PENENTUAN HASIL PRODUKSI BIOETHANOL DARI BERAS KETAN HITAM DAN BUAH
APEL DENGAN PROSES FERMENTASI SERTA PEMURNIANNYA DENGAN TEKNIK DESTILASI
Armila Mimity, M.
Ainul Yaqin, Marzuki, Mia Adha
Jurusan Kimia
Fakultas Sains
dan Teknologi
Universitas
Islam Negeri Jakarta
ABSTRAK
Di abad 21 sekarang ini, teknologi dari energy baru dan terbarukan sedang
giat dikembangkandengantujuan mengurangi ketergantungan kita kepada bahan bakar
minyak. Energi baru dan terbarukan yang sedang dikembangkan diantaranya adalah
energy angin,cahayamatahari,energi panas bumi,energi nuklirdanbioetanol.Bioetanol sangat menjanjikan bagi
kebutuhan energi masa depan dikarenakanbioetanol ‘muncul’ dari tanah sehingga
dapat terus diperbarukan.Secara umum pembuatan bioetanol adalah dengan memecah
rantai glukosa menjadi etanol dengan bantuan mikroorganisme.Beras ketan hitam
dan buah apel dapat dijadikan bahan baku pembuatan etanol karena keduanya
mengandung glukosa yang kemudian difermentasi dengan ragi menghasilkan etanol. Hasil fermentasi yang sudah mengandung etanol didestilasi dengan memakai
prinsip perbedaan titik didih sehingga didapat etanol dengan kadar kemurnian yang
tinggi.Kedepannya diharapkan semakin banyak produksi etanol skala besar
sehingga menjadi penyedia utama energi dunia.
Kata Kunci : bioetanol, tape ketan, apel
ABSTRACT
In 21 centuries,technology of renewable energy is developed with
purpose to cut-down our fossil fuels demand.There are many renewable energy
which has been developed such as wind, sunlight, geothermal , nuclear and
bioethanol. Bioethanol is promising as main energy in the future because
bioethanol appear from the ground and its sustainable. Generally, to produce
biothenaol is rending the chain of glucose
to be ethanol with aid of microorganism. Black sticky rice (ketan-hitam)
and apple can be raw materials to produce ethanol because both of them have
glucose. Addition, yeast is needed in fermentation process. After that we have
to distillation to get purity of ethanol. We hope that bioethanol usage is
increasing and it can be main energy resources.
Keyword : bioethanol, black sticky rice, apple
PENDAHULUAN
Saat ini kebutuhan dunia akan energi terus
meningkat, hal ini dikarenakan pertumbuhan ekonomi dunia yang terjadi pada
negara-negara maju dan juga negara berkembang seperti
Brazil,India,China,Indonesia, Korea, dll yang meningkatkan permintaan akan
energi. Selain itu pertambahan jumlah penduduk dunia yang tentu sejalan dengan
permintaan kebutuhan energi.Disaat kebutuhan energi dunia meningkat kita
dihadapkan pada kenyataan bahwa energi yang selama ini kita gunakan yakni
energi fosil telah memasuki masa-masa terakhirnya. Eksploitasi besar-besaran yang terjadi mengakibatkan bahan bakar ini
diprediksi akan habis beberapa dekade kedepan.Untuk mengatasi krisis energi
yang akan terjadi dimasa depan,kita harus segera menemukan solusi untuk
mengatasi masalah ini.Para ilmuwan dan peneliti dari seluruh dunia telah banyak meneliti dan menemukan
banyak energi alternatif yang sangat potensial untuk dikembangkan
kedepannya.Konsep yang diterapkan dalam mencari energi alternatif ini adalah
energi yang baru dan terbarukan karena energi baru merupakan energi yang belum
ditemukan atau belum diperhitungkan sebelumnya kemudian konsep terbarukan yakni
energi tersebut sifatnya yang dapat diperbarui sehingga dapat terus diproduksi. Energi baru dan terbarukan yang menjanjikan diantaranya pemanfaatan
angin,sinar matahari,energi panas bumi,bahan bakar hidrogen dan bioetanol.
Bio-etanol
merupakan salah satu jenis biofuel (bahan bakar cair dari pengolahan tumbuhan)
di samping Biodiesel. Bio-etanol adalah etanol yang dihasilkan dari fermentasi glukosa
(gula) dengan bantuan
mikroorganisme.
Glukosa
(gula sederhana) dibuat oleh tumbuhan melalui proses fotosintesis
6CO2
+ 6H2O + cahayamatahari → C6H12O6 +
6O2
Dalam fermentasi etanol,glukosa akan dipecah menjadi etanol dan karbon dioksida C6H12O6 →2CH3CH2OH
+ 2CO2 + panas
Ketika
etanol dibakar (direaksikan dengan oksigen) maka
akan dihasilkan karbondioksida, air, dan panas:
CH3CH2OH
+ 3O2→ 2CO2 + 3H2O + panas
Panas yang dihasilkan dari pembakaran etanol digunakan untuk
menggerakkan piston padamesin. Dapat dikatakan bahwa cahaya matahari digunakan untuk menjalankan mesinnya.
Etanol sering dijadikan bahan tambahan pada bensin
sehingga menjadi biofuel.Saat ini etanol sudah umum digunakan dinegara Brazil
dan Amerika serikat karena keduanya memproduksi 88% dari konsumsi etanol dunia.
Namun permasalahan yang muncul adalah karena bioetanol diproduksi dari glukosa
dan glukosa umunya didapat dari bahan pangan,maka penggunaan etanol dapat
memicu krisis pangan dikarenakan untuk memproduksinya membutuhkan bahan baku yang
banyak.Untuk itu pengembangan bioetanol diharapkan menemukan bahan baku yang
non-pangan.
Bukan hanya glukosa saja yang dapat difermentasi. Gula lainnya seperti fruktosa juga dapat digunakan untuk fermentasi. 3 macam gula lainnya juga dapat difermentasi dengan memecahnya melalui hidrolisis menjadi molekul-molekul glukosa atau fruktosa. Amilum dan selulosa adalah molekul yang terdiri dari ikatan-ikatan glukosa. Sukrosa (atau gula tebu) merupakan molekul glukosa yang berikatan dengan molekul fruktosa. Energi untuk membuat fruktosa berasal dari metabolisme
glukosa yang diperoleh dari fotosintesis (yang membutuhkan sinar matahari). Maka dari itu, sinar matahari juga menyediaka nenergi yang dihasilkan oleh fermentasi dari molekul-molekul ini.
Etanol
juga dapat diproduksi dari etena (etilena).
Dengan penambahan air kedala etana maka akan mengubah etena menjadi etanol:
C2H6 +
H2O → CH3CH2OH
Ketika
etanol dibakar di atmosfer (bukan
di oksigen murni), maka akan ada reaksi kimia yang lain yang menghasilkan 4
komponen kimia lainnya, termasuk dengan gas nitrogen (N2). Gas
nitrogen dapat menimbulkan munculnya nitrogen oksida, salah satu polutan utama di udara
Jika etanol ingin digunakan sebagai bahan
bakar, maka sebagian besar kandungan airnya harus dihilangkan dengan cara destilasi. Tingkat kemurnian etanol setelah didistilasi
masih sekitar 95-96%. (masih ada kandungan airnya 3-4%). Campuran ini dinamakan
etanol hidrat dan bias digunakan sebagai bahan bakar, tapi tidak bias dicampur sama
sekali dengan bensin. Jadi, biasanya kandungan air dalam etanol hidrat dibuang habis
terlebih dahulu dengan pengolahan lainnya sehingga baru bias dicampurkan dengan
bensin.
Tujuan dari penelitian ini adalah untuk
mengetahui hasil produksi bioetanol dari beras ketan hitam dan buah apel dengan
proses fermentasi menggunakan khamir Saccharomyces
cerevisiae. Selain itu, untuk mendapatkan kemurnian bioetanol dari beras
ketan hitam dan buah apel menggunakan teknik destilasi. Manfaat yang didapatkan
dari penelitian ini adalah dapat diperoleh hasil produksi bioetanol yang paling
baik diantara beras ketan hitam dan buah apel, serta dapat diperoleh kemurnian
bioetanol menggunakan teknik destilasi.
Destilasi
adalah teknik untuk memisahkan larutan kedalam masing-masing komponennya. Prinsip
destilasi adalah didasarkan atas perbedaan titik didih komponen zatnya. Destilasi
dapat digunakan untuk memurnikan senyawa-senyawa yang mempunyai titik didih berbeda
sehingga dapat dihasilkan senyawa yang memiliki kemurnian yang tinggi. Terdapat
beberapa teknik pemisahan dengan menggunakan destilasi, salah satunya adalah destilasi
sederhana. Set alat destilasi sederhana terdiri atas labu alas bulat, kondensor
(pendingin), termometer, erlenmeyer, pemanas. Peralatan lainnya sebagai penunjang adalah statif
dan klem, adaptor (penghubung), selang yang dihubungkan pada kondensor tempat
air masuk dan air keluar, batu didih.
Adapun fungsi masing-masing alat yaitu
labu alas bulat sebagai wadah untuk penyimpanan sampel yang akan didestilasi.
Kondensor atau pendingin yang berguna untuk mendinginkan uap destilat yang
melewati kondensor sehingga menjadi cair. Kondensor atau pendingin yang
digunakan menggunakan pendingin air dimana air yang masuk berasal dari bawah dan
keluar di atas, karena jika airnya berasal (masuk) dari atas maka air dalam pendingin
atau kondensor tidak akan memenuhi isi pendingin sehingga tidak dapat digunakan
untuk mendinginkan uap yang mengalir lewat kondensor tersebut. Oleh karena itu pendingin
atau kondensor air masuknya harus dari bawah sehingga pendingin atau kondensor akan
terisi dengan air maka dapat digunakan untuk mendinginkan komponen zat yang
melewati kondensor tersebut dari berwujud uap menjadi berwujud cair.
Termometer
digunakan untuk mengamati suhu dalam proses destuilasi sehingga suhu dapat dikontrol
sesuai dengan suhu yang diinginkan untuk memperoleh destilat murni. Erlenmeyer
sebagai wadah untuk menampung destilat yang
diperoleh dari proses destilasi. Pipa penghubung (adaptor) untuk menghubungkan antara
kondensor dan wadah penampung destilat (Erlenmeyer) sehingga cairan destilat
yang mudah menguap akan tertampung dalam Erlenmeyer dan tidak akan menguap keluar
selama proses destilasi berlangsung. Pemanas berguna untuk memanaskan sampel
yang terdapat pada labu alas bulat. Penggunaan batu didih pada proses destilasi
dimaksudkan untuk mempercepat proses pendidihan sampel dengan menahan tekanan atau
menekan gelembung panas pada sampel serta menyebarkan panas yang ada keseluruh bagian
sampel. Sedangkan statif dan klem berguna untuk menyangga bagian-bagian dari peralatan
destilasi sederhana sehingga tidak jatuh atau goyang.
MATERI DAN METODE
Penelitian ini telah
dilaksanakan pada bulan September-Oktober 2013 di Pusat Laboratorium Terpadu
Fakultas Sains dan Teknologi Universitas Islam Negeri Syarif Hidayatullah
Jakarta.
Materi
Materi yang
digunakan dalam penelitian ini adalah beras ketan hitam, buah apel, ragi
komersil, aquades, daun pisang, alumunium foil, dan urea. Peralatan yang
digunakan adalah beaker glass 1000
ml, gelas ukur, timbangan analitik, wadah plastic, kain, tali rapia, penangas,
spatula, dan alat destilasi.
Metode Analisa
Analisa yang dilakukan
pada penelitian ini adalah analisa konsentrasi etanol dengan teknik destilasi.
Persiapan Substrat
Substrat adalah media pertumbuhan Saccharomyces cerevisiae, berbentuk cair yang di dalamnya mengandung
nutrisi untuk pertumbuhan Saccharomyces
cerevisiae. Substrat dalam penelitian ini adalah beras ketan hitam 500 gram
dan buah apel 500 gram. Beras ketan hitam terlebih dahulu dijadikan tape dan
buah apel terlebih dahulu direbus.
Proses fermentasi
Setelah sejumlah 10% starter (ragi) diinokulasikan ke dalam
substrat (beras ketan hitam) dan sejumlah 10% starter (ragi) dan 2% urea
diinokulasikan ke dalam substrat (buah apel) fermentasi dalam keadaan yang
aseptis maka proses selanjutnya adalah melakukan fermentasi substrat yang telah
diinokulasi dengan starter. Proses fermentasi dilakukan di dalam ruangan khusus
yang sudah diatur agar tetap memenuhi persyaratan optimal pertumbuhan Saccharomyces cerevisiae. Proses
fermentasi dilaksanakan selama 5 hari. Pengujian kadar alkohol dilakukan dengan
proses destilasi.
Variabel penelitian
Variabel yang diamati dalam penelitian adalah kadar alkohol.
Persiapan alat
destilasi
Pada penelitian ini alat destilasi yang digunakan adalah alat
destilasi rancangan dengan menggunakan bahan-bahan sederhana. Di bawah ini
adalah gambar dari alat destilasi rancangan.
Gambar 1. Alat destilasi rancangan
Prosedur pengujian
kadar alkohol
Prosedur pengujian kadar alkohol dilakukan destilasi. Tape dari
beras ketan dan air hasil fermentasi dari buah apel diperas menggunakan
saringan. Setelah didapat substrat dalam bentuk cairan, substrat dimasukkan ke
dalam teko listrik yang terdapat pada alat destilasi rancangan. Selanjutnya
didestilasi pada suhu 800C. Destilat ditampung di dalam wadah.
Kemudian dihitung volume destilat yang dihasilkan.
HASIL PENGAMATAN DAN PEMBAHASAN
Variasi penggunaan
bahan dari tape memberikan hasil yang berbeda terhadap etanol yang dihasilkan. Tabel
1. Menunjukkan bahwa dalam 100 ml terbentuk air destilasi yang dengan jumlah
yang berbeda. Ini juga dipengaruhi oleh kandungan gula yang terdapat dalam
bahan yang difermentasi.
Berdasarkan percobaan
yang telah dilakukan :
Jenis
|
Volume
Destilat
|
Ketan Hitam
|
7 ml
|
Apel
|
1,5 ml
|
·
Dari
100 ml laruta air tape
Tabel 1.Hasil Kadar Etanol dari Air Tape dan Apel.
Berdasarkan tabel
di atas, dapat dilihat bahwa produksi etanol
dari ketan hitam lebih memiliki produksi etanol yang lebih tinggi dibandingkan dengan
produksi etanol dari apel.
Fermentasi alkohol merupakan suatu reaksi pengubahan glukosa menjadi
etanol (etil alkohol) dan karbon dioksida. Organisme yang berperan yaitu Saccharomyces
cerevisiae (ragi) untuk pembuatan tape, roti atau minuman keras. Reaksi
Kimia:
C6H12O6 → 2C2H5OH
+ 2CO2 + 2 ATP
Reaksi dalam fermentasi
berbeda-beda tergantung pada jenis gula yang digunakan dan produk yang
dihasilkan. Secara singkat, glukosa (C6H12O6)
yang merupakan gula paling sederhana, melalui fermentasi akan
menghasilkan etanol (2C2H5OH). Persamaan Reaksi
Kimia :
C6H12O6 → 2C2H5OH
+ 2CO2 + 2 ATP (Energi yang dilepaskan:118 kJ per mol)
Dijabarkan
sebagai :
Gula (glukosa, fruktosa, atau sukrosa)
→ Alkohol (etanol) + Karbon dioksida + Energi (ATP)
Jalur biokimia yang terjadi,
sebenarnya bervariasi tergantung jenis gula yang terlibat, tetapi umumnya
melibatkan jalur glikolisis, yang merupakan bagian dari tahap
awal respirasi aerobik pada sebagian besar organisme. Jalur terakhir
akan bervariasi tergantung produk akhir yang dihasilkan.
Percobaan destilasi kali ini menggunakan air hasil pembuatan
tape ketan yang
mengandung alkohol.
Pada tape
tersebut karbohidrat diubah menjadi alkohol dan air hal ini dikarenakan
penambahan ragi (mikroorganisme) yang dapat memecah strukur karbohidrat menjadi
alkohol.
Pengaruh
penambahan ragi dapat diketahui dari perubahan rasanya,awalnya ketan terasa
manis kemudian setelah didiamkan beberapa hari dengan tambahan ragi rasanya
berubah menjadi manis + asam dan bentuk ketan yang awalnya padatan agak keras
menjadi lembek karena sudah ada air didalmnya.Air dari tape inilah yang
kemudian diambil untuk didestilasi sehingga didapatkan alkohol yang diinginkan.
Seperti yang telah diketahuibahwa
prinsip kerja dari alat destilasi adalah memakai titik didih.maka percobaan
kali ini memanfaatkan perbedaan titik didih dari air dan alkohol. Alkohol yang
memiliki titik didih kurang lebih 70oC akan menguap karena pemanas
telah disetel pada suhu tersebut,uap yang mengandung cairan alkohol tersebut
terangkat dan mengikuti arah selang menuju tempat penampungan alkohol.
Namun pada percobaan yang telah
dilakukan,tidak didapatkan hasil alkohol yang diinginkan melainkan hanya
didapatkan air saja.hal ini dikarenakan beberapa faktor.Faktor yang pertama
adalah dari bahannya itu sendiri,air tape yang didapatkan hanya sedikit dan dari
airnya itu alkohol yang ada didalamnya diprediksi hanya sebesar 10 % dan itu
adalah nilai maksimalnya.Kemudian untuk menyiasati air tape yang sedikit itu,kami menambahkan campuran air
biasa dengan tujuan agar air tersebut bisa terendam dan dipanaskan pada alat
yang telah kami buat.
Faktor kedua adalah alat yang kami
gunakan terutama pemanasnya adalah teko listrik untuk memanaskan air.Kelebihan
teko ini adalah cepat untuk mendidihkan air sehingga tidak memakan waktu yang
lama namun kekurangannya adalah kita tidak bisa menyetel suhu yang diinginkan
untuk memanaskan,hal ini berakibat bahwa air tape yang kita destilasikan berada
pada suhu 100oC dan sudah bisa ditebak bahwa hasil destilasinya
bercampur dengan air.
Kemudian dalam proses destilasinya
masih terdapat kebocoran gas / uap di beberapa sudut selang sehingga mungkin
saja ada alkohol yang menguap ke udara.lalu pada alat destilasi kami belum
menyertakan kondensor atau pendingin,padahal kondesor ini merupakan bagian
penting pada setiap alat destilasi yang berguna untuk mendinginkan uap panas
sehingga uap tersebut menjadi butiran-butiran alkohol.Untuk kedepannya kami
akan memperbaiki dan mengembangkan kembali alat destilasi yang telah kami buat
sehingga dapat berfungsi sebagaimana mestinya.
Ada banyak faktor yang mempengaruhi fermentasi antara lain
substrat, suhu, pH, oksigen, dan mikroba yang digunakan. Oleh karena itu,
terdapat perbedaan kadar etanol yang dihasilkan karena menggunakan substrat
yang berbeda. Lama fermentasi yang paling optimal untuk proses pembuatan bioethanol
adalah 3 hari. Jika fermentasi dilakukan lebih dari 3 hari, kadar alkoholnya dapat
berkurang. Berkurangnya kadar alkohol disebabkan karena alkohol telah dikonversi
menjadi senyawa lain, misalnya ester. Apel memiliki kandungan gula yang cukup
tinggi sehingga memungkinkan untuk dijadikan alkohol.
Dari apel dihasilkan air destilat sebanyak 1.5 ml. Kandungan gula
yang sedikit merupakan faktor penyabab utama. Selain itu, bakteri pada
fermentasi apel juga memerlukan nutrient dari luar agar dapat hidup dan
memfermentasi apel. Ada kemungkinan nutrient yang dibutuhkan bakteri yang masih
kurang sehingga hasil yang diperoleh juga sedikit.
Substrat merupakan bahan baku fermentasi yang mengandung nutrien-nutrien
yang dibutuhkan oleh mikroba untuk tumbuh maupun menghasilkan produk fermentasi.
Nutrient yang paling dibutuhkan oleh mikroba baik untuk tumbuh maupun untuk menghasilkan
produk fermentasi adalah karbohidrat. Karbohidrat merupakan sumber karbon yang
berfungsi sebagai penghasil energy bagi mikroba, sedangkan nutrisi lain seperti
protein dibutuhkan dalam jumlah lebih sedikit dari pada karbohidrat.
Gula-gula tersebut kemudian akan dikonversi menjadi bioethanol
dengan bantuan Saccharomyces cerevisiae. Saccharomyces cerevisiae dapat mengkonversi
gula menjadi etanol karena adanya enzim invertasedanzimase. Dengan adanya enzim-enzim
ini Saccharomyces cerevisiae memiliki kemampuan untuk mengkonversi baik gula dari
kelompok monosakarida maupun dari kelompok disakarida. Jika gula yang tersedia dalam
substrat merupakan gula disakarida maka enzim invertase akan bekerja menghidrolisis
disakarida menjadi monosakarida. Setelah itu, enzim zymase akan mengubah monosakarida tersebut
menjadi alkohol dan CO2. Kedua enzim tersebut dihasilkan oleh Saccharomyces
cerevisiae.
KESIMPULAN
Dari hasil percobaan, dapat
disimpulkan produksi bioetanol dari tape ketan sebesar 7 ml dari 100 ml air
tape dan dari apel sebesar 1.5 ml.
DAFTAR PUSTAKA
Nugraha,
Restu. 2013. Produksi etanol dari molase, apel, dan pepaya.
Tidak ada komentar:
Posting Komentar