art66110_0216–163x.pdf

Jurnal Kimia dan Teknologi ISSN 0216 – 163 X

PEMBUATAN BIOETANOL DARI LIMBAH BUAH PISANG (Musaceae)

DENGAN PROSES HIDROLISIS DAN FERMENTASI

PRODUCTION OF BIOETHANOL FROM BANANA FRUIT (Musaceae) WASTE BY HYDROLISYS AND FERMENTATION PROCESS

Widyastuti Jurusan Teknik Kimia, Fakultas Teknik Universitas Setia Budi

Jl. Letjen Sutoyo, Surakarta e-mail: [email protected]

ABSTRAK Dalam buah pisang (Musaceae) lewat masak terdapat kandungan pati dan gula sehingga

memungkinkan diolah menjadi etanol secara fermentasi. Pengolahan gula menjadi bioetanol dapat dilakukan dengan bantuan mikroorganisme dan merupakan proses satu tahap, sedangkan pengolahan pati menjadi bioetanol merupakan proses dua tahap dan pengolahan serat menjadi bioetanol merupakan proses tiga tahap. Tujuan dari penelitian ini adalah mendapatkan data acuan bagi proses fermentasi buah pisang yang optimum dari pengolahan sampah buah menjadi bioetanol untuk penerapan teknologi tepat guna. Pembuatan bioetanol dilakukan secara hidrolisis dan tanpa hidrolisis dengan variabel waktu fermentasi 24, 30, 36, 43,5, dan 48 jam. Hasil percobaan menunjukkan kondisi optimum dicapai pada waktu fermentasi 36 jam. Rendemen hasil fermentasi sampah buah pisang dengan hidrolisis adalah sebesar 23,01% dan pada hasil fermentasi sampah buah pisang tanpa hidrolisis adalah sebesar 21,73%.

Kata kunci : bioetanol, fermentasi, hidrolisis

ABSTRACT

Overripe banana (Musaceae) contains starch and sugar so that it is possible to be processed into ethanol by fermentation. The process of sugar into bioethanol can be done with the aid of microorganism and it is a one step process, while processing starch into bioethanol is a two steps process, and processing fiber into bioethanol is a three steps process. The aim of the experiment was to obtain reference data for optimum fermentation process of banana from fruit waste processing into bioethanol for applied efficient technology. Production of bioethanol was conducted by hydrolysis and without hydrolysis with variable of fermentation times 24, 30, 36, 43.5, and 48 hours. The result of the experiment showed that optimum condition was reach at 36 hours fermentation time. The yield of banana fruits waste fermentation with hydrolysis was 23.01%, and without hydrolysis was 21.73%. Keywords: bioethanol, fermentation, hydrolysis.

PENDAHULUAN

Pengolahan sampah organik dari pasar menjadi bioetanol masih menjadi salah satu pilihan dikarenakan isu strategis saat ini masih berkisar pada pengembangan bahan bakar alternatif non-fosil. Bahan organik dari pasar yang mengandung serat, gula atau pati

dapat dijadikan bahan baku pembuatan bioetanol. Pengolahan gula menjadi bioetanol dapat dilakukan dengan bantuan mikroorganisme dan merupakan proses satu tahap.

Adapun tujuan dari penelitian ini adalah mendapatkan data acuan bagi


proses fermentasi buah pisang yang optimum dari pengolahan sampah buah menjadi bioetanol untuk penerapan teknologi tepat guna, sedangkan manfaat dari penelitian ini antara lain 1). mendukung upaya Pemerintah Daerah dalam mengatasi penanganan sampah kota 2). Mendaur ulang masa limbah menjadi produk bernilai ekonomi, 3) memberikan solusi bagi pengadaan energi alternatif selain energi fosil. 4) merupakan percobaan pendahuluan bagi penerapan teknologi tepat guna bagi industri skala kecil menengah.

Dari percobaan ini akan diketahui perbedaan rendemen dari hasil fermentasi sampah buah pisang yang dilakukan dengan hidrolisis dan tanpa hidrolisis.

TINJAUAN PUSTAKA

Pisang

Pisang adalah nama umum yang diberikan pada tumbuhan terna raksasa berdaun besar memanjang dari suku Musaceae. Beberapa jenisnya (Musa acuminata, M. balbisiana, dan M. ×paradisiaca) menghasilkan buah konsumsi yang dinamakan sama. Buah ini tersusun dalam tandan dengan kelompok-kelompok tersusun menjari, yang disebut sisir. Hampir semua buah pisang memiliki kulit berwarna kuning ketika matang, meskipun ada beberapa yang berwarna jingga, merah, ungu, atau bahkan hampir hitam. Buah pisang sebagai bahan pangan merupakan sumber energi (karbohidrat) dan mineral, terutama kalium. Karbohidrat pisang merupakan karbohidrat kompleks tingkat sedang dan tersedia secara bertahap, sehingga dapat menyediakan energi dalam waktu tidak terlalu cepat. Gula pisang merupakan gula buah, yaitu terdiri dari fruktosa yang mempunyai indek glikemik lebih rendah dibandingkan

dengan glukosa. (Pisang. http:// id.wikipedia.org/wiki/Pisang", 2006)

Bioetanol

Etanol secara luas telah digunakan di Brazilia sejak tahun 2000 sebagai bahan bakar kendaraan bermotor, baik dalam bentuk etanol murni ataupun dalam bentuk campuran dengan bensin. Etanol dapat dibuat dari berbagai bahan hasil pertanian yang mengandung turunan gula seperti molase, gula tebu, gula bit, dan sari buah, bahan yang mengandung pati seperti biji–bijian, umbi, dan ubi. Disamping itu juga bahan yang mengandung selulosa seperti kayu. (Hill, et.al. 2006). Etanol yang berasal dari bahan organik disebut bioetanol. (Ethanol [online] 22 Desember 2008)

Hidrolisis

Hidrolisis adalah proses kimia dimana sebuah molekul terpecah menjadi dua bagian karena penambahan molekul dari air. Dalam kehidupan sehari-hari, kebanyakan reaksi biokimia, termasuk hidrolisis ATP dikatalisis oleh enzim. Katalisator enzim melibatkan hidrolisis dari protein, lemak, dan karbohidrat. Bahan yang mengandung disakarida dan oligosakarida atau polisakarida harus dihidrolisis terlebih dahulu menjadi monosakarida sebelum mengalami proses fermentasi oleh mikroorganisme tertentu. Saccharomyces dapat berperan memecah senyawa oligosakarida atau polisakarida menjadi monosakarida.

Fermentasi

Fermentasi berasal dari kata latin “fervere” yang berarti mendidih yang menunjukkan adanya aktivitas dari yeast pada ekstrak buah-buahan atau biji-bijian. Fenomena kelihatan seperti mendidih ini disebabkan karena terbentuknya gelembung-gelembung gas CO2 yang diakibatkan


katabolisme (biodegradasi) secara anaerobik dari gula yang ada dalam ekstrak. Sedangkan dalam mikrobiologi industri fermentasi diartikan sebagai suatu proses untuk mengubah bahan baku menjadi suatu produk oleh mikroba. Setiap khamir mampu memfermentasi glukosa, fruktosa dan maltosa namun masing-masing spesies mempunyai kecepatan yang berbeda di dalam menggunakan jenis gula tersebut (Stanbury P.F. and A. Whitaker. 1984). Reaksi yang terjadi pada proses produksi etanol/bio-etanol secara sederhana dituliskan sebagai berikut :

C6H12O6 --------------� 2 C2H5OH + 2 CO2 glukosa yeast (ragi) etanol

(Kapti Rahayu Kuswanto, 1989)

Dalam memproduksi bio-etanol proses fermentasi dipengaruhi oleh faktor dalam dan faktor luar. Faktor dalam adalah jenis dan sifat genetis mikroorganisme yang digunakan untuk memproduksi bio-etanol. Faktor dari luar antara lain meliputi tipe dan kondisi proses fermentasi, serta kualitas mediumnya. Kualitas medium terkait dengan ketersediaan nutrisi : sumber karbon, nitrogen, oksigen, hidrogen, vitamin, mineral dan senyawa lainnya, sedangkan kondisi fermentasi terkait dengan : pH, suhu, agitasi, tekanan dan lain-lain (Stanbury, 1984). Menurut Hidayat (2006), proses fermentasi alkohol berlangsung secara anaerob, tetapi pada awal pertumbuhan sel berlangsung secara aerob. Aerasi dengan waktu singkat pada fermentasi anaerob dengan inokulum semi-aerob meningkatkan pembentukan etanol, isobutil alkohol and hexil and 2-pheniletanol asetat, serta menurunkan isoamil alkohol, kandungan asam asetat dan asam

volatile folat, dengan perubahan kecil pada kandungan hexanol dan 2-pheniletanol (Moreno, dkk., 2008). METODE PENELITIAN

Bahan-bahan yang digunakan :

1. Sari/ekstrak buah pisang yang lewat masak yang diperoleh dari limbah/sampah pasar tradisional.

2. Limbah air kelapa yang diproleh dari pedagang di pasar tradisional.

3. Sun Amylase ( Thermamyl Alpha Amylase ).

4. Molasess 5. Fermipan 6. Gula pasir 7. Air suling

Thermamyl Alpha Amylase yang digunakan dalam percobaan ini mempunyai spesifikasi sebagai berikut :

Dibuat dari strain Bacillus Licheniformis, dengan kemampuan memecah ikatan 1,4 - glikosida dari pati pada suhu tinggi dan menghasilkan dekstrin yang larut. Mempunyai aktivitas 20.000 u/ml. Kondisi optimum pemakaian : 95 – 970C, pH 6,0 – 6,2. Definisi aktivitas enzim : 1 unit = jumlah enzim yang dapat mendekstrinasi 1,0 mg pati yang larut dalam waktu 1 menit pada suhu 700C dan pH 6,0

(Widyastuti, 2002)

Alat-alat yang digunakan :

1. Botol fermentasi skala laboratorium dan kelengkapannya

2. Rangkaian alat penyuling skala laboratorium dan kelengkapannya

3. Pignometer 4. Blender 5. Gelas pengukur volume 6. Neraca elektrik. 7. pH meter. 8. Kukusan 9. Kompor gas


Gambar 1. Alat Fermentasi

12

3

4

5

6

7

8

9

10

1. Statif

2. Pemanas3. Hasil fermentasi

4. Labu didih5. Klem

6. Tutup

7. Thermometer8. Kondensor

9. Erlenmeyer10. Hasil destilasi

Gambar 2. Alat Destilasi

Uraian Prosedur Percobaan.

1. Menghaluskan 250 g buah pisang tanpa kulit dengan blender.

2. menambahkan 80 g molases. 3. Menambahkan air kelapa sampai

volume total 800ml. 4. Campuran diaduk homogen,

kemudian di bagi menjadi 3 : A jumlah 350 ml B jumlah 350 ml C jumlah 100 ml

5. Untuk perlakuan 1 (dengan hidrolisis), ke dalam botol A dan B

ditambahkan masing-masing sebanyak 6 ml Sun Amylase

( enzim Thermamyl Alpha Amilase) 6. Botol A, B, dan C dipasteu-

risasikan menggunakan kukusan selama 60 menit, mulut botol ditutup dengan kapas dan aluminium foil.

7. Fermipan diaktifkan dengan cara mengaduk fermipan dengan 100 ml larutan gula pasir 5%. Fermipan yang aktif akan menghasilkan gas dengan jumlah yang banyak.


8. Hasil pasteurisasi didinginkan. 9. Larutan Fermipan yang telah aktif

dimasukkan ke dalam botol C, diaduk dan dibiarkan selama 3 sampai 8 jam sampai terbentuk gas yang maksimal.-� STARTER.

10. Ditambahkan STARTER dalam jumlah yang sama ke dalam botol A dan botol B.

11. Botol ditutup dan dirangkai seperti gambar 1.

12. Setelah waktu fermentasi tertentu hasil fermentasi disuling dengan pengaturan suhu 900C.

13. Suhu, jumlah destilat dan massa jenis destilat diukur.

14. Kadar etanol dalam destilat dihitung dengan menggunakan tabel hubungan antara BJ dan kadar etanol dibaca dari Tabel 3-113 (Perry 5 th ed, 1973).

Langkah-langkah 1 sampai 14 diulang untuk perlakuan 2 (tanpa hidrolisis), tetapi langkah 5 tidak dilakukan

Analisis data : 1. Dari setiap perlakuan akan

ditentukan jumlah destilat (V) dan kadar alkohol (% A) dalam destilat,

2. Berdasarkan nilai BJ destilat terukur ditentukan kadar etanol dengan menggunakan tabel 3 -20 Perry Chemical Engineer’s Handbook.

3. Kemudian dihitung rendemen proses dengan rumus perhitungan sebagai berikut :

4. Kadar gula reduksi awal baik untuk medium yang dihidrolisis ataupun tidak, ditentukan dengan metode Luff Schoorl

5. Rendemen rata-rata dari perlakuan pertama dibandingkan dengan rendemen rata-rata dari perlakuan ke dua untuk waktu fermentasi yang sama.

6. Kondisi optimum masing-masing perlakuan dibaca dari grafik hubungan antara rendemen hasil dan waktu fermentasi.

Analisis Pendukung

Analisis gula reduksi dengan metode LUFF SCHOORL :

1. Ditimbang bahan dengan teliti sebanyak 3 gram, dimasukkan ke labu takar 100 ml.

2. Ditambahkan aquades sampai tanda garis, dikocok sampai bercampur.

3. Dipipet sebanyak 5 ml atau 10 ml larutan tersebut (bila perlu disaring) dimasukkan dalam erlenmeyer 250ml, ditambahkan 25ml regeant Luff Schoorl.

4. Dipanaskan di atas waterbath yang sudah mendidih selama 10 menit tepat.

5. Didinginkan dengan cepat dengan dialiri air kran di sekitar luar botol.

6. Ditambahkan 45 ml larutan H2SO4 4 N dan 15 ml larutan KI 25% dengan hati-hati melalui dinding erlenmeyer, dan tidak boleh dituangkan sekaligus.

7. Dititrasi dengan larutan Na-Thio Sulfat 0,1N sampai warna coklat, ditambahkan larutan amylum 1% sebanyak 1ml dan dilanjutkan lagi titrasi tersebut sampai warna biru hilang.

8. Dilakukan blanko, yaitu 25ml reagan Luff Schoorl ditambahkan dengan aquades sebagai pengganti sampel. Dipanaskan di atas waterbath dan selanjutnya dikerjakan sperti prosedur di atas.

(Sudarmaji, 1989)

HASIL DAN PEMBAHASAN

Data perhitungan rendemen etanol dalam hasil fermentasi dengan hidrolisis dirangkum pada Tabel 1. Kadar etanol dalam destilat hasil fermentasi dengan hidrolisis berkisar antara 36,4 % sampai 48,29%.

Rendemen =


Data perhitungan rendemen etanol dalam hasil fermentasi tanpa hidrolisis dirangkum pada Tabel 2 .Jika dibuat kurve hubungan antara waktu fermentasi dan rendemen etanol dalam hasil, kecenderung-annya dapat dilihat pada Gambar 2. Kadar etanol dalam destilat hasil fermentasi tanpa hidrolisis berkisar antara 33% sampai 54,16%

Kadar etanol dalam %volume dihitung dengan cara interpolasi dengan menggunakan tabel 3-113 (Perry R.H;1973)

Hasil perhitungan rendemen untuk setiap interval 6 jam perubahan waktu fermentasi dirangkum pada Tabel 3.

Tabel 1. Perhitungan Randemen Hasil Fermentasi dengan Hidrolisis

Kadar etanol Waktu (jam)

destilat (ml)

massa jenis

Rumus % vol etanol

Rendemen (%)

24 36 0.9176 =48,2+(780-760)/(780-

758)*0,1 48.29 17.39

30 38 0.9224 =46,0+(257-240)/(257-

236)*0,1 46.08 17.51

36 48 0.9184 =47,8+(867-840)/(867-

845)*0,1 47.92 23.01

43,5 45 0.9314 41.00 18.45

48 52 0.9423 36.40 18.93

Tabel 2. Perhitungan Randemen Hasil Fermentasi tanpa Hidrolisis

Kadar etanol Waktu (jam)

destilat (ml)

massa jenis

Rumus % vol etanol

Rendemen (%)

24 47 0.9334 =40,8+(356-340)/(356-335)*0,1 40.88 19.65

30 29 0.9045 =54,0+(485-450)/(485-463)*0,1 54.16 16.06

36 53 0.9350 =40,0+(518-500)/(518-498)*0,1 40.09 21.73

43,5 49 0.9350 =40,0+(518-500)/(518-498)*0,1 40.09 20.09

48 50 0.9486 33.00 16.87

Tabel 3. Rangkuman data Waktu Fermentasi vs RENDEMEN

RENDEMEN (%) Waktu (jam) Tanpa hidrolisis (seri 1) Dengan hidrolisis (seri 2)

24 19.65 17.39

30 16.06 17.51

36 21.73 23.01

43.5 20.09 18.45

48 16.87 18.93


Kondisi optimum dicapat pada

waktu 36 jam, pada saat itu dicapai rendemen terbesar. Rendemen optimum tidak jauh berbeda antara kedua perlakuan disebabkan karena kurang sempurnanya proses hidrolisis enzimatis. Rendemen setelah 36 jam menurun kemungkinan besar disebabkan karena etanol terfermentasi lebih lanjut menjadi asam.

Molases dan air kelapa digunakan sebagai pelarut medium karena mudah didapat,murah dan mengandung banyak nutrisi (mineral mineral K, Na, Ca). Dengan menggunakan pisang sebagai bagian dari bahan baku, penggunaan molases dapat dikurangi.

KESIMPULAN

1. Hasil percobaan menunjukkan kondisi optimum pada perlakuan 1 (dengan hidrolisis) dan perlakuan 2 (tanpa hidrolisis) dicapai pada fermentasi 36 jam

2. Tidak terdapat perbedaan yang signifikan antara rendemen yang dicapai pada fermentasi 36 jam antara perlakuan 1 (dengan

hidrolisis) dan perlakuan 2 (tanpa hidrolisis)

3. Rendemen hasil fermentasi sampah buah pisang dengan hidrolisis adalah sebesar 23,01% dan pada hasil fermentasi sampah buah pisang tanpa hidrolisis adalah sebesar 21,73%.

DAFTAR PUSTAKA

Association of Official Analytical Chemists. 1984. Official Methods of Analysis of The Association of Official Analytical Chemists, 14 th ed. AOAC Inc. Arlington,Virginia.^ethanol.org.Science Journal Januari 2006

Ethanol . Available from URL : http://www.ethanol.org/documents/Science Journal Januari 2006_000.pdf. Diakses 22 Desember 2008

Hill, et.al. Environmental, Economic, Energetic Costs and Benefits of Biodiesels and Ethanol Biofuels. Proceedings of The National Academy of Sciences, 103 (30). 2006; 11206 – 11210

Kapti Rahayu Kuswanto dan Slamet Sudarmaji. Mikrobiologi Pangan. Pusat Antar Universitas Pangan dan Gizi. Yogyakarta : Universitas Gajah Mada. 1989. Hlm. 259-261

15.00

17.00

19.00

21.00

23.00

25.00

20 24 28 32 36 40 44 48 52

Waktu Fermentasi (jam)

Gambar 2. Hubungan Rendemen dengan Waktu Fermentasi

Rendemen (%)

Series1

Series2


Moreno, J., M. Bravo, J.C. Mauricio, J.M. Ortega, dan M. Medina. Production of Higher Alcohols and Their Acetates Under Different Fermentation Conditions by Saccharomyces Cerevisiae.2008.

Perry R. H. and Cecil H. C. Chemical Engineer’s Handbook. 5th ed. Tokyo : Mc. Graw-Hill Kogakhusa Ltd. 1973; 3-85.

Pisang. Available from URL : "http://id.wikipedia.org/wiki/Pisang" Kategori: Buah-buahan | Tumbuhan,

Diakses 10 Desember 2008

Stanbury P.F. and A. Whitaker. Priinciples of Fermentation Technology. New York : Pergamon Press. 1984; 120-126

Sudarmaji S., B. Haryono dan Suhaedi. Prosedur Analisa Bahan Makanan dan Pertanian. Yogyakarta : Penerbit Liberty. 1989.

Widyastuti dan Martina A. Hidrolisis Umbi Garut Menggunakan α-Amylase untuk Memproduksi Sirup Glukosa dan Serat Pangan. Laporan Penelitian Program Penelitian Dosen Muda, Surakarta : Fakultas Teknik Universitas Setia Budi. 2002

art66110_0216–163x.pdf

Documents