Skripsi Kinerja Fermentasi Ekstraktif Dalam Produksi Bioetanol dari Nira Siwalan (Borassus flabellifer L.)

Skripsi ” Kinerja Fermentasi Ekstraktif Dalam Produksi Bioetanol dari Nira Siwalan (Borassus flabellifer L.)“ Dosen Pembimbing : Prof. Dr. Ir. Tri Widjaja, M.Eng

Disusun Oleh : Maulana Satya Nugroho Rr Whiny Hardiyati Erliana

2310100002 2310100052

Laboratorium Teknologi Biokimia Jurusan Teknik Kimia Fakultas Teknologi Industri Institut Teknologi Sepuluh Nopemeber Surabaya

Overview

Jurusan Teknik Kimia FTI-ITS

1

Pendahuluan

2

Tinjauan Pustaka

3

Metodologi Penelitian

4

Hasil dan Pembahasan

5

Kesimpulan dan Saran

PENDAHULUAN


Latar Belakang BIOETANOL Kebutuhan Energi Pertambahan Penduduk


Bahan Bakar Minyak

Latar Belakang Etanol diperlukan untuk substitusi BBM Mikroorganisme yang umum digunakan adalah Zymomonas mobilis dan Saccaromyces cerevisiae saja sehingga perlu membandingkan mikroorganisme lain.

Adanya kelemahan dalam fermentasi batch sehingga menurunkan produktivitas dan akumulasi produk dapat meracuni mikroba

Dilakukan proses fermentasi kontinyu dengan immobilisasi sel yang terintegrasi dengan ekstraksi Jurusan Teknik Kimia FTI-ITS

Macam Metode Fermentasi FERMENTASI BATCH

FERMENTASI KONTINYU

FERMENTASI EKSTRAKTIF

Kelemahannya : Produktifitas etanol rendah Inhibisi karena akumulasi etanol

Kelemahannya : Kadar etanol rendah banyaknya gula yang tidak terkonversi

Meningkatkan Produktifitas etanol mengatasi inhibisi


Metode yang Dipilih

Fermentasi-Ekstraktif FERMENTASI EKSTRAKTIF

Teknik mendapatkan etanol dengan melakukan proses fermentasi dan ekstraksi secara bersama-sama Mengurangi inhibisi dari produk akhir untuk meningkatkan efisiensi proses secara keseluruhan Pelarut yang dipilih pada ekstraksi adalah yang tidak beracun


Tujuan Penelitian Mengetahui performa terbaik dari variasi mikroorganisme yang digunakan dalam memproduksi etanol dengan fermentasi ekstraktif. Mengetahui karakteristik kinerja sistem fermentasi kontinyu dalam bioreaktor packed bed dengan variasi mikroorganisme


Manfaat Penelitian Mengetahui variasi mikroorganisme yang dapat digunakan untuk memproduksi etanol dengan proses fermentasi ekstraktif.

Digunakan sebagai media dalam pengembangan penelitian pembuatan etanol dengan cara fermentasi ekstraktif.


TINJAUAN PUSTAKA


Bahan Baku Dipilih nira siwalan dengan alasan: • Ketersediaannya melimpah • Tidak memerlukan proses hidrolisa • Ekonomis Berdasarkan Hasil Analisa HPLC : Kadar (%b/v) Komponen

Rata – rata

Replika 1

Replika 2

Replika 3

(%b/v)

Fruktosa

2,08

2,17

2,21

2,15

Glukosa

2,80

2,72

2,81

2,78

Sukrosa

0

0

0

0


Etanol Rumus molekul :C2H5OH Rumus empiris :C2H6O Sifat • tidak berwarna • mudah menguap • tidak berasa • memiliki bau yang khas. • titik didih (73,32o C) • titik kritis (243,1o C) • densitas (0,7893 g/mL pada suhu 20o C)


Zymomonas mobilis termutasi A3 Karakteristik: • Tahan pada pH rendah antara 4-5 • Morfologi lebih besar dengan gerakan lebih sedikit • Fase adaptasi kurang lebih 3 jam • Tahan pada suhu tinggi 50oC (Alfena ,2008) Kelebihan dibandingkan Saccharomyces cerevisiae: • Produksi biomass lebih rendah • Tidak perlu mengontrol kelebihan oksigen selama proses fermentasi • Yield etanol yang dihasilkan lebih tinggi • Waktu fermentasi yang lebih singkat • Laju metabolisme dari gulanya lebih tinggi (Bai,2008) Jurusan Teknik Kimia FTI-ITS

Saccharomyces cerevisiae Karakteristik: • cepat berkembang biak • tahan terhadap suhu yang tinggi diatas 30oC pada pH 4,8 • mempunyai sifat stabil dan cepat mengadakan adaptasi Keuntungan: • Hemat biaya • Mudah digunakan • Memiliki kemampuan fermentasi tinggi • Dosis pemakaian rendah


Pichia Stipitis Karakteristik: • Dominasi haploid, ragi heterotolik yang memiliki hubungan dengan Candida shehatae dan pentosa metabolisme ascomycetous ragi species • Memiliki kapasitas tertinggi untuk fermentasi xylose (Vaughan Martini, A. E. 1984) Kelebihan Pichia Stipitis: Pichia Stipitis dapat menghasilkan etanol dengan rate produksi yang tinggi dalam campuran glukosa dan xylosa. Semakin tinggi fraksi glukosa yang terkandung dalam campuran glukosa dan xylosa, semakin tinggi etanol yang dihasilkan. (Frank K. Agbogbo, 2006)


Kluyveromyces Marxianus Karakteristik:. • •

Pada bagian spora, halus mulai bulat kacang atau berbentuk sabit, spora dewasa biasanya mengandung lipid Kluyveromyces Marxianus mempunyai kemampuan dalam fermentasi gula pada suhu yang tinggi (hingga suhu 45° C) dan dapat bertumbuh dengan baik pada pH 4,5-5.

Kelebihan Kluyveromyces Marxianus: Kluyveromyces Marxianus dapat menghasilkan etanol dengan rate produksi yang tinggi dalam campuran glukosa, xylose, mannose, dan galactose. Semakin tinggi fraksi glukosa yang terkandung dalam campuran, semakin tinggi etanol yang dihasilkan. Hamidimotlagh dkk (2007) Jurusan Teknik Kimia FTI-ITS

Karaginan • Getah rumput laut dari hasil ekstraksi rumput laut merah dengan menggunakan air panas (hot water) atau larutan alkali pada temperatur tinggi (Glicksman 1983) • Mampu membentuk gel dalam air dan bersifat reversible • Sensitif terhadap ion kalium dan membentuk gel kuat dengan adanya garam kalium • Viskositas : 5 - 800 cPs


Fermentasi Dengan Immobilisasi Sel Suatu proses untuk menghentikan pergerakan dari molekul enzim atau sel yang ditahan pada tempat tertentu dalam suatu ruang reaksi yang digunakan sebagai katalis

Entrapment


Keuntungan Immobilisasi Sel menggunakan metode entrapment • Densitas sel yang tinggi pada setiap unit bioreaktor sehingga produktifitas tinggi • Sel yang terimobilisasi dapat digunakan kembali • Suatu proses kontinyu yang mungkin dioperasikan akan melewati nominal rate washout • Pemisahan yang mudah dari biokatalis dan fase liquid dari produk yang diinginkan sehingga akan memperkecil biaya pemisahan • Meningkatkan toleransi atau perlindungan pada sel dari inhibisi produk


Penelitian Terdahulu Ayu Ratna Permanasari dan Ririn Indriani A.R (2012)  Zymomonas mobilis,molasses  Solven amyl alcohol, recycle ratio 0%,50%,60%,70%,80%  Amyl alcohol bersifat toxic  Yield 32,58%  Produktivitas 192, 15 g/L.h

Richard D. Offeman, Serena K.Stephenson, Diana Franqui, Jessica L.Cline, George H. Robertson, William J. Orts (2008)  Solven 1-octanol, 1-dodecanol, 2-hexyl 1decanol  1-octanol etanol 7%, konsumsi gula 34%


Ana dan Nadia Sanggra (2013) • Nira Siwalan, Z.mobilis dan S.cerevisiae, Pichia stipitis • Solven amyl alcohol, n-butanol tanpa recycle dan 50% recycle • Z.mobilis, recycle 50% yield 44,83% • Produktivitas 264,41 g/L

Astuti Lisa Wardani dan Azlina Tyara Putri (2012) • Nira Siwalan, Z.mobilis dan S.cerevisiae • Solven amyl alcohol, tanpa recycle dan 50% recycle • Z.mobilis, recycle 50% yield 33,63% • Produktivitas 161,02 g/L

METODOLOGI PENELITIAN


Variabel Dalam Penelitian Pelarut

Mikroorganisme

Recycle Jurusan Teknik Kimia FTI-ITS

• n- Amyl alcohol • Z.mobilis termutasi • Campuran S.cerevisiae+Pichia stipitis • Campuran Pichia stipitis+Kluyveromyces marxianus • Tanpa Recycle

Tahapan Proses Pengembangan Kultur Pretreatment Nira Siwalan Pembuatan Immobilisasi Sel karaginan Proses Fermentasi Ekstraktif Pengukuran konsentrasi gula reduksi sisa dan konsentrasi etanol


Pengembangan Kultur Pelarutan

40 gram Nutrien agar dilarutkan pada 100ml aquadest, dipanaskan pada suhu 70˚C

Penyimpanan

Penempatan

6ml setiap tabung reaksi

Inkubasi

30˚C,24 jam Jurusan Teknik Kimia FTI-ITS

Sterilisasi

121˚C, 15 menit

Penggoresan

Biakan murni Z. Mobillis termutasi A3

Pre Treatment Nira Siwalan dipanaskan (80˚C, 20 menit)

pH dan Nutrisi KH2PO4 1,53gr

(NH4)2SO4 3 gr

20 menit

Sterilisasi

MgSO4. 7H2O 0,55gr

H2SO4 pH 4-5 Jurusan Teknik Kimia FTI-ITS

121˚C , 15 menit

Pembuatan Starter (Z.mobilis) KULTUR

INKUBASI

PENANAMAN 4 ose culture

30oC, 15 hours Zymomonas mobilis termutasi


100 ml media nutrisi, 10 g yeast extract; 1 g (NH4)2SO4; KH2PO4 1 g; MgSO4.7H2O 0.5 g

Inkubasi di inkubator shaker

PRE-TREATMENT (Pichia stipitis +Saccharomyces, Phicia+K.Marxianus)

(NH4)2SO4 1 MgSO4. 7H2O gram 0,5 gram

KH2PO4 1gram

Yeast extract 10 gram

100 ml nira siwalan dipanaskan selama 20 menit

• Dimasukkan dalam inkubator shaker selama 15 jam dengan suhu 35oC Jurusan Teknik Kimia FTI-ITS

•

Menginokulasikan mikroorganisme pada nira, sebanyak 3 ose Pichia Stipitis dan 1 ose Saccharomyces Dengan cara yang sama, menginokulasikan mikroorganisme sebanyak 3 kali Kluyveromyces marxianus dan 1 ose Pichia stipitis

Pembuatan Immobilisasi Sel dalam Larutan Karaginan Penanaman

4 ose Z.Mobillis dalam 100 ml nira siwalan yang sudah ditambahkan nutrisi (1g (NH4)2SO4, KH2PO4 1 g, MgSO4.7H2O 0.5 gram, yeast ekstrak 10 gram

Pembiakkan

Inkubator shaker 30˚C, selama 15 jam

Peningkatan pertumbuhan

Bead dicuci dlm 1000ml larutan NaCl 0,85%

Penyimpanan Inkubator shaker 30˚C, selama 24 jam Jurusan Teknik Kimia FTI-ITS

50ml media nutrisi dlm 450ml larutan karaginan 50˚C

Pencetakkan

Pencucian

Bead dimasukan dalam nira untuk feed

Pencampuran

Disaring dari larutan nya, disimpan pada 4˚C

Dicetak dgn diameter 2mm pada 1000ml larutan KCl 3,5%

Skema Alat Percobaan Tanpa recycle 5

3 2

1

7

44

8

7

6


1. Tangki Penampung Solven 2. Tangki Penampung Nira 3. Fermentor (packed bed) 4. Tangki Penampung Broth 5. Ekstraktor 6. Tangki Penampung Rafinat 7. Tangki Penampung Ekstrak 8. Pompa Peristaltik Solven 9. Pompa Peristaltik Nira

HASIL DAN PEMBAHASAN


Analisa Yang Dilakukan  Pada Nira Siwalan Murni Nira Siwalan

Kadar Glukosa, Fruktosa, Sukrosa

Analisa HPLC (High Pressure Liquid Cromatography)


Analisa Yang Dilakukan  Pada Hasil Proses Fermentasi Broth Fermentasi

Kadar Glukosa

Analisa DNS, Spektrofotometer

 Pada Hasil Proses Ekstraksi Broth, Ekstrak, Rafinat

Kadar Etanol Gas Chromatography


Perbandingan Grafik Konsentrasi Gula reduksi Sisa dalam Fermentasi terhadap Waktu

Mikroorganisme Zymomonas mobilis termutasi memiliki kemampuan lebih cepat dalam mengkonversi glukosa menjadi etanol sehingga tidak membutuhkan waktu yang lama dalam proses fermentasi apabila dibandingkan dengan campuran P. stipitis + S. cerevisiae dan campuran K. marxianus + P. stipis Jurusan Teknik Kimia FTI-ITS

Pengaruh Mikroorganisme Pada Proses Fermentasi-Ekstraktif Terhadap Yield 50.000 45.000

45.484

40.000

37.372

Yield (%)

35.000 30.000 25.000

20.897

20.000

16.215

15.000 10.000

6.827

5.000 0.000

2.754 Zymomonas mobilis Termutasi A3

Pichia + Sacharomyces

Yield Fermentor Jurusan Teknik Kimia FTI-ITS

Kluyveromyces + Pichia

Yield Overall

Pengaruh Mikroorganisme Pada Proses Fermentasi-Ekstraktif Terhadap Produktivitas 200.000 180.000

Produktivitas (g/L.Jam)

160.000

178.298 146.500

140.000 120.000 100.000

81.915

80.000

63.564

60.000 40.000

26.764

20.000 0.000

10.794 Zymomonas mobilis Termutasi A3


Produktivitas Fermentor Jurusan Teknik Kimia FTI-ITS


Produktivitas Overall

Pengaruh Mikroorganisme Pada Proses Fermentasi-Ekstraktif Terhadap Konsentasi Etanol

Konsentrasi Etanol (g/L)

69.660 70.000 60.000

32.932

50.000 40.000

10.275

30.000

20.000 10.000 0.000


Zymomonas mobilis Termutasi A3



KESIMPULAN DAN SARAN


Kesimpulan Pada kondisi substrat dengan konsentrasi gula reduksi sebesar 150 g/L. Dapat disimpulkan : 1. Proses fermentasi kontinyu menggunakan Zymomonas mobilis A3 memberikan hasil produktivitas dan yield etanol yang terbaik, yaitu masing-masing sebesar 178,296 g/L.jam dan 45,454 %. 2. Proses ekstraksi tanpa recycle menggunakan Zymomonas mobilis A3 memberikan hasil % recovery yang terbaik, yaitu 61,935 % 3. Proses fermentasi kontinyu dan ekstraksi secara terintegrasi tanpa recycle menggunakan Zymomonas mobilis A3 memberikan hasil produktivitas dan yield etanol yang terbaik, yaitu masing-masing sebesar 146,50 g/L.jam dan 37,372 %. Jurusan Teknik Kimia FTI-ITS

Saran 1. Nira siwalan harus segera ditreatment, karena dapat terfermentasi secara cepat. 2. Perlu dilakukan pembekuan pada nira siwalan yang telah di pretreatment agar glukosa tidak terfermentasi. 3. Analisa terhadap sampel yang diambil harus segera dilakukan supaya tidak terjadi fermentasi lanjut. 4. Perlu dilakukan pembekuan terhadap sampel yang telah diambil agar tidak terjadi fermentasi lanjut. Jurusan Teknik Kimia FTI-ITS


Skripsi Kinerja Fermentasi Ekstraktif Dalam Produksi Bioetanol dari Nira Siwalan (Borassus flabellifer L.)

Recommend Documents