MAKALAH 3R (1)

5/15/2018 MAKALAH 3R (1) - slidepdf.com

http://slidepdf.com/reader/full/makalah-3r-1 1/14

MAKALAH 3R

MENGOLAH LIMBAH INDUSTRI TAPIOKA MENJADI BIOETANOL

Disusun untuk memenuhi salah satu tugas mata kuliah 3RDiploma 4 Program Studi Teknik Kimia Produksi Bersih

Di Jurusan Teknik Kimia

Disusun Oleh :

Bismi Dzikri Fardina (08414003)

Elsa Listya Isdar (08414006)

Helmi Mauluddin A (084140

Muhammad Iqbal (084140

JURUSAN TEKNIK KIMIA

PRODI TEKNIK KIMIA PRODUKSI BERSIH

POLITEKNIK NEGERI BANDUNG

2011



BAB I

PENDAHULUAN

1.1 Latar Belakang

Semua jenis industry yang ada dapat dipastikan akan menghasilkan limbah. Limbah yang

dihasilkanpun seringkali mengotori lingkungan. Salah satu industry yang banyak

menghasilkan limbah adalah industry pembuatan tepung tapioca. Tepung tapioka

mempunyai banyak kegunaan, antara lain sebagai bahan pembantu dalam berbagai

industri. Dibandingkan dengan tepung jagung, kentang dan gandum atau terigu, komposisi

zat gizi tepung tapioka cukup baik. Namun tapioca yang berbahan dasar singkong banyak

menghasilkan limbah padat berupa ampas singkong (onggok) dan lindur yang menghasilkan

bau yang menyengat. Limbah kulit singkong diolah menjadi kompos dan pupuk organik.

Volume limbah yang dihasilkan industry tapioca relative tinggi, sehingga akan sangat

menguntungkan sekiranya limbah tersebut dapat dimanfaatkan menjadi produk yang lebih

berdaya guna. Dalam hal ini ampas singkong dan lindur dapat dimanfaatkan sebagai bahan

baku pembuatan etanol karena kandungan karbohidrat yang tersisa pada limbah tepung

tapioka tersebut masih banyak.

1.2 Tujuan



BAB II

DASAR TEORI

Salah satu jenis industri yang cukup banyak menghasilkan limbah adalah pabrik pengolahan

tepung tapioka. Dari proses pengolahan singkong menjadi tepung tapioka, dihasilkan limbah

sekitar 2/3 bagian atau sekitar 75% dari bahan mentahnya. Dimana limbah tersebut berupa

limbah padat yang biasa disebut onggok (ampas singkong) dan lindur. Limbah ini dapat

digunakan menjadi bahan dasar pembuatan bioetanol. Ampas singkong dan lindur yang telah

dikeringkan kemudian dihdrolisa terlebih dahulu untuk selanjutnya di fermentasi dengan

bakteri Saccharomyces cereviceae. Selain dengan menggunakan Saccharomyces cereviceae,

dapat juga digunakan cendawan Aspergillus sp. Cendawan ini akan menghasilkan enzim

alfaamilase dan glikoamilase yang akan berperan dalam mengurai pati menjadi glukosa atau

gula sederhana.

Singkong merupakan salah satu sumber pati. Pati merupakan senyawa karbohidrat yang

komplek. Sebelum difermentasi pati diubah menjadi glukosa, karbohidrat yang lebih sederhana.

Hidrolisa adalah reaksi zat organik atau anorganik dengan air. Air akan terdekomposisi menjadi

dua ion dan bereaksi dengan senyawa lain, ion hidrogen membentuk satu komponen, sedang

ion hidroksil membentuk senyawa lain. Hidrolisa dengan air murni berlangsung lambat dan hasil

reaksi tidak komplit, sehingga perlu ditambahkan katalis untuk mempercepat reaksi dan

meningkatkan selektifitas (Groggins, 1958).

Fermentasi alkohol merupakan pembentukan etanol dan CO2 dari piruvat hasil glikolisis

glukosa secara anaerobik (Lehninger, 1982). Pada tahun 1815, Gay-Lussac memformulasikan

konversi glukosa menjadi etanol dan karbondioksida. Dalam fermentasi alkohol, satu molekul

glukosa hanya dapat menghasilkan 2 molekul ATP, sedangkan dengan respirasi aerob satu

molekul glukosa mampu menghasilkan 38 molekul ATP

● Reaksi : glikolisis

1. Gula (C6H12O6) ————> asam piruvat (glikolisis)

2. Dekarbeksilasi asam piruvat yaitu piruvat yang dihasilkan dari pemecahan glukosa

kehilangan gugus karboksilat oleh kerja piruvat dekarboksilase (Lehninger, 1982). Reaksi

ini merupakan dekarboksilasi sederhana dan tidak melibatkan oksidasi total piruvat dan



tidak bersifat tidak balik dalam sel.

Asam piruvat ———————————> asetaldehid + CO2

piruvat dekarboksilase (CH3CHO)

3. Asetaldehid oleh alkohol dihidrogenase diubah menjadi alkohol (etanol).

2 CH3CHO + 2 NADH2 —————> 2C2H5OH + 2 NAD

Alcohol dehidrogenase enzim

Sehingga reaksinya menjadi:

C6H12O6———> 2 C2H5OH + 2 CO2 + 2 NADH2 + Energi

Mikroba Fermentasi

Mikroorganisme memerlukan media yang mengandung nutrisi tertentu untuk

tumbuh. Mikroorganisme yang ditumbuhkan pada media baru pada umumnya tidak

segera berkembang, tetapi memerlukan waktu penyesuaian. Jika faktor lingkungan

memungkinkan, maka mikroorganisme akan berkembang dengan kecepatan lambat,

kemudian meningkat menjadi cepat Syarat-syarat yang dipergunakan dalam memilih

ragi untuk fermentasi, adalah : cepat berkembang biak, tahan terhadap alkohol tinggi,

tahan terhadap suhu tinggi,mempunyai sifat yang stabil, cepat mengadakan adaptasi

terhadap media yang difermentasikan. Faktor-faktor yang mempengaruhi fermentasi

a. Nutrisi (zat gizi)

Dalam kegiatannya ragi memerlukan penambahan nutrisi untuk pertumbuhan dan

perkembangbiakan,misalnya:

Unsur C : ada pada karbohidrat

Unsur N : dengan penambahan pupuk yang mengandung nitrogen, ZA, Urea.

Unsur P : penambahan pupuk fospat dari NPK, TSP, DSp dll

b. Keasaman (pH)

Untuk fermentasi alkohol, ragi memerlukan media suasana asam, yaitu antara pH 4

– 5. Pengaturan pH dilakukan penambahan asam sulfat jika substratnya alkalis atau

natrium bikarbonat jika substratnya asam.



c. Temperatur

Temperature optimum untuk dan pengembangbiakan adalah 27 – 300C pada waktu

fermentasi, terjadi kenaikan panas karena ekstrem. Untuk mencegah agar suhu

fermentasi tidak naik, perlu pendinginan supaya suhu dipertahankan tetap 27 -

300C.

d. Volume starter

Pada umumnya volume starter yang digunakan sekitar 5% dari volume larutan

fermentasi. Hal ini dikarenakan pada volume starter yang lebih kecil dari 5% maka

kecepatan fermentasi kecil, sedangkan pada volume starter yang lebih besar dari 5%

kektifan yeast berkurang karena alkohol yang terbentuk pada awal fermentasi

sangat banyak sehingga fermentasi lebih lama dan banyak glukosa yang tidakterfermentasikan.

e. Udara

Fermentasi alkohol berlangsung secara anaerobik (tanpa udara). Namun demikian,

udara diperlukan pada proses pembibitan sebelum fermentasi, untuk

pengembangbiakan ragi sel.



BAB III

PROSES PEMBUATAN BIOETANOL

Seperti yang telah diuraikan bahwa limbah industry tapioka mengandung banyak pati

sehingga dapat dijadikan bahan baku alternative sebagai pembuat etanol. Bioetanol dapat

dibuat dengan melalui tiga tahap utama, yaitu likuifikasi, sakarifikasi dan kultivasi menggunakan

Sacharomyces cerevisiae. Proses likuifikasi dan sakarifikasi dengan untuk mendapatkan glukosa

dapat dilakukan dengan dua teknik yaitu secara asam dan secara enzimatis. Hidrolisis secara

asam dapat menghasilkan derajat konversi pati menjadi glukosa lebih tinggi dibandingkan

dengan hidrolisis secara enzimatis, namun demikian hidrolisis secara enzimatis dapat mencegah

kehilangan rasa.

3.1 Pembuatan Etanol dari onngok dan lindur

Katalis enzim yang digunakan adalah katalis enzim alfa amylase untuk proses likuifikasi dan

katalis enzim amiloglukosidase untuk proses sakarifikasi. Aktivitas enzim sangat dipengaruhi

oleh suhu dan pH lingkungannya dan umumnya setiap enzim mempunyai kisaran suhu dan pH

optimum yang berbeda-beda. Enzim Liquizyme mempunyai suhu optimum berturut-turut 103

oC dan 105 oC dengan pH aktivitasnya antara 5 –6,5 dan pH optimum 6,0 dan enzim ini stabil

pada kisaran pH 5,5 –9,5.

Pada proses liquifikasi, pembuatan suspensi ubi kayu dilakukan dengan mencampurkan 2

ton ubi kayu dengan 1.000 liter air dan diaduk sampai homogen pada tangki pencampuran.

Kemudian ke dalam tangki tersebut dimasukkan sejumlah enzim alfa amilase yang besarnya

tergantung pada nilai bobot kering substrat (Dried Substrat ), Sg (Spesific grafity ), volume dan

waktu proses liquifikasi yang diinginkan. Enzim tersebut berfungsi untuk menghidrolisis pati

secara acak memutus atom C agar tidak terjadi gumpalan pada waktu pemanasan. Suspensi ubi

kayu dalam tangki penampungan tersebut perlu diatur pHnya antara 6,2 –6,4 dengan

penambahan 21% NaOH dan 1% CaCl2 sebagai stabilisator pH. Kandungan Ca2+

dalam larutan

tersebut sebesar 60 –150 ppm. Pemasakan suspensi ubi kayu dilakukan pada suhu 105oC. Pada



pemasakan tersebut sudah terjadi proses dekstrinasi. Suspensi akan ditampung dalam tangki

retensi dan pada saat itu dilakukan uji iod untuk mengetahui apakah pati yang terkandung

sudah terdegradasi dengan sempurna atau belum.

Proses selanjutnya adalah proses sakarifikasi. Pati yang terkandung dalam suspensi ubi kayu

tersebut telah terdegradasi menjadi dekstrin selanjutnya diturunkan suhunya dari 105oC

menjadi 60oC. Larutan likuifikasi selanjutnya ditambah enzim amiloglukosidase untuk memecah

rantai dekstrin menjadi glukosa. Kerja enzim dikondisikan pada pH 4,0 –6,0, jika pH yang terjadi

pada proses sakarifikasi lebih besar daripada nilai yang diharapkan, maka perlu ditambahkan

18% HCl. Proses sakarifikasi membutuhkan waktu selama 48 –76 jam, tetapi waktu tersebut

dapat dipersingkat sesuai target dengan penambahan lebih banyak enzim ke dalam suspensi

sampai nilai Dx minimal 90,45%, DE minimal 98,0%,Cv (color value) minimal 60% transmitendan Bx 30 –35. Selama proses dilakukan pengadukan untuk menghomogenkan enzim. Untuk

produksi bioetanol diperlukan kadar glukosa yang tinggi, sehingga diharapkan rendemen

etanolnya tinggi. Kadar glukosa mencapai maksimalapabila proses likuifikasi sempurna dan

konsentrasi enzim optimum. Penambahan alfa amilase maupun amiloglukosidase optimum

sebanyak 1 ml/ kg pati atau sekitar 5 kg ubi kayu segar menghasilkan gula reduksi mencapai 76 –

89% (Richana et al . 2006).

Setelah proses sakarifikasi dan menghasilkan glukosa maka proses dilanjutkan denganfermentasi oleh isolat S. cerevisiae sebanyak 5% dari volume proses, yaitu 250 liter per batch.

Glukosa yang digunakan bervariasi antara 40 –60oBrix, dan dalam medium ditambah unsur

perunut (trace elements) dan mineral lain (Zn, Ca). Cara lain dapat dilakukan dengan

penambahan enzim Zymase Catalyst dan fermentasi selama tiga hari pada suhu 250 – 300oC

(Anonimous 2006c).

Hasil fermentasi selanjutnya didestilasi untuk memisahkan produk etanol dari komponen

lainnya. Prinsip proses destilasi yaitu penguapan etanol pada suhu di bawah titik didih air. Titik

didih etanol adalah 78,3oC, sedangkan titik didih air adalah 100

oC. Selain itu metode

pemisahan lain yang lebih efisien dalam pemisahan produk yaitu dengan menggunakan

penyaringan molekuler ultrafiltrasi. Dari dua ton ubi kayu basah diharapkan dapat diperoleh

330 liter bioetanol.



Diagram alir pembuatan etanol dari ubi kayu segar

3.2 Spesifikasi Proses Pembuatan Bioetanol

Langkah pertama adalah bahan yang berupa ampas singkong dan lindur yang telah

dikeringkan dihidrolisa dengan menggunakan HCl 0.5N. Berikutnya membuat starter dari

biakan murni Saccharomyces cereviceae dan diaerasi selama 24 jam. Menyiapkan media

fermentasi, 300 ml sampel. hasil hidrolisa diatur pHnya 4-5 ditambahkan starter 5% V,

untuk mendapatkan kadar etanol optimum sampel difermentasikan selama 9 hari pada

inkubator shaker, suhu fermentasi 27-30o

C, kecepatan pengadukan 100 rpm. Hasil

fermentasi dicentrifuge pada 3000 rpm selama 15 menit,selanjutnya sampel diambil untuk



analisa kadar etanol. Pengamatan dilakukan setiap hari untuk mengetahui kadar etanol

yang dihasilkan dan dianalisa dengan gas kromatografi. Respon yang didapat adalah kadar

etanol yang terkandung dalam media pada fermentasi hari ke 1 sampai hari ke 9

Adapun bahan yang digunakan yaitu limbah padat ampas singkong dan lindur,

Saccharomyces cereviceae, HCl, akuades, natrium karbonat, NaOH, amonium phospat, dan

dinitrosalisylic acid. Sedangkan alat yang digunakan antara lain : peralatan penggilingan

(blender), autoclaf, unit fermentasi, erlenmeyer, gelas ukur, dan inkubator shaker.Variabel

yang diuji dalam penelitian ini adalah kadar etanol yang dihasilkan oleh ampas singkong dan

lindur dengan waktu fermentasi selama 9 hari. Hasil dari fermentasi dituangkan dalam table

di bawah ini



Dari grafik di atas didapatkan kadar glukosa yang terkandung dalam lindur sebesar 0.898

gram. Sedangkan kadar glukosa yang terkandung dalam ampas sebesar 0.841 gram. Disini

kandungan glukosa lindur lebih besar dari ampas karena lindur merupakan limbah padat sisa

pengendapan dalam pembuatan tapioka. Sehingga dimungkinkan kandungan karbohidratnya

masih banyak sedangkan ampas merupakan bahan sisa pemerasan/ ekstraksi singkong yang

kandungan karbohidratnya lebih sedikit daripada lindur sehingga hasil hidrolisa yang didapat

kadar glukosa lindur lebih besar daripada ampas sigkong

Bahan dengan konsentrasi glukosa tinggi mempunyai efek negative pada yeast, baik

pada pertumbuhan maupun aktifitas fermentasinya. Kadar glukosa yang baik berkisar 10-

18%. Apabila terlalu pekat, aktifitas enzim akan terhambat sehingga waktu fermentasi

menjadi lama.Disamping itu terdapat sisa gula yang tidak terpakai dan jika terlalu encer maka

hasinya berkadar alkohol



Dari grafik dapat dilihat bahwa kadar etanol meningkat seiring bertambahnya waktu

fermentasi, sesuai dengan kurva pertumbuhan mikroba dimana fase deselarasinya

(pertumbuhan optimal) terjadi pada hari ke 7 fermentasi dengan kadar etanol pada lindur

1.84% berat dan ampas singkong 1.66% berat. disini kadar etanol yang dihasilkan lindur lebih

besar daripada kadar etanol ampas singkong karena konsentrasi glukosa lindur lebih besar.



BAB IV

PEMBAHASAN

Bioetanol adalah etanol atau etil alkohol (C2H5OH), berbentuk cair, bening tidak berwarna,

biodegradable, dan tidak menyebabkan korosi (Anonimous 2006a). Bioetanol diproduksi

dengan cara fermentasi menggunakan bahan baku hayati, sedangkan etanol dapat dibuat

dengan cara sintesis melalui hidrasi katalitik dari etilen atau bisa juga dengan fermentasi gula

ataupun ubi kayu yang mengandung banyak pati menggunakan ragi Saccharomyces cerevisiae.

Industry bioetanol dari ubi kayu dan ampasnya (dari industry tapioca) memiliki peluang

yang besar dalam menaikkan ekonomi masyarakat. Limbah industry tapioca selain dapat diolah

menjadi bioetanol, dapat juga diolah menjadi kompos, pupuk organic, ataupun dijadikan

tepung onggok walaupun keuntungannya tidak sebanyak bila dijadikan bioetanol.

Untuk memperoleh etanol dalam jumlah banyak lebih baik digunakan ubi kayu segar,

karena zat pati yang terdapat di dalamnya lebih banyak. Namun pada intinya proses pembuatan

bioetanol dengan menggunakan ubi kayu segar ataupun onggok dan lindur memiliki proses

yang sama.

Proses yang dilakukan pertama – tama adalah proses pengeringan dan hidrolisis. Proses

pengeringan ini bertujuan agar onggok, lindur, ataupun ubi kayu lebih awet sehingga dapat

digunakan sewaktu – waktu sebagai bahan baku cadangan. Selanjutnya dilakukan hidrolisis

dengan menggunakan katalis asam ataupun enzim sebelum difermentasi. proses hidrolisis Ada

beberapa bakteri yang dapat dijadikan sebagai fermentor, diantaranya aspergillus niger sp,

saccaromycces cerevissiae, dan Zymomonas mobilis. Namun pada umumnya digunakan

saccaromycces cerevisiae.



BAB V

PENUTUP

5.1 SARAN

5.2 KESIMPULAN

DAFTAR PUSTAKA

1. Retnowati, Dwi dan Sutanti, Rini. Pemanfaatan Limbah Padat Ampas Singkong dan

Lindur Sebagai Bahan Baku Pembuatan Etanol (online) Tersedia: http://world-

energi.blogspot.com/2010/07/limbah-tapioka-bisa-jadi-ethanol.html

2. Broto, Wisnu dan Richana, Nur. Inovasi Teknologi Proses Industri Bioetanol Dari Ubi

Kayu Skala Perdesaan (online) Tersedia :

http://balitkabi.bimasakti.malang.te.net.id/PDF/05-BB%20Pascapanen.Bioetanol.pdf

3. Anonym. Mengolah Singkong Menjadi Bioetanol (online) Tersedia : http://world-

energi.blogspot.com/2010/07/mengolah-singkong-menjadi-etanol.html

http://world-energi.blogspot.com/2010/07/limbah-tapioka-bisa-jadi-ethanol.html





http://world-energi.blogspot.com/2010/07/mengolah-singkong-menjadi-etanol.html











4.

MAKALAH 3R (1)

Documents

Transcript of MAKALAH 3R (1)