Makalah-Bioteknologi bioenergi dan biotransformasi.pdf

Click here to load reader

  • date post

    13-Sep-2015
  • Category

    Documents

  • view

    105
  • download

    32

Embed Size (px)

Transcript of Makalah-Bioteknologi bioenergi dan biotransformasi.pdf

  • Makalah Bioteknologi Dasar

    BIOTRANSFORMASI DAN BIOENERGI

    KELOMPOK VII :

    NUR AQLIA H311 12 287

    NURFAIIZAH AQIILAH F. H311 12 289

    FITRIA ANNURANI H311 12 901

    NURSANTI H311 12 902

    YENNI OCTAVIANA H311 12 293

    JURUSAN KIMIA

    FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM

    UNIVERSITAS HASANUDDIN

    MAKASSAR

    2015

  • BAB I

    PENDAHULUAN

    1.1 Latar Belakang

    Biotransformasi adalah perubahan atau modifikasi senyawa kimia oleh

    enzim atau sel mikrob. Proses yang diinginkan dari biotransformasi adalah

    pembuatan (sintesis) suatu senyawa maupun menghilangkan senyawa tersebut.

    Saat ini biotransformasi banyak berperan dalam berbagai industri seperti industri

    makanan, obat-obatan dan vitamin, pembuatan senyawa kimia, dan pakan ternak.

    Penggunaan enzim dan sel mikrob dalam proses industri berdampak pada

    berkurangnya penggunaan senyawa kimia berbahaya sehingga memiliki sifat

    ramah lingkungan. Maka dari itu, enzim dan sel mikrob disebut biokatalis yang

    akan menggantikan katalis kimia

    Bioenergi adalah energi terbarukan yang didapatkan dari sumber biologis,

    umumnya biomassa. Biomassa adalah bahan organik yang menyimpan

    energicahaya matahari dalam bentuk energi kimia. Biomassa sebagai bahan bakar

    umumnya berupa kayu, limbah industri kayu, jerami, dan hasil pertanian seperti

    tebu yang dapat diolah menjadi bahan bakar. Dalam definisi yang lebih sempit,

    bioenergi adalah sinonim dari biofuel, yang merupakan bahan bakar turunan dari

    sumber biologis.

    Dalam cakupan yang lebih luas, bioenergi mencakup juga biomassa.

    Bioenergi adalah energi yang dihasilkan dari biomassa, tetapi bioenergi bukanlah

    biomassa itu sendiri. Pada tahun 2010, 35 gigawatt pembangkit listrik bioenergi

    telah dibangun di seluruh dunia, dengan seperlimanya berada di Amerika Serikat.

  • Berdasarkan informasi dan penjelasan di atas maka dilakukan pembahasan

    materi mengenai biotransformasi dan bioenergi pada makalah ini.

    1.2 Rumusan Masalah

    Adapun rumusan masalah dari percobaan ini yaitu :

    1. Apa yang dimaksud dengan biotransformasi dan bioenergi ?

    2. Bagaimana tahapan biotransformasi dan bioenergi ?

    3. Apa saja contoh-contoh biotransformasi dan bioenergi ?

  • BAB II

    PEMBAHASAN

    2.1 Tinjauan Umum Tentang Biotransformasi

    Biotransformasi adalah proses pengubahan suatu senyawa menjadi

    senyawa turunannya yang strukturnya berbeda dari senyawa asalnya akibat

    aktivitas metabolisme suatu mikroba. Proses ini berkaitan dengan penggunaan

    enzim untuk mengubah substrat menjadi produk. Pembentukan suatu proses

    biotransformasi membutuhkan perkembangan optimal biokatalisator, media reaksi

    dan bioreaktor.

    Pengertian biotransformasi menurut Walker adalah suatu proses dimana

    suatu senyawa dapat berubah menjadi senyawa turunannya yang lebih baik

    dengan menggunakan mikroorganisme sebagai katalis. Mikroorganisme adalah

    salah satu agen biokatalis yang paling efisien dengan kemampuan luas untuk

    memetabolisme substrat.

    Saat ini banyak upaya riset diarahkan untuk mengembangkan proses dan

    atau produk baru yang ramah lingkungan (green chemistry), yang antara lain

    mempunyai karakteristik: produksi limbah berbahaya minimal, efisiensi karbon

    tinggi, konsumsi energi rendah serta penggunaan bahan baku murah dan

    terbarukan. Biotransformasi dengan menggunakan bio-katalis merupakan metode

    alternatif yang dapat dimanfaatkan.

    Biotransformasi dipilih karena reaksinya bersifat enzimatis sehingga reaksi

    biotransformasi selektif dan sangat spesifik dalam mengubah substrat yang ada.

    Spesifisitas dan selektivitas ini disebabkan oleh struktur kiral protein enzim.

  • Apabila ada beberapa gugus fungsi maka hanya posisi spesifik tertentu yang

    dipengaruhi. Reaksi biotransformasi dapat digunakan untuk menyerang gugus

    fungsi yang tidak dapat diaktifkan secara efisien atau memerlukan beberapa tahap

    antara sebelum dapat bereaksi secara kimia.

    2.1.1 Minyak Terpentin

    Minyak terpentin adalah minyak atsiri yang dihasilkan atau diperoleh dari

    penyulingan getah pohon Pinus merkusii. Kandungan utama dari minyak terpentin

    adalah senyawa -pinena (70-90%), -pinena (5-10%), 3-karena (4-10%), dan

    juga -longifolena (0,2-5%). Rumus struktur -pinena terdiri atas dua cincin yang

    menyatu yaitu siklobutana dan sikloheksana yang membentuk suatu bisiklo,

    mengandung atom karbon dan hidrogen yang tidak bersifat aromatik, serta

    tersusun atas jumlah karbon C10 sehingga digolongkan ke dalam kelompok

    senyawa monoterpena bisiklis. Penggunaan utama -pinena adalah flavor dan

    fragrans yang dapat menghangatkan dan memberi bau seperti pinus. Hal ini

    sebagai dasar untuk membuat tipetipe produk parfum, ester, dan hidrokarbon

    terpena yang lain.

    2.1.2 Bakteri Pseudomonas aeruginosa

    Pseudomonas aeruginosa mampu menghasilkan beberapa enzim, salah

    satunya adalah enzim lipase (Carvalho, 2006). Dengan enzim ini Pseudomonas

    aeruginosa mampu mengubah lipid menjadi gliserol. Pseudomonas aeruginosa

    dapat dibedakan dengan Pseudomonas yang lain karena dapat tumbuh pada suhu

    42 C, bersifat oksidase positif, pigmen yang khas, dan aktifitas biokimianya

    membutuhkan substrat yang banyak untuk tes.

  • 2.1.3 Tahapan Proses Biotransformasi (Transformasi -Pinena dengan

    Bakteri Pseudomonas aeruginosa ATCC 25923)

    Peremajaan Bakteri

    - Digores dengan oase

    - Digeruskan oase biakan murni pada

    permukaan agar

    - Diinkubasi pada suhu 37 C selama

    24 jam

    Inokulasi

    - Digores dengan oase

    - Dicelupkan kedalam 10 mL medium

    cair

    - Diinkubasi pada suhu kamar selama

    24 jam sambil diaduk

    Biakan Murni

    Hasil

    Media agar

    Hasil

  • Isolasi

    - Dimasukkan kedalam tabung reaksi

    berisi media cair hasil inokulasi

    hingga konsentrasi 0,5 %, 1 %, 2 %

    dan 4 %.

    - Diinkubasi pada suhu kamar selama

    48 jam

    - Dishaker beberapa kali

    - Diekstraksi dengan dietil eter 2x (10

    mL)

    - Ditambah Na2SO4 - Disisihkan

    - Disentrifugasi

    - Disaring dengan membran nilon 0,45 m

    - Diuapkan dengan N2

    - Dianalisis FTIR dan GC

    Minyak Terpentin 10 %

    Hasil

    Lapisan Dietil Eter Lapisan Air

    Hasil

  • 2.1.4 Hasil dari Biotransformasi

    Hasil analisis minyak terpentin menggunakan kromatografi gas pada

    gambar 1(a) menunjukkan adanya senyawa -pinena dengan konsentrasi 64,12 %,

    sedangkan senyawa -pinena 5,29 % dan senyawa 3-karena 20,49 %. Hasil

    analisis pada gambar 1(b) menunjukkan adanya perubahan pada kadar -pinena

    menjadi 67,15 % sedangkan kadar -pinena turun menjadi 2,26 % dan kadar 3-

    karena turun menjadi 9,16 %. Pada konsentrasi minyak terpentin 2 % terdapat

    puncak baru pada waktu retensi 5,555 menit dengan kadar 3,74 %, waktu retensi

    5,982 menit dengan kadar 1,60 %, waktu retensi 6,697 menit dengan kadar 5,66 %

    dan waktu retensi 6,774 dengan kadar 2,09 %. Hal ini menunjukkan adanya

    perubahan senyawa pada minyak terpentin hasil transformasi dengan bakteri

    Pseudomonas aeruginosa.

    Tabel 2. Spektrum IR minyak Terpentin

    Gugus Fungsi Bilangan Gelombang

    C-H alkana 2916 -1

    dan 2870 cm-1

    -CH2 1442 cm-1

    -CH3 1373 cm-1

    -C=C- 1951 cm-1

    -OH 3402 cm-1

    -C-O 1049 cm-1

  • Dari hasil spektrum IR ada beberapa senyawa yang mengandung gugus

    hidroksil, dari hasil penelitian, senyawa yang dapat di mungkinkan sebagai

    produk baru hasil transformasi komponen minyak terpentin dengan bakteri

    Pseudomonas aeruginosa antara lain: borneol, carveol, pinocarveol, verbenol,

    mirteol, dan -terpineol (Gambar 3)

  • 2.2 Tinjauan Umum Tentang Bioenergi

    Bioenergi adalah energi yang diperoleh/ dibangkitkan yang berasal

    dari biomassa. Biomassa adalah bahan-bahan organik berumur relatif muda

    dan berasal dari tumbuhan/hewan, produk & limbah industri budidaya

    (pertanian, perkebunan, kehutanan, peternakan, perikanan). Bentuk-bentuk

    final terpenting bioenergi.

    Bentuk-bentuk final terpenting bioenergi :

    - bahan bakar nabati (biofuels);

    - listrik biomassa (biomass-based electricity).

    Bioenergi adalah energi yang diperoleh dari biomassa sebagai fraksi

    produk biodegradasi, limbah, dan residu dari pertanian (berasal dari nabati

    dan hewani), industri kehutanan dan terkait, dan sebagian kecil biodegradasi

    dari limbah industri dan kota (FAO). Bioenergi berperan penting pada

    pencapaian target dalam menggantikan petroleumdidasarkan pada bahan

    bakar transportasi dengan bahan bakar alternatif dan pereduksian emisi

    karbon dioksida dalam jangka panjang. Berbagai sumber biomassa dapat

    digunakan untuk menghasilkan bioenergi berbagai bentuk. Contohnya,

    makanan, serat dan kayu sebagai residu dari sektor industri, energi dan rotasi

    pendek tanaman dan limbah pertanian, dan hutan dan hutan pertanian

    (agroforestry) sebagai residu dari sektor kehutanan dimana seluruhnya dapat

    digunakan untuk menghasilkan listrik, panas, gabungan panas dan tenaga, dan

    bentuk-bentuk bioenergi.

    Bioenergi modern bergantung pada konversi teknologi yang efisien

    untuk aplikasi skala rumah tangga, usaha kecil, dan industri. Input biomassa

  • padat atau cair dapat diproses untuk menjadi energi yang lebih nyaman. Ini

    termasuk biofuel yang solid (misalnya kayu bakar, serpihan kayu, pellet,

    arang, dan briket), biofuel gas (biogas, gas sintesis, hidrogen), dan biofuel

    cair (misalnya bioetanol, biodiesel).

    2.2.1 Tahapan Proses Bioenergi

    Tahap Bioenergi

    Bagan 1. Proses untuk produksi biofuel yang berbeda

    Pada bagan 1 menggambarkan (a) tepung dan gula menghasilkan bioetanol.

    Dalam bagan ini, tepung dapat dihidrolisis menjadi monosakarida, dimana gula

    dapat difermentasi selanjutnya menjadi etanol. (b) Lignoselulosa menjadi

    bioetanol. Produksi lignoselulosa menghasikan bioetanol mempunyai penanganan

  • awal material biomassa, hidrolisis untuk produksi monosakarida, dan dilanjutkan

    fermentasi untuk memproduksi etanol. (c) Biodiesel. Produksi biodiesel sering

    mempunyai proses transesterifikasi asam lemak. (d) Gasifikasi biomassa.

    Biomassa dapat digunakan utnuk memproduksi metanol, karbon monoksida,

    hidrogen, atau gas lainnya yang terbentuk dalam proses gasifikasi (Sari dan

    Hardyanto, 2013).

    1. Bagan A

    Pati merupakan salah satu polisakarida yang terdapat dalam semua

    tanaman, terutama dalam jagung, kentang, biji-bijian, ubi akar, padi, dan gandum

    (Sastrohamidjojo, 200). Pati terdapat sebagai butiran kecil dengan berbagai

    ukuran dan bentuk yang khas untuk spesies tumbuhan. Butir pati dapat

    ditunjukkan dengan mikroskop cahaya biasa dan cahaya terpolarisasi, serta

    dengan difraksi sinar-X terlihat struktur kristal yang sangat beraturan (De Man,

    1997).

    Pati terdiri atas dua macam polisakarida yang keduanya merupakan polimer

    dari glukosa. Polimer glukosa tersebut tersusun dari unit satuan -D-glukosa yang

    dihubungkan oleh ikatan -1,4 glikosidik dan ikatan -1,6 glikosidik pada

    percabangan rantainya. Kedua polimer glukosa tersebut adalah amilosa dan

    amilopektin. Amilosa mempunyai molekul yang berbentuk lurus dari satuan-

    satuan glukosa dan terdiri atas 250-300 unit D-glukosa yang terikat dengan ikatan

    -(1,4) glikosidik. Amilopektin merupakan polimer glukosa dengan susunan yang

    bercabang-cabang, karena adanya ikatan -(1,6) glikosidik pada titik tertentu

    dalam molekulnya, sehingga molekul amilopektin berbentuk rantai terbuka dan

  • bercabang. Rantai cabang yang demikian itu dapat mengandung 200-3000 satuan

    glukosa hingga mempunyai berat molekul relatif 500.000 (Girindra, 1990).

    Proses fermentasi untuk menghasilkan alkohol ini untuk pertama kali

    dipelajari tahun 1789 oleh ahli kimia berkebangsaan Perancis bernama Lavosier.

    Pada waktu itu proses fermentasi terjadi secara alami. Di dalam studi

    kuantitatifnya, selama proses fermentasi selain dihasilkan alkohol dan

    karbondioksida, juga terdapat produk lain yang disebut asam asetat. Sebanyak

    95,5% gula bila difermentasi akan menghasilkan 57,7% etanol, 33,3%

    karbondioksida, dan 2,5% asam asetat. Pada tahun 1810 lebih lanjut Gay Lussac

    memperkenalkan persamaan reaksi yang dikenal sebagai persamaan Gay Lussac

    yang ditunjukkan reaksi berikut (Persamaan reaksi konversi glukosa menjadi

    etanol):

    Selama proses fermentasi, terjadi proses oksidasi karbohidrat menjadi

    molekul organik lain. Tahapan proses oksidasi karbohidrat digambarkan pada

    reaksi berikut:

    Bioetanol diperoleh dari hasil fermentasi bahan yang mengandung gula.

    Bioetanol diproduksi melalui proses fermentasi gula, baik yang berupa glukosa,

    sukrosa, maupun fruktosa dengan bantuan ragi (yeast) terutama Saccharomyces

  • sp. atau bakteri Zymomonas mobilis. Pada proses ini gula akan dikonversi menjadi

    etanol dan gas karbon dioksida.

    2. Bagan B (Tumbuhan Berligniselulosa)

    Lignoselulosa adalah komponen utama dari biomassa, terdiri dari tiga tipe

    polimerselulosa, hemiselulosa dan lignin-yang terikat kuat diantaranya dan terikat

    secara kimia melalui ikatan non kovalen dan ikatan silang kovalen. Indonesia

    memiliki limbah biomassa yang kaya lignoselulosa seperti bagas, jerami padi.

    tongkol jagung, tandan kosong kelapa sawit, sampah perkotaan dll. Hidrolisa

    sempurna limbah berlignoselulosa menjadi bahan yang mudah mengalami

    degradasi memerlukan sinergi dari beberapa mikroorganisme yaitu

    mikroorganisme selulolitik untuk menghidrolisis selulosa, hemiselulolitik untuk

    menghidrolisis hemiselulosa dan lignolitik untuk menghidrolisis lignin. Bakteri

    dari jenis Streptomyces dan jamur dari jenis Trichoderma memegang peranan

    cukup penting dalam mendegradasi lignoselulosa. Mikroorganisme ini dapat

    mendegradasi selulosa, mannan, xilan pektin dan mensolubilisasi lignin.

    Komponen selulosa dan hemiselulosa dapat difermentasi menjadi bioetanol

    menggunakan mikroorganisme yang sesuai, yang terlebih dahulu di hidrolisis oleh

    enzim (proses sakarifikasi) menjadi monomer-monomernya.

    3. Bagan C

    a. Minyak yang dimanfaatkan untuk bahan bakar dapat berasal dari tanaman

    bunga matahari dan kelapa sawit.

    Komponen utama minyak dan lemak adalah trigliserida sedangkan komponen

    non-trigliserida adalah berupa asam lemak bebas, air, kotoran dan komponen lain

  • yang tidak diharapkan. Adapun komposisi dari asam lemak dalam minyak sawit

    dapat dilihat pada table dibawah ini:

    Tabel 1.Komposisi asam lemak minyak yang berasal dari tanaman

    Proses Transesterifikasi

    Proses transesterifikasi yaitu mengeluarkan gliserin dari minyak dan

    mereaksikan asam lemak bebasnya dengan alkohol (misalnya metanol) menjadi

    ester. Transesterifikasi dilakukan dengan mencampur minyak dengan metanol

    dengan KOH. Proses transesterifikasi berlangsung selama 0,5-1 jam pada suhu

    400 oC. Campuran yang terjadi kemudian didiamkn hingga terbentuk dua lapisan,

    yaitu lapisan bawah gliserin dan dan lapisan atas metil ester. Agar reaksi

    berlangsung sempurna, maka tahap pertama kemudian direksikan lagi dengan

    metanol (tahap 2). Hal ini bertujuan untuk menghilangkan kandungan gliserin

    dalam biodiesel (Desmafianti, 2013).

    4. Bagan D

    Biogas merupakan merupakan hasil fermentasi dari bahan organik dalam

    kondisi anaerob, karena diproses secara alami, gas ini merupakan campuran

    beberapa gas yang tergolong sebagai bahan bakar di mana gas yang dominan

  • adalah CH4 dan yang lain yang jauh lebih kecil adalah CO2, NO2, SO2, dan lain-

    lain. Biogas ini memiliki nilai kalor yang cukup tinggi yaitu pada kisaran

    4800~6700 kkal/m3, sedang gas methana murni nilai kalornya 8900

    kkal/m3(Simanjuntak, 2005).

    Bahan-bahan yang dapat menghasilkan biogas diantaranya adalah: kotoran

    hewan, kotoran manusia, dan limbah pertanian. Untuk kotoran sapi misalnya

    memiliki kandungan seperti tabel di bawah (Simanjuntak, 2005):

    Jenis Gas Kandungan (%)

    Methana (CH4) 54-70

    Karbondioksida (CO2) 27-45

    Karbon monoksida 0,1

    Nitrogen (N2) 0,5-3,0

    Oksigen (O2) 0,1

    Hidrogen sulfida (H2S) Sangat sedikit

    Secara umum, proses produksi biogas mempunyai empat tahapan yaitu : (1)

    Hidrolysis, (2) Pengasaman, (3) Pembentukan asam asetat, dan (4) Pembentukan

    metana. Penjelasan singkat dari proses-proses tersebut adalah sebagai berikut

    (ESDM, 2011):

    1. Hidrolysis : Pada tahapan ini, substrat organik yang mengandung lemak,

    protein, dan karbohidrat dengan proporsi yang berbeda-beda dihidrolisasi

    menjadi dimer dan polimer rantai pendek (asam lemak, asam amino dan gula)

    2. Pengasaman : Pada tahap pengasaman, dimer dan polimer rantai pendek diubah

    oleh bakteri menjadi asam organik rantai-pendek atau asam lemak yang mudah

    menguap.

    3. Pembentukan asam asetat : alkohol dan asam lemak yang mudah menguap

    diubah menjadi asam asetik, asam asetat, CO2 dan H2.

  • 4. Pembentukan metana : Pada tahap inilah bakteri dari jenis archae methanogens

    akan memproduksi metana.

    2.2.2 Contoh Bioenergi (Produksi Biodiesel dari Lipid Fitoplankton

    Nannochloropsis sp. Melalui Metode Ultrasonik)

    2.2.2.1 Prosedur Kerja

    a. Pengkulturan Fitoplankton Laut

    Air laut ditampung dalam wadah kemudian disterilkan selanjutnya diukur

    salinitasnya dengan menggunakan alat salinometer dan disaring dengan

    menggunakan kertas saring. Air laut yangtelah steril ditambahkan medium

    Conway dan dikondisikan gas CO2 dengan proses aerasi lalu ditambahkan

    fitoplankton.

    Perhitungan kepadatan sel fitoplankton memakai Haemocytometer dengan

    pengamatan mikroskop. Setelah beberapa hari, kultur dipindahkan ke dalam

    toples yang terbuat dari kaca. Selama pelaksanaan kultur, parameter fisika-kimia

    dipertahankan.

    b. Penentuan Waktu Pertumbuhan Fitoplankton Laut

    Penentuan pola pertumbuhan fitoplankton, dilakukan penghitungan jumlah

    sel per milliliter medium setiap 24 jam.

    c. Isolasi Lipid Fitoplankton

    Fitoplankton laut Nannochloropsis sp. yang sudah dikeringkan dalam

    oven, ditempatkan dalam erlenmeyer dan ditambahkan dengan pelarut etanol 96

    % dengan perbandingan 1 : 6 b/v, kemudian diekstraksi dengan alat ultrasonik

    cleaner yang dioperasikan pada frekuensi 40 kHz. Ekstrak etanol yang

    mengandung lipid kemudian dipisahkan dengan menggunakan rotary evaporator.

  • d. Sintesis Biodiesel Melalui Metode Ultrasonik

    Lipid murni dari fitoplankton laut Nannochloropsis sp. yang sudah

    diperoleh, dimasukkan ke dalam erlenmeyer dan dipanaskan dalam alat ultrasonik

    cleaner yang dioperasikan pada frekuensi 40 kHz dan suhu 50-60 oC, kemudian

    dicampur dengan larutan yang terbuat dari metanol (perbandingan mol lipid :

    metanol = 1 : 12) dan katalis KOH (9 % berat minyak) yang telah diaduk selama

    15 menit. Waktu untuk proses transesterifikasi yakni sekitar 180 menit. Selama

    reaksi tersebut berlangsung, suhu pemanasan perlu dijaga. Selanjutnya, hasil

    transesterifikasi dibiarkan selama 3-4 hari hingga terbentuk dua fasa. Fasa bawah

    yang berupa gliserol dipisahkan dengan fasa atasnya yang berupa metil ester.

    Setelah itu ditambahkan Na2SO4 anhidrat ke dalam metil ester tersebut untuk

    menarik sisa air dalam larutan tersebut. Tahap selanjutnya adalah memisahkan

    Na2SO4 dari biodiesel dengan menggunakan sentrifuge. Supernatan berupa metil

    ester (biodiesel) diambil kemudian dipanaskan dalam oven pada suhu 70 oC.

    Selanjutnya diperoleh biodiesel murni yang kemudian dianalisis sifat fisika dan

    kimia untuk mengetahui kualitas biodiesel tersebut.

    e. Analisis Sifat Fisika

    Analisis sifat fisika yakni densitas dan viskositas. Prosedur analisis

    densitas dilakukan berdasarkan metode ASTM D1475 dan analisis viskositas

    dilakukan berdasarkan metode ASTM D445.

    f. Analisis Sifat Kimia

    Analisis sifat kimia yakni kadar asam lemak (% FFA) bebas, bilangan

    penyabunan, dan bilangan iodium. Prosedur kadar asam lemak bebas (% FFA)

    dilakukan berdasarkan Metode AOCS Ca 5a-40, bilangan penyabunan

  • berdasarkan metode AOCS Cd 3-25, dan bilangan iodium berdasarkan metode

    Wijs.

    2.2.2.2 Hasil dan Pembahasan

    a. Pola Pertumbuhan Fitoplankton Laut Nannochloropsis sp.

    Pengamatan pola pertumbuhan fitoplankton laut Nannochloropsis sp.

    dilakukan setiap 24 jam selama 17 hari dengan menggunakan medium Conway

    sebagai media pertumbuhan dalam air laut steril yang disesuaikan dengan

    salinitasnya dan disertai dengan penambahan vitamin ke dalam media tersebut.

    Adapun grafik pola pertumbuhan fitoplankton Nannochloropsis sp. ditunjukkan

    pada Gambar 1.

    Berdasarkan Gambar 1, dapat dilihat bahwa pada hari ke-1 sampai hari ke-2

    merupakan fase adaptasi bagi fitoplankton Nannochloropsis sp. terhadap medium

    pertumbuhannya. Selanjutnya pada hari ke-3 sampai ke-10Nannochloropsis sp.

    mengalami peningkatan populasi yang sangat pesat atau yang dikenal dengan fase

    eksponensial. Selanjutnya pada fase stasioner dimana kecepatan pertumbuhan

    mulai melambat atau tidak semaksimal hari-hari sebelumnya yang terjadi pada

    hari ke-10 sampai hari ke-13. Selanjutnya pada hari ke-13 sampai hari ke-17

    mulai terjadi penurunan populasi fitoplankton Nannochloropsis sp. Fase ini

  • merupakan fase kematian dimana terjadi penurunan populasi atau penurunan

    kecepatan pertumbuhan fitoplankton. Waktu pertumbuhan optimal fitoplankton

    ini dapat dilihat dari kepadatan sel tertinggi Nannochloropsis sp. sebesar 2542,5 x

    104sel/mL yang terjadi pada hari ke-13.

    b. Isolasi Lipid Fitoplankton Nannochloropsis sp.

    Tahap awal pembuatan biodiesel dari fitoplankton yaitu isolasi lipid

    fitoplankton Nannochloropsis sp. dengan menggunakan metode ekstraksi

    ultrasonik. Pada tahap ini digunakan pelarut yang memiliki polaritas yang sama

    dengan bahan yang akan diekstrak dengan menghancurkan komponen penyusun

    dinding sel fitoplankton, yaitu pelarut etanol 96 %. Sampel biomassa kering

    fitoplankton Nannochloropsis sp. sebesar 17,6478 gram kemudian diekstraksi

    dengan pelarut etanol 96 % dengan waktu ekstraksi 9 jam 10 menit. Waktu yang

    dibutuhkan untuk ekstraksi cukup lama karena sulitnya merusak dinding sel.

    Hasil ekstraksi berupa lipid yang terlarut dalam etanol 96 % kemudian

    dipisahkan dengan cara dievaporasi hingga semua pelarut etanol 96 % yang

    digunakan terpisah sehingga diperoleh lipid yang murni. Berat lipid

    Nannochloropsis sp. diperoleh sebesar 3,6453 gram dengan kandungan lipid

    20,6558 % BK biomassa. Kandungan lipid yang diperoleh darispesies

    fitoplankton tersebut tidak mencapai 50 % dari biomassa kering. Hal ini

    disebabkan fitoplankton tidak hanya mengandung lipid, melainkan terdapat juga

    karbohidrat dan protein.

    c. Sintesis Biodiesel dari Lipid Fitoplankton

    Sintesis biodiesel dari lipid fitoplankton dilakukan dengan reaksi

    transesterifikasi menggunakan pelarut metanol (1:12). Hal ini dipercepat dengan

  • penambahan katalis basa KOH (9 % berat minyak). Waktu reaksi transesterifikasi

    yakni sekitar 180 menit dengan suhu pemanasan 50-60 oC menggunakan alat

    ultrasonik cleaner yang dioperasikan pada frekuensi 40 kHz. Kemudian hasil

    reaksi dibiarkan selama 3-4 hari hingga terbentuk dua lapisan. Lapisan atas

    merupakan lapisan biodiesel yang berwarna hijau jingga keruh, sedangkan lapisan

    bawah merupakan lapisan gliserol berwarna coklat kekuningan.

    Setelah diperoleh dua lapisan tersebut, maka lapisan atas dan bawah

    dipisahkan. Lapisan atas kemudian disentrifuge untuk menghilangkan pengotor

    dan gliserol yang mungkinterikut pada saat pemisahan. Selanjutnya sisa metanol

    dalam biodiesel yang tidak bereaksi dihilangkan dengan cara dipanaskan dalam

    oven pada suhu 70 oC. Selanjutnya diperoleh biodiesel murni yang dapat dilihat

    pada Gambar 3.

  • Berat biodiesel yang dihasilkan sebesar 8,5291 gram dengan berat rendamen

    48,33 %. Hal ini dikarenakan adanya komponen asam lemak dalam lipid

    fitoplankton yang belum bereaksi secara sempurna dengan ion metoksi dalam

    reaksi transesterifikasi. Faktor-faktor yang bisa menyebabkan hal tersebut adalah

    suhu dan waktu reaksi yang belum optimal.

    Biodiesel yang dihasilkan dari fitoplankton ini pun memiliki karakteristik

    warna hijau jingga. Hal ini disebabkan ikutnya pigmen warna dari fitoplankton

    tersebut.

    d. Analisa Sifat Fisika Biodiesel

    Tahap selanjutnya dari hasil sintesis biodiesel dari lipid fitoplankton

    Nannochloropsis sp. melalui reaksi transesterifikasi ini adalah dilakukan

    karakterisasi sifat fisika berdasarkan standar ASTM D6751. Uji sifat fisika dari

    biodiesel meliputi analisa densitas dan viskositas. Hasil analisa densitas dan

    viskositas dapat dilihat pada Tabel 1.

    Analisa Densitas

    Biodiesel yang dihasilkan dari lipid fitoplankton Nannochloropsis sp.

    mempunyai nilai densitas sebesar 0,8151 g.cm-3

    pada suhu 40 oC. Adapun standar

    nilai densitas 40 oC yang ditetapkan dalam ASTM D6751 adalah 0,82-0,90 g.cm

    -3.

  • Densitas merupakan salah satu penentu kualitas biodiesel karena berkaitan

    dengan nilai kalor dan daya yang dihasilkan mesin diesel. Semakin rendah nilai

    densitas, maka nilai kalor atau pembakaran juga akan semakin tinggi (Aziz et al.,

    2011).

    Jika dibandingkan dengan standar ASTM D6751, maka biodiesel dari

    spesies fitoplankton ini dapat dikatakan tidak masuk dalam rentang nilai densitas

    yang telah ditetapkan dimana berada di bawah dengan rentang nilai yang

    ditentukan. Hal ini disebabkan masih adanya senyawa-senyawa nonpolar lain

    tercampur di dalam biodiesel sehingga turut mempengaruhi nilai densitas

    biodiesel yang diproduksi. Namun hal ini tidaklah menjadi masalah karena

    dengan perbaikan metode kedepannya, maka hasil yang diperoleh dapat dibuat

    sesuai dengan standar yang ditetapkan.

    Analisa Viskositas

    Viskositas merupakan salah satu standar dalam penentu kualitas biodiesel

    dan memiliki peranan yang sangat penting dalam proses penginjeksian bahan

    bakar. Viskositas yang terlalu rendah dapat menyebabkan kebocoran pompa

    injeksi bahan bakar dan apabila terlalu tinggi dapat mempengaruhi kerja cepat alat

    injeksi dan mempersulit pengabutan bahan bakar (Azis et al., 2011).

    Salah satu penyebab tinggi rendahnya nilai viskositas adalah penggunaan

    konsentrasi katalis dan suhu. Semakin tinggi konsentrasi katalis yang dipakai,

    maka viskositas akan menurun. Ini dikarenakan konsentrasi katalis yang berlebih

    akan mempercepat terpecahnya tligliserida menjadi tiga ester lemak yang akan

    menurunkan nilai viskositas 5-10 %.

  • Viskositas kinematik yang diperoleh pada hasil penelitian ini sebesar 1,15

    cSt dimana nilainya lebih kecil dibandingkan dengan standar rentang nilai

    viskositas kinematik yang dianjurkan dalam ASTM D6751 adalah sebesar 1,60

    5,80 cSt. Hal ini disebabkan masih adanya sisa metanol yang terkandung di dalam

    biodiesel sehingga nilai viskositas yang diperoleh agak kecil.

    e. Analisa Sifat Kimia Biodiesel

    Uji karakterisasi sifat kimia biodiesel berdasarkan standar ASTM D6751

    dilakukan setelah selesai dilaksanakan uji sifat fisika. Uji sifat kimia biodiesel

    meliputi analisa kadar asam lemak bebas (% FFA), bilangan penyabunan, dan

    bilangan iodium. Hasil analisa kadar asam lemak bebas (% FFA), bilangan

    penyabunan, dan bilangan iodium dapat dilihat pada Tabel 2.

    Analisa Kadar Asam Lemak Bebas (% FFA)

    Nilai kadar asam lemak bebas biodiesel hasil penelitian ini sebesar 0,5381

    % dimana nilainya melebihi batas maksimal standar kadar asam lemak bebas /

    FFA (%) biodiesel yang dianjurkan dalam ASTM D6751 adalah sebesar 0,4500

    %.

    Kadar asam lemak bebas yang tinggi dapat menyebabkan endapan dalam

    sistem pembakaran dan juga merupakan indikator bahwa bahan bakar tersebut

  • dapat berfungsi sebagai pelarut yang dapat mengakibatkan penurunan kualitas

    pada sistem bahan bakar.

    Makin tinggi asam lemak bebas maka semakin rendah kualitas biodieselnya.

    Asam lemak bebas yang tinggi dapat juga mengurangi umur dari pompa dan filter.

    Analisa Bilangan Penyabunan

    Bilangan penyabunan didefinisikan sebagai milligram KOH yang

    dibutuhkan untuk menyabunkan satu gram sampel. Semakin rendah berat

    molekul, maka semakin tinggi bilangan penyabunan. begitupun sebaliknya

    (Nirwana, 2012).

    Nilai bilangan penyabunan biodiesel hasil penelitian ini sebesar 5,0291 mg

    KOH/g dan standar bilangan penyabunan biodiesel yang ditetapkan dalam ASTM

    D6751 adalah maksimal sebesar 500 mg KOH/g. Berdasarkan data tersebut

    biodiesel dari spesies fitoplankton Nannochloropsis sp. memiliki bilangan

    penyabunan yang rendah dan masuk dalam pengendalian mutu biodiesel yang

    ditetapkan oleh ASTM D6751.

    Analisa Bilangan Iodium

    Bilangan iodium pada biodiesel menunjukkan tingkat ketidak jenuhan

    senyawa penyusun biodiesel. Di satu sisi, keberadaan senyawa lemak tak jenuh

    meningkatkan performansi biodiesel pada suhu rendah karena senyawa ini

    memiliki titik leleh (melting point) yang lebih rendah sehingga berkorelasi dengan

    cloud point and pour point yang juga rendah (Knothe, 2005).

    Biodiesel dengan bilangan iodium tinggi akan menghasilkan ester dengan

    daya aliran dan pemadatan pada suhu rendah. Biodiesel yang memiliki derajat

    ketidakjenuhan tinggi tidak cocok digunakan sebagai biodiesel karena molekul

  • tidak jenuh akan bereaksi dengan oksigen dari atmosfer dan terkonversi menjadi

    peroksida dan mengakibatkan terjadinya ikatan silang pada sisi tidak jenuh dan

    menyebabkan biodiesel terpolimerisasi membentuk material serupa plastik,

    terutama jika suhu meningkat. Sebagai akibatnya mesin diesel akan rusak (Azam

    et al., 2005).

    Biodiesel yang dihasilkan dari lipid fitoplankton Nannochloropsis sp.

    memenuhi standar mutu bilangan iodium ASTM D6751 sebesar 16,6437g I2/100

    g yang tidak lebih dari 115g I2/100 g.

    2.2.2.3 Kesimpulan (Produksi Biodiesel dari Lipid Fitoplankton

    Nannochloropsis sp. Melalui Metode Ultrasonik)

    Lipid Nannochloropsis sp dapat diisolasi melalui ekstraksi ultrasonik

    dimana kandungan lipid Nannochloropsis sp. adalah sebesar 20,6558 % BK

    biomassa.

    Kuantitas biodiesel yang disintesis dari lipid fitoplankton Nannochloropsis

    sp. melalui metode ultrasonik adalah sebesar 8,5291 gram dengan berat rendamen

    48,33 %. Kualitas biodiesel dari fitoplankton Nannochloropsis sp. sebagian besar

    belum memenuhi standar ASTM D6751 American Society for Testing and

    Materials (ASTM D6751). Adapun parameter yang belum memenuhi adalah nilai

    densitas, viskositas, dan kadar asam lemak bebas (% FFA).

  • BAB III

    PENUTUP

    3.1 Kesimpulan

    Adapun kesimpulan dari makalah ini yaitu:

    1. Biotransformasi adalah proses pengubahan suatu senyawa menjadi senyawa

    turunannya yang strukturnya berbeda dari senyawa asalnya akibat aktivitas

    metabolisme suatu mikroba. Bioenergi adalah energi yang diperoleh/

    dibangkitkan yang berasal dari biomassa.

    2. Tahap biotransformasi yaitu pembuatan (sintesis) suatu senyawa maupun

    menghilangkan senyawa tersebut berdasarkan sel biologis (bakteri). Tahap

    bioenergi tergantung pada sumber yang dimanfaatkan, yaitu pati/ gula

    mengalami hidrolisis akan menghasilkan glukosa/ fruktosa/ sukrosa,

    kemudian di fermentasi menghasilkan bioetanol. Tanaman berligniselulosa

    mengalami hidrolisis akan menghasilkan glukosa/ xylosa dll, kemudian di

    fermentasi menghasilkan bioetanol. Minyak pada tanaman mengalami

    transesterifikasi menghasilkan biodiesel. Biomassa atau limbah organik

    mengalami proses hidrolisis, pengasaman, perubahan menjadi asam asetat

    dan pengubahan menjadi gas metana dengan bantuan bakteri dari jenis

    archae methanogens

    3. Contoh biotransformasi yaitu transformasi -pinena dengan bakteri

    Pseudomonas aeruginosa atcc 25923. contoh bioenergi yaitu produksi

    biodiesel dari lipid fitoplankton Nannochloropsis sp. melalui metode

    ultrasonik.

  • DAFTAR PUSTAKA

    De Man, J. M. (1997). Kimia Makanan. Bandung: ITB pres.

    Desmafianti, G., 2013, Pengertian Bio-diesel, http://gitadesfianti.blogspot.com,

    Diakses Pada Tanggal 16 Mei 2015.

    ESDM, 2011, Tantangan Pengembangan Biogas Di Indonesia,

    http://www.esdm.go.id/news-archives/323-energi-baru-danterbarukan/4177-

    tantangan-pengembangan-biogas-di-indonesia-.html, Diakses pada 16 Mei

    2015.

    Girindra, A., 1990, Biokimia, Jakarta,Gramedia.

    Kwangdinata, R., Raya, I., Zakir, M., 2013, Produksi Biodieseldari Lipid

    Fitoplankton Nannochloropsis sp.Melalui Metode Ultrasonik, Marina

    Chemica Acta, 14(2): 28-36.

    Sastrohamidjojo, H., 2001,Spektroskopi. Yogyakarta, Liberty

    Sari D. A., 2013, Proses Produksi Bioenergi Berbasiskan Bioteknologi, Jurnal

    Aplikasi Teknologi Pangan, 2 (3): 108-113.

    Simanjuntak, M. E., 2005, Beberapa Energi Alternatif yang Terbarukan dan

    Proses Pembuatannya, Jurnal Teknik Simetrika, 4 (1): 287 293.

    Wijayanti, N., Astuningsih, C., Mulyati, S., Transformasi -Pinena dengan Bakteri Pseudomonas aeruginosa ATCC 25923, Journal of Biology & Biology Education, 6 (1) : 24-28.

  • Pertanyaan Bioteknologi

    Riska Wulandari (Kelompok )

    1. Tabel yang ditampillan pada tabel biotransformasi diperlihatkan kadar-kadar yang berbeda, apa yang mempengaruhi perbedaan kadar tersebut?

    Jawaban:

    Perbedaan kadar-kadar yang muncul dipengaruhi oleh aktivitas bakteri

    yang berperan dalam biotransformasi -Pinosa. Makin tinggi perbedaan konsentrasi maka makin sedikit aktifitas bakteri pada senyawa tersebut.

    2. Mengapa hanya pada konsentrasi 2% yang memiliki senyawa baru? Jawaban:

    Senyawa baru tidak hanya muncul pada 2 %, tetapi juga muncul oada

    konsentrasi 0,5 %; 1 %, dan 2%, namun hanya pada konsentrasi 2 %

    senyawa baru paling banyak terbentuk atau terlihat.

    Rifka Saputri (Kelompok V1)

    1. Mengapa bukan 1 % konsentrasi yang digunakan? padahal kadar terbesar -Pinosa berada pada konsentrasi 1 % Jawaban:

    Pada konsentrasi 1 % tidak digunakan sebagai acuan, tetapi yang

    digunakan adalah konsentrasi 2% karena pada konsentrasi ini, senyawa

    baru yang muncul lebih banyak meskipun kadar -Pinosa lebih sedikit dari -Pinosa pada kadar 1%.

    2. Mengapa 6 senyawa yang muncul pada data terakhir sendangkan, sepenjang penjelasan yang diperlihatkan hanya 4 senyawa baru?

    Jawaban:

    Hasil jurnal yang diperlihatkan terdapat 4 senyawa baru, adapun 6

    senyawa yang diperlihatkan seperti dibawah ini, merupakan senyawa

    perbandingan dari penelitian sebelumnya Lindmark pada tahun 2003.

  • Baso Agung (Kelompok II)

    1. Mengapa pick kecil yg muncul pada senyawa murni tidak ditandai sebagai senyawa baru mengapa hanya pada konsentrasi 2 %

    Jawaban:

    Pick kecil yang muncul pada senyawa murni bukan merupakan senyawa

    baru tapi memang senyawa yang terdapat pada minyak terpentin hanya

    saja kadarnya kecil sehingga tidak diperhitungkan. Adapun pick kecil yang

    muncul pada kromatogram diperhitungkan sebagai senyawa baru pada

    konsentrasi 2%.

    2. Bagaimana penentuan kadar untuk masing-masing senyawa? Jawaban:

    % Kadar = Luas Area Sampel

    Luas Area Standar

    Harfianti

    1. Apa fungsi penggunaan metode ultrasonik pada pembuatan biodiesel? Jawab :

    Dari beberapa penelitian yang telah dilakukan, penggunaan gelombang

    ultrasonik terbukti dapat mempercepat reaksi, mengurangi jumlah katalis

    yang dipakai dan mengurangi rasio minyak terhadap alkohol yang dipakai

    dibandingkan reaksi tanpa menggunakan bantuan gelombang ultrasonik.

    Hal ini disebabkan energi gelombang ultrasonik muncul dari proses

    kavitasi akustik (acoustic cavitation) yang terdiri dari pembentukan,

    pertumbuhan, dan keruntuhan (implosive collapse) dari gelembung yang

    terbentuk. Gelombang ultrasonik menyebabkan efek mekanik pada reaksi

    yakni memperbesar luas permukaan melalui pembentukan celah mikro

    pada permukaan, mempercepat pelarutan, atau meningkatkan laju transfer

    massa.

    2. Pada sintesis biodiesel melalui metode ultrasonik yang mana proses transesterifikasinya?

    Jawab :

    Ketika lipid murni dicampurkan dengan larutan yang terbuat dari metanol (perbandingan mol lipid : metanol = 1 : 12) dan katalis KOH (9 % berat

    minyak). Dibiarkan selama 3-4 hari hingga terbentuk dua fasa

    (transesterifikasi ). Waktu reaksi transesterifikasi yakni sekitar 180 menit

    dengan suhu pemanasan 50-60 oC menggunakan alat ultrasonik cleaner

    yang dioperasikan pada frekuensi 40 kHz. Kemudian hasil reaksi dibiarkan

    selama 3-4 hari hingga terbentuk dua lapisan. Lapisan atas merupakan

    lapisan biodiesel yang berwarna hijau jingga keruh, sedangkan lapisan

    bawah merupakan lapisan gliserol berwarna coklat kekuningan.

    3. Apa aplikasinya produk biotransformasi alpa pinena dan bagaimana bisa meningkatkan nilai jual dari minyak terpentin

  • Jawab:

    Ada pada produk yang dihasilkan ada beberapa senyawa yang diduga

    merupakan biotransformasi dari alpa pinena, salah satunya terpeniol. pada

    jurnal sebelumnya dilakukan transformasi alfa pinena menggunakan

    katalis asam menghasilkan terpeniol.. terpeniol merupakan salah satu

    terpen yang merupakan bahan dasar dari pembuatan parfum dan bahan

    kosmetik lainnya.

    Sitti Masita

    1. Bagaimana komposisi dari media padat dan media cair (broth)! Jawab:

    untuk media cair:

    akaudes, daging dan pepton

    untuk media padat:

    akuades, daging, pepton dan tepung agar