LAPORAN PRAKTIKUM BIOPROSES

PROSES FERMENTASI ANAEROBIK SECARA BATCH

(PEMBENTUKAN ETHANOL)

Laporan ini disusun untuk memenuhi salah satu tugas praktikum mata kuliah Bioproses

Disusun oleh :

Kelompok 4

Khoirul Nurasiah H 111411016

Leti Nurlatifah 111411017

Lidya Lorenta S 111411018

Lilis Notiawati 111411019

M.Fachrein Rahman 111411020

Kelas 2-A

D3 Teknik Kimia

Dosen Pembimbing : Ir.Emmanuella, MT

Tanggal Praktikum : 10 Desember, 17 Desember 2012

Tanggal Pengumpulan : 2 Januari 2013

JURUSAN TEKNIK KIMIA

POLITEKNIK NEGERI BANDUNG

2013

PROSES FERMENTASI ETANOL ANAEROBIK SECARA BATCH

I. TUJUAN

a. Memahami proses fermentasi ethanol secara anaerobik yang dijalankan secara batch

b. Menguasai teknik pembuatan inokulum dan persiapan untuk fermentasi anaerobik

c. Menentukan kurva kalibrasi untuk konsentrasi ethanol dan konsentrasi sukrosa terhadap indeks bias

d. Menentukan kurva kalibrasi perubahan konsentrasi sel, konsentrasi ethanol dan konsentrasi substrat sisa terhadap waktu

e. Menentukan konstanta Michelles Menton untuk proses fermentasi ethanol.

II. DASAR TEORI

Saccharomyces cerevisiae telah lama digunakan dalam industri alkohol dan minuman berakohol sebab memiliki kemampuan dalam memfermentasi glukosa menjadi ethanol. Hal yang menarik bahawa proses fermentasi dalam khamir tersebut berlangsung dalam keadaan anaerob. Fermentasi ethano oleh ragi jenis ini Saccharomyces cerevisiae akan berjalan secara optimal pada temperatur 32℃ dengan pH medium 4,5 (Maziar, 2009). Proses fermentasi menggunakan teknik Fed batch diketahui memiliki efisiensi yang lebih tinggi daripada teknik batch.

Menurut pasteur, keberadaan oksigen akan menghambat jalur fermentasi di dalam sel khamir sehingga sumber karbon yang ada akan digunakan melalu jalur respirasi (Pasteur effect). Berdasarkan fenomena ini, seharusnya produksi ethanol oleh khamir terjadi pada kondisi anaerob. Namun ternyata, Pasteur effect pada sel khamir diamati pada sel stationer, sedangkan produksi alkohol terjadi ketika sel berada pada fase pertumbuhan (fase log). Hal inilah yang diduga bahwa Pasteur effevt bukan fenomena yan terjadi saat produksi ethanol oleh Saccharomyces cerevisiae.

Dalam fermentasi alkohol, satu molekul glukosa hanya dapat menghasilkan 2 molekul ATP, dibandingkan dengan respirasi aerob, satu molekul glukosa dapat menghasilkan 38 molekul ATP. Jalur biokimia yang terjadi sebenarnya bervariasi tergant jenis gula yang digunakan tetai pada umumnya melibatkan jalur glikolisis yang merupakan bagian awal daru tahap respirasi aerobik pada sebagian besar organisme. Jalur terakhir akan bervariasi tergantung produk akhir yang dihasilkan.

Alcohol dehidroginase enzim

Reaksi :

1. Gula (C6H12O6) asam piruvat (glikolisis)2. Dekarbeksilasi asam piruvat.

Asam piruvat asetaldehid + CO2

3. Asetaldehid oleh alkohol dihidrogenasi diubah menjadi ethanol.2 CH3CHO + 2 NADH2 2 C2H5OH + 2 NAD

Ringkasan Reaksi :C6H12O6 2 C2H5OH + 2 CO2 + 2 ATP (energi yang dilepaskan 118 kJ/mol)

Laju pengurangan konsentrasi substrat

V=V max

C s

ks+C s

V=−d C s

dt=

d C p

dt

dxdt

=Vx

III. ALAT DAN BAHAN

Bahan yang digunakan :

a. Biakan murni Saccharomyces cerevisiae

b. Alcoholc. Media aktivas dan fermentasi

1000 mL Glukosa 150 gram MgSO4.7H2O 0.4 gram (NH)2SO4 2 gram KH2PO4 5 gram Schout emulsion 10 mL Aqudes hingga 1 L

d. Larutan H2SO4 26%e. Gas N2 (tidak digunakan)

Alat yang digunakan :

a. Fermentor 2 L lengkap dengan pipa udara dan karet penutup

b. Tabung reaksic. Jarum osed. Bunsen e. Labu Erlenmeyer f. Beaker glassg. Gelas ukurh. Pipet tetesi. Refraktometerj. Shakerk. Incubatorl. Neraca teknis

Piruvat dekarboksilase (CH3CHO)

IV. PROSEDUR KERJA

a. Pembuatan kurva kalibrasi

Sukrosa 10% b/v etanol

Larutan dengan variasi etanol

1%,2%,3%,4%,5%,6%,7%,8%,9%,10%

Ukur indeks bias masing-masing larutan

Etanol 5% v/v Larutangula

Larutan dengan variasi konsentrasi gula

5%,7% ,9%,11%,13%,15%,18%

Ukur indeks bias masing- masing variasi konsentrasi

b. Percobaan Fermentasi Anaerob secara Batch

Media aktivasi 100 ml Media fermentasi 1 L fermentor

sterilisasi

Media fermentasi 1L fermentor

Purge larutan dengan gas N2

Purge larutan dengan gas N2

Cek pH media fermentasi

Fermentor (berisi media fermentasi 1L)

Media aktivasi 100 ml

Larutan di inkubasi dan di shake

Lakukan pengambilan sampel selama 15 hari setiap 4 jam

Analisa konsentrasi gula sisa, konsentrasi etanol dengan

mengukur indeks bias dan pH sampel

V. DATA PENGAMATAN DAN PENGOLAHAN DATA

a. Data pengamatan indeks bias sampel

WaktuIndeks bias biakan dalam

erlenmeyerIndeks bias biakan dalam

tabung reaksiT0 14.6 14.8T1 14.6 13.8T2 14.6 14.8T3 14.6 15T4 14.4 15T5 14.4 14T6 14.4 15.2T7 14 13T8 14.2 15T9 14 13.4

b. Pembuatan kurva kalibrasi larutan etanol

Konsentrasi Ethanol (%)

Indeks Bias

1 -0.22 03 0.44 0.85 1.06 1.27 1.68 2.09 2.210 2.4

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10-0.5

0

0.5

1

1.5

2

2.5

3

f(x) = 0.299393939393939 x − 0.506666666666666R² = 0.993421588263071

Kurva kalibrasi antara konsentrasi alkohol (%) dan indeks bias

Series2Linear (Series2)

Konsentrasi Ethanol (%)

Inde

ks b

ias

c. Hasil analisa sampel

Berdasarkan literature

Penentuan konsentrasi etanol dan sukrosa dilakukan dengan cara mensubstitusikan

nilai indeks bias ke dalam persamaan garis pada kurva kalibrasi.

Pada kurva kalibrasi larutan etanol didapatkan persamaan y = 0.299x - 0.506

Konsentrasi etanol (x) = indeks bias sampel ( y )+0.506

0,299

Hasil praktikum, Tidak terbentuk konsentrasi etanol:

WaktuIndeks bias biakan dalam Erlenmeyer

(brix)

Indeks bias biakan dalam tabung reaksi

(Brix)T0 14.6 14.8T1 14.6 13.8T2 14.6 14.8T3 14.6 15T4 14.4 15T5 14.4 14T6 14.4 15.2T7 14 13T8 14.2 15T9 14 13.4

VI. PEMBAHASAN PRAKTIKUM

Pembahasan Khoirul Nurasiah Herningrum (111411016)

Pembuatan etanol dengan proses fermentasi anaerobik secara batch merupakan salah

satu cara pembuatan etanol skala laboratorium. Pembuatan etanol ini menggunakan biakan

ragi Saccharomyces cerevisiae. Proses ini dilakukan secara anaerob karena untuk mencegah

terjadinya perubahan jalur metabolisme biokatalis ragi sehingga terbentuk metabolit alkohol.

Apabila proses dilakukan secara aerob maka keberadaan oksigen ini akan menghambat jalur

fermentasi metabolisme biokatalis ragi yang akan berubah ke jalur pertumbuhan. Oksigen

yang terdapat dalam proses akan menghasilkan peningkatan biomassa sel (ragi) .

Bahan baku utama yang digunakan glukosa senyawa monosakarida sederhana yang

memiliki sumber karbon, sedangkan zat pendukung seperti (NH4)2SO4 , KH2PO4, dan

MgSO4.7H2O digunakan sebagai macronutrient tambahan yang akan terurai menjadi unsur-

unsur S, P, dan Mg+2 . Persamaan reaksi kimia pembuatan etanol secara fermentasi adalah

sebagai berikut ;

C6H12O6 2C2H5OH + 2CO2 + 2ATP

(glukosa) (etanol) (karbondioksida)

Tahap pertama yang praktikan lakukan adalah membuat media aktivasi, setelah itu

dilakukan penanaman Saccharomyces cerevisiae ke dalam media aktivasi yang dilakukan

secara aseptis hal ini bertujuan agar tidak ada mikroorganisme dari luar yang masuk ke dalam

media aktivasi yang dapat mengakibatkan media terkontaminasi. Lalu masukkan aktivasi

kedalam media fermentasi dan inkubasi yang bertujuan untuk membiakkan ragi

Saccharomyces cerevisiae.

Sebelum proses berlangsung media fermentasi yang telah ditanamkan inokulum /

media aktivasi seharusnya dipurge dengan menggunakan gas N2 untuk meminimalisasi

kandungan oksigen yang ada dalam media dengan cara mendesak gas oksigen sehingga

oksigen yang ada dalam media akan terbawa keluar namun dikarenakan gas N2 telah habis

sehingga tidak dilakukan purge N2. Proses fermentasi etanol dilakukan pada suhu ± 38˚C

karena merupakan kondisi temperature optimum untuk pembentukan produk (etanol).

Tahap kedua adalah pembuatan kurva kalibrasi etanol dengan variasi konsentrasi

etanol 1%, 2%, 3%, 4%, 5%, 6%, 7%, 8%, 9%, 10% yang diukur indeks biasnya dan diplot grafik

sehingga didapatkan kurva kalibrasi etanol yang digunakan sebagai kurva standar acuan untuk

mengetahui konsentrasi etanol yang terbentuk pada sampel. Berdasarkan sampling yang

dilakukan, diperoleh data yang menunjukkan bahwa tidak terbentuknya etanol (produk) dan

hanya terjadi pertumbuhan biomassa sel , hal ini dikarenakan proses fermentasi etanol yang

terjadi adalah aerob (masih adanya oksigen di dalam proses) sehingga menghambat

pembentukan produk. Kadar oksigen yang masih ada didalam proses fermentasi dikarenakan

tidak adanya proses purge N2 yang menyebabkan pertumbuhan biomassa sel dalam media.

Pembahasan Leti Nurlatifah (111411017)

Pada praktikum kali bertujuan memahami proses fermentasi ethanol secara

anaerobik yang dijalankan secara batch. Praktikum ini dilakukan menggunakan

biokatalis ragi (Saccharomyces cerevisiae) secara anaerobik (tidak ada oksigen) untuk

mencegah terjadinya perubahan jalur metabolisme biokatalis ragi sehingga

terbentuk metabolit alkohol. Sedangkan apabila proses dilakukan secara aerob (ada

oksigen) maka jalur metabolisme biokatalis ragi akan berubah ke jalur pertumbuhan.

Oksigen yang terdapat dalam proses akan digunakan untuk berkembangbiak

sehingga diakhir proses yang akan didapat adalah biomassanya (ragi).

Pada praktikum ini ditambahkan beberapa zat seperti MgSO4.7H2O, (NH)2SO4

dan KH2PO4. Zat-zat tersebut merupakan tambahan nutrisi dan zat pendukung yang

dibutuhkan oleh ragi selama proses berlangsung. Misalnya (NH)2SO4 ditambahkan

sebagai sumber nitrogen untuk ragi dan KH2PO4 sebagai penstabil pH media.

Ditambahkan juga schout emulsion sebagai nutrisi tambahan untuk ragi.

Sebelum proses berlangsung media fermentasi yang telah ditanamkan

inokulum disimpan dalam Erlenmeyer lalu kemudian dimasukan kedalam incubator.

Selama kondisi proses dilakukan secara aseptis untuk mencegah kontaminasi. Proses

fermentasi dilakukan pada suhu ± 37˚C karena pada kondisi ini merupakan kondisi

yang optimal dalam proses fermentasi etanol. Selain itu dilakukan shaking

menggunakan shaker untuk meratakan penyebaran nutrisi di dalam media.

Setelah itu dilakukan pembuatan kurva kalibrasi larutan etanol. Kurva

kalibrasi ini digunakan dalam penentuan konsentrasi etanol yang terbentuk dalam

sampel. Pada praktikum kali ini tidak terbentuk etanol. Hal ini disebabkan karena

masih terdapat oksigen dalam media fermentasi karena selama dalam praktikum kali

ini kita tidak melakukan purge gas N2yang berfungsi untuk meminimalisasi

kandungan oksigen yang ada dalam media dengan cara mendesak gas oksigen

sehingga oksigen yang ada dalam media akan terbawa keluar. Sehingga dalam media

fermentasi tidak terdapat oksigen sehingga dapat membentuk etanol .

Berdasarkan data yang diperoleh, dapat dilihat bahwa dalam media tidak

terjadi proses fermentasi sehingga tidak terjadi pembentukan etanol tetapi hanya

terjadi pertumbuhan biomassa saja.

PembahasanLidyaLorenta (111411018)

Praktikum kali ini adalah proses fermentasi alkohol anaerob secara batch.

Fermentasi ini dengan menggunakan biokatalis ragi (Saccharomyces

cerevisiae).Fermentasi anaerob adalah proses fermentasi menggunakan sedikit

oksigen,atau tidak ada suplai oksigen dari luar.Pada praktikum kali ini inokulum yang

digunakan tidak di purge dulu dengan N2 sebaiknya,inokulum yang digunakan di

purge dulu menggunakan N2. Hal ini berfungsi untuk meminimalisasi oksigen yang

ada.

Komposisi dari media fermentasi yaitu :

1. 150 gram sukrosa,

2. 0.4 gram MgSO4.7H2O,

3. 2 gram (NH4)2SO4,

4. 5 gram KH2PO4 ,

5. 10 mL Schout emulsion dalam 1 L aquadest.

Larutan tersebut dipindahkan ke dalam 2 buah erlenmeyer masing-masing

500 mL dan dari setiap erlenmeyer masing-masing kami pindahkan 100 mL sebagai

media pertumbuhan.

Proses fermentasi anaerob secara batch kali ini dilangsungkan pada suhu 37˚C

karena merupakan suhu pada kondisi maksimum fermentasi untuk etanol.

Dilakukan pegambilan sample untuk mengetahui berapa etanol yang terbentuk

dengan kurun waktu tertentu. setelah sampling telah selesai dilakukan kepada

semua sample lalu dilakukan analisa produk dengan mengecek etanol yang

terbentuk menggunakan refraktometer dengan memeriksa indeks biasnya.

Dari percobaan diperoleh data sebagai berikut :

Hasilpraktikum, Tidakterbentukkonsentrasietanol:

WaktuIndeks bias biakan dalam

Erlenmeyer (brix)

Indeks bias biakan dalam

tabung reaksi (Brix)

T

014.6 14.8

T

114.6 13.8

T

214.6 14.8

T 14.6 15

3

T

414.4 15

T

514.4 14

T

614.4 15.2

T

714 13

T

814.2 15

T

914 13.4

Pembahasan Lilis Notiawati (111411019)

Dalam praktikum ini dilakukan proses fermentasi alkohol anaerob secara batch

dengan menggunakan biokatalis ragi (Saccharomyces cerevisiae). Fermentasi secara

anaerob dilakukan tanpa oksigen karena untuk mencegah untuk mencegah terjadinya

perubahan jalur metabolisme biokatalis ragi sehingga terbentuk metabolit alkohol.

Seharusnya sebelum proses berlangsung media fermentasi yang telah ditanamkan

inokulum dipurge dengan menggunakan gas N2 untuk meminimalisasi kandungan

oksigen yang ada dalam media dengan cara mendesak gas oksigen sehingga oksigen

yang ada dalam media akan terbawa keluar. Pipa sumbat diisi dengan larutan H2SO4

untuk mencegah udara (oksigen) masuk dalam media dan untuk mengurangi terjadinya

kontaminasi. Dalam praktikum tidak dilakukan purge N2 sehingga dalam media

fermentasi masih terdapat oksigen dan memungkinkan terjadinya metabolisme ragi dan

pertumbuhan sel. Hal ini mengakibatkan tidak maksimal produksi metabolit sekunder

(alkohol).

Untuk menekan sel agar menghasilkan alkohol namun tidak menyebabkan

kematian, maka ditambahkan beberapa nutrisi yaitu MgSO4.7H2O, (NH)2SO4 dan

KH2PO4. Zat tersebut merupakan nutrisi pendukung kehidupan ragi selama proses

fermentasi berlangsung. (NH)2SO4 ditambahkan sebagai sumber nitrogen untuk ragi

dan KH2PO4 sebagai penstabil pH media. Ditambahkan juga schout emulsion sebagai

nutrisi tambahan untuk ragi. Proses fermentasi dilakukan pada temperatur ± 37˚C

( kondisi maksimum fermentasi etanol). dilakukan shaking untuk menyebarkan nutrisi

dalam media. Proses dilakukan secara aseptis untuk menghindari terkontaminasinya

media sehingga dihasilkan produk etanol yang murni.

Dilakukan pembuatan kurva kalibrasi larutan etanol. Kurva kalibrasi ini

digunakan dalam penentuan konsentrasi etanol yang terbentuk dalam sampel.

Pengukuran indeks bias sample hanya bisa dilakukan dalam skala brix (glukosa).

menunjukan tidak terbentuknya etanol tetapi terjadinya pertumbuhan biomassa ragi.

Hal ini terjadi karena masih terdapatnya oksigen dalam media (tidak dilakukan purge

N2) sehingga akan memicu pertumbuhan biomassa sel.

Pembahasan M Fachrein R (111411020)

Pada percobaan ini dilakukan pembuatan alcohol dengan cara fermentasi

anaerob menggunakan biokatalis ragi Saccharomyces cerevisiae. Fermentasi anaerob

dilakukan tanpa menggunakan oksigen, untuk memperoleh kondisi tersebut kedalam

reaktor dialirkan gas N2 untuk mendesak oksigen keluar reaktor. Untuk mencegah

kontaminasi media,pada pipa sumbat diisi dengan larutan asam sulfat. Tetapi pada

percobaan kali ini tidak dialirkan gas N2 sehingga masih terdapat oksigen dan terjadi

pertumbuhan ragi akibatnya pembentukan metabolit sekunder tidak maksimal.

Pada percobaan ini ditambahkan beberapa zat seperti MgSO4.7H2O, (NH)2SO4

dan KH2PO4. Zat-zat tersebut merupakan tambahan nutrisi dan zat pendukung yang

dibutuhkan oleh ragi selama proses berlangsung. (NH)2SO4 berfungsi sebagai sumber

nitrogen untuk ragi dan KH2PO4 sebagai penstabil pH media. Ditambahkan juga

schout emulsion sebagai nutrisi tambahan untuk ragi. Proses fermentasi dilakukan

pada temperatur ± 37˚C ( kondisi maksimum fermentasi etanol). dilakukan. Proses

dilakukan secara aseptis untuk menghindari terkontaminasinya media sehingga

dihasilkan produk etanol yang murni dan juga di shaking agar nutrisi dapat menyebar

keseluruh media.

Dari hasil percobaan fermentasi tidak terjadi sehingga produk etanol tidak

terbentuk tetapi hanya terjadi pertumbuhan biomassa. Hal ini diketahui dari

pengukuran indeks bias

VII. KESIMPULAN

a. Tidak terbentuk etanol

b. Terjadi pertumbuhan biomassa karena O2 karena tidak di purge sama N2

PUSTAKA

Anonim, Fermentasi Ethanol Anaerob Batch , 6 Januari 2012, 21.99 From http://www.google.co.id/url?sa=t&rct=j&q=fermentasi%20etanol%20anaerob

%20secara%20batch&source=web&cd=2&ved=0CCMQFjAB&url=http%3A%2F%2Feprints.undip.ac.id%2F13474%2F4%2FHalaman_Angka.pdf&ei=0RMMT_uIDsHqrAeqxfHGBA&usg=AFQjCNFQd1tOOiy-UAl0AzvWs-QHz4RVVg

Bailey, James E dan David F Ollis. 1986. Biochemical Engineering fundamentals. 2nd.

Singapore: McGraw-Hill Book Co.

Jobsheet Praktikum Bioproses. Proses Fermentasi Etanol Anaerobik secara Batch. POLBAN.2011.

Perry, J.H. (ed.).1988, Chemical enginers’ Hand book. 6th edition..Singapore. Mc

Graaw Hill Book Co.

Stanbury, Peter F dan A Whitaker. 1984. Principles of Fermentation Technology.

Great Britain : A Wheaton & Co.Ltd,.

LAMPIRAN FOTO PRAKTIKUM

Pembuatan kurva kalibrasi etanol

Hasil sampling media fermentasi

Alat ukur indeks bias (brix)