BAB IVPEMBUATAN BIOETANOL DARI KULIT KAYU MANGGA DENGAN FERMENTASI MENGGUNAKAN Saccharomyces sp. I. TUJUAN PRAKTIKUM1. Menguraikan karbohidrat kompleks dari biomassa (kulit kayu mangga) menjadi gula sederhana melalui reaksi hidrolisis dengan katalis asam kuat.2. Mengolah hidrolisat dari biomassa (kulit kayu mangga) menjadi alkohol melalui proses fermentasi.3. Menghitung yield bioetanol yang dihasilkan.

II. DASAR TEORI Adanya krisis energi di dunia telah mendorong para peneliti untuk mendapatkan bahan bakar alternatif sebagai pengganti bahan bakar yang berasal dari minyak bumi. Bahan bakar alternatif yang layak dikembangkan adalah bahan bakar yang bersifat renewable atau terbarukan, ramah lingkungan dan efisien, khususnya yang berasal dari bahan nabati. Salah satu jenis bahan bakar nabati yang layak dikembangkan adalah bioetanol, etanol yang diperoleh melalui proses fermentasi glukosa menggunakan enzim yang dihasilkan oleh mikroorganisme Saccharomyces cerevisiae. Bioetanol tersebut merupakan biofuel pengganti premium ataupun biokerosin (bahan bakar nabati untuk memasak).Bioetanol merupakan salah satu jenis bahan bakar alternatif yang prospektif pada masa depan. Sebagai bahan bakar alternatif, bioetanol digunakan untuk memasak. bioetanol dapat diproduksi dengan menggunakan bahan baku berupa glukosa, pati, atau selulosa. Bahan baku berupa glukosa atau gula sederhana misalnya adalah gula tebu dan buah buahan yang telah masak. Sumber pati yang dapat diolah menjadi bioetanol contohnya adalah singkong, jagung, ubi jalar. Adapun sumber selulosa untuk bahan baku bioetanol dapat berupa merang padi, klobot jagung, singkong, ilalang, kulit pisang, kulit nanas, serat kayu dan sebagainya. Dibandingkan dengan glukosa, bahan baku berupa pati atau selulosa lebih awet dan tidak mudah rusak oleh pengaruh lingkungan.Jika digunakan bahan baku berupa pati atau selulosa, maka sebelum dilakukan tahap fermentasi senyawa kompleks tersebut harus terlebih dahulu diuraikan sehingga terbentuk gula sederhana. Pemecahan senyawa kompleks menjadi glukosa dapat dilakukan dengan cara hidrolisis dengan katalis asam mineral encer. Apabila bahan baku berupa pati, maka penguraian karbohidrat kompleks dapat dilakukan secara enzimatis menggunakan cendawan Aspergillus s.p. Cendawan itu menghasilkan enzim alfaamilase dan glukoamilase yang berperan mengurai pati menjadi gula sederhana. Setelah menjadi gula, dilakukan fermentasi menjadi etanol dengan bantuan ragi roti (sacharomyces cereviceae). Proses utama dalam pembuatan bioetanol adalah fermentasi glukosa. Fermentasi merujuk pada proses yang meliputi pemecahan molekul organik besar menjadi molekul yang lebih sederhana sebagai hasil kinerja dari suatu mikroorganisme. Reaksi yang terjadi pada proses fermentasi bioetanol adalah :

Setelah proses fermentasi yang berlangsung selama 7 hari, bioetanol yang dihasilkan dapat dipisahkan dari campuran produk dengan menggunakan metode distilasi.Sejauh ini, bahan baku unggulan untuk produksi bioetanol di Indonesia adalah gula tebu, jagung dan singkong. Akan tetapi bahan-bahan tersebut merupakan komoditas pertanian yang ekonomis dan tergolong dalam komoditas pangan, maka perlu di upayakan penggunaan bahan baku nonpangan untuk mendukung terwujudnya industri biofuel dalam negeri. Bahan baku dari sumber nabati yang banyak mengandung selulosa merupakan alternatif yang layak untuk dikembangkan. Salah satu jenis selulosa yang dapat digunakan untuk substrat pada pembuatan bioetanol adalah kulit kayu mangga. (Tim Dosen Praktikum Teknologi Bioproses, 2013).1. Bahan bakuKulit kayu digunakan karena mengandung selulosa. Selulosa tersebut diurai terlebih dahulu melalui proses hidrolisis kemudian di fermentasi dengan menggunakan Saccharomyces cereviseae menjadi alkohol. Bioetanol (C2H5OH) adalah cairan dari fermentasi gula dari sumber selulosa menggunakan bantuan mikroorganisme (Anonim, 2007).Sistematika Tumbuhan Mangga adalah sebagai berikut :Kingdom : PlantaeDevisi : SpermatophytaClass : DicotylendonaeOrdo : AnarcardialesFamili : AnarcardiaceaeGenus : MangiferaSpesies : Mangifera indica LSifat-sifat fisik kayu mangga berat rata-rata kering: 42 lbs/ft3(670 kg/m3 specific gravity (mc 12%):55, 67 kekerasan menurut test Janka : 1,120 lbf(4,980 N) modulus patah: 13,300 lbf/in2(91.7 MPa) modulus elastisitas: 1,673,000 lbf/in2(11.54 GPa) penyusutan : Radial: 2.5%, Tangential: 5.4%, Volumetric: 8.1%, T/R Ratio: 2.2Kayu adalah bahan organik yang terdiri atas unsur C 50%, H 6%, O 44%, dan sedikit unsur lain (Suminar, 1990). Komponen kimia penyusun kayu dibedakan atas komponen primer dan sekunder. Komponen primer adalah senyawa-senyawa yang merupakan bagian integral dinding sel, artinya menyatu dengan dinding sel. Sedangkan komponen sekunder adalah komponen di luar dinding sel yang disebut juga ekstraktif dan atau zat-zat infiltrasi atau komponen luar karena tidak merupakan bagian integral dinding sel, tetapi diendapkan dalam rongga sel dan meresap dalam rongga-rongga mikro dalam dinding sel (Soenardi, 1997).Selulosa merupakan konstituen utama kayu, kira-kira 40-50% bahan kering dalam kayu adalah selulosa terdapat dalam lapisan dinding sel sekunder (Sjostrom, 1995). Selulosa dapat diperoleh dari semua tumbuh-tumbuhan dengan mereaksikan bahan baku dengan zat-zat yang diharapkan akan melarutkan zat-zat non selulosa (Soenardi, 1997).2. BioetanolBioetanol merupakan senyawa alkohol yang diperoleh lewat proses fermentasi biomassa dengan bantuan mikroorganisme. Bahan baku pembuatan bioetanol dapat berupa ubi kayu, jagung, ubi jalar, tebu dan lain-lain. Semuanya merupakan tanaman penghasil karbohidrat yang sangat mudah ditemukan di Indonesia karena iklim dan keadaan tanah Indonesia yang mendukung pertumbuhan tanaman tersebut Etanol adalah senyawa organik yang terdiri dari karbon, hidrogen dan oksigen, sehingga dapat dilihat sebagai derivat senyawa hidrokarbon yang mempunyai gugus hidroksil dengan rumus C2H5OH. Etanol merupakan zat cair, tidak berwarna, berbau spesifik, mudah terbakar dan menguap, dapat bercampur dengan air dengan segala perbandingan.a. Sifat-sifat fisis etanol1) Rumus molekul : C2H5OH2) Berat molekul : 46,07 gram / mol3) Titik didih pada 1 atm : 78,4C4) Titik beku : -112C5) Bentuk dan warna : cair tidak berwarna(Perry, 1984)b. Sifat-sifat kimia etanol1) Berbobot molekul rendah sehingga larut dalam air2) Diperoleh dari fermentasi gula

Pembentukan etanol :

3) Pembakaran etanol menghasilkan CO2 dan H2OPembakaran etanol :

(Fessenden & Fessenden, 1997)3. HidrolisisHidrolisis adalah suatu proses antara reaktan dengan air agar suatu senyawa pecah terurai. Reaksi Hidrolisis:

Reaksi antara air dan pati berlangsung sangat lambat sehingga diperlukan bantuan katalisator untuk memperbesar kereaktifan air. Katalisator bisa berupa asam maupun enzim. Katalisator asam yang biasa digunakan adalah asam klorida, asam nitrat dan asam sulfat. Dalam industri umumnya digunakan enzim sebagai katalisator. Salah satu proses hidrolisis yaitu hidrolisis asam, dimana katalisatornya menggunakan asam. Asam berfungsi sebagai katalisator dengan mengaktifkan air. Di dalam industri asam yang dipakai adalah H2SO4 dan HCl. HCl lebih menguntungkan karena lebih reaktif dibandingkan H2SO4. (Groggins,1992)Faktor-faktor yang berpengaruh pada hidrolisis pati antara lain :a. SuhuDari kinetika reaksi, semakin tinggi suhu reaksi makin cepat pula jalannya reaksi. Tetapi apabila proses berlangsung pada suhu yang tinggi, konversi akan menurun. Hal ini disebabkan adanya glukosa yang pecah menjadi arang.b. WaktuSemakin lama waktu hidrolisis, konversi yang dicapai semakin besar dan pada batas waktu tertentu akan diperoleh konversi yang relatif baik dan apabila waktu tersebut diperpanjang, pertambahan konversi kecil sekali.c. Pencampuran reaksiKarena pati tidak larut dalam air maka pengadukan perlu diadakan agar persentuhan butir-butir pati dan air dapat berlangsung dengan baik.d. Konsentrasi katalisatorPenambahan katalisator bertujuan memperbesar kecepatan reaksi. Jadi semakin banyak jumlah katalisator yang dipakai makin cepat reaksi hidrolisis. Dalam waktu tertentu pati yang berubah menjadi glukosa juga meningkat.e. Kadar suspensi patiPerbandingan antara air dan pati yang tepat akan membuat reaksi hidrolisis berjalan cepat.4. FermentasiFermentasi adalah suatu proses perubahan peubahan kimia dalam suatu substrat organik yang dapat berlangsung karena aksi katalisator biokimia, yaitu enzim yang dihasilkan oleh mikrobia mikrobia tertentu. (Tjokroadikoesoemo,1986)Fermentasi gula oleh ragi, misalnya Saccharomyces cerevisiae dapat menghasilkan etil alkohol (etanol) dan CO2 melalui reaksi sebagai berikut:Faktor-faktor yang mempengaruhi proses fermentasi:a. Keasaman (pH)Tingkat keasaman sangat berpengaruh dalam perkembangan bakteri. Kondisi keasaman yang baik untuk pertumbuhan bakteri adalah 4 5. ( Winarno, 1984 )b. MikrobaFermentasi biasanya dilakukan dengan menggunakan kultur murni yang dihasilkan di laboratorium. Kultur ini dapat disimpan dalam keadaan kering atau dibekukan. Berbagai macam jasad renik dapat digunakan untuk proses fermentasi antara lain yeast. Yeast tersebut dapat berbentuk bahan murni pada media agar-agar atau dalam bentuk dry yeast yang diawetkan. ( Winarno, 1984 )c. SuhuSuhu fermentasi sangat menentukan macam mikroba yang dominan selama fermentasi. Tiap-tiap mikroorganisme memiliki suhu pertumbuhan optimal, yaitu suhu yang memberikan pertumbuhan terbaik dan perbanyakan diri secara tercepat. Pada suhu 30oC mempunyai keuntungan terbentuk alkohol lebih banyak karena ragi bekerja optimal pada suhu itu. ( Winarno, 1984 )d. OksigenUdara atau oksigen selama proses fermentasi harus diatur sebaik mungkin untuk memperbanyak atau menghambat mikroba tertentu. Setiap mikroba membutuhkan oksigen yang berbeda jumlahnya untuk pertumbuhan atau membentuk sel sel baru dan untuk fermentasi. Misalnya ragi roti (Saccharomyces cerevisiae) akan tumbuh lebih baik pada keadaan aerobik, tetapi akan melakukan fermentasi terhadap gula jauh lebih cepat pada keadaan anaerobik. ( Winarno, 1984 )5. DistilasiDistilasi adalah suatu proses penguapan dan pengembunan kembali, yang dimaksudkan untuk memisahkan campuran dua atau lebih zat cair ke dalam fraksi farksinya berdasarkan perbedaan titik didih. Pada umumnya, pemisahan hasil fermentasi glukosa/dektrosa menggunakan sistem uap-cairan, dan terdiri dari komponen komponen tertentu yang mudah tercampur. Umumnya destilasi berlangsung pada tekanan atmosfer, contoh dalam hal ini adalah sistem alkohol air, yang pada tekanan atmosfer memiliki titik didih sebesar 78,o6 C.(Tjokroadikoesoemo, 1986)

III. ALAT DAN BAHANA. AlatGambar III.15 Heating mantleGambar III.14 Kondensor spiralGambar III.13 Statif dan klem

Gambar III. 12 Kertas saringGambar III. 11 SaringanGambar III.9 ErlenmeyerGambar III.8 Gelas ukurGambar III.7 Pipet volumeGambarIII.6 Ball fillerGambar III.5 Indikator universalGambarIII.4 SpatulaGambar III.3 Gelas arlojiGambar III.2 Neraca analitikGambar III.1 Beker glass

B. Bahan 1. Serbuk kulit kayu mangga 2. HCl encer 3. Gula 4. NaOH 5. Urea 6. Aquades 7. Ragi roti Gambar III.21 BotolGambar III.20 Labu distilasiGambar III.19 PiknometerGambar III.18 TermometerGambar III.17 Labu takar alas bulatGambar III.16 Kondensor libik