INDUSTRI FERMENTASIDisusun untuk memenuhi Tugas Proses Industri Kimia

Dosen Pengampu :

Prof. Dr. Ir. Chandrawati Cahyani, M.S.

Oktafian Adnand Pramuwidianto (135061101111006)

Kelas BPROGRAM STUDI TEKNIK KIMIA

FAKULTAS TEKNIK

UNIVERSITAS BRAWIJAYA

2014

Industri Fermentasi

Definisi modern industri fermentasi adalah semua proses mikroba yang dikendalikan oleh manusia yang menghasilkan produk yang bermanfaat. Louis Pasteur menunjukkan bahwa fermentasi secara langsung disebabkan oleh proses kehidupan dari organisme. Dengan memahami bagaimana mikroorganisme hidup dan mengenali bahwa beberapa ragi, contohnya, bertindak berbeda-beda dan secara fundamental lingkungannya mempengaruhi ketegangan yang diberikan, proses fermentasi dapat dikendalikan dengan cara ilmiah yang pasti. Fermentasi mempunyai arti yang berbeda bagi ahli biokimia dan mikrobiologi industri. Arti fermentasi pada bidang biokimia dihubungkan dengan pembangkitan energi oleh katabolisme senyawa organik. Pada bidang mikrobiologi industri, fermentasi mempunyai arti yang lebih luas, yang menggambarkan setiap proses untuk menghasilkan produk dari pembiakan mikroorganisme (Suprihatin, 2010).Tahap pertama industri fermentasi dimulai sebelum tahun 1900, yaitu mulai pembuatan alkohol dan vinegar. Di Arab produksi dalam skala besar dimulai tahun 1700. Pengembangan proses dengan menggunakan termometer dimulai tahun 1757 dan pemindahan panas pada tahun 1801. Pada pertengahan abad 19, fungsi khamir dalam fermentasi alkohol mulai dikembangkan. Pada akhir abad 19 mulai digunakan kulturmurni khamir pada pembuatan starter.

Vinegar pada mulanya dihasilkan dari oksidasi wine karena perkembangan mikrobia liar. Perkembangan kemudian dengan menggunakan generator yang diikuti dengan medium penyangga. Pada akhir abad 19 dan awal abad 20 mulai digunakan medium yang dipasteurisasi dan ditambah 10% vinegar yang baik untuk menjadikan asam dan mencegah kontaminasi. Jadi konsep proses mulai dikembangkan pada awal abad 20.

Tahap ke dua yaitu dari tahun 1900 - 1940 dengan mulai dikembangkan produk baru seperti massa sel khamir, gliserol, asam sitrat, asam laktat dan aseton-butanol. Pembuatan ragi roti merupakan proses aerob sehingga sel tumbuh cepat. Jika oksigen tidak ada maka yang dihasilkan alkohol dan bukan sel khamir. Masalah pembatas adalah konsentrasi wort awal, karena pertumbuhan sel dibatasi oleh kemampuan penggunaan sumber karbon

daripada oksigen. Pertumbuhan sel juga dipengaruhioleh penambahan wort dalam jumlah kecil selama proses. Teknik ini sekarang disebut kultur Fedbatch dan secara luas digunakan dalam fermentasi industri dengan oksigen sebagai pembatas. Perkembangan fermentasi asetonbutanol secara aseptis selama perang dunia II dipelopori oleh Weizmann.

Pada tahap ke tiga mulai dihasilkan penisilin padakultur submerged secara aseptis. Produksi penisilin secara aerob sangat mudah mengalami kontaminasi, terutama pemasukkan udara dalam skala besar. Program pengembangan strain dilakukan dalam pilot-plant. Pada tahap ini (1940 sampai sekarang) banyak ditemukan proses-proses baru diantaranya antibiotik yang lain, vitamin, gibrelin, asam amino, enzim dan transformasi steroid.

Tahap ke empat (1960 sampai sekarang), sejumlah perusahaan besar meneliti tentang produksi protein sel tunggal untuk ternak. Tahap ini merupakan pengembangan tahap ke tiga dengan skala lebih besar, dengan kemungkinan harga jual yang lebih rendah. Mulai tahap ini semakin diperhatikan kontrol peralatan dan proses menggunakan kontrol komputer dan mulai dilakukan penelitian strain yang digunakan melalui rekayasa genetik.

Tahap ke lima (1979 sampai sekarang) mulai diteliti dan diproduksi senyawaan yang tidak umum dihasilkan mikrobia seperti interferon, insulin dengan manipulasi genetik. Produksi konvensional juga dapat ditingkatkan melalui rekayasa genetik. Perkembangan tahap ini semakin canggih sesuai perkembangan bioteknologi (Suhartini, 2011).Mikroorganisme yang diberikan energi makanan, bersama dengan nutrisi yang dibutuhkan, mikrovegetatif ini tidak hanya tumbuh dan mengganda, tapi juga akan mengubah makan menjadi beberapa senyawa kimia lainnya.Fermentasi dibawah kondisi yang dikontrol melibatkan reaksi kimia. Beberapa proses yang lebih penting tersebut adalah oksidasi, reduksi, hidrolisis, dan esterifikasi. Sebenarnya, perubahan kimia tertentu dapat diperoleh secara efisien dengan fermentasi daripada sintetis bahan kimia. Berdasarkan Silcox dan Lee, proses fermentasi yang baik adalah:

1. Mikroorganisme dapat membentuk produk yang diinginkan. Organisme ini harus berpropagasi secara cepat dan dapat mempertahankan keseragaman biologis, sehingga memberikan yield yang dapat diprediksi.

2. Raw material sebagai substrat ekonomis.

3. Yieldnya dapat diterima.

4. Fermentasi cepat.

5. Produk mudah diambil dan dimurnikan.

Beberapa faktor penting dalam fermentasi adalah pH, suhu, aerasi-agitasi, kultur fermentasi yang murni, keseragaman dari produk. Mikroba yang digunakan juga harus mampu tumbuh pada kondisi lingkungan yang telah mengalami modifikasi. Salah satu hasil dari industri fermentasi adalah alkohol dalam bentuk etil alkohol (etanol). Proses manufaktur etanol adalah sebagai berikut.Industri alkohol

Industry alkohol merupakan perkembangan dari minuman beralkohol, tetapi sekarang menjadi penting karena secara ekonomis, alkohol dapat digunakan sebagai pelarut dan untuk sintesis zat kimia lain. Formula alkohol terdenaturasi adalah untuk setiap 100 gal ethanol ditambahakan 0.125 gal pyronate atau sejenis, 0.5 gal acetadol (b-hydroxybutyraldehyde), 2.5 gal methyl isobutyl ketone, dan 1 gal kerosene.

Alkohol terdenaturasi juga nonpotable, tetapi denaturan lebih mudah untuk menghapus dibandingkan sepenuhnya didenaturasi alkohol. Khas formula khusus terdenaturasi adalah:

Untuk setiap 100 ga dari 190-bukti etil alkohol add:

SD No 1: Disetujui alkohol kayu, 5 gal. Penarikan untuk keperluan resmi: plastik, dehydrations, bahan peledak, produk makanan, bahan kimia, dll

SD No. 2B Benzene, 0,5 gal. Penarikan untuk keperluan resmi: plastik, dehydrations. bahan peledak, produk makanan, bahan kimia, dll

SD No.29 100% asetaldehida, 1 gal, atau larutan alkohol asetaldehida (20%). 5 gal. Penarikan untuk keperluan resmi: asetaldehida manufaktur, asam asetat, ester, ethors, dll Pada perindustrian etanol (C2H5OH), etanol dijual dalam bentuk gallon dengan berat 4.082 kg dan mengandung 95% C2H5OH dan 5% H2O pada suhu 15.56C.

Penggunaan alcohol sebagai bahan bakar motor mengalami banyak kontroversi. Pihak kontra menyatakan bahwa untuk memproduksi alkohol, tidak hanya membutuhkan semua biji-bijian yang ada, tetapi juga membutuhkan teknologi baru untuk mengubah kayu, selulosa dan sisa pati lainnya menjadi alcohol secara ekonomis. Salah satu kesulitan penggunaan alcohol dalam gasoline adalah 95% etanol biasa tidak larut dalam gasoline. Hanya absolute alcohol atau 99.5% alcohol bisa bercampur dengan gasoline menghasilkan gasohol. Hal tersebut membutuhkan biaya ektra dalam prosesnya karena distilasi sederhana tidak bisa menghasilkan konsentrasi etanol diatas 95%

Alkohol digunakan sebagai pelarut yang digunakan pada semua industri, alkohol juga digunakan sebagai bahan baku dalam pembuatan larutan kimia misalnya asetaldehid, etil asetat, etilen dibromida, glykol etilen klorida. Alkohol juga digunakan untuk renewable energy sebagai bioetanol, pemerintah Amerika Serikat memproduksi alkohol sebagai bahan bakar sebanyak 1,9 x 109 L / tahun dan 42 x 109 L / tahun.Pembuatan

Bahan baku bahan baku yang digunakan terbuat dari material berselulosa, kayu, limbah kayu, dan sulfida cair. Jagung adalah bahan baku material yang paling umum digunakan pada proses fermentasi alkohol, yield yang dihasilkan dari 25 kg jagung yang dikonversikan mampu menghasilkan 11 L alkohol.Reaksi utama dalam fermentasi alkohol adalah:

Persamaan produksi monosakarida

Jika gula (sukrosa) yang difermentasikan dapat dinvertasi dengan enzim invertasi untuk yield glukosa dan fruktosa dimana yang bisa terkonversi menjadi alkohol

C6H12O6

C2H5OH+2CO2

(H = -130 kJ

Monosakarida

Alkohol

2C6H12O6 + H2O

C2H5OH + CH3COOH + 2CO2 + 2C3H8O3Monosakarida

Alkohol Asam asetat Gliserin

Kandungan kecil dari gliserin sering ditemukan dalam fermentasi alkohol, bila fermentasi alkohol sudah selesai maka kandungan asam dan gliserin meningkat.Kebutuhan energi, unit operasi, dan konversi kimia pada proses produksi dibutuhkan treatment seperti pemanasan uap untuk distilasi, pemompaan, kondensasi air dan treatment pendinginan akibat panas eksotermal yang diakibatkan oleh proses fermentasi. Step utama pada pembuatan alkohol dari petroleum ditunjukkan pada pararel berikut ini :

Pembuatan industri alkohol

Pembuatan alkohol seperti yang disajikan, dapat dipecah menjadi langkah-langkah berikut:

1. Transportasi bahan baku ( misal jagung )

2. Penyimpanan jagung

3. Penggilingan/penghalusan jagung

4. Hidrolisis dengan malt atau asam untuk membuat bentuk seperti bubur.

5. Pertumbuhan kultur inokulasi

6. Fermentasi bubur jagung

7. Distilasi alkohol

8. Rektifikasi dan pemurnian alkohol

9. Pengambilan produk samping.ABSOLUTE ALKOHOL

Anhydrous alkohol terbentuk dari absorbsi 4 sampai 5% air di dalam 95 sampai 96% industrial alkohol menggunakan quicklime dengan cara distilasi. Etil alkohol dan air berwujud azeotrop dengan 95% volume alkohol. Berbagai metode sudah disarankan untuk menghilangkan 5% air untuk menghasilkan 100% alkohol.

Menggunakan metode kuno untuk memperoleh alkohol absolut dengan distilasi 95% azeotrop menggunakan komponen ketiga yang terbentuk pada minimum constant boiling pada temperatur rendah daripada 95% alkohol atau air. Pada gambar 31.3 menunjukkan campuran tiga biner minimum campuran konstan-titik didih pada sistem, menggunakan benzeena sebagai komponen ketiga, campuran dua homogen, satu heterogen, dan satu terner. Campuran terner adalah komposisi yang memiliki titik didih paling rendah pada sistem yaitu 64,85oC yang ditujukan pada titik F. Komposisi awal campuran dimulai dari garis lurus terletak pada garis CF yang memastikan penghilangan campuran konstan-titik didih yang akan meninggalkan alkohol anhidrous yang terletak dalam penyulingan. Jika pemulaian campuran disusun dengan menambahkan benzen 95% alkohol, maka komposisi harus terletak pada garis EB, oleh sebab itu komposisi dimulai pada titik G, distilasi kontinu memberikan terner campuran konstan-titik didih (64,85oC) pada kolom bagian atas dan absolut alkohol (78,3oC) pada kolom bagian bawah.

Flowchart prosesnya yakni :

BIR, WINE, DAN MACAM-MACAM MINUMAN BERALKOHOL

Pembuatan minuman yang difermentasi telah ada sejak ribuan tahun yang lalu. Dengan seiring berkembangnya jaman, metode dan teknologi yang digunakan juga berkembang. Minuman beralkohol sendiri dapat dibagi menjadi tiga kategori, yakni minuman beralkohol yang dibuat dengan cara perendaman bahan baku atau disebut juga bir, wine, dan minuman beralkohol yang dibuat dengan cara distilasi. Bir membutuhkan perkecambahan dari tanaman padi-padian untuk membuat karbohidrat dapat terfermentasi. Wine yang diproduksi dengan memanfaatkan ragi, dan minuman beralkohol yang didistilasi yang didistilasi untuk menambah kadar alkohol.

Bahan baku

Padi-padian dan buah-buahan mengandung karbohidrat yang menjadi bahan baku. Tiap jenis minuman, memiliki bahan baku yang berbeda-beda. Rusia memfermentasi kentang, dan dengan distilasi menghasilkan vodka. Cara yang hampir sama berlaku pada pembuatan maguey di Meksiko. Tetapi yang sering menjadi bahan baku adalah sereal, jagung, sejenis gandum, beras, dan anggur. Bir

Bir memiliki kadar alkohol yang rendah, yakni 2-7%. Bahan bakunya, biasanya sejenis gandum. Di Jerman sendiri menggunakan gandum, sementara di China menggunakan beras. Pada pembuatan bir, diperlukan enzim yang berupa ragi yang berguna sebagai katalis biologis yang mengubah disakarida menjadi monosakarida. Pembuatan bir, dibagi menjadi tiga grup yakni, memasak bubur dan melewatkannya pada cooled hopped wort, fermentasi, dan proses pengemasan yang siap edar (finishing). Gambarnya seperti di bawah ini :

Wine

Wine dikenal sejak jaman dahulu dengan fermentasi anggur. Wine dibagi menjadi original (7-14% alkohol), fortified (14-30% alkohol). Untuk prosesnya, buah anggur dihancurkan di crusher menghasilkan bubur. Bubur tersebut kemudiandi pompa ke tangki berkapasitas 11,000-30,000-L. Dimana ditambahkan juga asam sulfur untuk mengecek ragi liar. Kemudian kultur ragi aktif yang telah dipilih ditambahkan ke dalam bubur. Saat fermentasi terjadi kenaikan suhu, sehingga diperlukan sistem pendingin berupa Coil pendingin untuk menjaga temperatur dibawah suhu 30oC. Setelah fermentasi selesai, larutan hasil fermentasi di pompa ke tangki tertutup selama kurang lebih 2-3 minggu, pada durasi itu ragi akan memfermentasi gula yang masih tersisa. Kemudian disimpan digudang bawah tanah, untuk meningkatkan rasanya, dan mengurangi waktu aging. Kemudian didiamkan selama 6 minggu untuk memisahkan suspensi.Minuman beralkohol yang didistilasi

Minuman jenis ini, biasanya dilakukan dengan menambah kadar alkohol dari produk minuman beralkohol yang sudah ada. Contohnya brandy yang terbuat dari wine, serta whisky yang berasal dari bir. Waktu yang diperlukan juga cukup lama, serta harus ditangani dengan baik. Gambar dari prosesnya, yakni

BUTYL ALKOHOL DAN ASETON

Butyl alkohol merupakan bahan bakunya, sedangkan aseton adalah produknya. Sekarang pembuatan aseton menggunakan bakteri Closiridium acetobutylicum. Aseton berfungsi sebagai solven dan pembuatan plastik. Oleh karena itu, industri aseton merupakan salah satu industri yang penting.

CUKA DAN ASAM ASETAT

Pembuatannya memanfaatkan bakteri aerob, yakni dari gen Acetobacter. Reaksi yang terjadi yakni

ASAM SITRAT

Asam sitrat terbua dari limbah buah sitrus. Dalam prosesnya, dibantu oleh Aspergillus niger. Kegunaannya yakni sebagai minuman berkarbonasi, jelly, dan makanan yang lain. Penggunan terbesar ada pada medis. Reaksi yang ditimbulkan, yakni

Sementara skema pembuatannya, yakni

ASAM LAKTAT

Asam ini, merupakan jenis asam organik yang tertua. Prosesnya yakni dengan memfermentasi laktosa dengan bantuan Streptococcus lactis. Kegunaannya sebagian besar untuk makanan dan minuman. Sementara, sebagian kecil dikonversi menjadi plastik, pelarut, dan bahan kimia yang lain.

PRODUK LAINNYA

Produk lainnya, yakni MSG, L-Lysine, dihidroxyacetone, dan bahan-bahan farmasi. Kesemuanya memiliki mikroorganisme yang berbeda. MSG dengan Micrococcus glutamicus, L-Lysine dengan Corynebacterium acetoglutamicum, dihidroxyacetone dengan bakteri fermentasi gliserin, dan bahan farmasi yang tergantung pada produk yang diharapkan

ENZIM

Enzim dapat diklasifikasikan sebagai berikut

Sementara untuk industri, yakni

Pengumpulan 2

Selasa,

6 Januari 2015