BAB II
TINJAUAN PUSTAKA
II.1 Dasar Teori
Ethanol
Ethanol atau etil alkohol (lebih dikenal sebagai “alkohol”, dengan rumus kimia C2H5OH)
adalah cairan tak berwarna dengan karakteristik antara lain mudah terbakar, larut dalam
air,biodegradable, tidak karsinogenik, dan jika terjadi pencemaran tidak memberikan
dampak lingkungan yang signifikan. Produksi bioethanol dengan bahan baku tanaman yang
mengandung pati atau karbohidrat, dilakukan melalui proses konversi karbohidrat menjadi
gula (glukosa). Sumber bioetanol dapat berupa singkong, ubi jalar, tebu, jagung, sorgum biji,
sorgum manis, sagu, aren, nipah, lontar, kelapa dan padi.
Bioethanol diproduksi dari biomassa dengan proses hidrolisis dan fermentasi gula.
Biomassa mengandung polimer karbohidrat berupa cellulose, hemicellulose, dan lignin.
Biomassa diolah menggunakan asam dan enzim sehingga menghasilkan gula. Cellulose dan
hemi-cellulose terhidrolisa menjadi sukrosa, kemudian difermentasi menjadi ethanol.
Fermentasi gula menjadi ethanol dilakukan dengan menambah ragi (yeast). Ragi
mengandung enzim invertase, yang bertindak sebagai katalis untuk mengubah sukrosa
menjadi glukosa dan fruktosa (C6H12O6). Fruktosa dan glukosa kemudian bereaksi dengan
enzim zymase yang mengubah fruktosa dan glukosa menjadi ethanol dan karbondioksida.
Proses fermentasi berlangsung selama 3 hari dan berlangsung pada temperature 250-300 oC.
Ethanol yang dihasilkan dari proses fermentasi kemudian dipisahkan dari air menggunakan
proses distilasi.
Glukosa dapat dibuat dari pati-patian, proses pembuatannya dapat dibedakan
berdasarkan zat pembantu yang dipergunakan, yaitu hidrolisa asam dan hidrolisa enzym.
Berdasarkan kedua jenis hidrolisa tersebut.Dalam proses konversi karbohidrat menjadi gula
(glukosa) dilakukan dengan penambahan air dan enzyme, kemudian dilakukan proses
peragian atau fermentasi gula menjadi ethanol dengan menambahkan yeast atau ragi.
Reaksi yang terjadi pada proses produksi ethanol/bioethanol secara sederhana ditujukkan
pada reaksi berikut ini :
(C6H10O5)n + H2O nC6H12O6
(pati) (glukosa)
I-1
Bioetanol
LABORATORIUM TEKNOLOGI BIOFUEL, ATSIRI, NABATIPROGRAM STUDI D3 TEKNIK KIMIAFTI - ITS
C6H12O6 2 C2H5OH + 2 CO2
(glukosa) (ethanol)
(Indyah N, 2005)
Substrat yang dapat difermentasikan menjadi alkohol :
1. Bahan bergula (sugary materials)
Material yang di dalamnya terdapat karbohidrat (bahan yang sebenarnya dari mana
alkohol dibuat) dalam bentuk sederhana, enam dan dua belas molekul gula karbon
seperti glukosa, fruktosa, dan maltosa yang dapat langsung difermentasikan.tebu
dan sisa produknya (molase, bagase), gula bit, tapioca, kentang manis, sorghum
manis, dll. Molasses tebu digunakan besar-besarandi beberapa negara untuk
memproduksi alkohol.
2. Bahan-bahan berpati (starchy materials)
Mengandung karbohidrat yang lebih kompleks seperti pati dan inulin. Seperti
tapioka,maizena, barley, gandum, padi, dan kentang. Jagung dan ubi kayu adalah dua
kelompok substrat yang menarik perhatian, 11.7 kg tepung jagung dapat dikonversi
menjadi 7 liter ethanol.
3. Bahan-bahan lignoselulosa (lignosellulosic material) : sumber selulosa dan
lignoselulosa berasal dari limbah pertanian dan kayu. Akan tetapi, hasil ethanol dari
lignoselulosa sedikit karena kekurangan teknologi untuk mengkonversi pentosa
menjadi ethanol. 409 liter ethanol dapat diproduksi dari 1 ton lignoselulosa. Secara
singkat teknologi proses produksi ethanol tersebut dapat dibagi dalam tiga tahap,
yaitu gelatinasi, sakharifikasi, dan fermentasi.
(Luthfia H.A,Indriyas Dwi C, 2008)Sifat Fisik dan Kimia Etanol
Tabel II.1 Sifat Fisik dan Kimia Etanol
Properti Nilai
Berat Molekul 46,1
Titik beku (oC) -114,1
Titik didih normal (ºC) 78,32
Densitas (g/ml) 0,7983
Viskositas pada 20ºC (Cp) 1,17
II-2
Bioetanol
LABORATORIUM TEKNOLOGI BIOFUEL, ATSIRI, NABATIPROGRAM STUDI D3 TEKNIK KIMIAFTI - ITS
Properti Nilai
Panas penguapan normal (J/kg) 839,31
Panas pembakaran pada 25ºC (J/kg) 29676,6
Panas jenis pada 25ºC (J/kg) 2,42
Nilai oktan (penelitian)* 106-111
Sumber : Kirk-Orthmer, Enyclopedia of Chemical Technolgy, vol 9, 1967)*
American Petroleum Institute
(http://zuuhandri.blogspot.com/2012/03/pengaruh-massa-ragi-dan-lama-fermentasi.html)
Sifat fisik
Bioetanol adalah etanol (C2H5OH) yang dibuat dari biomassa yang mengandung komponen
pati atau selulosa, seperti singkong, talas dan tetes tebu. Etanol bentuknya berupa cairan
yang tidak berwarna dan mempunyai bau yang khas. Berat jenis pada 150C adalah 0,7937
dan titik didihnya 78,320C pada tekanan 76 mmHg. Sifatnya yang lain adalah larut dalam air
dan eter, serta mempunyai panas pembakaran 328 kkal.
Sifat kimia
- Dapat mengalami reaksi asam-basa
Gugus hidroksil etanol membuat molekul ini sedikit basa. Ia hampir netral dalam air,
dengan pH 100% etanol adalah 7,33, berbanding dengan pH air murni yang sebesar 7,00.
Etanol dapat diubah menjadi konjugat basanya, ion etoksida (CH3CH2O−), dengan
mereaksikannya dengan logam alkali seperti natrium:
2CH3CH2OH + 2Na → 2CH3CH2ONa + H2
ataupun dengan basa kuat seperti natrium hidrida:
CH3CH2OH + NaH → CH3CH2ONa + H2
Reaksi seperti ini tidak dapat dilakukan dalam larutan akuatik, karena air lebih asam
daripada etanol, sehingga pembentukan hidroksida lebih difavoritkan daripada
pembentuk etoksida.
- Dapat mengalami reaksi Esterifikasi
Pada kondisi di bawah katalis asam, etanol bereaksi dengan asam karboksilat dan
menghasilkan senyawa etil eter dan air:
RCOOH + HOCH2CH3 → RCOOCH2CH3 + H2O.
II-3
Bioetanol
LABORATORIUM TEKNOLOGI BIOFUEL, ATSIRI, NABATIPROGRAM STUDI D3 TEKNIK KIMIAFTI - ITS
Agar reaksi ini menghasilkan rendemen yang cukup tinggi, air perlu dipisahkan dari
campuran reaksi seketika ia terbentuk. Etanol juga dapat membentuk senyawa ester
dengan asam anorganik. Dietil sulfat dan trietil fosfat dihasilkan dengan mereaksikan
etanol dengan asam sulfat dan asam fosfat. Senyawa yang dihasilkan oleh reaksi ini
sangat berguna sebagai agen etilasi dalam sintesis organik. Ethanol dapat bereaksi
dengan asam anhidrida atau asam halid untuk menghasilkan ester.
C2H5OH + (RCO)2 RCOOCH2CH3 + RCOOH
- Dapat mengalami reaksi Dehidrasi
Asam kuat yang sangat higroskopis seperti asam sulfat akan menyebabkan dehidrasi
etanol dan menghasilkan etilena maupun dietil eter:
2 CH3CH2OH → CH3CH2OCH2CH3 + H2O (pada 120'C)
CH3CH2OH → H2C=CH2 + H2O (pada 180'C)
Ethanol dapat didehidrasi untuk membentuk ethylene atau ethyl ester.
CH3CH2OH CH2 = CH2 + H2O
2 CH3CH2OH CH3CH2OCH2CH3 + H2O
- Dapat mengalami reaksi halogenasi
Etanol bereaksi dengan hidrogen halida dan menghasilkan etil halida seperti etil klorida
dan etil bromida:
CH3CH2OH + HCl → CH3CCl + H2O
Reaksi dengan HCl memerlukan katalis seperti seng klorida.Hidrogen klorida dengan
keberadaan seng klorida dikenal sebagai reagen Lucas.
CH3CH2OH + HBr → CH3CH2Br + H2O
Reaksi dengan HBr memerlukan proses refluks dengan katalis asam sulfat. Etil halida juga
dapat dihasilkan dengan mereaksikan alkohol dengan agen halogenasi yang khusus,
seperti tionil klorida untuk pembuatan etil klorida, ataupun fosforus tribromida untuk
pembuatan etil bromida.
CH3CH2OH + SOCl2 → CH3CH2Cl + SO2 + HCl
(http://id.wikipedia.org/wiki/Etanol#Sifat-sifat_fisika)
Kegunaan Bioetanol
a. Minuman
"Alkohol" yang terdapat dalam minuman beralkohol adalah etanol. Spirit (minuman
II-4
Bioetanol
LABORATORIUM TEKNOLOGI BIOFUEL, ATSIRI, NABATIPROGRAM STUDI D3 TEKNIK KIMIAFTI - ITS
keras) bermetil yang diproduksi dalam skala industry. Etanol biasanya dijual sebagai
spirit (minuman keras) bermetil yang diproduksi dalam skala industri yang
sebenarnya merupakan sebuah etanol yang telah ditambahkan sedikit metanol dan
kemungkinan beberapa zat warna. Metanol beracun, sehingga spirit bermetil dalam
skala industri tidak cocok untuk diminum. Penjualan dalam bentuk spirit dapat
menghindari pajak tinggi yang dikenakan untuk minuman beralkohol (khususnya di
Inggris).
b. Sebagai bahan bakar
Etanol dapat dibakar untuk menghasilkan karbon dioksida dan air serta bisa
digunakan sebagai bahan bakar baik sendiri maupun dicampur dengan petrol
(bensin). "Gasohol" adalah sebuah petrol / campuran etanol yang mengandung
sekitar 10 – 20% etanol. Karena etanol bisa dihasilkan melalui fermentasi, maka
alkohol bisa menjadi sebuah cara yang bermanfaat bagi negara-negara yang tidak
memiliki industri minyak untuk mengurangi import petrol mereka.
c. Sebagai pelarut
Etanol banyak digunakan sebagai sebuah pelarut. Etanol relatif aman, dan bisa
digunakan untuk melarutkan berbagai senyawa organik yang tidak dapat larut dalam
air. Sebagai contoh, etanol digunakan pada berbagai parfum dan kosmetik.
(http://www.chem-is-try.org/materi_kimia/sifat_senyawa_organik/alkohol1/kegunaan_alkohol/)
Keunggulan dan Kelemahan Bioetanol
Beberapa keunggulan yang dapat diperoleh dari bioethanol adalah sebagai berikut:
1. Nilai oktan yang tinggi menyebabkan campuran bahan bakar terbakar tepat pada
waktunya sehingga tidak menyebabkan fenomena knocking
2. Emisi gas buang tidak begitu berbahaya bagi lingkungan salah satunya gas CO2 yang dapat
dimanfaatkan kembali oleh tumbuhan untuk proses fotosintesa serta emisi NO yang
rendah
3. Efisiensi tinggi dibanding bensin
Selain memiliki keunggulan yang begitu banyak bioethanol ini pun terdapat kelemahan,
kelemahan-kelemahan tersebut diantaranya:
1. Memerlukan modifikasi mesin jika ingin menggunakan bioethanol murni pada kendaraan
II-5
Bioetanol
LABORATORIUM TEKNOLOGI BIOFUEL, ATSIRI, NABATIPROGRAM STUDI D3 TEKNIK KIMIAFTI - ITS
2. Bisa terjadi kemungkinan ethanol mengeluarkan emisi polutan beracun.
kelebihan bioetanol dibanding minyak tanah adalah api berwarna biru sehingga tidak
menghanguskan alat masak. Bahan bakar dari bioetanol juga tidak berbau dan mudah
dipadamkan dengan air.
(http://tombomumet.wordpress.com/2011/03/29/keunggulan-dan-kelemahan-bioethanol/)
Kelapa
Di Indonesia, kelapa merupakan tanaman yang cukup terkenal. Pada umumnya
kelapa yang dihasilkan di Indonesia sebagian besar diolah menjadi kopra atau di proses
sebagai bahan baku pembuatan minyak. Namun sampai saat ini daerah asal tanaman kelapa
belum dapat dipastikan. Kelapa dapat hidup ditanah yang tandus dengan curah hujan yang
rendah serta membutuhkan iklim yang panas. Daerah penghasil kelapa yang besar, seperti
Filipina, India, Indonesia, Malaysia, dan daratan pasifik dengan batas 1000 mil dari ekuator.
Daerah bermusim panas dan dingin kurang cocok untuk pertumbuhan kelapa. Tanaman
kelapa membutuhkan lingkungan hidup yang sesuai untuk pertumbuhan dan produksinya.
Faktor lingkungan itu adalah sinar matahari, temperatur, curah hujan, kelembapan, dan
tanah.
(Palungkun 1992)
Air Kelapa
Buah kelapa yang normal terdiri dari beberapa bagian, yaitu kulit luar (epikarium),
sabut (mesokarpium), tempurung (endokarpium), kulit daging (testa), daging buah
(endosperm), lembaga, dan air kelapa. Buah kelapa yang terlalu muda belum memiliki
daging buah. Yang ada hanya air yang disebut air degan (bahasa jawa). Air kelapa muda ini
rasanya manis, mengandung mineral 4 %, gula 2%, abu, dan air. Bila buah makin tua, maka
airnya makin kurang manis. Air kelapa dari buah muda merupakan hasil sampingan pada
pembuatan kopra masih terbatas pemanfaatannya, sering kali air kelapa ini dibuang begitu
saja baik ke sungai atau ke parit pembuangan. Sebagai akibat dari pembuangan ini adalah
timbulnya pencemaran lingkungan yang ditandai denga terbentuknya endapan yang
berwarna hitam dan berbau tajam dan tidak sedap. Apabila air kelapa dalam jumlah yang
II-6
Bioetanol
LABORATORIUM TEKNOLOGI BIOFUEL, ATSIRI, NABATIPROGRAM STUDI D3 TEKNIK KIMIAFTI - ITS
besar masuk ke sawah, dapat mengakibatkan pertumbuhan tidak normal pada padi, yaitu
tumbuh tinggi tetapi bulirnya sedikit
(Suhardiyono, 1995 & Palungkun, 1996)
Komposisi gizi air kelapa muda sangat bervariasi, tergantung kepada varietas kelapa dan
umur buah. Air Kelapa mengandung gula, mineral, asam amino dan vitamin dalam komposisi
yang seimbang (baca komposisi lengkap air kelapa). Jenis gula yang terkandung pada air
kelapa adalah glukosa, fruktosa, dan sukrosa. Beberapa jenis kelapa ada yang memiliki kadar
gula sebesar 3 persen pada air kelapa tua dan 5,1 persen pada air kelapa muda. Itulah yang
menyebabkan air kelapa muda berasa lebih manis daripada air kelapa tua. Asam amino yang
banyak terkandung pada air kelapa adalah asam glutamat, arginin, leusin, lisin, prolin, asam
aspartat, alanin, histidin, fenilalanin, serin, sistin, dan tirosin. Vitamin yang banyak
terkandung pada air kelapa adalah vitamin C, asam nikotinat, asam pantotenat, biotin,
riboflavin, dan asam folat. Jenis mineral terbanyak yang terdapat pada air kelapa adalah
potasium (kalium). Mineral lain yang terdapat dalam jumlah cukup banyak kalsium,
magnesium, dan klorida, sedangkan dalam jumlah sangat sedikit adalah sodium (natrium).
(http://medis-update.blogspot.com/2011/04/komposisi-khasiat-dan-manfaat-air.html)
Perbandingan komposisi kimia air kelapa tua dan air kelapa muda dapat dilihat pada
tabel berikut:
Tabel II.2 Komposisi Kimia air buah Kelapa
Sumber air (dalam 100 gram) Air Kelapa Muda Air Kelapa Tua
Kalori 17,0 kal -
Protein 0,2 gram 0,14
Lemak 1,0 gram 1,50
Karbohidrat 3,8 gram 4,60
Kalsium 15,0 gram -
Fosfor 8,0 gram 0,50
Besi 0,2 mg -
Aktivitas Vitamin A 0,01 IU -
Asam Askorbat 1,0 mg -
Air 95,5 gram 91,5
Bagian yang dapat dimakan 100 gram -
II-7
Bioetanol
LABORATORIUM TEKNOLOGI BIOFUEL, ATSIRI, NABATIPROGRAM STUDI D3 TEKNIK KIMIAFTI - ITS
Jumlah air kelapa dari jenis kelapa dalam lebih banyak daripada jenis hibrida. Air dari jenis
kelapa dalam rata-rata 300 cc, sedangkan jenis hibrida rata-rata 230 cc. Dan berat jenis air
kelapa umumnya sekitar 1,02 dengan pH sekitar 5,6. Penggunaan air kelapa dapat
multifungsi. Selain dapat difermentasikan sebagai minuman beralkohol, air kelapa juga
dapat menghasilkan nata de coco, sirup kelapa, dan juga kecap.
(Pratiwi, 2011)
Bioetanol dari Air Kelapa
Fermentasi
Fermentasi dapat terjadi karena adanya aktivitas mikroba penyebab fermentasi pada
substrat organik yang sesuai. Terjadinya fermentasi ini menyebabkan perubahan sifat
pangan, sebagai akibat dari pemecahan kandungan bahan pangan tersebut. Hasil-hasil
fermentasi terutama tergantung pada jenis bahan pangan (substrat), jenis mikroba dan
kondisi sekelilingnya yang mempengaruhi pertumbuhan dan metaboisme mikroba tersebut
(Winarno, dkk,1997). Tujuan fermentasi (sintesa) ini adalah memproduksi produk seoptimal
mungkin, berupa biomassa sel atau metabolit. Proses ini di lakukan dalam fermentor yang
berisi medium dengan kandungan gizi yang cukup dan kondisi medium misalnya suhu, pH,
nutrient, medium dan homogenitas yang optimal.
Proses fermentasi itu digunakan untuk menghasilkan produk tertentu dengan bakteri
yang spesifik yaitu fermentasi yang menghasilkan sel, enzim, pelarut, dan fermentasi yang
menghasilkan suatu produk. (Aziz, 1990). Fermentasi dapat berhasil dengan baik dengan
menggunakan media yang mengandung nutrisi untuk pertumbuhan bakteri, disamping itu
nutrient seperti karbohidrat sangat dibutuhkan untuk mengaktivasi bakteri yang digunakan
untuk menghasilkan suatu produk yang diharapkan. Walaupun media dan nutrien sudah
terpenuhi tetapi temperatur dan pH juga sangat mempengaruhi pertumbuhan bakteri.
Dalam hal ini bakteri Acetobacter xylinum mempunyai suhu optimum 26 – 28 0C, jika suhu
selama fermentasi berlangsung dibawah atau diatas kisaran diatas bakteri tidak akan
tumbuh sempurna sehingga tidak dapat mensintesis selulosa dengan sempurna. Hal yang
sama juga berlaku pada suasana pH. Disini pH Acetobacter xylinum adalah sekitar 3 – 4 .
( Azis, 1990)
II-8
Bioetanol
LABORATORIUM TEKNOLOGI BIOFUEL, ATSIRI, NABATIPROGRAM STUDI D3 TEKNIK KIMIAFTI - ITS
Fermentasi Alkohol
Fermentasi alkohol merupakan kurangnya oksigen dalam tubuh, maka proses
pembongkaran zat dilakukan dengan cara anaerob. Sebagian besar dari energi yang
terkadung di dalam glukosa masih terdapat di dalam etanol (ini adalah alasan etanol sering
dipakai sebagai bahan bakar mesin). Proses fermentasi alkohol sangat berbahaya. Ragi
meracuni diri sendiri jika konsentrasi etanol mencapai kira-kira 19 %. Hal ini menjelaskan
kadar maksimum alkohol minuman hasil fermentasi seperti anggur, untuk membuat
minuman dengan kadar alkohol yang lebih tinggi. Alkohol yang dihasilkan dari proses
fermentasi hasilnya masih rendah kadarnya (dibawah 12%) sehingga diproses destilasi
secara bertahap supaya menghasilkan kadar alkohol 96%.
(Pratiwi, 2011)
Mikroba Fermentasi
Dalam fermentasi alkohol digunakan ragi (yeast) dari jenis Eumycetes spesies
Saccharomyces yang dapat hidup, baik dalam kondisi lingkungan cukup oksigen maupun
kurang oksigen. Organisme yang demikian disebut aerob fakultatif. Dalam keadaan cukup
oksigen, Saccharomyces akan melakukan respirasi biasa. Akan tetapi, jika dalam keadaan
lingkungan kurang oksigen Saccharomyces akan melakukan fermentasi. Saccharomyces
cereviseae (tumbuh sempurna pada suhu ± 300C dan pH 4,8 untuk mengubah glukosa
menjadi alkohol + CO2.
Dalam keadaan anaerob, asam piruvat yang dihasilkan oleh proses glikolisis akan
diubah menjadi asam asetat dan CO2. Selanjutnya, asam asetat diubah menjadi alkohol.
Proses perubahan asam asetat menjadi alkohol tersebut diikuti pula dengan perubahan
NADH menjadi NAD+. Dengan terbentuknya NAD+, peristiwa glikolisis dapat terjadi lagi.
Dalam fermentasi alkohol ini, dari satu mol glukosa hanya dapat dihasilkan 2 molekul ATP.
Fermentasi alkohol, secara sederhana, berlangsung sebagai berikut.
C6H12O6 2C2H5OH + 2CO2 + 2ATP
Alkohol Etanol
II-9
Bioetanol
LABORATORIUM TEKNOLOGI BIOFUEL, ATSIRI, NABATIPROGRAM STUDI D3 TEKNIK KIMIAFTI - ITS
Sebagaimana halnya fermentasi asam laktat, reaksi ini merupakan suatu pemborosan.
Sebagian besar dari energi yang terkandung di dalam glukosa masih terdapat di dalam
etanol, karena itu etanol sering dipakai sebagai bahan bakar mesin. Reaksi ini, seperti
fermentasi asam laktat, juga berbahaya. Ragi dapat meracuni dirinya sendiri jika konsentrasi
etanol mencapai 13%. Produk beralkohol sangatlah beragam mulai dari pangan hingga
energi. Produk pangan yang paling lama dikenal adalah wine dan bir. Mikroorganisme yang
terlibat terutama adalah khamir dari genus Saccharomyces sp. Saccharomyces yang paling
banyak digunakan adalah S. cerevisiae dan S. carlbergensis. Ragi ini akan mengubah gula
pada substrat menjadi alkohol pada kondisi anaerob. Jika khamir ini ditumbuhkan pada
suasana aerob maka akan dihasilkan sel lebih banyak daripada metabolitnya dan ini
dimanfaatkan untuk produksi ragi roti. Di dalam cairan tebu hanya glukosa jenis sukrosa yg
bisa dikristalkan menjadi gula pasir. Sedangkan glukosa lain meskipun manis rasanya tetapi
tidak bisa dikristalkan disebut gula reduksi/gula pecah . Disamping alkohol jenis etanol
terkandung pula sebagian kecil alkohol jenis metanol. Metanol ini sangat beracun bagi
manusia. Untuk indikasi biar tidak diminum, ditambahkan CuSO4 sehingga berwarna biru,
yang dipasaran kita kenal dengan nama spritus.Syarat-syarat ragi yang baik yaitu cepat
berkembang biak, tahan terhadap alkohol kadar tinggi, tahan terhadap suhu tinggi, dan
cepat beradaptasi terhadap media fermentasi.
(Pratiwi, 2011)
Faktor Lingkungan Yang Memengaruhi Fermentasi
Pada kondisi di alam, pengaruh faktor-faktor lingkungan tidak dapat dipisahkan satu
dengan lainnya, tetapi berpengaruh secara simultan saling mempengaruhi. Interaksi ini
berlangsung secara dinamis dan berubah berdasarkan tempat dan waktu. Interaksi antara
suhu, aktivitas air, pH, garam, gula, dan adanya bahan pengawet sering dipelajari dalam
upaya menghambat pertumbuhan khamir pada makanan atau digunakan untuk
mengoptimalkan pemanfaatan ragi dalam produksi alkohol.
1. Nutrisi (Zat gizi)
Unsur C : pada karbohidrat
Unsur N : dengan penambahan pupuk N, ZA, Urea, Amonia dsb
Unsur P : penambahan pupuk fosfat dari NPK,TSP DSP dll
II-10
Bioetanol
LABORATORIUM TEKNOLOGI BIOFUEL, ATSIRI, NABATIPROGRAM STUDI D3 TEKNIK KIMIAFTI - ITS
Mineral-mineral
Vitamin-vitamin
2. Keasaman (pH)
Untuk fermentasi alkoholis dibutuhkan pH sebesar 4,8–5,0. Kalau substrat bersifat asam
ditambahkan NaCO3, sedangkan jika substrat bersifat basa ditambahkan H2SO4.
3. Temperatur
Temperatur optimum untuk perkembangbiakan adalah 28–30oC. Pada waktu fermentasi
terjadi kenaikan panas, karena bersifat eksoterm. Untuk mencegah agar suhu tidak naik,
perlu pendinginan.
4. Udara
Fermentasi berlangsung secara anaerobik (tanpa udara). Udara dibutuhkan pada proses
pembibitan, untuk pengembangbiakan ragi sel.
(Pratiwi, 2011)
Proses Pembuatan Etanol dari Bahan Padat
Proses pembuatan bioetanol dari bahan padat terdiri dari 5 tahapan proses yaitu :
1. Persiapan bahan baku
Bahan baku untuk produksi biethanol bisa didapatkan dari berbagai tanaman,
baik yang secara langsung menghasilkan gula sederhana semisal Tebu (sugarcane),
gandum manis (sweet sorghum) atau yang menghasilkan tepung seperti jagung
(corn), singkong (cassava) dan gandum (grain sorghum) disamping bahan lainnya.
Persiapan bahan baku beragam bergantung pada jenis bahan bakunya, sebagai
contoh kami menggunakan bahan baku Singkong (ubi kayu). Singkong yang telah
dikupas dan dibersihkan dihancurkan untuk memecahkan susunan tepungnya agar
bisa berinteraksi dengan air secara baik.
2. Liquifikasi dan Sakarifikasi
Kandungan karbohidrat berupa tepung atau pati pada bahan baku singkong
dikonversi menjadi gula komplex menggunakan Enzym Alfa Amylase melalui proses
pemanasan (pemasakan) pada suhu 90 derajat celcius (hidrolisis). Pada kondisi ini
tepung akan mengalami gelatinasi (mengental seperti Jelly). Pada kondisi optimum
II-11
Bioetanol
LABORATORIUM TEKNOLOGI BIOFUEL, ATSIRI, NABATIPROGRAM STUDI D3 TEKNIK KIMIAFTI - ITS
Enzym Alfa Amylase bekerja memecahkan struktur tepung secara kimia menjadi gula
komplex (dextrin). Proses Liquifikasi selesai ditandai dengan parameter dimana
bubur yang diproses berubah menjadi lebih cair seperti sup.
Sedangkan proses Sakarifikasi (pemecahan gula kompleks menjadi gula
sederhana) melibatkan tahapan sebagai berikut :
Pendinginan bubur sampai mencapai suhu optimum Enzym Glukosa Amylase
bekerja.
Pengaturan pH optimum enzim.
Penambahan Enzym Glukosa Amilase secara tepat dan mempertahankan pH
serta temperatur pada suhu 60 derajat celcius hingga proses Sakarifikasi
selesai (dilakukan dengan melakukan pengetesan kadar gula sederhana yang
dihasilkan).
3. Fermentasi
Pada tahap ini, tepung telah telah berubah menjadi gula sederhana (glukosa
dan sebagian fruktosa) dengan kadar gula berkisar antara 5 hingga 12 %. Tahapan
selanjutnya adalah mencampurkan ragi (yeast) pada cairan bahan baku tersebut dan
mendiamkannya dalam wadah tertutup (fermentor) pada kisaran suhu optimum 27
s/d 32 derajat celcius selama kurun waktu 5 hingga 7 hari (fermentasi secara
anaerob). Keseluruhan proses membutuhkan ketelitian agar bahan baku tidak
terkontaminasi oleh mikroba lainnya. Dengan kata lain,dari persiapan
baku,liquifikasi,sakarifikasi,hingga fermentasi harus pada kondisi bebas kontaminan.
Selama proses fermentasi akan menghasilkan cairan etanol/alkohol dan CO2.
Hasil dari fermentasi berupa cairan mengandung alkohol/ethanol berkadar
rendah antara 7 hingga 10 % (biasa disebut cairan Beer). Pada kadar ethanol max 10
% ragi menjadi tidak aktif lagi,karena kelebihan alkohol akan beakibat racun bagi ragi
itu sendiri dan mematikan aktifitasnya.
4. Distilasi
Distilasi atau lebih umum dikenal dengan istilah penyulingan dilakukan untuk
memisahkan alkohol dalam cairan beer hasil fermentasi. Dalam proses distilasi, pada
suhu 78 derajat celcius (setara dengan titik didih alkohol) ethanol akan menguap
lebih dulu ketimbang air yang bertitik didih 100 derajat celcius.
II-12
Bioetanol
LABORATORIUM TEKNOLOGI BIOFUEL, ATSIRI, NABATIPROGRAM STUDI D3 TEKNIK KIMIAFTI - ITS
Penyulingan ethanol dapat dilakukan dengan 2 (dua) cara :
a. Penyulingan menggunakan teknik dan distillator tradisional (konvensional).
Dengan cara ini kadar ethanol yang dihasilkan hanya berkisar antara antara 20
s/d 30 %.
b. Penyulingan menggunakan teknik dan distillator model kolom reflux (bertingkat).
Dengan cara dan distillator ini kadar ethanol yang dihasilkan mampu mencapai
60-90 % melalui 2 (dua) tahapan penyulingan.
5. Dehidrasi
Hasil penyulingan berupa ethanol berkadar 95 % belum dapat larut dalam bahan
bakar bensin. Untuk substitusi BBM diperlukan ethanol berkadar 99,6-99,8 % atau
disebut ethanol kering. Untuk pemurnian ethanol 95 % diperlukan proses
dehidrasi (distilasi absorbent) menggunakan beberapa cara,antara lain :
1. Cara Kimia dengan menggunakan batu gamping
2. Cara Fisika ditempuh melalui proses penyerapan menggunakan Zeolit
Sintetis.
Hasil dehidrasi berupa ethanol berkadar 99,6-99,8 % sehingga dapat
dikatagorikan sebagai Full Grade Ethanol (FGE),barulah layak digunakan sebagai
bahan bakar motor sesuai standar Pertamina. Alat yang digunakan pada proses
pemurnian ini disebut Dehidrator.
(http://www.indobioethanol.com)
Proses Pembuatan Etanol dari Bahan Cair
Proses pembuatan bioetanol dari bahan baku cair terdiri dari 3 tahapan proses yaitu :
1. Persiapan Bahan Baku
Bahan baku dari bahan cair relative mudah diperoleh. Seperti tetes atau
molasses dapat diperoleh dari pabrik gula.
2. Proses pembuatan Stater dan Fermentasi
Proses pembuatan stater :
a. Air kelapa disaring dan kemudian dimasukkan ke dalam erlenmeyer sebanyak 400
mL.
b. Selanjutnya, air kelapa dididihkan, lalu didinginkan hingga pada suhu kamar.
c. Bahan ragi roti (Saccharomyces cereviciae) diinokulasikan sebanyak 20 gram ke
dalam substrat tersebut.
d. Selanjutnya, diinkubasi selama ± 24 jam.
II-13
Bioetanol
LABORATORIUM TEKNOLOGI BIOFUEL, ATSIRI, NABATIPROGRAM STUDI D3 TEKNIK KIMIAFTI - ITS
3. Proses fermentasi
Fermentasi adalah proses produksi energi dalam sel dalam keadaan anaerobik (tanpa
oksigen). Secara umum, fermentasi adalah salah satu bentuk respirasi anaerobik,
akan tetapi, terdapat definisi yang lebih jelas yang mendefinisikan fermentasi sebagai
respirasi dalam lingkungan anaerobik dengan tanpa akseptor elektron eksternal.
Proses fermntasi dijaga pada suhu ruangan (26-28 oC)
4. Proses Distilasi
Distilasi atau lebih umum dikenal dengan istilah penyulingan dilakukan untuk
memisahkan alkohol dalam cairan beer hasil fermentasi. Dalam proses distilasi, pada
suhu 78 derajat celcius (setara dengan titik didih alkohol) ethanol akan menguap
lebih dulu ketimbang air yang bertitik didih 100 derajat celcius.
Penyulingan ethanol dapat dilakukan dengan 2 (dua) cara :
c. Penyulingan menggunakan teknik dan distillator tradisional (konvensional).
Dengan cara ini kadar ethanol yang dihasilkan hanya berkisar antara antara 20
s/d 30 %.
d. Penyulingan menggunakan teknik dan distillator model kolom reflux (bertingkat).
Dengan cara dan distillator ini kadar ethanol yang dihasilkan mampu mencapai
60-90 % melalui 2 (dua) tahapan penyulingan.
(http://www.indobioethanol.com)
6.
II-14
Bioetanol
LABORATORIUM TEKNOLOGI BIOFUEL, ATSIRI, NABATIPROGRAM STUDI D3 TEKNIK KIMIAFTI - ITS
II.2 Aplikasi Industri
POTENSI NIRA KELAPA SEBAGAI BAHAN BAKU BIOETANOL
Penggunaan energi untuk berbagai keperluan seperti untuk industri, transportasi dan
rumah tangga di hampir semua negara sepenuhnya bergantung pada bahan bakar fosil
khususnya minyak bumi . Eksploitasi minyak sebagai bahan bakar yang tidak dapat
diperbaharui terus menerus dapat menyebabkan persediaan bahan bakar fosil semakin
langka. Perkembangan kebutuhan energi dunia yang semakin meningkat dan keterbatasan
energi fosil menyebabkan perhatian saat ini ditujukan untuk mencari sumber-sumber energi
terbarukan yang ramah lingkungan seperti energi surya, energy hidro, energi geotermal, dan
energi biomassa . Isu global tentang perubahan iklim juga mendorong penggunaan energi
biomasa sebagai pengganti bahan bakar atau sebagai bahan aditif.Biomassa merupakan
sumber energi terbarukan yang mempunyai potensi tinggi. Menurut Gubitz (1999), di negara
Brasil dan Jepang biomassa telah berhasil dikonversi secara efisien menjadi bioetanol, yang
sangat potensial sebagai campuran bahan bakar bensin. Bioetanol adalah cairan biokimia
hasil proses
Metode Penelitian
Bahan dan Alat Penelitian : Bahan utama yang digunakan dalam penelitian ini adalah:
tuak hasil fermentasi nira kelapa selama ± 2 hari. Sedangkan peralatan yang digunakan
adalah: alat destilator (steroglass rotary evaporator) merk Strike 202, alkoholmeter merk
Alkoholmeter Nach Ricter&Tralles, gelas ukur 100 ml dan 500 ml merk IWAKI Pyrex, Gas
Chromatography merk Varian type G.C.3300, timbangan digital merk Sartorius cp 3235, dan
piknometer merk IWAKI Pyrex cap approx 25 ml.
Pelaksanaan Penelitian
Penelitian dilakukan dalam tiga tahap. Tahap pertama adalah proses fermentasi
selama 2 hari, agar nira kelapa mengalami fermentasi sempurna. Proses fermentasi
dilakukan pada suhu ruang (26-280C). Tahap kedua adalah proses destilasi yang dilakukan
pada suhu 780C, sampai volume hasil destilasi sebanyak 75% dari volume awal. Proses
destilasi dilakukan berulang-ulang sampai diperoleh bioetanol dengan kadar alkohol e” 90%
dan kadar etanol e”94%. Tahap ketiga adalah penentuan kualitas bioetanol yang dihasilkan.
II-15
Bioetanol
LABORATORIUM TEKNOLOGI BIOFUEL, ATSIRI, NABATIPROGRAM STUDI D3 TEKNIK KIMIAFTI - ITS
Parameter kualitas bioetanol yang diamati meliputi kadar etanol, densitas, specific gravity,
API Gravity, dan nilai kalor.
Simpulan
Berdasarkan hasil penelitian yang diperoleh pada penelitian ini dapat ditarik
kesimpulan sebagai berikut: Frekuensi destilasi yang dihasilkan dari nira kelapa untuk
mendapatkan kadar etanol sesuai SNI bioetanol sebesar e”94% adalah sebanyak 14 kali.
Bioetanol nira kelapa mempunyai potensi cukup tinggi untuk dikembangkan karena kualitas
bioetanol yang dihasilkan sesuai dengan standar SNI dan nilai kalornya lebih besar dari nilai
kalor bahan bakar cair pada umumnya.
II-16