LAPORAN PRAKTIKUM

BIOPROSES

“PROSES FERMENTASI ETANOL ANAEROBIK SECARA BATCH”

Tanggal praktikum : 11 November 2014

Tanggal pengumpulan : 18 November 2014

Dosen pembimbing : Dr. Ir. Bintang Iwhan Moehady, M.T.

Kelompok VI

Anggota :

Esa Mayasari (131411036)

Muhammad Ramdhani (131411000)

Tasya Diah R. (131411000)

2B – D3 Teknik Kimia

JURUSAN TEKNIK KIMIA

PRODI D3 - TEKNIK KIMIA

POLITEKNIK NEGERI BANDUNG

2014

A. TUJUAN

1. Memahami proses fermentasi ethanol secara anaerobik yang dijalankan secara batch.

2. Menguasai teknik pembuatan inokulum dan persiapan untuk fermentasi anaerobik.3. Menentukan kurva kalibrasi untuk konsentrasi ethanol dan konsentrasi sukrosa

terhadap indeks bias.4. Menentukan kurva kalibrasi perubahan konsentrasi sel, konsentrasi ethanol dan

konsentrasi substrat sisa terhadap waktu.5. Menentukan konstanta Michelles Menton untuk proses fermentasi ethanol.

B. DASAR TEORI

Pembuatan etanol dapat dilakukan dengan hidrasi etilen dan fermentasi (Kirk, 1951). Proses hidrasi etilen tidak cocok dikembangkan di Indonesia karena cadangan minyak bumi yang semakin sedikit. Sebaliknya, proses fermentasi sangat mungkin untuk dikembangkan di Indonesia. Etanol dapat diproduksi dengan cara fermentasi bahan mentah mono/disakarida (gula tebu, tetes tebu), bahan berpati (jagung, padi, umbi), dan bahan berselulosa (kayu, limbah pertanian) (Bailey, 1986). Dengan potensi yang sangat besar sebagai negara agraris, pengembangan etanol secara fermentasi di Indonesia sangat mungkin dilakukan.

Proses fermentasi etanol dapat dilakukan secara curah/batch maupun secara sinambung/kontinyu. Proses batch dilakukan dengan cara yang sederhana sehingga produktivitasnya rendah, membutuhkan waktu yang lama, dan biaya buruh tinggi (Bohnet, 2003). Hal tersebut berbeda dengan fermentasi secara kontinyu yang mempunyai produktivitas tinggi dan kebutuhan biaya buruh rendah. Produktivitas etanol dengan proses kontinyu adalah sekitar tiga kali proses batch. Oleh karena itu, untuk hasil yang sama dibutuhkan reaktor batch sebanyak tiga kali lipat reaktor kontinyu (Bohnet, 2003). Penelitian terdahulu dengan bahan dan yeast yang sama menunjukkan perbedaan produktivitas antara proses batch dan kontinyu. Kadar gula awal sama yaitu 10% (v/v), percobaan batch menghasilkan produktivitas etanol sebesar 1,8 gram/ljam dengan yield produk 23,67%. Pada percobaan kontinyu didapat nilai produktivitas sebesar 30,09 gram/ljam dengan yield produk sebesar 49,22% (Widjaja, 2007).

Saccharomyces cerevisiae telah lama digunakan dalam industri alkohol dan minuman berakohol sebab memiliki kemampuan dalam memfermentasi glukosa menjadi ethanol. Hal yang menarik bahawa proses fermentasi dalam khamir tersebut berlangsung dalam keadaan anaerob. Fermentasi ethano oleh ragi jenis ini Saccharomyces cerevisiae akan berjalan secara optimal pada temperatur 32℃ dengan pH medium 4,5 (Maziar, 2009). Proses fermentasi menggunakan teknik Fed batch diketahui memiliki efisiensi yang lebih tinggi daripada teknik batch.

Menurut pasteur, keberadaan oksigen akan menghambat jalur fermentasi di dalam sel khamir sehingga sumber karbon yang ada akan digunakan melalu jalur respirasi (Pasteur effect). Berdasarkan fenomena ini, seharusnya produksi ethanol oleh khamir terjadi pada kondisi anaerob. Namun ternyata, Pasteur effect pada sel khamir

Alcohol dehidroginase enzim

diamati pada sel stationer, sedangkan produksi alkohol terjadi ketika sel berada pada fase pertumbuhan (fase log). Hal inilah yang diduga bahwa Pasteur effevt bukan fenomena yan terjadi saat produksi ethanol oleh Saccharomyces cerevisiae.

Dalam fermentasi alkohol, satu molekul glukosa hanya dapat menghasilkan 2 molekul ATP, dibandingkan dengan respirasi aerob, satu molekul glukosa dapat menghasilkan 38 molekul ATP. Jalur biokimia yang terjadi sebenarnya bervariasi tergant jenis gula yang digunakan tetai pada umumnya melibatkan jalur glikolisis yang merupakan bagian awal daru tahap respirasi aerobik pada sebagian besar organisme. Jalur terakhir akan bervariasi tergantung produk akhir yang dihasilkan.

Reaksi :

1. Gula (C6H12O6) asam piruvat (glikolisis)2. Dekarbeksilasi asam piruvat.

Asam piruvat asetaldehid + CO2

3. Asetaldehid oleh alkohol dihidrogenasi diubah menjadi ethanol.2 CH3CHO + 2 NADH2 2 C2H5OH + 2 NAD

Ringkasan Reaksi :C6H12O6 2 C2H5OH + 2 CO2 + 2 ATP (energi yang dilepaskan 118 kJ/mol)

Laju pengurangan konsentrasi substrat

V=V max

C s

ks+C s

V=−d C s

dt=

d C p

dt

dxdt

=Vx

C. ALAT DAN BAHAN

Bahan yang digunakan :a. Biakan murni Saccharomyces

cerevisiaeb. Alcoholc. Media aktivas dalam 100ml

Biakan 1 tabung Sukrosa 6 gram (NH4)2SO40,2 gram KH2PO40,5 gram

d. Media fermentasi 1000 mL Glukosa 150 gram MgSO4.7H2O 0,4 gram (NH4)2SO42 gram KH2PO4 5 gram

Alat yang digunakan :a. Fermentor 2 L lengkap dengan

pipa udara dan karet penutupb. Tabung reaksic. Jarum osed. Bunsen e. Labu Erlenmeyer f. Beaker glassg. Gelas ukurh. Pipet tetesi. Refraktometerj. Shakerk. Incubatorl. Neraca teknis

Piruvat dekarboksilase (CH3CHO)

Schout emulsion 10 mL Aqudes hingga 1 L

e. Larutan H2SO4 26%f. Gas N2

D. LANGKAH KERJA

a. Pembuatan media fermentasi dan media aktivasi Siapkan labu Erlenmeyer 2 L. Masukan bahan media aktivasi dan media

fermentasi. Tambahkan aquadest hingga volume 1,5 L. Ambil sekitar 150 mL media dan masukan dalam labu Erlenmeyer 200 mL

untuk pembuatan media aktivasi (sisanya untuk media produksi). Sterilkan media dalam autoclave.Media aktivasi : Siapkan biakan ragi Saccharomyces cerevisiae dalam agar miring. Gesekan jarum ose sebanyak 3 gesekan lalu celupkan dalam media aktivasi

yang telah disterilkan. Lakukan sebanyak 3 kali dengan perlakuan aseptis.

b. Percobaan fermentasi Sterilkan fermentor beserta karet penutup dan pipa udara. Masukan larutan H2SO4 26% dalam pipa sehigga pipa terisi hingga

setengahnya. Setelah steril masukan media fermentasi dalam fermentor sebanyak 1 L. Masukkan media aktivasi kedalam fermentor (aseptis). Alirkan gas N2 untuk mengeluarkan oksigen dalam fermentor. Simpan dalam incubator dengan suhu 37°C dan dishaker. Lakukan pengujian media fermentasi selama 1 kali dalam sehari dengan rentang

waktu yang sama.

c. Pembuatan kurva kalibrasi Siapkan larutan sisa media fermentasi. Tambahkan etanol kedalam larutan hingga menjadi beberapa larutan dengan

variasi konsentrasi etanol (1%, 2%, 3%,…,10%). Ukur indeks bias masing-masing larutan. Siapkan larutan etanol 5% v/v. Tambahkan sukrosa kedalam larutan hingga menjadi beberapa larutan dengan

variasi konsentrasi sukrosa (1%, 2%, 3%,…,10%). Ukur indeks bias masing-masing larutan.

E. DATA PENGAMATAN DAN PENGOLAHAN DATA

a. Indeks bias sampel

t

(waktu)

Indeks bias Brix

0 0 13.41 0 13.42 0 13.43 0 13.44 0 14.55 0 13.36 0 12.67 0 13.28 0 13.29 0 12.0

b. Data kurva kalibrasi larutan etanol

Konsentrasi Ethanol (%)

Indeks Bias

2 34 56 98 12,210 14,8

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 110

2

4

6

8

10

12

14

16

f(x) = 1.54 x − 0.44R² = 0.991471571906354

Kurva Indeks Bias vs Konsentrasi Etanol (%)

Konsentrasi Etanol (%)

Inde

ks B

ias

c. Data kurva kalibrasi larutan sukrosa

Konsentrasi Sukrosa (%) Brix

10 030 3,950 5100 9,8140 12,9

0 20 40 60 80 100 120 140 1600

2

4

6

8

10

12

14

f(x) = 0.0942932862190813 x + 0.0966431095406355R² = 0.977664973678433

Kurva Brix vs Konsentrasi Sukrosa (g/L)

Konsentrasi Sukrosa (g/L)

Brix

Hasil Analisa Sampel

Berdasarkan literature

Indeks bias alkohol pada 20 oC : 1.361

Indeks bias sukros apada 20 oC : 1.296

Penentuan konsentrasi etanol dan sukrosa dilakukan dengan cara

mensubstitusikan nilai indeks bias ke dalam persamaan garis pada kurva kalibrasi.

Pada kurva kalibrasi larutan etanol didapatkan persamaan y = 1,54x- 0,44 dan

untuk kurva kalibrasi sukrosa didapat persamaan y = 0,094x + 0,096 dengan y

merupakan nilai indeks bias dan x sebagai konsentrasi etanol/sukrosa dalam %

massa.

Konsentrasi etanol (x) = indeks bias sampel ( y )+0 , 44

1 , 54

Konsentrasi sukrosa (x) = indeks bias ( y )−0 ,096

0 , 094

Maka didapatkan data konsentrasi etanol dan sukrosa dalam sampel :

t (waktu)

Indeks bias Brix %Etanol Sukrosa (g/L)

0 0 13.4 0 141.531 0 13.4 0 141.532 0 13.4 0 141.533 0 13.4 0 141.534 0 14.5 0 153.235 0 13.3 0 140.476 0 12.6 0 133.027 0 13.2 0 139.408 0 13.2 0 139.409 0 12.0 0 126.64

F. PembahasanOleh Esa Mayasari (131411036)

Pada praktikum dilakukan proses fermentasi alkohol anaerob secara batch dengan menggunakan ragi Saccharomyces cerevisiae sebagai biokatalis. Biokatalis ragi ini membantu proses fermentasi menjadi lebih cepat. Proses dilakukan secara anaerob (tidak ada oksigen) untuk mencegah terjadinya perubahan jalur metabolisme biokatalis ragi sehingga terbentuk metabolit alkohol. Apabila proses dilakukan secara aerob (ada oksigen) maka jalur metabolisme biokatalis ragi akan berubah ke jalur pertumbuhan. Oksigen yang terdapat dalam proses akan digunakan untuk berkembang biak sehingga diakhir proses yang akan didapat adalah biomassanya (ragi) bukan etanol.

Pada praktikum ditambahkan beberapa zat seperti MgSO4.7H2O, (NH)2SO4

dan KH2PO4. Zat-zat tersebut merupakan tambahan nutrisi dan zat pendukung yang dibutuhkan oleh ragi selama proses berlangsung. Fungsi (NH)2SO4

ditambahkan sebagai sumber nitrogen untuk ragi dan KH2PO4 sebagai penstabil pH media. Ditambahkan juga scott emulsion sebagai nutrisi tambahan untuk ragi.

Sebelum proses berlangsung dilakukan shaking menggunakan shaker untuk meratakan penyebaran nutrisi di dalam media. Kondisi proses dilakukan secara aseptis untuk mencegah kontaminasi. Proses ideal fermentasi dilakukan pada suhu 37˚C karena pada suhu ini merupakan suhu yang optimal dalam proses fermentasi etanol.

Dilakukan pembuatan kurva kalibrasi larutan etanol dan sukrosa. Kurva kalibrasi ini digunakan dalam penentuan konsentrasi etanol yang terbentuk dalam sampel dan konsentrasi sukrosa yang tersisa dalam media. Sampel diambil setiap 30 menit sekali selama 2 hari sampai didapatkan t9.

Dari pengolahan data didapatkan data konsentrasi etanol dan sukrosa dalam

sampel :

t (waktu)

Indeks bias Brix %Etanol Sukrosa (g/L)

0 0 13.4 0 141.531 0 13.4 0 141.532 0 13.4 0 141.533 0 13.4 0 141.534 0 14.5 0 153.235 0 13.3 0 140.476 0 12.6 0 133.027 0 13.2 0 139.408 0 13.2 0 139.409 0 12.0 0 126.64

Berdasarkan data yang diperoleh, dapat dilihat bahwa konsentrasi etanol tidak terbentuk dan konsentrasi sukrosa fluktuatif. Hal ini terjadi kemungkinan disebabkan oleh beberapa faktor, diantaranya suhu yang kurang optimum bagi pembentukan etanol, pengambilan data hanya 2 hari yang dikhawatirkan belum optimalnya pembentukan etanol.

G. KESIMPULANa. Konsentrasi etanol tidak terbentuk sampai akhir proses.

b. Konsentrasi sukrosa yang tersisa sebesar 124.64 g/L.

c. Waktu proses fermentasi berlangsung selama 2 hari.

d. Indeks bias produk 0.

e. Didapat data indeks bias dan konsentrasi etanol dan sukrosa untuk tiap sampel :

t (waktu)

Indeks bias Brix %Etanol Sukrosa (g/L)

0 0 13.4 0 141.531 0 13.4 0 141.532 0 13.4 0 141.533 0 13.4 0 141.534 0 14.5 0 153.235 0 13.3 0 140.476 0 12.6 0 133.027 0 13.2 0 139.408 0 13.2 0 139.409 0 12.0 0 126.64

DAFTAR PUSTAKA

Anonim, Fermentasi Ethanol Anaerob Batch , Fromhttp://www.google.co.id/url?sa=t&rct=j&q=fermentasi%20etanol%20anaerob%20secara%20batch&source=web&cd=2&ved=0CCMQFjAB&url=http%3A%2F%2Feprints.undip.ac.id%2F13474%2F4%2FHalaman_Angka.pdf&ei=0RMMT_uIDsHqrAeqxfHGBA&usg=AFQjCNFQd1tOOiy-UAl0AzvWs-QHz4RVVg

Bailey, James E. and David F. Ollis, 1986, Biochemical Engineering Fundamentals, 2nd edition, McGraw-Hill Book Co., Singapore.

Leoanggraini, Unung. Jobsheet Praktikum Bioproses. Proses Fermentasi Etanol Anaerobik secara Batch. POLBAN.2011