TEKNOLOGI PRODUKSI RAGI UNTUK

PEMBUATAN BIO-ETANOL

1. Dra. Sri Komarayati 2. Dr. Djarwanto, M.Si. 3. Dr. Ina Winarni, S.Hut., M.Sc.

PUSAT PENELITIAN DAN PENGEMBANGAN KETEKNIKAN KEHUTANAN DAN PENGOLAHAN HASIL HUTAN

BADAN PENELITIAN DAN PENGEMBANGAN KEHUTANAN KEMENTERIAN LINGKUNGAN HIDUP DAN KEHUTANAN

BOGOR, DESEMBER 2014

TEKNOLOGI PRODUKSI RAGI UNTUK

PEMBUATAN BIO-ETANOL

Bogor, 2014

Mengetahui Ketua Kelti,

Djeni Hendra, MSi. NIP. 19550108 198503 1 001

Ketua Tim Pelaksana,

Dra. Sri Komarayati NIP. 19550917 198903 2 001

Menyetujui Koordinator,

Ir. Totok K. Waluyo, M.Si NIP. 19600506 198703 1 004

Mengesahkan KepalaPusat,

Dr. Ir. Rufi’ie, MSc. NIP. 19601207 198703 1 005

DAFTAR ISI

HALAMAN JUDUL …………………………….…….….............…. i

LEMBAR PENGESAHAN .….…….………….………….………… ii

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

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

Abstrak ….……………………….……..…………………………… 1

BAB I. PENDAHULUAN …………………………………………. 2

A. Latar Belakang …………………..….…………………… 2

B. Tujuan dan Sasaran ………….………………………… 3

C. Luaran …. ………….…….…………………..………….. 3

D. Hasil Yang Telah Dicapai …………………………….… 4

E. Ruang Lingkup …………………………………………… 5

BAB II.TINJAUAN PUSTAKA .................................................... 6

BAB III. METODOLOGI PENELITIAN ......................................... 9

A. Lokasi Penelitian ................................................................. 9

B. Bahan dan Alat ……………………………………………… 9

C. Prosedur Kerja .................................................................... 10

D. Analisis Data ....................................................................... 13

BAB IV. HASIL DAN PEMBAHASAN .......................................... 15

BAB V. KESIMPULAN DAN SARAN …………………………….. 23

DAFTAR PUSTAKA .................................................................... 24

DAFTAR TABEL

Tabel 1. Perlakuan jenis ragi dan konsentrasi enzim …..…… 13

Tabel 2. Komponen kimia kayu dan pulp sengon …………… 16

Tabel 3. Kadar gula pereduksi ………………………………… 18

Tabel 4. Kadar etanol rataan.................................................. 20

Tabel 5. Kadar etanol tertinggi ………………………………… 21

DAFTAR GAMBAR

Gambar 1. Pulp kayu sengon…………………………………... 26

Gambar 2. Waterbath-shaker……..……………………………..26

Gambar 3. Proses pemanasan sampel + surfaktan ………..…27

Gambar 4. Proses pemanasan sampel tanpa surfaktan …..... 27

Gambar 5. Proses fermentasi ……………………………..…… 28

Gambar 6. Proses distilasi …………………………….………. 25

TEKNOLOGI PRODUKSI RAGI UNTUK PEMBUATAN BIO-ETANOL

Oleh :

Sri Komarayati, Djarwanto & Ina Winarni

Abstrak

Bioetanol merupakan salah satu biofuel yang berguna sebagai bahan bakar alternatif yang lebih ramah lingkungan dan sifatnya terbarukan. Bahan yang dapat dibuat bio-etanol antara lain bahan yang mengandung glukosa, pati dan lignoselulosa. Untuk membuat bio-etanol dari bahan berlignoselulosa harus melalui beberapa tahapan antara lain perlakuan pendahuluan, sakarifikasi, fermentasi dan distilasi. Bioetanol dapat dihasilkan dengan menggunakan bahan kimia atau mikroba seperti jamur / cendawan. Pada penelitian ini digunakan bahan ligoselulosa berupa kayu sengon, untuk proses sakarifikasi digunakan enzim selulase dan beta glukosidase yang lebih ramah lingkungan dari pada bahan kimia. Untuk proses fermentasi menggunakan ragi racikan yang merupakan campuran Aspergillus oryzae; Saccharomyces cerevisae; Rhyzopus oryzae dan sebagai pembanding digunakan ragi komersil (Sacharomyces serevisae), dengan konsentrasi ragi bervariasi antara 3 - 9%. Tujuan penelitian yaitu untuk memperoleh ragi racikan yang efektif dalam fermentasi untuk pembuatan bio-etanol dari ligno-selulosa. Hasil penelitian menunjukkan bahwa ragi racikan dengan konsentrasi 7% efektif untuk digunakan pada fermentasi lignoselulosa. Ragi racikan 7% dapat menghasilkan kadar etanol sebesar 1,569% dan ragi komersil 7% hanya menghasilkan kadar etanol sebesar 0,652%. Konsentrasi ragi racikan 7% merupakan konsentrasi optimum. Kata kunci : ragi racikan, kayu sengon, sakarifikasi, fermentasi, etanol.

BAB I

PENDAHULUAN

A. Latar Belakang

Seiring dengan meningkatnya biaya minyak bumi secara

kontinyu, ketergantungan atas minyak bumi dan juga menyebabkan

berbagai polusi, hal tersebut mendorong untuk mencari sumber-

sumber lain sebagai alternatif sumber energi. Biomass merupakan

salah satu alternatif untuk mengurangi permasalahan tersebut

sebagai sumber bahan baku dalam pembuatan etanol.

Pertimbangan utama mencakup produksi etanol dari sumber-sumber

daya yang dapat diperbaharui dan penentuan ekonomi dan

kelayakan teknis penggunaannya sebagai pencampur bensin

(Demirbas, 2005).

Saat ini bahan baku yang digunakan untuk pembuatan bio-

etanol lebih banyak memakai ubi kayu/singkong), jagung, dan tetes

tebu (Bustaman, 2008). Sedangkan tepung sagu masih jarang

digunakan. Potensi hutan alam sagu di Indonesia sangat luas,

namun belum banyak dimanfaatkan secara optimal. Untuk

kebutuhan pangan hanya memerlukan sekitar 5% dari potensi yang

ada, sehingga memberikan peluang untuk memanfaatkan sebagian

besar potensi yang tersisa sebagai salah satu bahan baku bio-

etanol. Sagu (Metroxylon spp.) berpotensi menjadi bioetanol (BBN)

karena kandungan karbohidratnya cukup tinggi 85% dibandingkan

dengan jagung (71%) dan ubi kayu (24%). Namun demikian,

produksi bio-etanol yang dihasilkan dari sagu masih dibawah kedua

bahan tersebut di atas yaitu sekitar 90 liter setiap tonnya

(Nurdyastuti, 2010). Untuk itu perlu diupayakan meningkatkan

rendemen bioetanol melalui perbaikan tahap hidrolisis dan

fermentasi serta pembuatan ragi lokal yang spesifik pada sagu

sehingga diperoleh bioetanol dengan rendemen yang lebih baik.

Namun jamur ragi untuk keperluan tersebut didapatkan di pasaran

dan masih tergantung pada produk impor. Oleh karena itu perlu

dicari upaya agar diperoleh jamur ragi lokal yang dapat dipakai untuk

menghidrolisis karbohidrat dan turunannya sehingga dapat dipakai

dalam pembuatan bio-etanol. Pada tahun 2012 – 2013 telah

dilakukan pembuatan ragi racikan, yang kemudian di uji coba pada

pembuatan bioetanol dari sagu aren, sagu kirai dan juga serbuk

gergaji kayu. Namun belum dapat menghasilkan produksi bio-etanol

yang tinggi dan memenuhi syarat. Pada tahun 2014, penelitian

dilanjutkan dengan memperbanyak dan mengisolasi ragi racikan

hasil penelitian tahun sebelumnya yang akan di uji coba pada

pembuatan bioetanol dari bahan yang mengandung lignoselulosa

yaitu kayu sengon.

B. Tujuan dan Sasaran

Penelitian ini bertujuan untuk memperoleh ragi racikan yang

efektif dalam fermentasi untuk pembuatan bio-etanol dari

lignoselulosa.

Sasarannya yaitu diperolehnya data dan informasi kinerja ragi

yang efektif untuk fermentasi lignoselulosa dalam pembuatan bio-

etanol.

C. Luaran

a. Laporan Hasil Penelitian yang berisi ragi yang dapat

digunakan dalam pembuatan bio-etanol dari lignoselulosa.

b. Contoh produk ragi racikan dan bioetanol.

c. Draft karya tulis ilmiah.

D. Hasil yang Telah Dicapai

Mulai tahun 2012 telah dilakukan koleksi ragi yang terdapat di

wilayah Jawa Barat dan Kalimantan Timur. Dari hasil koleksi tersebut

diperoleh data bahwa terdapat tiga kelompok ragi lokal yang dibuat

secara tradisional dengan menjaring ragi alam melalui rekayasa

media tumbuh yaitu ragi Jawa, ragi-Banjar dan ragi-Toraja, serta dua

jenis kayu yang secara alami dipercaya masyarakat lokal mampu

memproses nira menjadi minuman beralkohol yaitu kayu raru

(Sumatera Utara) dan kayu bayur, Pterospermum javanicum

(Sumba). Selain itu terdapat pula ragi impor dengan kandungan

utama Saccharomyces cereviceae yang biasa dipakai dalam

pembuatan roti dan beer. Mikroba yang dominan dalam ragi tersebut

dalah Saccharomyces cereviceae, akan tetapi banyak mikroba lain

yang mengkontaminasi ragi sebagai mikroorganisme ikutan antara

lain dijumpai Mucor sp., Aspergillus sp., Rhizopus sp. dan masih

banyak lagi yang belum teridentifikasi. Tiga jenis mikroba yang

disebut terakhir juga merupakan fermenter namun tidak mampu

memproduksi alkohol dari glukosa dan karbohidrat sebaik

Saccharomyces cereviceae murni impor yang pada pemakaiannya

didahului dengan enzim amylase.

Uji coba kemampuan ragi racikan untuk membuat etanol dari

sagu aren (Arenga pinnata) dan sagu kirai (Metroxylon rumphii)

belum memberikan hasil yang memuaskan. Ragi racikan hanya

menghasilkan etanol 14 - 16% saja, masih jauh di bawah

kemampuan ragi komersil yang di atas 40%.

Tahun 2013 dilakukan uji coba produksi ragi hasil penelitian

tahun sebelumnya. Sasarannya adalah mendapatkan informasi jenis

jamur dan ragi yang digunakan dalam proses hidrolisis dan

fermentasi dalam pembuatan bioetanol dari sagu. Pada sagu kirai

dengan perlakuan ragi racikan 3% diperoleh etanol sebesar 8,27%

bahan dengan kadar kemurnian 55% (area) dan pada perlakuan ragi

racikan 5% diperoleh etanol 9,3% bahan dengan kadar kemurnian

50% (area) ditambah hasil ikutan berupa asam asetat dan etil ester.

Sedangkan pada perlakuan setara menggunakan ragi dari kultur

murni diperoleh etanol dengan kadar kemurnian 84% dan 96% (area)

secara khromatografi. Gabungan jamur dan ragi racikan belum

memberikan hasil seperti yang diharapkan. Pada serbuk gergaji

belum diperoleh hasil etanol karena pada proses fermentasi tidak

ada tanda metabolisme ragi sehingga tidak keluar aroma khas

alkohol.

E. Ruang Lingkup

Lingkup penelitian ini adalah pembuatan ragi, perlakuan

pendahuluan, sakarifikasi, fermentasi, distilasi, analisa bioetanol dan

uji banding dengan SNI 7390-2008.

BAB II

TINJAUAN PUSTAKA

A. Bio-etanol

Bio-etanol merupakan salah satu biofuel yang hadir sebagai

bahan bakar alternatif yang lebih ramah lingkungan dan sifatnya

terbarukan. Merupakan bahan bakar alternatif yang diolah dari

tumbuhan yang memiliki keunggulan karena mampu menurunkan

emisi CO2 hingga 18%, dibandingkan dengan emisi bahan bakar fosil

seperti minyak tanah (Komarayati & Gusmailina, 2010). Bioetanol

dapat diproduksi dari berbagai bahan baku yang banyak terdapat di

Indonesia, sehingga sangat potensial untuk diolah dan

dikembangkan karena bahan bakunya sangat dikenal masyarakat.

Bio-etanol dapat digunakan sebagai pengganti bahan bakar

minyak (BBM) tergantung dari tingkat kemurniannya. Bioetanol

dengan kadar 95-99% dapat dipakai sebagai bahan substitusi

premium (bensin), sedangkan kadar 40% dipakai sebagai bahan

substitusi minyak tanah . Dalam kurun waktu 2007- 2010, pemerintah

mentargetkan mengganti 1,48 miliar liter bensin dengan bio-etanol

sesuai dengan Peraturan Pemerintah No. 5/2006. Diperkirakan

kebutuhan bio-etanol akan meningkat 10% pada tahun 2011-2015

dan 15% pada 2016-2025 (Nurianti, 2007).

Bio-etanol atau etilalkohol (C2H5OH) adalah cairan biokimia

yang dihasilkan melalui proses fermentasi gula dari sumber

karbohidrat dengan bantuan mikroorganisme, kemudian dilanjutkan

dengan proses distilasi. Sebagai bahan baku digunakan tanaman

yang mengandung pati, lignoselulosa dan sukrosa. Secara teoritis,

hidrolisis glukosa akan menghasilkan etanol dan karbon dioksida.

Perbandingan molekul antara glukosa dengan etanol dapat dilihat

pada diagram reaksi menurut Gay-Lussac sebagai berikut :

C6H12O6 2C2H5OH + 2CO2 + Energi

(Satu molekul glukosa menghasilkan 2 molekul etanol dan 2 molekul

karbon dioksida, atau dengan perbandingan bobot tiap 180 gram

glukosa akan menghasilkan 90 gram etanol).

B. Bahan Baku dan Teknologi Pembuatan Bioetanol

Bio-etanol generasi pertama dibuat dari bahan nabati

mengandung gula dan pati seperti ubi kayu (singkong), sagu dan

tebu harganya relatif tinggi karena bahan bakunya juga digunakan

sebagai bahan pangan dan pakan (Odling-Smee, 2007). Berkaitan

dengan bahan baku dalam pembuat bio-etanol, ada beberapa

sumber yang dapat dipergunakan antara lain nira bergula (nira tebu,

nira nipah, nira sorgum manis, nira kelapa, nira aren, nira siwalan),

bahan berpati (antara lain sagu, singkong/gaplek, ubi jalar, ganyong

dan garut), lignoselulosa (kayu, jerami, batang pisang dan bagas).

Berkaitan dengan bahan baku dalam pembuatan bioetanol, ada

beberapa sumber yang dapat dipergunakan antara lain nira bergula

(nira tebu, nira nipah, nira sorgum manis, nira kelapa, nira aren, nira

siwalan), bahan berpati (antara lain sagu, singkong/gaplek, ubi

jalar, ganyong dan garut), lignoselulosa (kayu, jerami, batang pisang

dan bagas).

Agar dapat dirombak oleh ragi, maka bahan lignoselosa

memerlukan perlakuan awal (pretreatment). Berdasarkan perlakuan

awal dapat dikelompokkan menjadi empat kelompok besar yaitu fisis,

kimia, fisiko-kimia dan biologis (Isroi, 2008). Sudah umum diketahui

bahwa ragi mampu memfermentasi karbohidrat menjadi etanol.

Namun, adanya lignin dan silika pada material lignoselulosa

mengganggu proses fermentasi tersebut. Pada generasi pertama

perlakuan awal menggunakan asam kuat atau basa kuat yang akan

menimbulkan limbah asam dan basa yang dapat mencemari

lingkungan. Oleh karena itu pada generasi dua digunakan enzim

melalui proses biologis untuk mengurangi penggunaan asam keras

dan basa kuat dengan diharapkan agar aman bagi lingkungan.

C. Enzim Pendegradasi Lignoselulosa

Untuk mendegradasi lignoselulosa diperlukan enzim. Enzim

tersebut yaitu enzim selulase yang banyak digunakan di bidang

industri seperti industri makanan, farmasi, tekstil dan sebagainya.

Akan tetapi masih harus impor, sehingga harganya mahal dan

memerlukan waktu yang lama. Enzim dapat juga diproduksi dari

kelompok bakteri, kapang maupun khamir. Mikroba yang umum

digunakan adalah Trichoderma resei, selain itu ada juga produksi

selulase dari Scopularis brevicaulis TOF 1212, Clostridium,

Cellulomonas, Pennicillium, Neurospora, Fusarium dan Aspergillus

(Chandel, et al., 2007). Mikroba tersebut mempunyai kemampuan

aktivitas selulolitik dan hemiselulolitik yang tinggi pada proses

fermentasi untuk menghasilkan gula. Sampai saat ini proses untuk

menghasilkan enzim selulase dari mikroba masih terus berlangsung

karena perlu waktu yang lama.

BAB III

METODE PENELITIAN

A. Lokasi Penelitian

Penelitian dilakukan di Laboratorium Mikologi, Laboratorium

Pengolahan Kimia dan Energi Hasil Hutan, Laboratorium Hasil Hutan

Bukan Kayu, Pusat Penelitian dan Pengembangan Keteknikan dan

Pengolahan Hasil Hutan di Bogor, Jawa Barat.

B. Bahan dan Peralatan

1. Bahan

Bahan utama yang digunakan adalah kayu sengon

(Paraserianthes falcataria) dan ragi racikan (campuran beberapa

jenis jamur) antara lain Saccharomyces cerevisae; Rhyzopus oryzae

dan Aspergillus oryzae. Sebagai pembanding digunakan ragi

komersil (Saccharomyces serevisae). Bahan kimia yang digunakan

antara lain malt extrak, alkohol, HCl, NaOH, CaCl2, PDA, aquades,

larutan DNS, asam sitrat, enzim selulase dan beta glukosidase.

Bahan penunjang antara lain panci aluminium, kain saring, karung

plastik, nampan, baskom, botol plastik, kantong plastik, kapas, kain

kasa dan spidol. Bahan gelas antara lain gelas piala, botol kaca,

erlenmeyer, pengaduk kaca, gelas ukur, cawan petri, tabung reaksi,

corong dan lain-lain.

2. Alat

Alat yang digunakan antara lain timbangan, kompor listrik,

distilator, pengaduk, blender, alkoholmeter, brixmeter, magnetic

stirrer, Gas Chromatography (GC), Spektrophotometer, destilator,

penangas air, oven dan hot plate.

C. Prosedur Kerja

1) Pembuatan ragi racikan :

Perbanyakan ragi dilakukan dari tahun sebelumnya, bahan yang

digunakan untuk membuat ragi racikan adalah Ragi

Saccharomyces cereviceae dan Jamur Rizhopus oryzae dan

Aspergillus oryzae. Sebagai bahan pengisi digunakan tepung beras,

pati, garlic (Alium sativum), cabe alas (Piper retrofractum), lada

(Piper nigrum), laos (Alpinia galanga), malt-extract, yeast extract,

bacto-agar dan air suling.

Alat yang digunakan cawan petri, jarum ose, incubator, autoklaf,

timbangan, labu godog, gelas ukur, kain kassa halus, kantong

plastik, pengaduk kaca.

Prosedur:

a. Persiapan biakan murni mikroba

Campurkan 30g agar, 30g malt - extract, 20g yeast extract

dalam 1000 mL air suling.

Sterilkan dengan autoklaf pada 121 °C, tekanan 1,5 atm.,

selama 15 menit.

Tuang ke dalam cawan petri @ 20 mL, dinginkan, kemudian

inokulasi dengan ragi menggunakan jarum ose.

Inkubasikan 7-9 hari sampai ragi Saccharomyces serevisae

tumbuh merata.

Kemudian dilakukan Inokulasi dua jamur pada dua titik

dengan jarum ose lurus, masing-masing satu spora untuk

menimbulkan efek antagonis pada S. cereviceae sehingga

lebih aktif.

Inkubasi 7 hari, kemudian perbanyak ragi yang bertahan

untuk bahan starter.

b. Peracikan bahan pengisi

Tepung beras 50g, pati 8g, tepung garlic 0,5g, cabe alas 0,5g,

lada bubuk 0,5g, laos bubuk 0,5g, sukrosa 7g, yeast extract

5g, malt-extract 8g,

c. Pencampuran ragi

Rontokkan biakan yeast starter yang cukup telah cukup umur

mengunakan racikan pengisi sebanyak 5g per cawan petri.

Kumpulkan dalam wadah khusus yang steril, segera tutup

dengan kain kassa steril sedemikian rupa, kemudian kering

anginkan dalam ruang khusus selama 2-3 malam.

d. Pengujian awal efektifitas

Buat larutan gula 10% dengan air hangat sebanyak 100 mL

Masukkan 1g ragi di aduk rata, kemudian amati terus

menerus

Ragi dinyatakan aktif jika dalam 5-15 menit timbul gelembung

udara ( CO2).

Selanjutnya ragi racikan siap digunakan pada proses

fermentasi.

Pemurnian ragi racikan menggunakan metode cawan sebar

diikuti dengan metode kuadran untuk memisahkan koloni-

koloni khamir yang terbentuk (Genhardt, 1994). Media yang

digunakan adalah Yeast-Malt (YM). Media YM terbuat dari

yeast extract dan malt extract yang banyak mengandung

nitrogen organik dan senyawa-senyawa karbon sehingga

dapat memacu pertumbuhan khamir (Pelczar, 1986).

2) Perlakuan awal terhadap bahan baku kayu (lignoselulosa) :

Kayu sengon dikuliti dan diambil kayunya. Kemudian kayunya

dicacah hingga menjadi lembaran tipis-tipis (serpih) dan

dikeringkan. Sampel kering udara, di masak (dibuat pulp)

dengan campuran alkali (NaOH 20%) pada suhu pemasakan

90° - 170° C selama 150 menit. Pulp dicuci dengan NaOH 1%

dan air kemudian disaring, dibiarkan sampai kering udara

hingga dihasilkan pulp kering udara sebagai bahan baku

(substrat) yang siap dilanjutkan ke tahap sakarifikasi dan

fermentasi. Pulp dilarutkan ke dalam air sebanyak 15% (w/v).

3) Sakarifikasi menggunakan campuran enzim selulase dan β-

glukosidase (5 : 1), konsentrasi enzim 10 fpu, kemudian

diinkubasikan selama 48 jam hingga dihasilkan glukosa.

Sebelum proses sakarifikasi dilakukan penimbangan 0,15 gr

enzim selulase dan 0,005 gr beta glukosidase, selanjutnya

dilarutkan dalam 100 ml larutan buffer (asam sitrat), diaduk

selama 15 menit. Kemudian ditimbang sampel/pulp sengon

seberat 15 gr dimasukkan ke dalam erlemeyer yang berisi

larutan buffer dan surfaktan. Setelah semua bahan tercampur,

erlemeyer dimasukkan ke dalam waterbath shaker yang ber

goyang pada suhu 50o C selama 48 jam. Setelah selesai

sakarifikasi, kemudian dilanjutkan proses fermentasi. Sebelum

dan sesudah fermentasi dilakukan analisa gula pereduksi.

4) Analisa kadar gula pereduksi : Pengukuran gula pereduksi

dilakukan dengan metode DNS (Miller, 1959). Pereaksi DNS

dibuat dengan melarutkan 10,6 gram asam 3.5 dinitrosalisilat

dan 19,7 gram NaOH ke dalam 1.416 ml air. Setelah itu

ditambahkan 306 gram Na-K-Tartrat dan 7,6 gram fenol yang

dicairkan pada suhu 50° C dan 8.3 metabisulfit. Kemudian

diaduk rata, ambil 3 ml larutan dan dititrasi dengan HCl 0.1 N

ditambahkan dengan indikator fenolphtalein . Banyaknya titran

berkisar 5-6 ml, jika kurang dari itu harus ditambah 2 gram

NaOH untuk setiap ml kekurangan HCl 0,1 N.

5) Penetapan gula pereduksi : 1 ml sampel dimasukkan ke dalam

tabung reaksi, ditambah 3 ml pereaksi DNS. Larutan tersebut

dibiarkan dalam air mendidih selama 5 menit, biarkan sampai

dingin pada suhu ruang, selanjutnya dilakukan pengukuran

absorbansi panjang gelombang 550 nm dengan menggunakan

Spektrophotometer.

6) Setelah sampel di sakarifikasi, kemudian ditambah NPK 1%

dan Urea 3%, yang fungsinya sebagai nutrisi bagi mikroba.

Selanjutnya ditambah ragi racikan yang terdiri dari campuran

Aspergillus oryzae, Rhyzopus oryzae dan Saccharomyces

serevisae, sebagai pembanding digunakan ragi komersiil yaitu

Saccharomyces serevisae dengan konsentrasi ragi racikan dan

ragi komersil sebanyak 3, 5, 7 dan 9% (w/w) setiap perlakuan.

Identifikasi awal terjadinya proses fermentasi yaitu ditandai

dengan terbentuknya gelembung udara akibat terlepasnya CO2

dari dalam bahan yang difermentasikan oleh aktivitas ragi.

Proses fermentasi dilakukan selama 48 – 72 jam, pada suhu

28 - 300 C.

7) Selanjutnya hasil fermentasi didistilasi menggunakan

destilator dan hot plate untuk memisahkan produk etanol dari

komponen lainnya. Prinsip proses distilasi yaitu penguapan

etanol pada suhu di bawah titik didih air (100o C), sedangkan

titik didih etanol adalah 78,3o C. Analisa kandungan etanol

menggunakan GC (Gas Chromatography). Kadar etanol yang

dihasilkan dibandingkan dengan SNI 7390-2008.

D. Analisa Data

Penelitian dilakukan dengan metode Rancangan Acak

Lengkap desain faktorial 1 x 2 x 4 yaitu konsentrasi enzim, jenis ragi

( racikan dan komersil), konsentrasi ragi 3, 5, 7 dan 9% dengan dua

kali ulangan.

Tabel 1. Perlakuan jenis ragi, jenis dan konsentrasi enzim

Enzim*)

(fpu)

Jenis ragi Konsentrasi

%

Ulangan

1 2

10 Racikan**) 3

5

7

9

10 Komersil***) 3

5

7

9

Keterangan :

*) Enzim = campuran selulase dan Beta glukosidase (5 :1)

**) Ragi Racikan = Campuran Aspergillus oryzae, Rhyzopus

oryzae, Zymomonas oryzae dan Saccharomyces sp.

***) Ragi Komersil = Saccharomyces serevisae

Apabila pengaruh faktor secara tunggal atau interaksi nyata

terhadap produksi bioetanol, penelaahan dilanjutkan dengan Uji

Tukey atau Beda Jarak Nyata Jujur.

BAB IV

HASIL DAN PEMBAHASAN

A. Bahan Baku/Kayu Sengon

Bahan yang digunakan pada penelitian ini adalah kayu

sengon yang merupakan bahan dengan komponen utama

lignoselulosa yang terdiri atas selulosa, hemiselulosa dan lignin.

Selulosa merupakan bagian terbesar dari kayu berkisar 40-55%,

merupakan bahan kimia organik dengan berat molekul yang tinggi

dan merupakan homopolimer rantai panjang dengan monomer

glukosa yang salin berikatan dengan ikatan beta 1,4 glukosida.

Selulosa berfungsi melindungi sel dari pengaruh lingkungan dan

makhluk lain.

Hemiselulosa merupakan heteropolimer bercabang dari glukosa,

xylosa, galaktosa dan arabinosa. Lignin merupakan fraksi non

karbohidrat yang bersifat kompleks dan sulit dikarakterisasi. Lignin

melindungi selulosa sehingga tahan terhadap hidrolisa (Sokanandi,

2013).

Pengolahan kayu menjadi bioetanol memerlukan tahapan

yang panjang, karena selulosa mempunyai rantai karbon dan ukuran

molekul selulosa lebih besar dari glukosa dalam tebu atau pati dalam

singkong (Berita Kampus, 2011). Proses konversi biomassa

lignoselulosa menjadi etanol pada dasarnya terdiri dari tiga tahap,

yaitu perlakuan pendahuluan, sakarifikasi atau hidrolisis selulosa

menjadi gula-gula sederhana dan fermentasi gula tersebut menjadi

etanol. Penelitian pendahuluan tujuannya untuk mengurangi lignin,

mengurangi kristalinitas selulosa dan meningkatkan porositas bahan.

Dengan adanya degradasi lignin, maka akan mengakibatkan struktur

biomassa menjadi lebih lunak (Hermiati et al, 2014).

Tabel 2. Komponen kimia kayu dan pulp sengon

No. Jenis Bahan Kandungan

Lignin (%) Selulosa (%)

1. Kayu Sengon 26,32 47,16

2. Pulp Sengon 6,16 91,74

Pada Tabel 2, dapat diketahui kadar lignin, selulosa dari kayu

sengon dan setelah dibuat pulp . Kadar lignin kayu sengon 26,32%,

setelah dibuat pulp kadar lignin turun menjadi 6,16% atau terjadi

penurunan sekitar 76,59%. Hal ini sangat baik karena keberadaan

lignin sangat menghambat proses degradasi selulosa dan

hemiselulosa menjadi glukosa. Diharapkan dengan terjadinya

penurunan kadar lignin, proses sakarifikasi dan fermentasi dapat

berjalan sempurna sehingga dapat menghasilkan kadar etanol tinggi.

Degradasi lignin dalam produksi bioetanol sangat berperan penting,

karena lignin menghambat proses hidrolisis selulosa (Risanto, et al,

2012).

B. Proses Pembuatan dan Produksi Etanol

Pada proses pembuatan bioetanol harus melalui beberapa

tahapan antara lain : perlakuan pendahuluan, sakarifikasi atau

hidrolisis selulosa menjadi gula-gula sederhana dan fermentasi gula

tersebut menjadi etanol. Perlakuan pendahuluan dengan cara

memasak kayu sengon menjadi pulp dengan bahan kimia NaOH

20%. Selanjutnya dilakukan metode sakarifikasi - fermentasi secara

simultan. Sakarifikasi menggunakan enzim lebih disukai karena lebih

ramah lingkungan, dapat dilakukan pada suhu ruang dan tekanan

rendah. Akan tetapi ada kelemahannya yaitu rendahnya laju

hidrolisis akibat rendahnya aksesibilitas selulosa oleh selulase

(Irawati et al, 2013). Pada penelitian ini digunakan enzim selulase

dan beta glukosidase (5:1) dengan konsentrasi 10fpu untuk masing-

masing perlakuan. Fungsi enzim pada sakarifikasi yaitu untuk

menghasilkan gula pereduksi yang merupakan golongan gula yang

dapat mereduksi senyawa-senyawa penerima elektron, contoh :

glukosa dan fruktosa .

Setelah proses sakarifikasi dan menghasilkan glukosa maka

proses dilanjutkan dengan fermentasi menggunakan alat, fermentor,

dengan masing-masing ragi sesuai perlakuan. Identifikasi awal

terjadinya proses fermentasi yaitu ditandai dengan terbentuknya

gelembung udara akibat terlepasnya CO2 dari dalam bahan yang

difermentasikan oleh aktivitas ragi. Proses fermentasi membutuhkan

waktu selama 48 – 72 jam. Fermentasi pada bahan padat berupa

pulp tidak terjadi gelembung udara secara konsisten tetapi timbul

setelah satu malam dijumpai adanya buih pada bagian tepi yang

berhubungan dengan dinding tabung fermentasi, dan secara lambat

menghilang setelah 72 jam, pada akhir fermentasi sudah tidak

dijumpai gelembung udara lagi. Kemudian setelah selesai proses

fermentasi, dilakukan proses distilasi untuk memproduksi etanol

(Tabel 4).

Tabel 3. Kadar gula pereduksi

Sampel Perlakuan

Gula pereduksi, g/l

I II

Ragi racikan

3% a 8,23 8,05

b 21,16 5,48

5% a 11,14 3,70

b 16,52 3,43

7% a 10,11 1,17

b 16,19 1,43

9% a 13,37 1,51

b 17,53 1,66

Ragi komersil

3% a 14,75 9,93

b 14,76 6,33

5% a 17,30 4,52

b 18,68 5,26

7% a 16,50 2,74

b 17,34 1,82

9% a 14,05 8,04

b 16,85 8,64

Keterangan :

- Jenis ragi ada dua : ragi racikan (no. 1-4) dan ragi komersil

(no. 5-8)

- Konsentrasi ragi ada empat : 3%, 5%, 7%, 9%.

- Sampel : a (tanpa surfaktan) dan b (Tambah surfaktan).

- I = Sebelum fermentasi - II = Setelah fermentasi - Rata-rata dari dua ulangan

Dari Tabel 3, dapat diketahui rata-rata kadar gula pereduksi

semua sampel. Selanjutnya semua data dianalisa dengan program

SAS dan dari analisis keragaman menunjukkan bahwa pengaruh

jenis ragi, kosentrasi ragi, jenis sampel (tanpa surfaktan/ditambah

surfaktan)berpengaruh nyata pada kadar gula pereduksi.Dilanjutkan

dengan uji beda nyata, ternyata gula pereduksi dari ragi racikan lebih

kecil daripada ragi komersil. Untuk variasi konsentrasi ragi baik

racikan maupun komersil, setelah uji beda nyata menunjukkan

bahwa peningkatan ragi dari 3-7%, menyebabkan peningkatan kadar

gula pereduksi. Akan tetapi peningkatan konsentrasi ragi dari 7-9%,

kadar pula pereduksi menurun, berarti konsentrasi optimum

konsentrasi ragi adalah 7%. Peranan surfaktan terhadap gula

pereduksi, ternyata kadar gula pereduksi pada sampel tanpa

surfaktan lebih kecil daripada sampel yang diberi surfaktan. Pada

Tabel 3 dapat dilihat bahwa kadar gula pereduksi sebelum

fermentasi lebih tinggi daripada setelah fermentasi, ini disebabkan

pada proses fermentasi gula dirubah menjadi alkohol.

Tabel 4. Kadar etanol

Keterangan :

- Jenis ragi ada dua : ragi racikan (no. 1-4) dan ragi komersil

(no. 5-8)

- Konsentrasi ragi ada empat : 3%, 5%, 7%, 9%.

- Sampel : a (tanpa surfaktan) dan b (Tambah surfaktan).

Ulangan 2 kali.

Sampel Perlakuan

Kadar Etanol, %

Rata-rata, % I II

Ragi racikan

3% a 0,098 0,184 0,141

b 0,406 0,239 0,322

5% a 0,172 0,126 0,149

b 0,360 0,769 0,631

7% a 0.015 1,247 0,631

b 0,493 2,646 1,569

9% a 0,015 0,267 0,141

b 0,493 0,983 0,738

Ragi komersil

3% a 0,035 0,025 0,030

b 1,061 0,031 0,546

5% a 0,304 0,229 0,266

b 0,867 0,259 0,563

7% a 1,030 0,068 0,549

b 1,214 0,091 0,652

9% a 0,180 0,121 0,150

b 0,310 0,228 0,269

Dari Tabel 4, dapat diketahui pengaruh perlakuan , jenis ragi

dan konsentrasi ragi terhadap bioetanol yang dihasilkan. Setelah

dilakukan analisis data dengan program SAS, dari analisis

keragaman menunjukkan bahwa pengaruh jenis ragi , sampel dan

konsentrasi ragi berpengaruh nyata terhadap produksi bioetanol.

Jenis ragi racikan memberikan produksi bioetanol lebih tinggi

daripada ragi komersil (Sacharomyces cerevisae). Konsentrasi ragi

racikan maupun ragi komersil dapat meningkatkan produksi

bioetanol mulai dari konsentrasi 3-7%, akan tetapi setelah

konsentrasi 7% terjadi penurunan produksi. Perlakuan pemberian

surfaktan pada sampel ternyata dapat mempengaruhi produksi

bioetanol. Hal ini disebabkan fungsi dari surfaktan (1) sebagai

enzyme stabilizers dan menjaga denaturisasi; (2) surfaktan dapat

mempengaruhi struktur substrat yang digunakan dalam proses

sakarifikasi; (3) surfaktan dapat mempengaruhi interaksi enzim dan

substrat, khususnya menjaga terjadinya penyerapan enzim pada

lignin dan substrat (Ballesteros et al., 1998; Alkasrawi et al., 2003).

Tabel 5. Kadar etanol tertinggi

No Jenis sample Jenis Ragi Konsentrasi

(%) Etanol (%)

1. B Racikan 7 1,569

2. B Racikan 9 0,738

3. B Komersil 7 0,652

4. A Racikan 7 0,631

Keterangan: A : Sampel tanpa surfaktan ; B : Sampel + surfaktan

Produksi bioetanol yang dihasilkan oleh ragi racikan 7%

maupun ragi komersil 7% masih termasuk rendah. Banyak faktor

yang mempengaruhi proses produksi bioetanol dari lignoselulosa,

antara lain : suhu, pH, sumber karbon, sumber nitrogen dan waktu

inkubasi ragi (Anindyawati, 2009). Bila dibandingkan dengan hasil

penelitian Noviani et al (2014), yang menggunakan ragi komersil

Saccharomyces sereviase pada serbuk gergaji kayu sengon laut,

ternyata dengan waktu fermentasi 9 hari dapat menghasilkan etanol

sebesar 2,99%. Berarti pada penelitian ini waktu fermentasi terlalu

singkat, sehingga mikroba belum bekerja secara maksimal untuk

merubah gula menjadi etanol. Selain itu pada penelitian ini diketahui

pH pada proses fermentasi sekitar 8-10, yang berarti basa sehingga

proses fermentasi terhambat, etanol yang dihasilkan sedikit.

BAB V

KESIMPULAN DAN SARAN

A. Kesimpulan

1. Ragi racikan yang efektif dalam fermentasi untuk pembuatan

bioetanol dari lignoselulosa adalah ragi racikan 7%

menghasilkan kadar etanol sebesar 1,569%.

2. Komposisi ragi racikan terdiri dari Aspergillus oryzae,

Rhyzopus oryzae, Sacharomyces serevisae, tepung beras

50g, pati 8g, tepung garlic 0,5g, cabe alas 0,5g, lada bubuk

0,5g, laos bubuk 0,5g, sukrosa 7g, yeast extract 5g, malt-

extract 8g.

B. Saran

Dalam pembuatan ragi racikan harus disesuaikan dengan

kebutuhan, karena ragi racikan ini mempunyai batas waktu

pemakaian yang berpengaruh terhadap kinerja ragi. Selain itu

peralatan yang digunakan harus steril untuk menghindari terjadinya

kontaminasi.

DAFTAR PUSTAKA

Alkasrawi, M., eriksson, T., Borjesson, J., Wingen, A., Galbe, M.,

Tjerneld, F., and Zacchi, G. 2003. The effect of Tween-20

on simoultaneous saccharification and fermentation of

softwood to ethanol. Enzyme amd Microb. Technpl. 33(1),

71-78.

Anindyawati, T. 2009. Prospek enzim dan limbah lignoselulosa untuk produksi bioetanol. Berita Selulosa, vol. 44, no. 1, Juni 2009 : 49-56.

Ballesteros, I., Oliva, J.M., Carrasco,J., Cabanas, A., Navarro, A.A.,

and Ballesteros, M. 1998. Effect of surfactants and zeolites

on simultaneous saccharification and fermentation of steam-

exploaded poplar biomass to ethanol. Appl. Biochem.

Biotechnol. 70, 369-381.

Berita Kampus. 2011. Kayu sebagai sumber bioetanol. Himpunan alumni Fakultas Kehutanan IPB. Bogor.

Bustaman, S, 2008. Strategi Pengembangan Bio-etanol Berbasis

Sagu di Maluku, Perspektif Vol, 7 No, 2 / Desember 2008, Hlm 65 – 79, ISSN: 1412-8004.

Brown, R. C. 2003. Biorenewable Resources. Iowa State Press.

Blackwell Publishing Corp. ISBN: 978-0-8138-2263-1. 286 pages.

Chandel, A. K., E. S. Chan., R. Rudravaram, M. L. Narasu, L. V.

Rao, and P. Ravindra. 2007. Economics and environmental impact of bioethanol production technologies : An Appraisal. Biotechnology and Molecular Biology Review Vol. 2(1) : 14-32.

Chemiawan, T, 2007. Krisis energi dan globalisasi,

http://mahasiswanegarawan,wordpress, Diakses 9 Pebruari 2010.

Dermibas, A,, 2005. Bioethanol from Cellulosic Materials: A

Renewable Motor Fuel from Biomass, Energy Sources, 27:227-237.

Gomez, L.D., Steel-King, C.G., and McQueen-Mason, J. 2008.

Sustainable liquid biofuels from biomass: the writing’s on the wall. New Phytologist (2008) 178: 473-485.

Hermiati. E; L. Risanto; S.H. Anita; Y. Aristiawan; Y. Sudiyani; A. Hanafi dan H. Abimanyu. 2014. Sakarifikasi serat tandan kosong dan pelepah kelapa sawit setelah pretreatment menggunakan kultur campuran jamur pelapuk putih. Jurnal Penelitian Hasil Hutan. 32(2): 111-122. Bogor.

Irawati, D., J. PG.Sutapa., A.B. Firmansyah., P.A. Mardika., F.W.

Nugroho., S.N. Marsoem. 2013. Produksi etanol dari serbuk gergaji kayu dengan perlakuan kalsium hidroksida menggunakan metode SSF. Jurnal Ilmu dan Teknologi Kayu Tropis. 11(1), Januari 2013.

Isroi. 2008. State of the art of cellulosic ethanol.

http://isroi.com/2008/01/30/state-of-the-art-of-cellulosic-ethanol/ Diakses 10 Mei 2013.

Komarayati, S. dan Gusmailina. 2010. Prospek Bio-etanol Sebagai

Pengganti Minyak Tanah. Buletin Hasil Hutan, 16(2). Oktober 2010.

Noviani. H., Supartono dan K. Siadi. 2014. Pengolahan limbah

serbuk gergaji kayu sengon laut menjadi bioetanol menggunakan Saccharomyces cerevisae. Indonesian Journal of Chemical Science. 3(2), 2014.

Nurdyastuti, I, 2010. Teknologi Proses Produksi Bio-Ethanol,

Prospek Pengembangan Bio-fuel sebagai Substitusi Bahan Bakar Minyak, Diakses 9 Pebruari 2010.

Nurianti,Y, 2007. Pasok Langsung ke Pertamina? http://www,trubus-

online,com, Diakses 9 Pebruari 2010. Odling-Smee, L. 2007. Biofuel bandwagon hits a rut. Nature 446:483. Risanto, D.S. Adi. , L., E. Hermiati 2012. Perlakuan gelombang

mikro dua jenis kayu cepat tumbuh untuk produksi bioetanol.Jurnal Ilmu dan Teknologi Kayu Tropis. 10(1), Januari 2012.

Sokanandi, A. 2013.Bioetanol generasi kedua. FORPRO. Majalah

Ilmiah Populer Bidang Keteknikan Kehutanan dan Pengolahan Hasil Hutan.

Lampiran 1.

Gambar 1. Pulp kayu sengon

Gambar 2. Waterbath-Shaker (Proses sakarifikasi)

Gambar 3. Proses pemanasan sampel + surfaktan di atas hot plate

Gambar 4. Proses pemanasan kontrol (sampel tanpa surfaktan)

Gambar 5. Proses fermentasi

Gambar 6. Proses distilasi