight of cellulose is 5,729 g at 28 hours on soaking time. The use of soaking time which was applied for delignification process NaOH on the yield of cellulose. Cellulose of hydrolysis corn cob waste powder with H2SO4 10% and the result of fermentation of hydrolysis yeast cells immobilized. The level of glukosa is 43 % and 6 % for etanol. The result of sugar fermentation is done at the room temperature for 48 hours. Keywords : corn cobs, delignification, weight, bioethanol

ABSTRAK Telah dilakukan penelitian tentang “Produksi Bioetanol Tongkol Jagung (Zea Mays) dari Hasil Proses Delignifikasi”. Penelitian ini bertujuan untuk memperoleh berat selulosa tertinggi yang terdapat pada tongkol jagung. Selulosa yang diperoleh dilakukan proses delignifikasi dengan NaOH dalam berbagai waktu perendaman. Pencapaian tujuan dilakukan melalui penerapan perlakuan pengaruh waktu perendaman terhadap tepung tongkol jagung terhadap berat selulosa. Pada pengaruh waktu perendaman terhadap tepung tepung tongkol jagung diterapkan enam tingkatan masing-masing 12 jam, 16 jam, 20 jam, 24 jam, 28 jam, dan 32 jam. Dari hasil penelitian diperoleh berat selulosa sebesar 5,729 g pada waktu perendaman 28 jam. Penggunaan waktu perendaman yang baik diterapkan untuk proses delignifikasi NaOH terhadap berat selulosa. Hidrolisis selulosa tepung tongkol jagung dengan H2SO4 10% dan fermentasi hasil hidrolisis sel ragi amobil. Kadar glukosa sebesar 43% dan kadar etanol 6%. Fermentasi gula hasil hidrolisis dilakukan pada suhu ruang selama 48 jam. Kata Kunci : Tongkol jagung, Delignifikasi, Berat, Bioetanol

66


I.

tersebut menjadikan tongkol jagung dapat

PENDAHULUAN Kebutuhan

ISSN: 2338-0950

akan

bahan

bakar

digunakan sebagai sumber bahan baku

minyak (BBM) saat ini semakin meningkat

penghasil bioetanol, bahan pakan ternak

karena BBM sudah merupakan kebutuhan

dan

vital bagi manusia. Hal ini dikarenakan

pertumbuhan mikroorganisme.

sebagai

sumber

karbon

bagi

kuantitas minyak bumi pada lapisan bumi

Salah satu proses konversi bahan

terus menipis akibat eksploitasi yang terus-

lignoselulosa yang banyak diteliti adalah

menerus. Satu kelemahan dari minyak

proses konversi lignoselulosa menjadi

bumi adalah sifatnya yang tidak mudah

etanol

diperbaharui,

mensubstitusi bahan bakar bensin untuk

sehingga

mendorong

yang

masyarakat untuk mencari sumber energi

keperluan

baru alternatif, salah satunya

2010).

adalah

dapat

digunakan

transportasi

untuk

(Hermiati,dkk,

bioetanol (Simamora, 2008). Bioetanol dibanding

memiliki

kelebihan

BBM,

diantaranya

dengan

memiliki kandungan oksigen yang lebih tinggi (35%) dan BBM (18,66%) sehingga terbakar lebih sempurna, angka oktannya tinggi

(118)

dan

BBM

(88),

dan

mengandung emisi gas CO lebih rendah 0,89% dan BBM 2,5% sehingga lebih ramah lingkungan (Bustaman, 2008). Saat ini yang banyak digunakan untuk bahan baku alternatif dari sektor pangan memiliki

mengandung potensi

selulosa

yang

untuk menghasilkan

bioetanol, salah satu contohnya adalah jagung. Jumlah limbah dari hasil produksi

Tabel 1. Kandungan selulosa, hemiselulosa, dan

dapat dikatakan sangat banyak dan akan

lignin pada beberapalimbah pertanian

menjadi

sangat

potensial

jika

dan hasil hutan

dapat

Selulosa adalah polimer glukosa

dimanfaatkan secara tepat. Tongkol jagung yang

mengandung selulosa (45%), hemiselulosa

membentuk

rantai

linier

dan

dihubungkan oleh ikatan 𝛽-1,4glikosidik.

(35%) dan lignin (15%). Komposisi kimia

Selulosa tidak mudah didegradasi secara Produksi Bioetanol Tongkol Jagung (Zea Mays) dari Hasil Proses Delignifikasi (Fitriani et al.) 67


ISSN: 2338-0950

kimia maupun mekanis. Di alam, biasanya

mengandung komponen pati, gula, atau

selulosa berikatan dengan polisakarida lain

serat selulosa (Hambali dkk, 2007).

seperti

hemiselulosa

atau

lignin

Khamir yang sering digunakan pada

membentuk kerangka utama dinding sel

proses fermentasi etanol secara industri

tumbuhan (Holtzapple, 1993).

adalah

Saccharomyces

cerevisiae,

S.

Lignin adalah salah satu komponen

uvarium, Schizosaccharomyces sp., dan

dalam kayu dan biomassa yang jumlah

Kluyveromyces sp. Khamir ini mampu

selulosanya pada kayu berkisar 25-30%

mengubah berbagai substrat gula menjadi

dan pada bagas berkisar 20-30%. Lignin

bioetanol,

merupakan jaringan polimer fenolik yang

digunakan. Secara umum, mikroorganisme

berfungsi

selulosa

ini dapat tumbuh dan memfermentasi gula

sehingga menjadi sangat kuat. Kekuatan

menjadi etanol secara efisien pada pH 3,5-

ikatan

6,0 dan suhu 28-35 0C (Ratledge, 1991).

merekatkan

lignin

serat

merupakan

salah

satu

tergantung

spesies

yang

penghalang pada proses pulping kimia dan

Fermentasi alkohol pada dasarnya

proses pemutihan pada pembuatan kertas

adalah suatu cara produksi alkohol (etanol)

yang pada akhirnya diterapkan metode

menggunakan bantuan mikroorganisme.

bleaching untuk menghilangkan lignin

Alkohol yang dihasilkan sering disebut

tanpa mengurangi serat selusosa secara

sebagai

signifikan. Pada proses konversi biomassa

perkembangannya produksi alkohol yang

menjadi etanol dengan proses hidrolisis

paling banyak digunakan adalah metode

dan fermentasi kekuatan ikatan lignin juga

fermentasi dan destilasi (Tata Chemiawan,

menjadi

2007).

penghalang

dalam

proses

hidrolisisnya (Brunow, 1995).

bioetanol.

Dalam

Proses hidrolisis senyawa selulosa

Etanol atau etil-alkohol, C2H5OH,

pada tongkol jagung memiliki beberapa

merupakan suatu senyawa organik yang

cara yaitu secara kimia maupun enzimatis.

tersusun dari unsur-unsur karbon, hidrogen

Hambatan proses hidrolisis selulosa baik

dan oksigen (Martin, dkk, 1983). Etanol

secara asam maupun enzimatis adalah

ini dapat diperoleh dari bahan baku nabati

karena strukturnya berbentuk kristalin dan

dengan cara fermentasi sehingga lebih

lignin yang berfungsi sebagai pelindung

dikenal dengan nama bioetanol. Bioetanol

selulosa (Judoamidjojo et al., 1989).

adalah etanol yang diperoleh dari hasil

Masalah tersebut dapat diatasi dengan

olahan

pemberian

fermentasi

bahan-bahan

yang

perlakuan

pendahuluan

terhadap bahan yang akan dihidrolisis. Produksi Bioetanol Tongkol Jagung (Zea Mays) dari Hasil Proses Delignifikasi (Fitriani et al.) 68


Salah satu metodenya adalah perlakuan delignifikasi

menggunakan

basa.

Delignfikasi dilakukan dengan larutan

lignin

hemiselulosa

serta

lignin

Waktu dan Tempat

2013.

Penelitian Kimia Jurusan Kimia, Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam

jaringan, serta bagian kristalin dan amorf, sebagian

2.1

Penelitian dilaksanakan di Laboratorium

sehingga

membebaskan sellulosa yang terdapat pada

memisahkan

METODOLOGI PENELITIAN

bulan Januari sampai bulan juli

larutan NaOCl, karena larutan ini dapat struktur

II.

Penelitian ini berlangsung pada

NaOH,selain itu dapat juga digunakan

merusak

ISSN: 2338-0950

Universitas Tadulako.

dan

2.2

menyebabkan

Alat Dan Bahan

penggembungan struktur selulosa (Enari,

Alat yang digunakan adalah talang,

1983; Marsden dan Grey, 1986; Gunam

baskom plastik, neraca analitik (adventure

dan

hasil

ohaus), blender (panasonic), ayakan 60

dihidrolisis

mesh, kertas saring, pH meter digital,

Antara

delignifikasi

1999). akan

Sellulosa

mudah

dengan asam dan menghasilkan glukosa

injector,

sakarometer,

alkoholmeter,

dalam jumlah maksimal.

autoclave (hiclave HTV 50), dan alat-alat menyatakan

gelas (pyrex) yang umum digunakan

bahwa proses delignifikasi yang dilakukan

dalam laboratorium kimia. Bahan-bahan

pada ubi kayu, diperoleh pada konsentrasi

yang digunakan adalah limbah tongkol

NaOH terbaik adalah

25% pada suhu

jagung, asam sulfat, natrium hidroksida,

1280C dengan waktu delignifikasi selama

ragi roti, aquadest, alginat, dan kalsium

60 menit. Hasil penelitian Ikbal (2010),

klorida.

Widodo,dkk

(2012),

bahwa proses delignifikasi pada jerami

2.3

padi, terjadi pada kondisi operasi terbaik

Penelitian

konsentrasi NaOH 10 % pada suhu 1000C

delignifikasi

dirancang

(RAL) yang terdiri variabel bebas yaitu

Berdasarkan uraian diatas maka perlu pengaruh

ini

menggunakan Rancangan Acak Lengkap

dengan waktu delignifikasi selama 24 jam.

dikaji,

Rancangan Penelitian

variasi

limbah

waktu

rendemen

tongkol jagung untuk produksi bioetanol.

deliginfikasi

selulosa,

terhadap

masing–masing

variabel terdiri dari 6 taraf dan diulang sebanyak 2 kali, sehingga terdapat 12 unit percobaan dan parameter yang diamati sebagai

variabel

terikat

yaitu

delignifikasi dari tongkol jagung. Produksi Bioetanol Tongkol Jagung (Zea Mays) dari Hasil Proses Delignifikasi (Fitriani et al.) 69

waktu


2.4

ISSN: 2338-0950

Tahapan Cara Kerja Penelitian

kemudian diaduk dengan rata sampai

Penelitian ini terdiri atas beberapa

merendam

serbuk

tongkol

jagung.

tahap kerja, yaitu tahap persiapan bahan

Perendaman dilakukan selama 12, 16, 20,

baku, tahap perlakuan delignifikasi, tahap

24, 28, dan 32 jam. Setelah itu, disaring

produksi gula, imobilisasi sel mikroba, dan

dengan

tahap produksi bioetanol.

Endapan dicuci dengan air sampai pH 7

menggunakan

kain

saring.

selanjutnya dimasukkan ke dalam cawan

2.4.1 Persiapan Bahan Baku

petri, dikeringkan pada suhu ruang.

Perlakuan awal terhadap tongkol jagung meliputi pencucian, pengeringan,

2.4.3 Produksi Gula (Ikbal, 2010)

dan pengayakan. Pencucian dilakukan

Perlakuan hasil delignifikasi waktu

untuk menghilangkan bahan-bahan yang

dan konsentrasi terbaik dilakukan pada

terikut

proses

dalam

tongkol

seperti

tanah,

hidrolisis.

Menimbang

serbuk

cangkang dan kotoran lain. Pengeringan

tongkol jagung yang telah didelignifikasi

dilakukan dengan menggunakan sinar

sebanyak 5 gram, dimasukkan ke dalam

matahari langsung. Pengeringan dilakukan

erlenmeyer. Ditambahkan larutan asam

untuk

proses

sulfat 10% sebanyak 75 ml. Proses

penggilingan serat tongkol jagung, karena

hidrolisis dilakukan pada suhu 1000C

pada keadaan lembab tongkol jagung sukar

selama 210 menit. Produk hasil hidrolisis

untuk dihancurkan. Tahap penghancuran

disaring dan ditambahkan dengan natrium

bertujuan

ukuran

hidroksida sampai pH 4,5. Selanjutnya

tongkol jagung. Alat yang digunakan

ditambahkan larutan kalsium klorida jenuh

adalah blender. Tongkol yang sudah

untuk

dihancurkan

hidrolisat. Parameter yang diamati adalah

memudahkan

untuk

dalam

memperkecil

kemudian

diayak

menggunakan ayakan 60 mesh.

Setelah dilakukan proses hidrolisis selanjutnya

sebanyak 10 gram, kemudian dimasukkan

netralisasi

ke dalam gelas kimia. Larutan natrium

larutan

menggunakan

proses natrium

hasil

netralisasi

ditambahkan

kalsium klorida untuk menghilangkan sisa

NaOH ditambahkan ke dalam gelas kimia tongkol

dilakukan

optimum, yaitu pH 4,5-5. Selanjutnya,

selulosa tongkol jagung. Sebanyak 100 ml

serbuk

akan

hidroksida untuk mempertahankan pH

konsentrasi 10%.

Parameter yang diamati adalah rendemen

berisi

pada

dengan menggunakan sakarometer.

Menimbang serbuk tongkol jagung

yang

sulfat

kadar glukosa. Pengukuran kadar glukosa

2.4.2 Proses Delignifikasi (Ikbal, 2010)

hidroksida dengan

menghilangkan

sulfat yang ada pada larutan.

jagung,

Produksi Bioetanol Tongkol Jagung (Zea Mays) dari Hasil Proses Delignifikasi (Fitriani et al.) 70


bioetanol, maka dalam penelitian ini

2.4.4 Produksi Bioetanol (Mappiratu,dkk, 1993)

proses delignifikasi dilakukan dengan

Tahapan kerja produksi bioetanol

metode perendaman menggunakan pelarut

dengan menggunakan sel amobil, diawali

NaOH dengan berbagai variasi waktu 12

dengan tahapan kerja imobilisasi sel. Sel

jam, 16 jam, 20 jam, 24 jam, 28 jam, dan

amobil yang dibuat selanjutnya digunakan

32 jam. Tujuan dilakukannya variasi waktu

untuk produksi bioetanol.

adalah untuk melihat kemampuan dari NaOH dalam melarutkan senyawa lignin.

2.4.4.1 Imobilisasi Sel Sel imobilisasi Sacharomises

yang

ISSN: 2338-0950

digunakan

adalah

lignin dan NaOH tersebut akan semakin banyak senyawa yang terlarut.

100

alginat ml

2

akuades

berat selulosa (g)

ditambahkan

natrium

peneliti

sedangkan

alginate 2%. Pembuatan natrium alginate 2 adalah

dilakukan

sebelumnya, semakin lama interaksi antara

bahan pengimobilsasi digunakan larutan

%

yang

khamir

sel

cereviceae,

Seperti

dalam

gram dan

dipanaskan hingga alginat larut. Campuran ditutup dengan kapas dan disterilkan selama 15 menit. Larutan alginat yang

7 6 5 4 3 2 1 0 0

10

telah dingin, dicampur dengan suspensi

20

30

40

waktu perendaman (jam)

ragi roti (10 gram ragi ditambahkan Gambar 1

akuades 30 ml, diaduk hingga membentuk

Kurva hasil pengukuran berat selulosa terhadap waktu perendaman

larutan suspensi). Campuran dimasukkan Hasil yang diperoleh (Gambar 1)

ke dalam injektor, kemudian diteteskan ke dalam larutan kalsium klorida 1M sambil

menunjukkan

diaduk. Setelah itu amobil telah siap untuk

diperoleh pada waktu perendaman 12 jam

digunakan

yaitu 2,452 g dan yang tertinggi pada

pada

proses

fermentasi

berat

selulosa

terendah

waktu 28 jam yaitu 5,729 g. Grafik antara

(Mappiratu,dkk. 1993).

waktu perendaman dan rendemen selulosa III. HASIL DAN PEMBAHASAN 3.1

menunjukkan

pola

dengan

bahwa

semua

Pengaruh Rasio Waktu Perendaman Terhadap Tepung Tongkol Jagung

waktu

Untuk

pengaruh

disebabkan

produksi

senyawa lignin dan pelarut NaOH yang

delignifikasi

mengetahui pada

proses

perendaman

perubahan

perlakuan

pada

waktu

perendaman

optimum adalah 28 jam. Hal ini diduga terjadi

interaksi


antara


digunakan.

Waktu

semakin

lama,

senyawa

dan

perendaman

maka

interaksi

pelarut

juga

ISSN: 2338-0950

yang

Hidrolisat yang dihasilkan dari

antar

proses hidrolisis selulosa tongkol jagung

akan

yaitu glukosa sebesar 43%.

menghasilkan berat selulosa yang besar.

glukosa

Pada penelitian ini, terjadi penurunan berat

dinetralkan dengan NaOH 50% hingga

selulosa pada waktu perendaman 32 jam

pH-nya berkisar 4,5.

yaitu 3,170 g. Hal ini diduga disebabkan

hasil

selanjutnya

Proses fermentasi pada penelitian

pada waktu perendaman 32 jam selulosa

ini

tongkol jagung telah habis terdelignifikasi.

immobilisasi).

3.2

hidrolisis

Larutan

menggunakan

sel

Khamir

amobil

(sel

yang

akan

digunakan ditumbuhkan pada media agar

Kadar Etanol Hidrolisis Pada Proses Fermentasi Menggunakan S. cereviceae Amobil

menggunakan alginat, kemudian dicetak dengan

menggunakan

spoit

yang

Proses hidrolisis selulosa dapat

diteteskan pada larutan CaCl2. Larutan

dilakukan dengan beberapa metode, salah

CaCl2 berfungsi untuk merekatkan bagian

satunya dengan hidrolisis asam. Penelitian

luar manik-manik agar tidak mudah pecah.

ini, proses hidrolisis terhadap selulosa

Hal ini sesuai dengan penelitian yang

tongkol jagung menggunakan larutan asam

dilakukan oleh Ikbal dkk, (2010), bahwa

sulfat 10%.

campuran media nutrisi (gel alginat) (2007),

dicetak ke dalam larutan CaCl2 dalam

menyatakan bahwa glukosa dari bahan

pembuatan sel amobil. Gel yang terbentuk

lignoselulosa dapat menggunakan asam

berupa

sulfat. Penggunaa asam sulfat pekat dapat

dimasukkan ke dalam larutan hidrolisat

menghasilkan gula yang cukup tinggi,

tongkol jagung.

Taherzadeh

dan

Kartini

manik-manik

Proses

akan tetapi dapat memberikan efek negatif

disaring

fermentasi

ini

dan

bersifat

digunakan.

anaerob dengan pH substrat 4,5. Hal ini

Penggunaan asam kuat pada konsentrasi

sesuai dengan penelitian yang dilakukan

tinggi dan waktu lama pada proses

oleh bebebrapa peneliti dalam proses

hidrolisis membutuhkan biaya tinggi dan

fermentasi, pH substrat dipertahankan

berbahaya

pada pH 4,5 – 5,0 (Okunowo, 2007;

pada

peralatan

terhadap

yang

kerusakan

alat

Prasetyaningsih, 2007).

sehingga diusahakan pemakaian asam

Usaha

encer dengan pemanasan pada suhu sekitar 100-120oC (Gultom,dkk, 2002).

yang

dilakukan

dalam

proses fermentasi adalah memperpanjang waktu fermentasi, yakni fermentasinya



ISSN: 2338-0950

berlangsung selama 48 jam (relative sama

NMR Spectroscopy. J. Chem.

dengan fermentasi sel ragi bebas). Hasil

Crystallogr. 25. 110.

yang diperoleh menunjukkan terdapat

Chemiawan,

T.

2007.

Membangun

alkohol dalam produk fermentasi sebesar

Industri

Bioetanol

Berbasis

6,0 %.

sagu di Maluku. Balai Besar Pengkajian dan Pengembangan

IV. PENUTUP 4.1

Teknologi Pertanian. Bogor. 7(2) : 65-79.

Kesimpulan Elevri,

Berdasarkan hasil penelitian dapat

P.A.

dan

Putra,

S.R.

2006.

disimpulkan:

“Produksi

1.

Hasil proses delignifikasi terbaik dari

Menggunakan Saccharomyces

proses selulosa tongkol jagung pada

cerevisiae yang Diamobilisasi

waktu selama 28 jam dengan berat

dengan Agar Batang”. Akta

selulosa 5,729 g.

Kimia Indonesia Vol. 1 No. 2

Fermentasi hidrolisat glukosa hasil

April 2006: 105-114. Jurusan

hidrolisis

Kimia FMIPA ITS. Surabaya.

2.

selulosa

menghasilkan

Etanol

Hambali, E., S. Mujdalipah., A. H.

bioetanol 6% dengan waktu 48 jam. Saran

Tambunan., A. W. Pratiwi., dan

Disarankan melakukan penelitian

R. Hendrok. 2007. Teknologi

lanjut dengan menentukan kadar selulosa

Bioenergi. PT. Agro Media

dalam produk delignifikasi.

Pustaka. Jakarta.

4.2

Hermiati, E., Mangunwidjaja, D., Sunarti, DAFTAR PUSTAKA Bustaman,

S.

T.C., Suparno, O., dan Prasetya, 2008.

Strategi

Pengembangan

B.,

Bioetanol

Pengkajian

pengembangan

“Pemanfaatan

Biomassa Lignoselulosa Ampas

Berbasis Sagu di Maluku. Balai Besar

2010.

Tebu

dan

untuk

Bioetanol”.

Teknologi

Biomaterial

Pertanian Bogor. 7 (2) : 65-79.

Pertanian

Brunow, G., P. Karhunen., K. Lundquist.,

Produksi UPT

–

LIPI,

Bogor,

dan

Bandung.

1995. Investigation of Lignin Models of the Biphenyl Type by Crystallography

Institut Pusat

Penelitian Bioteknologi – LIPI.

S. Olson., dan R. Stomberg.,

XRay

BPP

dan



Holtzapple M.T. 1993. Cellulose. In:

ISSN: 2338-0950

Cereviceae”.Universitas

Encyclopedia of Food Science.,

Diponegoro. Semarang.

Food

Taherzadeh, M.J. dan Karimi, K. 2007.

Technology and Nutrition, 2:

“Acid-Based

2731-2738.

Processes For Ethanol From

Academic

Press.

London.

Lignosellulosic

Materials:A

Review”. BioResource. 2, 707-

Ikbal, Moh. 2010. Produksi Bioetanol Dari Jerami padi (Oryza sativa) Secara

Hydrolysis

738.

Fermentasi

Menggunakan Inokulum Ragi Roti

Amobil.

Skripsi.

Universitas Tadulako. Palu. Mappiratu, N. Alam., dan Muhardi. 1993. “Alkohol dan Obat Nyamuk Koil dari Limbah Serbuk Gergaji”. Universitas Tadulako. Palu. Ratledge, C. 1991. Yeast Physiology a Microsynopsis.Bioprocess Engineering 6:195-203. Robinson, T. 1995. Kandungan Organik Tumbuhan

Tinggi.

ITB.

Bandung. Simamora. 2008. Investor dan Produksi Bioetanol. (http://www.energibio.blogspot. com diakses 2 juli 2012). Susilowati.

2011.

“Laporan

Akhir:Pemanfaatan

Tugas Tongkol

Jagung Sebagai Bahan Baku Bioetanol Hidrolisis

dengan H2SO4

Proses Fermentasi

Saccharomyces


Produksi Bioetanol Tongkol Jagung (Zea Mays) dari Hasil Proses Delignifikasi

Recommend Documents