OPTIMASI pH DAN KONSENTRASI MOLASE TERHADAP … · UNIVERSITAS SANATA DHARMA YOGYAKARTA ......

OPTIMASI pH DAN KONSENTRASI MOLASE TERHADAP PRODUKSI

ETANOL HASIL FERMENTASI PADA SUHU 350C

OLEH Saccharomyces cerevisiae

SKRIPSI

Diajukan Untuk Memenuhi Salah Satu Syarat

Memperoleh Gelar Sarjana Farmasi (S.Farm)

Program Studi Ilmu Farmasi

Oleh :

Teresa Yuna Swanita Prawidhana

NIM : 058114153

FAKULTAS FARMASI

UNIVERSITAS SANATA DHARMA

YOGYAKARTA

2009

ii

OPTIMASI pH DAN KONSENTRASI MOLASE TERHADAP PRODUKSI

ETANOL HASIL FERMENTASI PADA SUHU 350C

OLEH Saccharomyces cerevisiae

SKRIPSI

Diajukan Untuk Memenuhi Salah Satu Syarat

Memperoleh Gelar Sarjana Farmasi (S.Farm)

Program Studi Ilmu Farmasi

Oleh :

Teresa Yuna Swanita Prawidhana

NIM : 058114153

FAKULTAS FARMASI

UNIVERSITAS SANATA DHARMA

YOGYAKARTA

2009

v

,

Bila kenangan adalah sebuah pulau dalam waktu lalu

Bila setiap menit dan detik begitu berharga, ‘kan ku jadikan kenangan di masa depan

sebagai pulau-pulau dalam waktu lalu ku.

Skripsi ini kupersembahkan bagi: Bapak dan Ibu tercinta, Adik-adikku tersayang,

Seseorang yang mengisi hatiku Dan Almamaterku…………

vii

PRAKATA

Puji syukur dan terima kasih penulis panjatkan kepada Tuhan Yang

Maha Esa, atas karunia-Nya, skripsi yang berjudul “Optimasi pH dan Konsentrasi

Molase Terhadap Produksi Etanol Hasil Fermentasi Pada Suhu 350C oleh

Saccharomyces cerevisciae ini telah dapat diselesaikan. Skripsi ini disusun guna

memenuhi salah satu syarat untuk memperoleh gelar Sarjana Farmasi (S.Farm.)

Program Studi Farmasi.

Keberhasilan dalam penyelesaian skripsi ini tidak lepas berkat dukungan

dan bantuan dari berbagai pihak. Untuk itu, penulis ingin mengucapkan terima

kasih yang sebesar-besarnya kepada :

1. Ibu Christine Patramurti M.Si., Apt selaku dosen pembimbing dan dosen

penguji, atas segala bantuan, bimbingan, nasehat dan waktu yang telah

diberikan.

2. Ibu Maria Dwi Budi Jumpowati, S.Si., selaku dosen penguji, atas segala

bantuan dan bimbingan yang telah diberikan.

3. Bapak Ign. Y. Kristio Budiasmoro M.Si., selaku dosen penguji, atas segala

bantuan dan bimbingan yang telah diberikan.

4. Mas Sarwanto, Mas Parlan, Mas Kunto, Mas Sigit, Mas Bimo, Mas Adit,

atas bantuannya di laboratorium selama ini.

5. Bapak, Ibu, Adik-adikku tercinta, atas pengertian dan doanya.

6. Benediktus Supriyadi Nugroho atas kasih sayang, dukungan, masukan,

penyertaan dan perhatiannya.

viii

7. Team Alkohol: Ermin, Prima, Imel, Reni, Pipit, Angel atas suka duka dan

kebersamaan yang tak terlupakan.

8. Teman dan sahabat: Uli, Lia, Ina, dan Dina atas dukungannya.

9. Mas Rian yang telah meluangkan waktu untuk diskusi.

10. Teman-teman FST C’2005 atas pertemanan, suka dan duka selama ini.

11. Teman-teman kelompok praktikum F atas kebersamaan yang tak

terlupakan.

12. Semua teman angkatan’05 terima kasih atas kebersamaannya

13. Pihak-pihak yang tidak dapat disebutkan satu persatu, yang juga telah

membantu selama penyelesaian skripsi ini.

Semoga Tuhan melimpahkan karunia-Nya, atas segala kebaikan dan jasa

yang telah diberikan. Penulis menyadari bahwa skripsi ini masih jauh dari

sempurna. Oleh sebab itu, penulis dengan senang hati menerima segala masukan ,

kritik dan saran demi kemajuan di masa yang akan datang. Akhir kata penulis

berharap, semoga skripsi ini dapat bermanfaat bagi perkembangan dan ilmu

pengetahuan serta bagi masyarakat luas.

Penulis

x

INTISARI

Fermentasi merupakan proses biologi oleh mikrobia misalnya yeast Saccharomyces cerevisiae untuk memperoleh produk yang berguna di mana terjadi pemecahan karbohidrat secara anaerobik. Etanol merupakan produk fermentasi dari molase yang kadarnya ditetapkan dengan metode kromatografi gas. Kadar etanol dipengaruhi oleh pH, konsentrasi molase dan suhu fermentasi. Penelitian ini bertujuan untuk mengetahui efek pH, konsentrasi molase atau interaksi keduanya dalam menentukan kadar etanol hasil fermentasi pada suhu 350C serta untuk mendapatkan area optimum pH dan konsentrasi molase berdasar contour plot kadar etanol.

Penelitian ini merupakan penelitian eksperimental kuasi. Optimasi pH dan konsentrasi molase ini meliputi tahapan-tahapan: inokulasi Saccharomyces cerevisiae ke dalam molase pada pH 4,8 dan konsentrasi 160Brix selama 49,5 jam pada suhu 300C hingga pertumbuhan mencapai fase stasioner; fermentasi dengan penambahan molase pH 4; 4,5; dan 5 konsentrasi 80; 160; dan 240Brix selama 72 jam pada suhu 350C; distilasi sederhana etanol hasil fermentasi dan penetapan kadar etanol dengan kromatografi gas. Data yang diperoleh berupa kadar etanol hasil fermentasi dianalisis menggunakan desain faktorial untuk menentukan pH dan konsentrasi molase yang optimum untuk fermentasi.

Hasil menunjukkan bahwa konsentrasi molase dominan dalam menentukan kadar etanol. Dari contour plot diperoleh area optimum yang diprediksi sebagai pH dan konsentrasi optimum fermentasi etanol pada suhu 350C. Kata kunci: fermentasi, kadar etanol, pH, konsentrasi molase.

xi

ABSTRACT

Fermentation is a biological process by microbia for example Saccharomyces cerevisiae to get useful product, in which carbohydrate separate anaerobic. Ethanol is a fermentation product from molasses which is the value determined by gas chromatography method. Ethanol is affected by pH, concentration of the molasses and fermentation temperature. The aim of this research was to investigate effect among pH, molasses concentration and between pH and molasses concentration on ethanol concentration at 350C and also to obtain the optimum area pH and molasses concentration based on contour plot value of ethanol.

This research was an independent experimental observation. This optimation pH and molasses concentration was by means of some steps: inoculation Saccharomyces cerevisiae into the molasses at pH 4,8 and 160Brix concentration for 49,5 hours long at 300C until the stationer phase; fermentation with adding molasses pH 4; 4,5 and 5 concentration 80; 160; and 240Brix for 72 hours at 350C; ethanol simple destilation of fermentation product and determination ethanol value by gas chromatography. The data from the research which was the value of ethanol as the fermentation product is which analized by using factorial design to determine pH and molasses concentration that optimum for fermentation.

The result showed that the concentration was dominant in way of determining the ethanol value. From contour plot, the optimum area that is predicted as optimum pH and molasses concentration on the etanol fermentation at 350C. Keyword: fermentation, value of etanol, pH, molasses concentration.

xii

DAFTAR ISI

HALAMAN JUDUL …………………….....……………..……................... ii

HALAMAN PERSETUJUAN PEMBIMBING ……………...…..………... iii

HALAMAN PENGESAHAN ...………….………………...……................. iv

HALAMAN PERSEMBAHAN ..................................................................... v

HALAMAN PERSETUJUAN PUBLIKASI ................................................. vi

PRAKATA ..................................................................................................... vii

PERNYATAAN KEASLIAN KARYA ………………………...…………. ix

INTISARI………………….……………..……….…………..................….

ABSTRACT…………………........………………...…...................…………

x

xi

DAFTAR ISI……………………….…………………........…...........…….

DAFTAR TABEL……………….……......................……...………....…….

DAFTAR GAMBAR……………......……………..……………….....…….

DAFTAR LAMPIRAN…….........………………...…………...…...............

BAB I. PENGANTAR ……………………...……………………………....

A. Latar Belakang ……………..……………………..……..………

1. Permasalahan Penelitian ………………….…….....……..

2. Keaslian Penelitian ………………..…….……..…………

3. Manfaat Penelitian …………………...……………...……

B.Tujuan Penelitian ………….……………….………………….....

BAB II. PENELAAHAN PUSTAKA …………………..……………..……

A. Fermentasi ………..……………………………………..………

xii

xvi

xvii

xviii

1

1

2

2

3

3

4

4

xiii

1. Tinjauan umum ...…...…………...……….…..…………

2. Media Fermentasi ……….......………...……...…………

3. Saccharomyces cervisciae ………………...…..…...……

B. Destilasi …………...……..………….…………………...……..

C. Etanol …………..……………………………………………….

D. Kromatografi Gas …………..………..…………..…………...…

1. Tinjauan Umum ...……………..……………..……..…….

2. Komponen Kromatografi Gas ....………………..……..…

E. Metode Desain Faktorial ……….…………...…………..…..……

F. Landasan Teori .…………………………...…………..…..……..

G. Hipotesis ….………………………………...……....……..…….

BAB III. Metode Penelitian .…………………………...….…………..……

A. Jenis dan Rancangan Penelitian ……..…………….….………..

B. Variabel Penelitian dan Definisi Operasional ……………..…..

1. Variabel Penelitian ……...……………….……….…….

2. Definisi Operasional ……………...……………..……...

C. Bahan dan Alat ………………………………………………....

1. Bahan ………………...………….……………….……..

2. Alat ………………...…….……….…………………….

D. Tata Cara Penelitian …………………………………………….

1. Pengumpulan Molase …………………….….….………

2. Pembuatan Larutan Molase …………………….…….…

3. Produksi Etanol oleh Saccharomyces cerevsiae ….…....

4

5

7

11

12

13

13

13

17

19

20

21

21

21

21

21

22

22

22

23

23

23

23

xiv

a. Pertumbuhan Saccharomyces cerevisiae …...…..

b. Fermentasi ……………..…………………..……

4. Penyulingan Etanol Hasil Fermentasi ……………..........

5. Kromatografi Gas …………………..…….…..…..…….

a. Optimasi Kromatografi Gas …………….......…

b. Validasi Metode Kromatografi Gas ………..….

6. Penetapan Kadar Etanol dengan Metode Kromatografi

Gas.....................................................................................

E. Analisis Hasil …………...…………………………................…

BAB IV. HASIL DAN PEMBAHASAN …………………………..….…...

A. Pengumpulan Molase ………………..…….………...………….

B. Fermentasi Etanol ………………………...……….....…………

1. Pertumbuhan Saccharomyces cerevisiae ……….…...…..

2. Fermentasi ………………..……………..………....….…

C. Destilasi ……………........................……………….…….....…..

D. Hasil Optimasi Kromatografi Gas ……………….……….….….

E. Hasil Validasi Metode Kromatografi Gas ……………………..…

1. Pembuatan Kurva Baku Etanol ….......…..…………..…

2. Hasil Penentuan recovery dan kesalahan acak ….……..

F. Penetapan Kadar Etanol ………………..…………..……...……

G. Optimasi Proses Kromatografi ………………………...….…….

1. Pengaruh pH dan Konsentrasi Molase ……….........…...

2. Penentuan Daerah Optimum ………...….…..………..…

23

23

25

25

25

26

28

28

30

30

30

30

31

33

34

36

36

37

38

41

41

44

xv

BAB V. KESIMPULAN DAN SARAN ……………………………......…..

A. Kesimpulan ………………………………….......….....…………

B. Saran ………………………………….……...……....…………..

DAFTAR PUSTAKA ………………………………………….…………..

BIOGRAFI PENULIS …………………………………...…..….………….

45

45

45

46

71

xvi

DAFTAR TABEL

Tabel I. Komponen molase ……………………………..…………..…….

Tabel II. Rancangan faktorial desain 2 faktor 3 level ………….…..….…..

Tabel III. Pembuatan larutan molase 140Brix, 160Brix,

180Brix dan 280Brix ……………………………………….....…..

Tabel IV. Pembuatan variasi pH dan konsentrasi molase ….…………..…..

Tabel V. Seri kurva baku ………………………………………….……….

Tabel VI. Kadar recovery …………………………………………..…...…..

Tabel VII. Kurva baku etanol dengan standar internal butanol ….…………..

Tabel VIII. Hasil perhitungan recovery dan kesalahan acak ………….….….

Tabel IX. Perbedaan waktu retensi etanol dan butanol ……………....…….

Tabel X . Kadar etanol rata-rata …………………………………...........….

Tabel XI. Efek konsentrasi molase, pH dan interaksi dalam

menentukan kadar etanol ………………………………………...

Tabel XII. Perhitungan ANOVA …………………………….…………...…

7

17

23

25

26

27

36

37

38

40

41

42

xvii

DAFTAR GAMBAR

Gambar 1. Sel Saccharomyces cerevisiae .................................................

Gambar 2. Skema alat kromatografi gas ………………….....…..……….

Gambar 3. Fermentor …………………………………………....……….

Gambar 4. Kurva pertumbuhan Saccharomyces cerevisiae .......................

Gambar 5. Fermentsi etanol ........................................................................

Gambar 6. Grafik waktu fermentasi dan kadar etanol ……….……..……

Gambar 7. Kromatogram etanol hasil validasi ……………….......……...

Gambar 8. Interaksi fase diam dengan etanol …………………...……….

Gambar 9. Interaksi fase diam dengan butanol …………………...……..

Gambar 10. Kromatogram sampel etanol ………………………...….……

Gambar 11. Grafik hubungan antara konsentrasi molase

dan kadar etanol ……………………………………......……

Gambar 12. Grafik hubungan antara pH dan

kadar etanol …………………………………....…..………....

Gambar 13. Contour plot kadar etanol ……………………..…..…..……..

9

16

24

30

32

33

35

39

39

40

43

43

44

xviii

DAFTAR LAMPIRAN

Lampiran 1. Data luas puncak etanol dan butanol kurva baku ………...…..

Lampiran 2. Data recovery dan kesalahan acak ……………….…..……….

Lampiran 3. Kadar sampel ……………………………….……..………….

Lampiran 4. Kromatogram validasi metode ……………….………………

Lampiran 5. Kromatogram recovery ……………………..………...………

Lampiran 6. Kromatogram sampel …………………..……………..……...

Lampiran 7. Orientasi waktu fermentasi ……………..………...…………..

Lampiran 8. Perhitungan ANOVA ……………..………………………….

Lampiran 9. Perhitungan contour plot …..………………………..………..

Lampiran 10. Perhitungan efek …………………………………………….

48

49

50

54

57

59

64

66

69

70

1

BAB I

PENGANTAR

A. Latar Belakang

Fermentasi merupakan proses biologi oleh mikrobia untuk memperoleh

produk yang berguna di mana terjadi pemecahan karbohidrat secara anaerobik

(Fardiaz, 1992).

Pabrik Gula dan Spiritus Maduksimo adalah satu-satunya pabrik di

Yogyakarta yang memproduksi etanol. Bahan baku yang digunakan adalah

molase yang merupakan hasil samping dari Pabrik Gula Madukismo. Molase

adalah sisa dari proses pengkristalan gula yang mengandung karbohidrat. Proses

yang dipakai adalah fermentasi molase oleh Saccharomyces cerevisiae. S.

cerevisiae merupakan mikroorganisme yang potensial dalam proses fermentasi

untuk memproduksi etanol dengan rendemen yang tinggi dan merupakan yeast

fermentatif kuat yang dapat memecah glukosa manjadi etanol.

Proses fermentasi dapat dipengaruhi oleh berbagai faktor, yaitu: suhu, pH

dan konsentrasi molase. S. cerevisiae mempunyai suhu optimum untuk

pertumbuhan. pH medium (molase) merupakan salah satu faktor penting yang

mempengaruhi aktifitas dan kematian mikroba. Nutrisi juga dibutuhkan untuk

pertumbuhan dan kehidupannya yang meliputi sumber karbon, sumber nitrogen,

sumber energi dan faktor pertumbuhan (mineral dan vitamin) yang didapatkan

dari molase.

2

Sejak tahun 1955 proses pembuatan etanol Pabrik Spiritus Madukismo

belum melakukan optimasi proses fermentasi yang merupakan faktor yang penting

pada produksi etanol. Menurut Gaur (2006) suhu fermentasi adalah 25-350C. Pada

penelitian ini digunakan suhu 350C yang berada dalam range suhu fermentasi.

Semakin tinggi suhu dapat meningkatkan kecepatan metabolisme tetapi pada suhu

diatas 400C maka kecepatan metabolisme Saccharomyces dalam mengubah gula

menjadi etanol akan menurun. Atas dasar uraian tersebut, peneliti tertarik untuk

meneliti optimasi pH dan konsentrasi molase terhadap produksi etanol hasil

fermentasi pada suhu 350C oleh Saccharomyces cerevisiae.

1. Perumusan Masalah

a. Manakah efek pH, konsentrasi atau interaksi yang dominan dalam

menentukan kadar etanol hasil fermentasi?

b. Apakah dapat ditemukan area optimum pH dan konsentrasi molase pada

contour plot yang diprediksi sebagai pH dan konsentrasi optimum

fermentasi etanol pada suhu 350C?

2. Keaslian Penelitian

Sejauh penelusuran pustaka yang penulis lakukan, penelitian tentang

optimasi pH dan konsentrasi molase terhadap produksi etanol hasil fermentasi

pada suhu 350C oleh Saccharomyces cerevisiae belum pernah dilakukan.

3

3. Manfaat Penelitian

a. Manfaat teoritis

Memberikan manfaat bagi ilmu pengetahuan terutama tentang optimasi pH

dan konsentrasi molase terhadap produksi etanol hasil fermentasi pada

suhu 350C.

b. Manfaat praktis

Penelitian ini diharapkan mampu memberikan informasi kepada PG-PS

Madukismo mengenai kondisi fermentasi (konsentrasi molase dan pH)

yang menghasilkan kadar etanol optimum pada suhu 350C.

B. Tujuan

1. Tujuan Umum

Tujuan umum dari penelitian ini adalah untuk mengetahui pengaruh pH

dan konsentrasi molase terhadap produksi etanol secara fermentasi pada suhu

350C.

2. Tujuan Khusus

a. Mengetahui efek yang dominan dalam menentukan kadar etanol hasil

fermentasi dari pH dan konsentrasi molase atau interaksi antara konsentrasi

dan pH pada suhu 350C.

b. Mendapatkan area optimum dari pH dan konsentrasi molase pada contour

plot yang diprediksi sebagai pH dan konsentrasi optimum fermentasi etanol

pada suhu 350C.

4

BAB II

PENELAAHAN PUSTAKA

A. Fermentasi

1. Tinjauan Umum

Fermentasi adalah proses mikrobiologi untuk memperoleh produk yang

berguna, di mana terjadi pemecahan karbohidrat secara anaerob. Peruraian

karbohidrat yang kompleks menjadi sederhana dengan bantuan mikroba sehingga

menghasilkan energi (Perry, 1999).

Langkah-langkah proses fermentasi yaitu:

a. Proses pemasakan: bertujuan untuk mempersiapkan bahan baku untuk

produksi yang meliputi pengenceran, penambahan nutrien.

b. Proses pembibitan (persiapan Saccharomyces cerevisiae): bertujuan untuk

mengembangkan jumlah sel.

c. Proses peragian (fermentasi): bibit dari proses 2 ditambah molase. Pada tahap

ini sudah menghasilkan etanol dengan kadar 8-12%.

d. Proses penyulingan (destilasi) (Anonim, 1984).

Pada prinsipnya reaksi dalam proses pembuatan etanol dengan proses

fermentasi adalah sebagai berikut:

C6H12O6 2C2H5OH + CO2 + Energi (1)

Glukosa Etanol

Jika digunakan disakarida seperti sakarosa reaksinya adalah sebagai

berikut:

5

a. Reaksi hidrolisa

Yeast mengandung enzim invertase yang bertindak sebagai katalis untuk

mengubah sakarosa menjadi glukosa.

C12H22O11 + H2O 2C6H12O6 (2)

Sakarosa Monosakarida

(glukosa dan fruktosa)

b. Reaksi fermentasi

Glukosa akan bereaksi dengan enzim zymase yang mengubah glukosa

menjadi etanol dan CO2.

C6H12O6 2C2H5OH + 2CO2 (3)

Glukosa Etanol (Harahap, 2003).

2. Media fermentasi

Produksi etanol dengan cara fermentasi bisa diproduksi dari 3 macam

karbohidrat, yaitu:

a. Bahan-bahan yang mengandung gula atau disebut juga substansi sakharin

yang rasanya manis, seperti misalnya gula tebu, gula bit, molase (tetes),

macam-macam sari buah-buahan dan lain-lain.

b. Bahan yang mengandung pati, misalnya: padi-padian, jagung, gandum,

kentang sorgum, malt, barley, ubi kayu dan lain-lain.

c. Bahan-bahan yang mengandung selulosa, misalnya kayu, cairan buangan

pabrik pulp dan kertas (waste sulfire liquor).

invertase

zymase

6

Pada umumnya sebagai media untuk produksi etanol secara komersial

pada industri fermentasi etanol di Indonesia dipakai molase yang bisa didapatkan

secara luas dan murah (Harahap, 2003).

Dalam formulasi media, dibutuhkan komponen-komponen yang harus

dipenuhi yaitu:

a. Air adalah sumber utama

b. Sumber energi: sumber karbon

c. Sumber karbon: glukosa, tepung, molase, dan lain-lain

d. Sumber-N:

1) Inorganik: NH3 (g), garam, ammonia (NH4Cl) atau nitrat. pH bisa turun

setelah NH4+ diambil sehingga perlu diberi NaOH

2) Organik: Asam Amino, protein, urea

e. Mineral: Mg, P, K, S, Ca, Cl, dan lain-lain

f. Vitamin: Biotin (dalam pembuatan glutamic acid)

g. Prekursor: berfungsi mempercepat terbentuknya produk (Riadi, 2007).

Molase merupakan salah satu sumber karbohidrat bagi yeast yang

mengandung gula, senyawa N, vitamin dan unsur-unsur kelumit. Adapun unsur-

unsur molase mengandung gula, senyawa N, vitamin dan elemen terbatas.

Komponen molase gula tebu adalah sebagai berikut : berat kering : 77-84; sukrosa

: 33,4; gula invert : 21,2; bahan organik lain : 19,6; Nitrogen : 0,4 – 1,5; P2O3: 0,6

-2,0; CaO : 0,1–1,1; MgO : 0,03 – 0,1; K2O : 2,6 – 5,0; Abu : 7-11; thiamin : 830

µg/berat kering; riboflavin : 250; niosianida : 2100; asam pantothenat : 2140;

asam folat : 3,8; biotin : 120 (Cruger & Grueger, 1984).

7

Tabel I. Komponen molase

No Komponen Jumlah (dalam %) 1 Berat kering 77-84 2 Sukrosa 33,4 3 Gula invert 21,2 4 Bahan organik lain 19,6 5 Nitrogen 0,4-1,5 6 P2O3 0,6-2,0 7 CaO 0,1-1,1 8 MgO 0,03-0,1 9 K2O 2,6-5,0 10 Abu 7-11 11 Thiamin 830 12 Riboflavin 250 13 Niosianida 2100 14 Asam pantothenat 2140 15 Asam folat 3,8 16 Biotin 120

Molase berbeda dengan bahan baku yang umum digunakan dalam

produksi etanol seperti jagung dan kentang. Bahan ini mengandung karbohidrat

yang disimpan sebagai pati sehingga harus mengalami perlakuan awal dengan

memasakkan dan kerja enzim untuk menghidrolisis pati menjadi gula yang dapat

difermentasi. Sebaliknya karbohidrat dalam molase telah siap untuk difermentasi

tanpa perlakuan pendahuluan karena berbentuk gula (Hidayat, 2006).

3. Saccharomyces cerevisiae

Yeast merupakan fungi uniseluler yang ukurannya lebih besar dari

bakteri. Kisaran suhu untuk pertumbuhan kebanyakan yeast pada umumnya

hampir sama dengan kapang, yaitu dengan suhu optimum 25-300C dan suhu

maksimum 35-470C. Kebanyakan yeast lebih menyukai tumbuh pada keadaan

8

asam, yaitu pH 4-4,5, dan tidak dapat tumbuh dengan baik pada medium alkali,

kecuali telah beradaptasi. Yeast tumbuh baik pada pada kondisi aerobik, tetapi

yang bersifat fermentatif dapat tumbuh secara anaerobik meskipun lambat. Yeast

dapat dibedakan atas dua kelompok berdasarkan sifat metabolismenya, yaitu yang

bersifat fermentatif dan oksidatif. Yeast fermentatif dapat melakukan fermentasi

etanol, yaitu memecah glukosa melalui jalur glikolisis (Embden Mayerhoff-

Parnas) dengan total reaksi sebagai berikut (Fardiaz, 1992):

C6H12O6 2 C2H5OH + 2 CO2 + Energi (4)

Glukosa Etanol

Gula yang umumnya dapat difermentasi oleh yeast adalah glukosa,

galaktosa, maltosa, sukrosa, laktosa, trehalosa, melibiosa dan raffinosa. Beberapa

yeast juga dapat memfermentasi melezitosa (trisakarida), cellobiosa (disakarida)

atau alfa-metil-D-glukosida. Tidak ada yeast yang dapat memfermentasi pentosa

atau metil pentosa, meskipun banyak yang dapat menggunakan pentosa untuk

proses respirasi atau oksidasi. Cellobiosa tidak begitu baik untuk difermentasi,

tetapi merupakan substrat yang baik untuk proses respirasi (Fardiaz, 1992).

Saccharomyces cerevisiae merupakan yeast yang bersifat fermentatif

yang banyak digunakan dalam produksi etanol (Fardiaz, 1992). S. cerevisiae

melakukan reproduksi vegetatif dengan membentuk tunas. Sel berbentuk ellipsoid

atau silinder. Yeast tidak mampu tumbuh pada nitrat sebagai satu-satunya sumber

nitrogen (Hidayat, 2006).

9

Gambar. 1 Sel Saccharomyces cerevisiae Keterangan: 1. Budding; 2. Sel induk; 3. Spora

Sel Saccharomyces cerevisiae berbentuk bundar, lonjong, memanjang,

atau seperti benang dan menghasilkan pseudomiselium. Berkembang biak secara

vegetatif dengan cara penguncupan multilateral. Konjugasi isogam atau

heterogam dapat mendahului atau dapat terjadi setelah pembentukan askus. Dapat

berbentuk tonjolan-tonjolan. Setiap askus dapat mengandung 1-4 spora dengan

berbagai bentuk. Spora dapat berkonjugasi. Disimilasi berlangsung dari oksidatif

yang disukai sampai kepada fermentatif yang dominan. Dalam biakan cair

biasanya terjadi pertumbuhan di dasar. Cincin dan pelikel dapat terbentuk dalam

jangka waktu yang lebih panjang. Senyawa-senyawa gula yang umum biasanya

difermentasikan dengan kuat. (Pelczar, 1988).

Mikrostruktur sel yeast terdiri dari kapsul, dinding sel, membran

sitoplasma, nukleus, satu atau lebih vakuola, mitokondria, globula lipid, volutin

atau polifosfat, dan sitoplasma. (Fardiaz, 1992).

Klasifikasi umum Saccharomyces cerevisiae:

Famili : Saccharomycetaceae

Genus : Saccharomyces

1

2

3

10

Spesies : S. cerevisiae (Anonim, 2008).

Ada berbagai faktor yang mempengaruhi kehidupan yeast, yaitu sebagai

berikut:

a. Nutrisi (Zat gizi)

Dalam kegiatannya yeast memerlukan penambahan nutrisi untuk

pertumbuhan dan perkembangbiakan, yaitu:

1) Unsur C, ada karbohidrat

2) Unsur N, dengan penambahan pupuk yang mengandung nitrogen, missal

ZA, urea, ammonia, dan sebagainya.

3) Unsur P, dengan penambahan pupuk fosfat, misal NPK, TSP, DSP, dan

sebagainya.

4) Mineral-mineral

5) Vitamin-vitamin

b. Keasaman (pH)

Untuk fermentasi etanol, yeast memerlukan media dengan suasana

asam, yaitu antara pH 4,0-5,0. Pengaturan pH dapat dilakukan dengan

penambahan asam sulfat jika substratnya alkalis atau dengan natrium

bikarbonat jika substratnya asam.

c. Suhu

Suhu optimum untuk pertumbuhan dan perkembangbiakan adalah

28-300C. Pada waktu fermentasi terjadi kenaikan panas, karena reaksinya

eksoterm. Untuk mencegah agar suhu fermentasi tidak naik, diperlukan

pendinginan agar tetap dipertahankan tetap 26-300C.

11

d. Udara

Fermentasi etanol berlangsung secara anaerobik (Hidayat, 2006).

B. Distilasi

Distilasi adalah proses pemisahan dua atau lebih cairan dalam larutan

dengan berdasarkan relative volatility-nya dan perbedaan titik didihnya. Proses

akhir pembuatan etanol adalah distilasi, etanol hasil proses fermentasi yang

berkonsentrasi 8%-12%v/v, dipisahkan dan dipekatkan untuk dapat dipakai

sebagai bahan bakar ataupun kebutuhan lain (Alico, 1982).

Untuk larutan yang terdiri dari komponen-komponen yang berbeda nyata

suhu didihnya, distilasi merupakan cara yang paling mudah dioperasikan dan juga

merupakan cara pemisahan yang secara thermal adalah efisien. Pada tekanan

atmosfir, air mendidih pada 1000C dan etanol mendidih pada suhu sekitar 770C.

perbedaan dalam titik didih inilah yang memungkinkan pemisahan campuran

etanol air. Prinsip distilasi yaitu jika larutan campuran etanol air dipanaskan, maka

akan lebih banyak molekul etanol menguap dari pada air. Jika uap-uap ini

didinginkan (dikondensasi), maka konsentrasi etanol dalam cairan yang

dikondensasikan itu akan lebih tinggi dari pada dalam larutan aslinya. Jika

kondensat ini dipanaskan lagi dan kemudian dikondensasikan, maka konsentrasi

etanol akan lebih tinggi lagi. Proses ini bisa diulangi terus, sampai sebagian besar

dari etanol dikonsentrasikan dalam suatu fase. Namun hal ini ada batasnya. Pada

larutan 96% etanol, didapatkan suatu campuran dengan titik didih yang sama

12

(azeotrop). Jika dengan cara distilasi ini, etanol tidak bisa lebih pekat dari 96%

(Harahap, 2003).

C. Etanol

Etanol merupakan cairan yang mudah menguap, jernih, tidak

berwarna,bau khas dan menyebabkan rasa terbakar pada lidah. Mudah menguap

walaupun pada suhu rendah dan mendidih pada suhu 780C. Mudah terbakar.

Etanol dapat bercampur dengan air dan hampir dengan semua pelarut organik

lainnya (Anonim, 1995).

Etanol digunakan tidak hanya sebagai bahan kimia dalam proses industri

dan sains sebagai pereaksi, pelarut dan bahan bakar tetapi juga sebagai sumber

daya alternatif bahan bakar untuk mobil. Etanol dapat diproduksi secara mudah

dengan proses fermentasi (Pramanik, 2005). Etanol untuk keperluan farmasetis

sebagai pereaksi umumnya menggunakan kadar 70-95% (Anonim, 1979).

Sudah sejak lama etanol diproduksi dengan fermentasi gula. Gula

sederhana merupakan raw material untuk produksi etanol. Zymase merupakan

enzim yang dikeluarkan oleh yeast, yang dapat mengubah gula sederhana menjadi

etanol dan karbon dioksida. Etanol yang diproduksi dengan fermentasi kadarnya

antara 8-12%, jika di atas 12%, etanol dapat menghancurkan enzim zymase dan

proses fermentasi akan berhenti (Shakhashiri, 2008).

13

D. Kromatografi Gas

1. Tinjauan umum

Kromatografi gas adalah suatu cara untuk memisahkan senyawa atsiri

dengan meneruskan arus gas melalui fase diam (Bonelli, 1988).

Senyawa-senyawa yang dapat ditetapkan dengan kromatografi gas sangat

banyak, namun ada batasan-batasannya. Senyawa tersebut harus mudah menguap

dan stabil pada temperatur pengujian.

Kromatografi gas berguna untuk:

a. Semua gas

b. Sebagian molekul organik tak terion, padat atau cair, mengandung hingga 25

atom karbon.

c. Senyawa organometalik (derivat yang mudah menguap dari ion logam)

Jika senyawa tidak mudah menguap atau tidak stabil pada temperatur

pengujian, maka senyawa tersebut bisa diderivatisasi agar dapat dianalisis dengan

kromatografi gas (Christian, 2004).

2. Komponen Kromatografi Gas

a. Suplai gas pembawa. Gas pembawa merupakan fase gerak yang harus

bersifat inert. Helium merupakan fase gerak yang biasa digunakan, meskipun

argon, nitrogen dan hidrogen juga digunakan. Gas tesebut tersedia dalam tanki

denagn pengatur tekanan. Regulator, gauges, dan pencatat aliran harus dapat

mengontrol kecepatan aliran gas. Tekanan pada kolom inlet biasanya berkisar

antara 10-15 psi dan kecepatan aliran antara 25-50 ml/menit (Bonelli, 1988).

14

Gas pembawa dipilih berdasarkan sifat inertnya. Fungsi utamanya adalah

untuk membawa uap analit melalui sistem kromatografi tanpa berinteraksi dengan

komponen-komponen sampel (Dean, 1995).

b. Tempat injeksi sampel. Tempat penginjeksian berfungsi menyediakan

jalan masuk sampel ke dalam aliran gas pembawa dan untuk menyediakan panas

yang cukup untuk menguapkan sampel. Microsyringe merupakan alat yang

digunakan untuk menginjeksikan sampel cair ke blok yang dipanaskan.

Pemanasan pada tempat penginjeksian berfungsi untuk mengubah sampel cair

menjadi fase gas secara langsung (flash vaporization) tanpa dekomposisi dan

fraksinasi (Dean, 1995).

c. Kolom. Pipa kolom dapat terbuat dari tembaga, baja nirkarat,

aluminium, dan kaca yang berbentuk lurus, lengkung atau melingkar. Tembaga

kurang cocok karena dapat menyerap atau bereaksi dengan komponen cuplikan

tertentu (Bonelli, 1988).

Pemisahan komponen-komponen sampel terjadi pada kolom yang terus

menerus dialiri fase gerak. Kolom pemisahan mengandung fase diam yang berupa

(1) adsorben atau (2) cairan yang didistribusikan pada permukaan partikel –

partikel berdiameter kecil atau interior tabung kapiler (Dean, 1995). Fase diam

dipilih berdasarkan polaritas sampel (Christian, 2004).

Dua jenis kolom yang sering digunakan dalam kromatografi gas adalah

kolom kemas dan kolom kapiler. Kolom kemas adalah jenis kolom yang pertama

dan telah digunakan selama bertahun-tahun. Kolom kapiler adalah jenis kolom

yang sering digunakan sekarang, tetapi kolom kemas masih digunakan untuk

15

aplikasi yang tidak membutuhkan resolusi yang tinggi atau ketika peningkatan

kapasitas dibutuhkan (Christian, 2004).

d. Fase diam. Fase diam dipilih berdasarkan polaritasnya, denagn prinsip

like dislove like. Fase diam yang polar akan lebih berinteraksi dengan senyawa

polar, fase diam non-polar akan lebih berinteraksi dengan senyawa non-polar

(Christian, 2004). Komponen-komponen sampel harus teretensi di fase diam

untuk memperoleh resolusi. Retensi yang semakin lama dan selektif akan

menghasilkan resolusi yang semakin baik. Gas pembawa yang inert tidak

memiliki peran dalam selektivitas solute, walaupun mempengaruhi resolusi.

Selektivitas bisa divariasi hanya dengan mengubah kepolaran fase diam atau

dengan mengubah suhu kolom (Dean, 1995).

e. Detektor. Detektor menunjukkan adanya komponen dalam eluen dan

mengukur kuantitasnya. Ciri detektor yang dikehendaki adalah kepekaannya

tinggi, tingkat deraunya rendah, kelinieran tanggapanya lebar, tanggap terhadap

semua jenis senyawa, kuat, tidak peka terhadap perubahan aliran dan suhu, serta

murah harganya (Bonelli, 1988).

FID (Flame Ionized Detector) merupakan detektor yang sering

digunakan. FID bergantung pada campuran bahan organik, pada saat terurai oleh

panas menghasilkan ion intermediet yang menghantarkan arus listrik menuju

nyala. Hidrogen digunakan sebagai gas pembawa, dan eluent dicampur dengan

oksigen dan teroksidasi pada burner yang dilengkapi dengan sepasang elektroda.

Deteksi melibatkan pengamatan terhadap hasil oksidasi. Detektor ionisasi

menunjukkan sensitivitas tinggi (~ 10-13 g/ml). Detektor ini mempunyai rentang

16

sensitivitas 10-100 pg. Detektor ini tidak sensitif untuk kebanyakan senyawa

anorganik termasuk air (Christian, 2004).

f. Oven dengan pengendali termostatis. Suhu harus dimonitor,

disesuaikan, dan diatur pada tempat injeksi, kolom dan detektor. Suhu pada

tempat injeksi harus cukup tinggi untuk menguapkan sampel secara langsung,

namun tidak boleh terlalu tinggi sehingga menyebabkan terjadinya dekomposisi

termal atau penataulangan. Suhu kolom tidak perlu melebihi titik didih sampel

(tetapi diatas titik kondensasinya). Suhu detektor harus cukup tinggi sehingga

tidak terjadi kondensasi sampel, namun tidak terlalu tinggi sehingga merusak

detektor (Dean, 1995).

Oven pada kromatografi gas mempunyai kipas yang mendistribusikan

panas secara merata di dalam oven. Suhu dalam oven bisa diprogram untuk

menghasilkan panas yang konstan, disebut kondisi isothermal atau meningkat

secara berkala (Watson, 1999).

g. Recorder atau alat pencatat

Gambar 2. Skema alat kromatografi gas

17

E. Metode Desain Faktorial

Desain faktorial merupakan aplikasi persamaan regresi yaitu teknik

untuk memberikan model hubungan antara variabel respon dengan satu atau lebih

variabel bebas. Model yang diperoleh dari analisis tersebut berupa persamaan

matematika (Bolton, 1997). Desain faktorial merupakan desain yang digunakan

untuk mengevaluasi efek dari faktor yang dipelajari secara simultan dan efek yang

relatif penting dapat dinilai (Armstrong & James, 1996). Desain faktorial

digunakan dalam penelitian di mana efek dari faktor atau kondisi yang berbeda

dalam penelitian ingin diketahui (Bolton, 1997).

Penelitian desain faktorial dimulai dengan menentukan faktor dan level

yang akan diteliti, serta respon yang akan diukur. Respon yang diukur harus dapat

diekspresikan secara numerik. Deskripsi sifat (seperti besar, lebih besar, terbesar)

dan nomor urut (seperti menunjukan respon terbesar adalah 1, selanjutnya 2, dan

seterusnya) tidak dapat digunakan (Armstrong & James, 1996). Respon yang

diukur harus dapat dikuantitatifkan (Bolton, 1997).

Rancangan desain faktorial dua faktor dan tiga level seperti tabel

berikut:

Tabel II. Rancangan faktorial desain dua faktor tiga level

Percobaan Faktor A Faktor B Interaksi 1 -1 -1 +1 2 -1 0 0 3 -1 +1 -1 4 0 -1 0 5 0 0 0 6 0 +1 0 7 +1 -1 -1 8 +1 0 0 9 +1 +1 +1

18

Keterangan:

-1 = level rendah 0 = level sedang +1 = level tinggi

Percobaan 1 = faktor A pada level rendah, faktor B pada level rendah Percobaan 2 = faktor A pada level rendah, faktor B pada level sedang Percobaan 3 = faktor A pada level rendah, faktor B pada level tinggi Percobaan 4 = faktor A pada level sedang, faktor B pada level rendah Percobaan 5 = faktor A pada level sedang, faktor B pada level sedang Percobaan 6 = faktor A pada level sedang, faktor B pada level tinggi Percobaan 7 = faktor A pada level rendah, faktor B pada level rendah Percobaan 8 = faktor A pada level rendah, faktor B pada level sedang Percobaan 9 = faktor A pada level rendah, faktor B pada level tinggi

Rumusan yang berlaku :

Y = b0 + b1(XA) + b2(XB) + b12 (XA)(XB) (5)

Dengan :

Y = respon hasil atau sifat yang diamati (XA)(XB) = level faktor A dan faktor B b0, b1, b2, b12 = koefisien, dapat dihitung dari hasil percobaan

Dari rumus (5) dan data yang diperoleh dapat dibuat contour plot suatu

respon tertentu yang sangat berguna dalam memilih komposisi campuran yang

optimum (Bolton, 1997).

Desain faktorial memiliki beberapa keuntungan. Metode ini memiliki

efisiensi yang maksimum untuk memperkirakan efek yang dominan dalam

menentukan respon. Keuntungan utama desain faktorial adalah bahwa metode ini

memungkinkan untuk mengidentifikasi efek masing-masing faktor, maupun efek

interaksi antarfaktor. Metode ini ekonomis, dapat mengurangi jumlah penelitian

jika dibandingkan dengan meneliti dua efek faktor secara terpisah (Muth, 1999).

19

F. Landasan Teori

Fermentasi adalah proses mikrobiologi yang dikendalikan oleh manusia

untuk memperoleh produk yang berguna, dimana terjadi pemecahan karbohidrat

dan asam amino secara anaerob. Bahan baku yang digunakan adalah molase yang

mengandung glukosa. Saccharomyces cerevisiae merupakan yeast yang

digunakan dalam fermentasi. Saccharomyces cerevisiae menghasilkan enzim

zimase yang dapat memecah glukosa menjadi etanol dan CO2. Proses fermentasi

terdiri dari 4 tahap, yaitu: pemasakkan, pembibitan, fermentasi, dan penyulingan.

Proses pemasakan bertujuan untuk mempersiapkan bahan baku untuk produksi

yang meliputi pengenceran, penambahan nutrient. Proses pembibitan bertujuan

untuk mengembangkan jumlah sel. Proses fermentasi dilakukan pada konsentrasi

molase baru. Pada tahap ini sudah menghasilkan etanol dengan kadar 8-12%.

Proses penyulingan bertujuan untuk memisahkan etanol dari senyawa-senyawa

lain.

Proses fermentasi dipengaruhi oleh berbagai faktor, diantaranya pH dan

konsentrasi molase. Konsentrasi molase sangat mempengaruhi kadar etanol hasil

fermentasi karena didalamnya mengandung nutrisi yang dibutuhkan untuk

pertumbuhan dan kehidupannya yang meliputi sumber karbon, sumber nitrogen,

sumber energi dan faktor pertumbuhan (mineral dan vitamin) yang didapatkan

dari molase. pH medium juga berpengaruh pada kadar etanol hasil fermentasi

karena mempengaruhi aktifitas dan kematian mikroba.

Oleh karena itu, pada penelitian ini dilakukan optimasi pH dan

konsentrasi molase untuk mendapatkan kadar etanol yang diinginkan.

20

G. Hipotesis

Terdapat area optimum kondisi fermentasi (pH dan konsentrasi molase)

pada contour plot yang menghasilkan kadar etanol yang optimum.

21

21

BAB III

METODE PENELITIAN

A. Jenis dan Rancangan Penelitian

Penelitian berjudul Optimasi pH dan Konsentrasi Molase Terhadap

Produksi Etanol Hasil Fermentasi pada Suhu 350C oleh Saccharomyces cerevisiae

ini termasuk penelitian eksperimental kuasi.

B. Variabel Penelitian dan Definisi Operasional

1. Variabel Penelitian

a. Variabel bebas adalah pH (4; 4,5; dan 5) dan konsentrasi molase

(80Brix,160Brix dan 240Brix).

b. Variabel tergantung adalah kadar etanol hasil fermentasi.

c. Variabel pengacau terkendali adalah suhu fermentasi 350C dan jumlah ose

pengambilan kultur murni S. cereviciae yaitu sebanyak 3 ose.

2. Definisi Operasional

a. Molase atau tetes tebu merupakan hasil samping PG Madukismo yang

menjadi bahan dasar produksi etanol yang mengandung gula, senyawa

nitrogen dan vitamin.

b. Fermentasi adalah proses produksi etanol dari molase dengan

menggunakan S. cerevisiae dalam keadaan anaerobik.

c. Optimasi produksi etanol adalah proses pengkondisian pertumbuhan S.

cerevisiae dan proses fermentasi etanol secara optimum sehingga

22

diperoleh etanol murni dengan jumlah yang lebih banyak dan kualitas

yang lebih baik.

d. 0Brix adalah zat padat semu yang terlarut (dalam gram) di dalam 100 gram

larutan.

e. Saccharomyces cerevisiae merupakan yeast yang digunakan untuk proses

produksi etanol dari molase.

f. Kadar etanol hasil fermentasi dari molase oleh Saccharomyces cerevisiae

dinyatakan dalam % v/v.

C. Bahan dan Alat

1. Bahan

Bahan yang digunakan dalam penelitian ini adalah molase sebagai bahan

dasar produksi etanol, kultur murni Saccharomyces cerevisiae, pupuk NPK

(nitrogen phosphor, kalium), pupuk urea, H2SO4, NH4OH, gas hidrogen HP

99,995%, gas oksigen HP 99,995%, gas nitrogen UHP 99,9995%, etanol p.a.

(Merck), n-hexana (Merck), n-butanol (Merck).

2. Alat

Alat-alat yang digunakan dalam penelitian adalah fermentor, jarum ose,

bunsen, MSC (Microbiology Safety Cabinet), seperangkat alat destilasi,

seperangkat alat kromatografi gas (HP 5890) dengan Flame Ionization Detector

(FID), kolom kapiler CP Wax 52 CB (30 m, i.d. 0,25 mm), alat pencatat, dan alat-

alat gelas (PYREX-GERMANY).

23

D. Tata Cara Penelitian

1. Pengumpulan Molase

Molase yang digunakan berasal dari PS Madukismo Yogyakarta dengan

konsentrasi 85,230Brix sebanyak 10 L dalam satu kali pengambilan.

2. Pembuatan Larutan Molase

Larutan molase 40 Brix dibuat dengan cara empat puluh tujuh mililiter

molase dari PS Madukismo dimasukkan ke dalam erlenmeyer 1000 ml,

diencerkan dengan aquadestilata hingga tanda,. Larutan tersebut disaring dan

disterilisasi menggunakan autoklaf pada suhu 1210C selama 15 menit. Ke dalam

larutan ditambahkan 0,44 mg urea. Diaduk hingga homogen. Kemudian

ditambahkan asam sulfat hingga pH 4-5.

Dengan cara yang sama seperti di atas, dibuat larutan molase dengan

konsentrasi 140Brix, 160Brix, 180Brix dan 280Brix (tabel III).

Tabel III. Pembuatan Larutan Molase 140Brix, 160Brix, 180Brix dan 280Brix Konsentrasi

molase Jumlah molase

Urea NPK Aquadest Keterangan

140Brix 164 ml 0,44 mg 0,34 mg ad 1000 ml Media pertumbuhan

180Brix 188 ml 0,44 mg 0,34 mg ad 1000 ml Media pertumbuhan

160Brix 188 ml 0,44 mg - ad 1000ml Media fermentasi



3. Produksi Etanol oleh Saccharomyces cerevisiae

a. Pertumbuhan Saccharomyces cerevisiae. Ke dalam erlenmeyer

100 ml dimasukkan 15 ml larutan molase 140Brix dan 15 ml larutan molase

24

180Brix serta ditambahkan pupuk urea dan NPK, diinokulasikan kultur murni

Saccharomyces cerevisiae sebanyak 3 ose. Kemudian diinkubasi dalam shaker

incubator dengan kecepatan 150 rpm pada suhu 300C selama 49,5 jam

(Ongirwalu, 2008).

b. Fermentasi. Setelah kurva pertumbuhan mencapai fase stasioner

(49,5 jam), larutan molase 160 brix dipindahkan ke dalam labu alas bulat 250 ml.

Ditambahkan 60 ml larutan molase 40 Brix dan pupuk urea. Kemudian

ditambahkan H2SO4 atau NH4OH hingga pH 4. Labu alas bulat dirangkai menjadi

fermentor (gambar. 3). Fermentor diinkubasikan dalam incubator pada suhu 350 C

selama 72 jam.

Gambar. 3 Fermentor

Fermentasi dibuat pada berbagai konsentrasi dan pH (tabel IV)

25

Tabel IV. Pembuatan variasi pH dan konsentrasi molase Suhu pH Konsetrasi Molase (0Brix)

350 C

4

8 16 24

4,5

8 16 24

5

8 16 24

4. Penyulingan Etanol Hasil Fermentasi

Dari hasil fermentasi difiltrasi menggunakan corong Buchner dengan

bantuan pompa penghisap kemudian dilakukan destilasi dengan waterbath selama

4 jam.

5. Kromatografi Gas

a. Optimasi kondisi kromatografi gas

1) Pemilihan kolom dan detector yang sesuai

Kolom yang dipilih adalah CP Wax 52 CB merupakan kolom polar

cocok untuk penetapan kadar etanol. Detektor yang dipilih adalah

FID karena memiliki sensitifitas yang tinggi terhadap senyawa-

senyawa organik termasuk etanol.

2) Optimasi suhu kolom, detektor dan injektor

Suhu pada kolom, injektor dan detector diatur agar dapat

menguapkan larutan baku etanol dan standar internal n-butanol dan

mempertahankannya dalam fase gas. Pengaturan suhu diatur mulai

dari 500C di atas titik didih n-butanol yaitu 1500C dan terus

ditingkatkan agar diperoleh suhu yang optimal.

26

3) Optimasi aliran gas pembawa N2

Kecepatan aliran gas pembawa diatur dengan mengubah tekanan

head kolom. Tekanan awal yang diberikan adalah 7 psi dan

kemudian diatur sedemikian sehingga terjadi pemisahan yang baik

antara etanol dan n-butanol.

4) Optimasi kecepatan gas H2 dan O2

Perbandingan kecepatan aliran gas H2 dan O2 adalah 1:10. Hal ini

dilakukan sesuai denagan tujuan untuk menghasilkan nyala yang

stabil pada detektor.

b. Validasi metode kromatografi gas

1) Pembuatan seri larutan baku etanol

Bahan yang digunakan untuk membuat seri larutan baku etanol

adalah etanol p.a. dan sebagai standar internal digunakan n-butanol

p.a. Disiapkan seri baku dengan konsentrasi berikut menggunakan

labu ukur 5 ml.

Tabel V. Seri kurva baku Etanol p.a (ml) n-butanol (µl) Konsentrasi akhir etanol %v/v

0,1 20 0,2 0,7 20 1,4 1,3 20 2,6 1,9 20 3,8 2,5 20 5

Etanol p.a. dan n-butanol dengan jumlah seperti tertulis diatas

dimasukkan ke dalam labu ukur 5 ml. Volume 5 ml dicapai dengan

penambahan hexan. Replikasi dilakukan 3 kali.

2) Pembuatan kurva baku etanol

27

Satu mikroliter (1µl) larutan baku dari masing-masing konsentrasi

disuntikkan ke dalam kolom melalui tempat injeksi. Pada waktu

400 detik proses kromatografi dihentikan sehingga diperoleh luas

puncak kromatogram. Luas puncak etanol dan n-butanol dari

kromatogram dihitung, kemudian dicari rasio luas puncak etanol/n-

butanol. Kurva baku dibuat dengan memplotkan rasio luas puncak

etanol/n-butanol vs kadar etanol (%v/v). Persamaan kurva baku

dicari dengan regresi linear.

3) Penentuan recovery dan kesalahan acak

Disiapkan larutan dengan konsentrasi berikut menggunakan labu

ukur 10 ml.

Tabel VI. Kadar recovery Etanol p.a (ml) n-butanol (µl) Konsentrasi akhir etanol %v/v

0,1 20 0,2 1,3 20 2,6 2,5 20 5

Etanol p.a. dan n-butanol dengan jumlah seperti tertulis diatas

dimasukkan ke dalam labu ukur 5 ml. Volume 5 ml dicapai dengan

penambahan hexan. Replikasi dilakukan 3 kali. Kemudian

diinjeksikan pada kolom kromatografi gas. Akan diperoleh luas

puncak kromatografi. Luas puncak etanol dan n-butanol dari

kromatogram dihitung, Dicari rasio luas puncak etanol/n-butanol.

Rasio luas puncak etanol/n-butanol tersebut dimasukkan sebagai

variabel Y dalam persamaan kuva baku kadar etanol (%v/v) yang

28

dicari, kemudian dimasukkan sebagai variabel X. Recovery dan

kesalahan acak dihitung dengan rumus sebagai berikut:

recovery = x 100%

kesalahan acak = x 100%

6. Penetapan Kadar Etanol Dengan Metode Kromatografi Gas

Sampel yang telah didestilasi diambil 5 ml, dimasukkan ke dalam labu

ukur 5 ml ditambahkan 20 µl butanol. Volume 5 ml dicapai dengan penambahan

n-hexana. Diambil 1 µl dan diinjeksikan pada kolom kromatografi gas. Pada

waktu 400 detik proses kromatografi dihentikan sehingga diperoleh luas puncak

kromatogram. Luas puncak etanol dan n-butanol dari kromatogram dihitung,

dicari rasio luas puncak etanol/n-butanol. Kadar etanol hasil fermentasi ditentukan

menggunakan persamaan kurva baku.

E. Analisis Hasil

Data yang diperoleh dari kadar etanol yang terkumpul dianalisis

menggunakan metode desain faktorial. Dengan menggunakan perhitungan metode

desain faktorial, dapat dihitung besarnya pengaruh pH dan konsentrasi molase dan

interaksi keduanya terhadap kadar etanol. Dari persamaan desain faktorial dapat

dibuat contour plot kadar etanol.

Untuk mengetahui perbedaan respon yang terjadi pada tiga level pH dan

konsentrasi molase yang berbeda dan mengetahui adanya interaksi pH dan

29

konsentrasi molase yang diteliti dilakukan dengan analisis statistik anova. Taraf

kepercayaan yang digunakan untuk uji statistik adalah 95 %.

30

BAB IV

HASIL DAN PEMBAHASAN

A. Pengumpulan Molase

Penelitian ini menggunakan molase yang berasal dari PS Madukismo

Yogyakarta yang merupakan bahan dasar produksi etanol. Molase diambil

sebanyak 10 L dengan konsentrasi 85,230Brix dalam satu kali pengambilan

sehingga dapat mewakili keseluruhan populasi. Molase kemudian diencerkan

menggunakan aquadest untuk mendapatkan konsentrasi yang diinginkan.

B. Fermentasi Etanol

1. Pertumbuhan Saccharomyces cerevisiae

Tujuannya adalah untuk memperbanyak sel-sel yeast agar jumlahnya

menjadi banyak sebelum digunakan untuk fermentasi. Menurut Ongirwalu (2008)

kondisi pertumbuhan yang optimum dilakukan pada kondisi aerob, dengan kadar

molase 160Brix, pH 4,8. Pertumbuhan dikondisikan pada suhu 300C dalam shaker

incubator selama 49,5 jam yaitu pada fase stasioner.

Gambar 4. Kurva pertumbuhan Saccharomyces cerevisiae

31

Pada fase stasioner laju pertumbuhan yeast sama dengan laju

kematiannya sehingga jumlah yeast keseluruhan akan tetap. Hal ini dikarenakan

nutrien yang ada dalam medium makin berkurang sedangkan jumlah yeast berada

dalam jumlah yang maksimal. Selama fase stasioner terjadi metabolisme yang

disebut fermentasi etanol dimana metabolit yang dihasilkan adalah etanol dan

berlangsung secara anaerobik.

2. Fermentasi

Proses fermentasi dilakukan pada konsentrasi molase baru yaitu 80Brix,

160Brix, dan 240Brix. Berdasarkan Harahap (2003) untuk mendapatkan kadar gula

yang optimum maka fermentasi dilakukan pada 240Brix sedangkan pemilihan

konsentrasi 80Brix dan 160Brix berdasarkan hasil orientasi. Untuk fermentasi

etanol, yeast juga memerlukan media dalam suasana asam, yaitu antara pH 4-5.

pH yang digunakan untuk fermentasi yaitu 4; 4,5; dan 5. Tetapi pada tahap

pertumbuhan pH diatur 4,8 sehingga untuk mendapatkan pH 4 dan 4,5 perlu

penambahan H2SO4 dan untuk mendapatkan pH 5 perlu penambahan NH4OH.

Menurut Gaur (2006) suhu fermentasi antara 25-350C. Sedangkan suhu fermentasi

yang digunakan adalah 350C karena mempunyai keuntungan yaitu dapat

meningkatkan kecepatan metabolisme Saccharomyces dalam mengubah gula

menjadi etanol. Fungsi penambahan pupuk urea yaitu sebagai sumber nitrogen

karena mikroorganisme akan mampu tumbuh cepat dengan adanya nitrogen. Pada

proses fermentasi terjadi glikolisis yang merupakan proses pemecahan glukosa

secara anaerobik. Glikolisis terjadi di dalam sel. Tiap 1 molekul glukosa akan

dihasilkan 2 molekul asam piruvat, 2 ATP dan 2 NADH.

32

Gambar 5. Fermentasi etanol

Pada kondisi anaerob, asam piruvat dapat masuk ke dalam jalur

fermentasi alkohol. Asam piruvat dari hasil glikolisis akan didekarboksilasi

menjadi asetaldehid. Jika molekul aldehid menerima hidrogen dan elektron dari

NADH, maka akan diubah menjadi etanol. Menurut Bucher (1897), fermentasi

gula oleh enzim zymase terjadi di luar sel. Enzim zymase akan di ekskresikan ke

dalam larutan gula dan fermentasi akan terjadi.

Fermentasi dilakukan dalam fermentor. Gas CO2 yang terbentuk selama

proses fermentasi ditampung dalam erlenmeyer yang berisi Ca(OH)2 sehingga

akan terbentuk endapan CaCO3. Reaksinya adalah sebagai berikut:

33

Ca(OH)2 + CO2 CaCO3↓ + H2O (6)

Kalsium hidroksida Kalsium karbonat

Gas CO2 yang terbentuk bersifat asam sehingga dapat bereaksi dengan

air yang terdapat dalam larutan molase menjadi H2CO3 yang dapat menurunkan

pH. S. cerevisiae dapat hidup pada pH 4-5 sehingga jika di dalam larutan molase

bersifat sangat asam maka S. cerevisiae akan mati. Reaksi:

CO2 + H2O H2CO3 (7)

H2CO3 HCO3- + H+ (8)

Kadar etanol meningkat dengan bertambahnya waktu fermentasi. Tetapi

semakin lama waktu fermentasi maka peningkatan kadar etanol tidak terlalu

signifikan (gambar 6). Orientasi waktu fermentasi hanya sampai 72 jam karena

efisiensi waktu. Sehingga dari hasil orientasi waktu fermentasi dipilih 72 jam.

Gambar. 6 Grafik waktu fermentasi vs kadar etanol

C. Distilasi

Produk hasil fermentasi mengandung etanol. Pemisahan kandungan-

kandungan lain dalam produk hasil fermentasi dilakukan dengan cara distilasi.

34

Prinsip distilasi yaitu pemisahan zat berdasarkan perbedaan titik didih masing-

masing zat. Titik didih etanol adalah 780C, sehingga distilasi dilakukan pada suhu

800C selama 4 jam. Distilat yang didapat berupa azeotrop (95% etanol - 5% air).

Menurut Fessenden dan Fesenden (1995) azeotrop adalah suatu campuran yang

mendidih pada suatu titik didih konstan, seakan-akan suatu senyawa murni. Etanol

dan air dapat membentuk azeotrop karena kedua senyawa ini mempunyai gugus

hidroksil yang menyebabkan kedua senyawa ini bisa membentuk ikatan hidrogen.

Kelemahan metode destilasi biasa adalah tidak bisa memisahkan

senyawa dengan selisih titik didih sempit.

D. Hasil Optimasi Kromatografi Gas

Parameter kromatografi gas yang digunakan dalam penelitian ini adalah

sebagai berikut:

Suhu injektor : 2200C

Suhu detektor : 2200C

Suhu kolom : 700C

Jenis detektor : FID (Flame Ionized Detector)

Jenis kolom : Cp Wax 52 CB (25 m i.d. 0,32 mm)

Fase diam : Polietilenglikol

Tekanan : 25 kpa

Kecepatan gas pembawa (N2) : -

Kecepatan gas H2 : 1,4 bar

Kecepatan udara : 2,9 bar

35

Split vent : 15,1 ml/ menit

Purge vent : 0,46 ml/ menit

Range : 1

Gambar. 7 Kromatogram etanol hasil validasi Keterangan: 1. heksan; 2. etanol; 3. butanol

Kolom yang digunakan adalah Cp Wax 52 CB yang berisi fase diam

polietilenglikol. Kolom Cp Wax 52 CB merupakan kolom polar yang dapat

digunakan untuk pemisahan etanol yang bersifat polar. Resolusi yang baik serta

waktu analisis yang cepat akan diperoleh dengan menggunakan kolom ini

Titik didih etanol adalah 78,30C dan titik didih butanol adalah 117-

1180C. Suhu injektor diatur pada 2200C agar terjadi penguapan sampel secara

langsung pada saat sampel diinjeksikan ke dalam injektor. Suhu kolom dan

detektor diatur pada 700C dan 2200C untuk menjaga eluen tetap berada dalam fase

gas. Detektor yang digunakan adalah FID karena merupakan detektor yang

mempunyai sensitifitas baik untuk senyawa hidrokarbon (10-100 pg).

1

3

2

36

E. Hasil Validasi Metode Kromatografi Gas

1. Pembuatan kurva baku etanol

Pembuatan kurva baku etanol bertujuan untuk memperoleh persamaan

regresi yang selanjutnya digunakan untuk menghitung kadar etanol hasil

fermentasi, recovery dan kesalahan acak larutan baku etanol. Hasil yang diperoleh

disajikan dalam tabel VII.

Tabel VII. Kurva baku etanol dengan standar internal butanol Replikasi I Replikasi II Replikasi III

Konsentrasi etanol teoritis

(dalam %)


(dalam %)


(dalam %)

0,2 0,257 0,2 0,297 0,2 0,247 1,4 1,41 1,4 1,415 1,4 1,327 2,6 2,59 2,6 2,491 2,6 2,437 3,8 3,762 3,8 3,4 3,8 3,242 5 5,18 5 5,156 5 5,007

Keterangan: Replikasi I: A= -0,0031; B= 1,0165; r= 0,9991 Replikasi II: A= 0,01615; B= 0,97525; r= 0,9933

Replikasi III: A= -0,0256; B= 0,9529; r= 0,9923

Berdasarkan hasil perhitungan tabel di atas, dapat dilihat bahwa nilai

koefisien korelasi (r) untuk replikasi I (0,9991), replikasi II (0,9933), dan replikasi

III (0,9923) lebih besar daripada r tabel denagn taraf kepercayaan 95% dan df

(degrees of freedom) 2 yaitu 0,950. Hal ini berarti semua persamaan kurva baku

tersebut mempunyai linearitas yang baik dan dapat digunakan untuk menetapkan

kadar etanol hasil fermentasi.

Persamaan kurva baku yang dipilih untuk perhitungan recovery,

kesalahan sistematik, kesalahan acak dan penetapan kadar adalah persamaan

kurva baku replikasi I. Persamaan kurva baku tersebut dipilih karena mempunyai

nilai r yang paling mendekati 1. Nilai r yang mendekati 1 berarti korelasi antara

37

peningkatan konsentrasi etanol dan rasio luas puncak etanol / luas puncak butanol

adalah yang paling baik dibandingkan repliksai II dan III. Persamaan kurva baku

Y= 1,0165X – 0,0031 selanjutnya digunakan untuk perhitungan kadar etanol hasil

fermentasi.

2. Hasil penentuan recovery dan kesalahan acak

Dalam penelitian ini digunakan recovery dan kesalahan acak untuk

menentukan validitas metode.

Tabel VIII. Hasil perhitungan recovery dan kesalahan acak Konsentrasi

terhitung (%v/v)

Konsentrasi terukur (%v/v)

rata-rata Recovery (%)

Rata-rata recovery

CV (%)

0,2 0,22 0,219 0,214

109,500 107,167

2,107 0,2 0,21 0,21 105,000

0,2 0,214 0,214 107,000 2,6 2,549 2,511

2,565 96,577

97,167

0,527 2,6 2,574 2,535 97,500 2,6 2,572 2,533 97,423 5 5,145 5,064

5,108 101,280

102,153

0,741 5 5,261 5,128 102,560 5 5,213 5,131 102,620

Akurasi dihitung sebagai persentase recovery. Menurut Mulja dan

Hanwar (2003) akurasi untuk bahan baku 98-102%. Berdasarkan hasil

perhitungan (tabel VII), untuk seri kadar etanol 0,2 % dan 2,6% berada di luar

rentang recovery yang baik. Recovery seri kadar etanol 5% berada dalam rentang

recovery 98-102%.

Kriteria seksama dapat diberikan jika metode memberikan simpangan

baku relatif atau koefisien variansi ≤ 2% (Harmita, 2004). Berdasarkan tabel VIII,

38

dapat disimpulkan bahwa koefisien variansi pada konsentrasi 2,6% dan 5%

memenuhi kriteria seksama karena memiliki koefisien variansi ≤ 2%.

F. Penetapan Kadar Etanol

Penetapan kadar etanol hasil fermentasi dilakukan dengan kromatografi

gas. Standar internal yang digunakan yaitu butanol karena memiliki struktur yang

hampir sama dengan etanol dan dapat memisah. Standar internal berfungsi untuk

meminimalkan kesalahan karena penginjeksian sampel dan kecepatan aliran gas

yang tidak pasti. Dari hasil percobaan, waktu retensi etanol sekitar 180-190 detik

sedangkan butanol 290-300 detik. Berdasarkan tabel IX, dapat diketahui sampel

mengandung etanol karena waktu retensi etanol antara larutan baku dan sampel

mirip.

Tabel IX. Perbandingan waktu retensi etanol dan butanol

Kolom yang digunakan merupakan kolom polar yang sesuai dengan

senyawa yang akan dipisahkan yang bersifat polar sehingga terjadi interaksi

antara fase diam dan sampel dan memberikan waktu retensi tertentu. Heksan

memiliki waktu retensi yang lebih singkat dari etanol dan butanol karena heksan

merupakan senyawa non polar sehingga tidak berikatan dengan fase diam. Waktu

retensi etanol seharusnya lebih lama daripada butanol karena etanol lebih polar

Larutan baku Sampel Etanol

(detik) Butanol (detik)

Etanol (detik)

Butanol (detik)

1 190 300 1 190 295 2 190 295 2 185 290 3 179 290 3 182 290 4 190 295 4 190 290 5 180 290 5 190 295

39

daripada butanol sehingga interaksi etanol dengan fase diam lebih lama. tetapi

etanol keluar lebih dahulu. Hal ini dikarenakan pemisahan tidak hanya

berdasarkan interaksi dengan fase diam tetapi karena adanya perbedaaan titik

didih. Titik didih etanol lebih rendah daripada butanol. Sehingga etanol akan

keluar terlebih dahulu.

HO CH2

CH2

O CHC O

3HC CH

O

HH

HH2C CH2 OH2n

H

3HC CH

O

H

H

Gambar. 8 Interaksi fase diam dan etanol

HO CH2

CH2

O CHC O

H

HH2C CH2 OH2n

H2C CH

CH

CH

O H

H H HH

H2C CH

CH

CH

O H

H H HH

Gambar. 9 Interaksi fase diam dan butanol

Keterangan: -------- ikatan hidrogen

Dari hasil perhitungan resolusi didapatkan resolusi heksan-etanol sebesar

1,72 sedangkan resolusi etanol-butanol sebesar 13,52. Resolusi merupakan

pemisahan nyata antara dua puncak berdekatan. Resolusi yang baik harus ≥ 1,5,

ini berarti pemisahan 99,7% (Sastrohamidjojo, 1985). Sehingga berdasarkan data

hasil perhitungan resolusi pemisahan heksan-etanol baik karena resolusinya ≥ 1,5.

Etanol-butanol juga memiliki resolusi ≥ 1,5 tetapi tidak efektif karena resolusinya

terlalu besar sehingga harus menunggu keluarnya butanol lebih lama.

40

Gambar 10. Kromatogram sampel etanol Keterangan: 1. heksan; 2. etanol; 3. butanol

Dari hasil perhitungan kadar etanol sampel menggunakan persamaan

kurva baku Y= 1,0165X – 0,0031 didapatkan rata-rata kadar etanol sebesar:

Tabel X. Kadar etanol rata-rata Konsentrasi Molase pH Kadar rata-rata (%)

8

4 11,53±2,180 4,5 8,78±2,392 5 12,85±6,688

16

4 35,17±4,358 4,5 14,31±3,958 5 27,41±3,002

24

4 23,37±4,578 4,5 36,71±0,597 5 24,11±6,938

Dari kadar tersebut selanjutnya digunakan untuk perhitungan

menggunakan metode faktorial desain.

3

2

1

41

G. Optimasi Proses Fermentasi

1. Pengaruh pH dan konsentrasi molase

Hasil kadar etanol dari proses fermentasi dianalisis dengan menggunakan

perhitungan desain faktorial. Factor yang dominana antara konsentrasi molase, pH

dan interaksi antara keduanya diketahui dari perhitungan desain faktorial, yaitu

efek rata-rata dari setiap faktor maupun interaksinya untuk melihat pengaruh tiap

factor dan interaksinya terhadap besar respon.

Tabel XI. Efek konsentrasi, pH dan interaksi dalam menentukan kadar etanol

Efek Kadar etanol Konsentrasi 25,5115

pH |-2,846| Interaksi |-0,2895|

Berdasarkan perhitungan efek secara desain faktorial pada kadar etanol,

efek konsentrasi molase lebih dominan dibandingkan pH dan interaksinya.

Semakin tinggi konsentrasi maka semakin besar kadar etanol yang dihasilkan.

Tetapi semakin besar konsentrasi molase akan menghambat pertumbuhan sel

Saccharomyces cerevisiae (Alico, 1982). Secara kuantitatif, besar efek konsentrasi

molase adalah 25,5115, efek pH |-2,846| dan efek interaksi konsentrasi-pH |-

0,2895| (tabel XI). Efek pH dan efek interaksi konsentrasi media-pH bernilai

negatif, hal ini berarti pH dan interaksi konsentrasi media-pH akan memperkecil

kadar etanol.

Untuk mengetahui signifikansi setiap faktor dan interaksi dalam

mempengaruhi respon digunakan Anova. Dengan Anova dapat ditentukan ada

atau tidaknya hubungan dari setiap faktor dan interaksi terhadap respon.

42

Tabel. XII Perhitungan ANOVA Df SS MS F

Between Konsentrasi 2 3044,948 1522,474 6,489

pH 2 105,623 52,812 0,225 Interaksi 4 1953,963 488.492 0,250 Within Error 45 1004,242 22,3166 Total 53 6108,884

Dari hasil perhitungan yang diperoleh dari Anova (tabel XII) untuk

respon kadar etanol memperlihatkan bahwa konsentrasi molase mempunyai harga

F hitung lebih besar dari F tabel yaitu 3,204. Hal ini berarti bahwa konsentrasi

mempengaruhi kadar etanol secara signifikan. pH dan interaksi antara pH dan

konsentrasi molase mempunyai harga F hitung lebih kecil dari pada F tabel yaitu

2,579. Oleh karena itu pH dan interaksinya tidak memberikan pengaruh yang

signifikan sehingga kadar etanol hanya dipengaruhi konsentrasi molase. pH tidak

terlalu menentukan kadar etanol karena range pH yang digunakan pH 4-5.

Peningkatan pH yang sedikit tidak berpengaruh signifikan terhadap kadar etanol.

Berdasarkan Montgomery (1997) perhitungan Anova pada tabel XII

dapat dihitung koefisien determinasi (R2) sebagai berikut:

R2 =

Koefisien determinasi (R2) didapatkan sebesar 0,9482, hal ini

menunjukkan bahwa 94,82% dari variabilitas kadar etanol produk fermentasi

disebabkan oleh faktor-faktor yang dipilih yaitu konsentrasi molase dan pH.

43

Gambar. 11 Grafik hubungan antara konsentrasi molase dan kadar etanol Peningkatan level konsentrasi akan cenderung meningkatkan kadar

etanol yang dihasilkan baik pada level rendah, tengah dan tinggi pH. Hal tersebut

dapat dilihat dari level tengah pH. Sedangkan pada level rendah dan level tinggi

pH peningkatan signifikan meningkat pada level tengah konsentrasi dan memiliki

kecenderungan turun terjadi pada level rendah dan tinggi konsentrasi molase.

Akan tetapi kecenderungan dari level rendah, tengah dan tinggi konsentrasi

molase pada setiap level pH kadar etanol yang dihasilkan akan meningkat seiring

dengan meningkatnya konsentrasi molase (gambar 11).

Gambar 12. Grafik hubungan antara pH dan kadar etanol

44

Peningkatan level pH tidak menunjukkan adanya korelasi terhadap kadar

etanol yang dihasilkan baik pada level rendah, tengah dan tingggi konsentrasi

molase. Akan tetapi berdasarkan perhitungan efek secara faktorial desain,

peningkatan pH cenderung menurunkan kadar etanol yang dihasilkan (gambar

12).

2. Penentuan daerah optimum

Gambar 13. Contour plot kadar etanol

Persamaan desain faktorial kadar etanol Y = 21,583 + 51,023 X1 – 5,692

X2 -0,579 X1X2. Dari persamaan ini dibuat contour plot seperti pada gambar 13.

Dengan contour plot kadar etanol, dapat menunjukkan area optimum

untuk memperoleh kadar etanol yang diinginkan, yaitu kadar etanol terbesar yang

dihasilkan pada konsentrasi molase 8-240Brix, pH 4-5 dan suhu 350C. Area

optimum tersebut dapat dilihat pada gambar 13 pada area yang diarsir. Dari

persamaan faktorial desain, untuk mendapatkan kadar etanol 20% ke atas paling

tidak kondisi fermentasi dikendalikan pada konsentrasi 14,872-240Brix, pH 4-5

dan pada suhu 350C.

45

BAB V

KESIMPULAN DAN SARAN

A. Kesimpulan

1. Konsentrasi berpengaruh paling dominan dalam menentukan kadar etanol.

2. Diperoleh area optimum pH dan konsentrasi molase pada contour plot yang

diprediksi sebagai pH dan konsentrasi molase optimum fermentasi yaitu pada

konsentrasi 14,872-240Brix, pH 4-5 dan pada suhu 350C.

B. Saran

Perlu dilakukan penelitian lebih lanjut mengenai fermentasi etanol pada

daerah optimum sehingga didapatkan kadar etanol yang maksimal.

46

DAFTAR PUSTAKA

Alico, D.H., 1982, Alcohol Fuels: Policies, Production and Potential, 1-19; 37-80, West view Press, Colorado.

Anonim, 1979, Farmakope Indonesia, Edisi III, 64-66, Departemen Kesehatan

Republik Indonesia, Jakarta. Anonim, 1984, PT Madubaru-Perusahaan Gula-Perusahaan Spiritus Madukismo,

Yogyakarta. Anonim, 1995, Farmakope Indonesia, edisi IV, 1012-1013, Departemen

Kesehatan Republik Indonesia, Jakarta. Anonim, 2008, Saccharomyces cerevisiae,

http://en.wikipedia.org/wiki/Saccharomyces_cerevisiae, diakses tanggal 9 Juni 2008.

Bolton, S., 1997, Pharmaceutical Statistic Practical and Clinical Application, 3rd

Ed., 308-337; 532-574, Marcel Dekker, Inc., New York. Bonelli, 1988, Dasar Kromatografi Gas, 1-2, 7, 9, ITB Press, Bandung. Christian, G., D., 2004, Analytical Chemistry, 6th ed, 464-465, 473, John Wiley &

Sons, Inc., United State of America . Crueger, W and Grueger, 1984, Biotechnology, A Textbook of Industrial

Microbiology, Science Tech, Inc. Madison. Dean, J., 1995, Analytical Chemistry Handbook, 4.1-4.63, Mc Graw-Hill, Inc.,

United State of America. Fardiaz, S., 1992, Mikrobiologi Pangan, 222, 244-246, Gramedia Pustaka Utama,

Jakarta. Fessenden, R.J. dan Fessenden, J.S., 1995, Kimia Organik, Edisi ketiga, 267,269,

diterjemahakan oleh Aloysius Hadyana Pudjatmaka, Penerbit Erlangga, Jakarta.

Gaur, K., 2006, Process Optimization for The Production of Ethanol Via

Fermentation, Departemen of Biotechnology and Enu-Science Thapar Institute of Engg & Tech, Deemed University, http://dspace.tiet.ac.in:8080/dspace/biststeam/123456789/124/1/M3640010.pdf, diakses tanggal 26 Agustus 2008

47

Harahap, H., 2003, Karya Ilmiah Produksi Etanol,

http://209.85.175.104/search?q=cache:CPrpXvZKA6YJ:library.usu.ac.id/download/ft/tkimia-hamidah.pdf+fermentasi+etanol&hl=id&ct=clnk&cd=3&gl=id, diakses tanggal 7 Juni 2008.

Harmita, 2004, Petunjuk Pelaksanaan Validasi Metode dan Cara Perhitungannya,

Majalah Ilmu Kefarmasian, Vol.I, No.3, 117-135, Universitas Indonesia, Jakarta.

Hidayat, N., 2006, Mikrobiologi Industri, 3-13, 20, 60, 180, Penerbit Andi,

Yogyakarta. Jeffers, Joe, 2000, Preparing Ethanol by Fermentation,

www.cerlabs.com/experiments/10875407404.pdf, diakses tanggal 26 Agustus 2008

Mulja, M., dan Suharman, 1995, Analisis Instrumental, 26-28, 31-34, Airlangga

University Press, Surabaya. Ongirwalu, B. M. I., 2008, Kurva Pertumbuhan Saccharomyces cerevisiae dari

PS Madukismo Yogyakarta dalam Proses Fermentasi Alkohol, Skripsi, Universitas Sanata Dharma, Yogayakarta.

Mongomery, D.C., 1997, Design and Analysis, 4th Edition, John Wiley and Sons,

New York Perry, 1999, Perry’s Chemichal Engineers’ Handbook, 198-199, McGraw-Hill

Company, USA. Pramanik, K., 2005, Kinetic Study on Ethanol Fermentation of Grape Waste using

Sacharomyces cerevisiae Yeast Isolated from Toddy, http://www.ieindia.org/publish/ch/0305/mar05ch4.pdf, diakses tanggal 10 Juli 2008

Riadi, L., 2007, Teknologi Fermentasi, 23, Graha Ilmu, Yogyakarta. Sastrohamidjojo, H., 1985, Kromatografi, 67-68, Penerbit Liberty, Yogyakarta. Shakhashiri, 2008, Ethanol, http://www.scifun.org, diakses tanggal 18 Juli 2008.

48

LAMPIRAN

Lampiran 1. Data luas puncak etanol dan butanol kurva baku

Larutan baku

Replikasi I AUC

Replikasi II AUC

Replikasi III

AUC Etanol 0,2%

0,141 0,257

0,19 0,297

0,148 0,247

Butanol 0,02 ml

0,548 0,639 0,598

Etanol 1,4%

0,671 1,41

0,719 1,415

0,71 1,327

Butanol 0,02 ml

0,476 0,508 0,535

Etanol 2,6%

1,266 2,59

1,091 2,491

1,077 2,437

Butanol 0,02 ml

0,489 0,438 0,442

Etanol 3,8%

1,516 3,762

1,581 3,4

1,258 3,242

Butanol 0,02 ml

0,403 0,465 0,388

Etanol 5%

2,197 5,18

2,14 5,156

2,253 5,007

Butanol 0,02 ml

0,424 0,415 0,45

Perhitungan regresi linear Replikasi I: A= -0,0031; B= 1,0165; r= 0,9991 Persamaan kurva baku Y = 1,0165 X -0,0031 Replikasi II: A= 0,01615; B= 0,97525; r= 0,9933 Persamaan kurva baku Y= 0,97525 X + 0,01615 Replikasi III: A= -0,0256; B= 0,9529; r= 0,9923 Persamaan kurva baku Y = 0,9529 X – 0,0256

49

Lampiran 2. Data recovery dan kesalahan acak

Konsentrasi terhitung (%v/v)

Konsentrasi terukur (%v/v)

rata-rata Recovery (%)

CV (%)

0,2 0,22 0,219 0,214

109,500 2,107 0,2 0,21 0,21 105,000

0,2 0,214 0,214 107,000 2,6 2,549 2,511

2,565 96,577

0,527 2,6 2,574 2,535 97,500 2,6 2,572 2,533 97,423 5 5,145 5,064

5,108 101,280

0,741 5 5,261 5,128 102,560 5 5,213 5,131 102,620

Contoh perhitungan recovery dan kesalahan acak

Recovery = x 100%

= 0,219 x 100% 0,200

= 109,500%

Kesalahan acak = SD x 100% Kadar rata-rata terukur

= 2,255 x 100% 107,167

= 2,107%

50

Lampiran 3. Kadar Sampel Konsentrasi molase 80Brix pH 4

Konsentrasi molase 80Brix pH 4,5

Konsentrasi molase 80Brix pH 5

Replikasi AUC etanol AUC butanol AUC etanol/AUC

butanol kadar

(%v/v) rata-rata 1 0,405 0,457 0,886 8,734

11,533

2 0,647 0,484 1,338 13,174 3 0,491 0,451 1,09 10,930 4 0,536 0,468 1,145 11,480 5 0,372 0,371 1,004 10,070 6 0,669 0,452 1,478 14,810


butanol kadar

(%v/v) rata-rata 1 0,306 0,429 0,713 7,436

12,854

2 0,640 0,434 1,476 15,066 3 0,415 0,398 1,044 10,746 4 0,512 0,383 1,338 13,686 5 0,784 0,469 1,672 27,026 6 0,481 0,374 1,286 13,166


butanol kadar

(%v/v) rata-rata 1 0,362 0,430 0,842 8,302

8,780

2 0,332 0,466 0,712 7,426 3 0,287 0,477 0,602 6,326 4 0,433 0,370 1,17 12,006 5 0,470 0,420 1,119 11,496 6 0,305 0,447 0,682 7,126

51





butanol kadar

(%v/v) rata-rata 1 1,177 0,400 2,944 29,746

35,168

2 1,335 0,370 3,608 36,385 3 1,436 0,458 3,315 31,656 4 1,572 0,399 3,940 39,706 5 1,43 0,357 4,005 40,356 6 1,161 0,354 3,280 33,106


butanol kadar

(%v/v) rata-rata 1 0,483 0,352 1,372 14,026

14,309

2 0,565 0,329 1,717 17,476 3 0,584 0,373 1,566 15,966 4 0,400 0,433 0,924 9,546 5 1,060 0,566 1,874 19,046 6 0,411 0,433 0,949 9,796


butanol kadar

(%v/v) rata-rata 1 0,777 0,286 2,718 27,486

27,413

2 1,186 0,396 2,996 30,266 3 1,292 0,437 2,958 29,886 4 1,304 0,437 2,366 23,690 5 1,005 0423 2,376 23,790 6 1,254 0,420 2,986 29,362

52





butanol kadar

(%v/v) rata-rata 1 0,829 0,396 2,093 20,960

23,368

2 1,065 0,359 2,968 29,710 3 0,895 0,464 2,134 21,370 4 0,963 0,336 2,866 28,690 5 0,812 0,411 1,951 19,540 6 0,953 0,479 1,990 19,930


butanol kadar

(%v/v) rata-rata 1 0,995 0,264 3,770 37,730

36,712

2 1,599 0,432 3,642 36,450 3 1,619 0,438 3,706 37,090 4 1,944 0,533 3,647 36,500 5 1,834 0,504 3,640 36,430 6 1,921 0,533 3,604 36,070


butanol kadar

(%v/v) rata-rata 1 1,034 0,491 2,106 21,090

24,110

2 1,001 0,485 2,064 20,670 3 0,908 0,429 2,118 21,210 4 1,120 0,498 2,250 22,530 5 1,695 0,444 3,828 38,210 6 0,853 0,408 2,092 20,950

53

Contoh perhitungan kadar etanol hasil fermentasi Persamaan kurva baku Y = 1,018 X – 0,0031

= Y

0,886 = 1,018 X – 0,0031 = 0,8734 X = 0,8734 x faktor pengenceran = 0,8734 x 10 = 8,734

54

Lampiran4. Kromatogram etanol validasi metode

Konsentrasi etanol 0,2%


55



56

Konsentrasi etanol 5%

57

Lampiran 5. Kromatogram recovery



58

Konsentrasi etanol 5%

59

Lampiran 6. Kromatogram sampel

Konsentrasi 80Brix pH 4

Konsentrasi 80Brix pH 4,5

60



61



62



63


64

Lampiran 7. Orientasi waktu fermentasi

Waktu fermentasi 36 jam


Replikasi AUC etanol

AUC butanol

AUC etanol/AUC butanol

kadar (%v/v) rata-rata

1 0,694 0,187 3,7112 36,5401

38,4953

2 0,846 0,194 4,3608 42,9306 3 0,722 0,2 3,6100 35,5445 4 0,99 0,218 4,5413 44,7063 5 0,894 0,25 3,5760 35,2100 6 0,776 0,212 3,6604 36,0403



AUC butanol



1 0,965 0,225 4,2889 42,2233

40,3676

2 0,778 0,187 3,9492 38,8815 3 0,947 0,23 4,1174 40,5362 4 0,89 0,215 4,1395 40,7536 5 0,793 0,19 4,1737 41,0900 6 0,645 0,164 3,9329 38,7211


AUC butanol



1 0,546 0,296 1,8446 18,1771

18,4346

2 0,588 0,306 1,9216 18,9346 3 0,551 0,288 1,9132 18,8569 4 0,31 0,176 1,7614 17,3586 5 0,637 0,338 1,8846 18,5706 6 0,543 0,286 1,8986 18,7083

65



AUC butanol



1 0,931 0,225 4,1378 40,7368

42,9087

2 1.023 0.239 4,2803 42,1387 3 1.013 0,216 4,6898 46,1672 4 0.85 0.189 4,4974 44,2745 5 0.943 0,212 4,4481 43,7895 6 1,004 0.245 4,0980 40,3453

66

Lampiran 8. Perhitungan Anova

4 4.5 5 ∑

8 69,198 52,682 77,126 199,006

16 210,955 85,856 164,480 461,291

24 140,200 220,270 144,660 505,130

∑ 420,353 385,808 386,266 1165,427

I =

I = (8,734)2 + (13,174)2 + (10,930)2 + (11,480) 2 + (10,070)2 + (14,810)2 + (8,302) 2

+ (7,426)2 + 6,326)2 + (12,006)2 + (11,496)2 + (7,126)2 + (7,436)2 + (15,066)2 +

(10,746)2 + (13,686)2 + (17,026)2 + (13,166)2 + (29,746)2 + (36,385)2 +

(31,656)2 + (39,706)2 + (40,356)2 + (33,106)2 + (14,026)2 + (17,476)2 +

(15,966)2 + (9,546)2 + (19,046)2 + (9,796)2 + (27,486)2 + (30,266)2 + (29,886)2

+ (23,690)2 + (23,790)2 + (29,362)2 + (20,960)2 + (29,710)2 + (21,370)2 +

(28,690)2 + (19,540)2 + (19,930)2 + (37,730)2 + (36,450)2 + (37,090) 2 +

(35,500)2 + (36,430)2 + (36,070)2 + (29,090)2 + (20,670)2 + (21,210)2 +

(22,530)2 + (38,210)2 + (20,950)2

= 31261,1076

II =

=

konsentrasi

pH

67

= 25152,224

III R=

=

= 28197,172

III C=

=

= 25257,847

IV =

=

= 30256,758

SSR = IIIR – II

= 28197,172 - 25152,224

= 3044.948

SSC = IIIC – II

= 25257,847 - 25152,224

= 105.623

SSRC = IV – IIIR - IIIC + II

= 30256,758 - 28197,172 - 25257,847 + 25152,224

68

= 1953,963

SSE = I – IV

= 31261,1076 – 30256,758

= 1004,242

SST = I – II

= 31261,1076 - 25152,224

= 6108,884

TABEL ANOVA

Df SS MS F Between

Konsentrasi 2 3044,948 1522,474 6,489 pH 2 105,623 52,812 0,225

Interaksi 4 1953,963 488.492 0,250 Within Error 45 1004,242 22,3166 Total 53 6108,884

HIPOTESIS:

H01 = konsentrasi molase 80Brix = konsentrasi 160Brix = konsentrasi 240Brix H0 2 = pH 4 =pH 4,5 = pH 5 H03 = ada interaksi antara konsentrasi molase dan pH Hi 1 = konsentrasi molase 8 0Brix ≠ konsentrasi 16 0Brix ≠ konsentrasi 240Brix Hi 2 = pH 4 ≠ pH 4,5 ≠ pH 5 Hi3 = tidak ada interaksi antara konsentrasi molase dan pH F tabel untuk pH dan konsentrasi (2, 45) dengan taraf kepercayaaan 95% adalah 3,204 F tabel untuk interaksi pH dan konsentrasi (4, 45) dengan taraf kepercayaaan 95% adalah 2,579

69

Lampiran 9. Perhitungan Contour Plot

Konsentrasi

molase pH Interaksi

Rata-rata kadar etanol (beta 0)

pH

(beta 2)

Konsentrasi molase (beta1)

Interaksi (beta 12)

1 -1 -1 1 11,533 -11,533 -11,533 11,533 2 -1 0 0 8,78 0 -8,78 0 3 -1 1 -1 12,854 12,854 -12,854 -12,854 4 0 -1 0 35,168 -35,168 0 0 5 0 0 0 14,309 0 0 0 6 0 1 0 27,413 27,413 0 0 7 1 -1 -1 23,368 -23,368 23,368 -23,368 8 1 0 0 36,712 0 36,712 0 9 1 1 1 24,11 24,11 24,11 24,11 ∑ 21,583 -5,692 51,023 -0,579

Rata-rata kadar 21,583Konsentrasi molase 51,023pH -5,692Interaksi -0,579

β0 = = 21,583

β1=

= 51,023

β2=

= -5,692 β12=

= -0,579

Pesamaaan:

70

Y = 21,583 + 51,023 X1 – 5,692 X2 – 0,579 X1X2 X1 = konsentrasi molase X2 = pH

Lampiran 10. Perhitungan efek

efek konentrasi 25,5115efek pH -2,846interaksi -0,2895

Efek konsentrasi = = 25,5115

Efek pH = = -2,846

Efek interaksi = = -0,2895

71

BIOGRAFI PENULIS

Penulis yang bernama lengkap Teresa Yuna

Swanita Prawidhana, lahir di Yogyakarta, pada

tanggal 1 November 1987 dari pasangan M.

Widjananto dan Y.C Budi Rahayu, sebagai anak

pertama dari tiga bersaudara. Pernah

mengenyam pendidikan di: TK Tat Twam Asi

(1991-1993), SD Kanisius Wirobrajan II (1993-

1999), dan SLTP Maria Immaculata (1999-2002)

Yogyakarta. Kemudian melanjutkan pendidikan

ke SMF Indonesia (2002-2005). Setelah itu menempuh studi lanjutan di Fakultas

Farmasi Universitas Sanata Dharma, Yogyakarta pada tahun 2005 dan lulus pada

tahun 2008. Selama masa kuliah penulis pernah menjadi asisten praktikum

Spektroskopi (2008).

OPTIMASI pH DAN KONSENTRASI MOLASE TERHADAP … · UNIVERSITAS SANATA DHARMA YOGYAKARTA ......

Documents

Transcript of OPTIMASI pH DAN KONSENTRASI MOLASE TERHADAP … · UNIVERSITAS SANATA DHARMA YOGYAKARTA ......