laporan tugas akhir pembuatan ... - digilib.uns.ac.id... · laporan tugas akhir pembuatan fermentor...
TRANSCRIPT
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user
i
LAPORAN TUGAS AKHIR
PEMBUATAN FERMENTOR SKALA LABORATORIUM
UNTUK FERMENTASI BIOETANOL SECARA KONTINYU
DENGAN BIOKATALIS YEAST YANG TER-IMOBILISASI
DALAM KALSIUM ALGINAT
Disusun Oleh:
Agus Riyadi I8309001
Ayu Permatasari Subekti I8309005
Farid Rusman Hadi I8309016
Fitri Widhiastuti I8309017
PROGRAM STUDI DIPLOMA III TEKNIK KIMIA
JURUSAN TEKNIK KIMIA
FAKULTAS TEKNIK
UNIVERSITAS SEBELAS MARET
SURAKARTA
2012
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user
ii
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user
iii
KATA PENGANTAR
Dalam penyusunan laporan tugas akhir ini Penulis telah mendapatkan
banyak bimbingan, pengarahan, dan masukan dari berbagai pihak. Pada
kesempatan ini penulis mengucapkan terima kasih kepada :
1. Bapak Bregas ST Sembodo S.T.,M.T., selaku Ketua Program Studi
Diploma III Teknik Kimia, Jurusan Teknik Kimia, Fakultas Teknik,
Universitas Sebelas Maret Surakarta.
2. Ir. Endah Retno D, M.T., selaku dosen pembimbing yang telah
memberikan arahan dan bimbingan kepada penulis sehingga penulis
dapat menyusun laporan ini.
3. Orang tua dan saudara atas dukungan moril maupun materiil.
4. Mbak Anna, mas Agus, mas Rahmat, mbak Deni dan selaku laboran
jurusan Teknik Kimia yang telah banyak membantu selama
pelaksanaan tugas akhir.
5. Rekan – rekan mahasiswa Program Diploma III Teknik Kimia FT
UNS angkatan 2008 yang telah membantu dalam pelaksanaan tugas
akhir dan penyusunan laporan tugas akhir.
Dalam penyusunan laporan ini Penulis menyadari masih banyak
terdapat kekurangan, Penulis mengharapkan kritik dan saran yang membangun
demi kesempurnaan penulisan laporan di masa yang akan datang.
.
Surakarta, Juli 2012
Penulis
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user
iv
DAFTAR ISI
HALAMAN JUDUL ................................................................................................ i
LEMBAR PENGESAHAN .................................................................................... ii
LEMBAR KONSULTASI ..................................................................................... iii
KATA PENGANTAR .......................................................................................... vii
DAFTAR ISI ........................................................................................................ viii
DAFTAR TABEL .................................................................................................... x
DAFTAR GAMBAR ............................................................................................. xi
DAFTAR LAMPIRAN ......................................................................................... xii
ABSTRACT ......................................................................................................... xiii
INTISARI ............................................................................................................. xiv
BAB I PENDAHULUAN .................................................................................. 1
A. Latar Belakang Masalah .................................................................... 1
B. Perumusan Masalah ........................................................................... 2
C. Tujuan ................................................................................................ 2
D. Manfaat .............................................................................................. 2
BAB II TINJAUAN PUSTAKA .......................................................................... 3
A. Bioetanol ............................................................................................ 3
B. Proses Produksi bioetanol ................................................................... 3
C. Teknik Imobilisasi Sel ........................................................................ 4
D. Fermentor ............................................................................................ 5
E. Fermentasi Kontinyu menggunakan Fermentor Unggun Tetap
(Packed Bed Fermentor) ..................................................................... 7
F. Kerangka Pemikiran ........................................................................... 9
BAB III METODOLOGI .................................................................................... 10
A. Alat dan Bahan .................................................................................. 10
B. Pengujian Alat ................................................................................... 12
BAB IV HASIL DAN PEMBAHASAN ............................................................. 16
A. Fermentor .......................................................................................... 16
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user
v
B. Pengujian Fermentor ......................................................................... 18
BAB V PENUTUP .............................................................................................. 31
A. Kesimpulan ....................................................................................... 31
B. Saran ................................................................................................. 31
DAFTAR PUSTAKA
LAMPIRAN
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user
vi
DAFTAR TABEL
Tabel 4.1 Data Titrasi Hasil Pengujian Kadar Etanol dan Kadar Gula Reduksi... 20
Tabel 4.2 Kadar Etanol dan Kadar Gula Reduksi Hasil Fermentasi ..................... 21
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user
vii
DAFTAR GAMBAR
Gambar 2.1 Packed Bed Fermentor ..................................................................... 8
Gambar 3.1 Rangkaian Alat Produksi Bioetanol ............................................... 10
Gambar 3.2 Susunan Bahan Isian Fermentor ..................................................... 11
Gambar 3.3 Tangki Umpan ................................................................................ 11
Gambar 3.4 Pompa Peristaltik ............................................................................ 12
Gambar 4.1 Fermentor ....................................................................................... 16
Gambar 4.2 Alat Fermentor ............................................................................... 18
Gambar 4.3 Grafik Kurva Standar Kadar Etanol (%) vs Volume NaOH (ml) .. 19
Gambar 4.4 Grafik Pengaruh Berat Yeast Terhadap Kadar Gula Reduksi pada
Ketinggian Imobil ........................................................................... 23
Gambar 4.5 Grafik Pengaruh Berat Yeast 60 gr/250 ml Terhadap Kadar Gula
Reduksi (mg/100 ml) pada ketinggian Imobil ................................ 24
Gambar 4.6 Grafik Pengaruh Berat Yeast Terhadap Kadar Bioetanol yang
Dihasilkan pada Ketinggian Imobil ................................................ 26
Gambar 4.7 Grafik Pengaruh Berat Yeast 60 gr/250 ml Terhadap Kadar
Bioetanol (%) pada Ketinggian Imobil.......................................... 28
Gambar 4.8 Grafik Pengaruh Berat Yeast 60 gr/ 250 ml Terhadap Kadar Gula
Reduksi (mg/ 250 ml) dan Bioetanol yang Dihasilkan (%) ........... 29
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user
viii
DAFTAR LAMPIRAN
Lampiran 1 Analisa Kadar Gula Reduksi ........................................................... L1
Lampiran 2 Analisa Ekonomi ............................................................................. L3
Lampiran 3 Foto .................................................................................................. L5
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user
ix
ABSTRACT AGUS RIYADI, AYU PERMATASARI SUBEKTI, FARID RUSMAN HADI, FITRI WIDHIASTUTI, 2012. “FINAL PROJECT REPORT ON LABORATORY-SCALE FERMENTOR FOR CONTINUOUS BIOETHANOL FERMENTATION WITH IMMOBILIZED YEAST IN CALCIUM ALGI NATE” CHEMICAL ENGINEERING DIPLOMA III STUDY PROGRAM OF SURAKARTA SEBELAS MARET UNIVERSITY.
Ethanol is a chemical substance with many benefits including as solvent,
antiseptic agent, liquor composition material, and alternative energy. The ethanol preparation process using in batch manner took long time thereby taking higher cost. Continuously fermentation could improve ethanol productivity because it took relatively shorter time and higher quantity of product. This process used calcium alginate-immobilized yeast content. Cellular immobilization is a process or method of entrapping fermentation cell physically in a certain room in which in this condition the cell still has activity, and can be used continuously and repetitively.
The bioethanol production tools included column with filler as the media of bioethanol fermentation process occurrence using sugar solution pumped from the feeder tank to fermentor column through upflow with flow rate of 2.52 L/hour, then the product was accommodated in the reservoir.
In continuously fermentation process, the sample was taken once in one hour for 5 hours with varied yeast weights (50g/250 ml, 60g/250 ml, and 70g/250 ml) as well as varied immobile heights (4 cm, 8 cm, and 12 cm) to be analyzed for its sugar and bioethanol levels. The highest bioethanol level was obtained at immobile height of 12 cm and yeast weight of 60 g/250 ml of 6.33%. Meanwhile, the highest reduction of sugar level occurred at immobile height of 12 cm and yeast weight of 60 g/ 250 ml by 25.55g/100 ml from 42.42 g/100ml to 16.87 g/100 ml.
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user
x
INTISARI AGUS RIYADI, AYU PERMATASARI SUBEKTI, FARID RUSMAN HADI, FITRI WIDHIASTUTI, 2012. “LAPORAN TUGAS AKHIR PEMBUATAN FERMENTOR SKALA LABORATORIUM UNTUK FERMENTASI BIOETANOL SECARA KONTINYU DENGAN BIOKATALIS YEAST YANG TER-IMOBILISASI DALAM KALSIUM ALGINAT” PROGRAM STUDI DIPLOMA III TEKNIK KIMIA UNIVERSITAS SEBELAS MARET SURAKARTA
Etanol merupakan bahan kimia yang mempunyai banyak kegunaan, diantaranya sebagai pelarut, antiseptik (pembunuh kuman), bahan pembuatan minuman keras dan energi alternatif. Proses pembuatan etanol secara batch membutuhkan waktu yang lama sehingga memerlukan biaya produksi yang lebih mahal. Fermentasi secara kontinyu dapat meningkatkan produktivitas etanol karena memerlukan waktu yang relatif lebih singkat dan hasil yang didapat lebih banyak. Pada proses ini, menggunakan bahan isian yeast yang ter-imobilisasi dalam kalsium alginat. Imobilisasi sel adalah suatu proses atau metode untuk menjebak sel ragi secara fisik pada suatu ruang tertentu dimana pada kondisi ini sel masih memiliki aktivitas, serta dapat dipergunakan secara kontinyu dan berulang kali. Alat produksi bioetanol berupa kolom dengan bahan isian sebagai tempat terjadinya proses fermentasi bioetanol dengan menggunakan larutan gula yang di pompa dari tangki umpan menuju kolom fermentor melalui bagian bawah (upflow) dengan laju alir 2,52 L/jam, kemudian produk ditampung dalam tangki penampungan. Pada proses fermentasi secara kontinyu, sampel diambil setiap 1 jam selama 5 jam dengan variasi berat yeast (50 g/250 ml, 60 g/250 ml dan 70 g/250 ml) serta variasi ketinggian imobil (4 cm, 8 cm dan 12 cm) untuk dianalisa kadar gula dan kadar bioetanol. Kadar bioetanol terbesar dihasilkan pada ketinggian imobil 12 cm dengan berat yeast 60 g/250 ml sebesar 6,33%. Sedangkan penurunan kadar gula terbesar terjadi pada ketinggian imobil 12 cm dengan berat yeast 60 g/250 ml sebesar 25,55 g/100ml dari kadar 42,42 g/100ml menjadi 16,87 g/100ml.
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user
Laporan Tugas Akhir Pembuatan Fermentor Skala Laboratorium untuk Fermentasi Bioetanol secara Kontinyu dengan Biokatalis Yeast yang Ter-imobilisasi dalam Kalsium Alginat
Program Studi Diploma III Teknik Kimia Universitas Sebelas Maret Surakarta
1
BAB I
PENDAHULUAN
A. Latar Belakang Masalah
Etanol merupakan bahan kimia yang mempunyai banyak kegunaan,
diantaranya sebagai pelarut, antiseptik (pembunuh kuman), bahan pembuatan
minuman keras dan energi alternatif. Dalam proses pembuatannya, etanol
dapat diproduksi dengan 2 cara, yaitu secara sintetik melalui reaksi kimia dan
fermentasi. Proses fermentasi etanol dapat dilakukan dengan 2 cara, yaitu
secara batch dan sinambung (continue). Kedua metode tersebut memiliki
kekurangan dan kelebihan. Kelebihan dari proses batch antara lain mudah
dilakukan, tetapi kekurangannya membutuhkan waktu yang cukup lama
dalam proses fermentasi sehingga produktivitasnya rendah. Sedangkan untuk
proses sinambung kelebihannya, waktu yang diperlukan relatif lebih singkat
sehingga produktivitasnya tinggi, dan kerugiannya mudah terkontaminasi.
Mikroorganisme merupakan salah satu faktor yang sangat berperan
dalam fermentasi, mikroorganisme untuk proses fermentasi ada 3 jenis, yaitu
bakteri, jamur dan yeast (ragi). Namun dalam hal ini yeast lebih sering
digunakan dalam proses fermentasi, karena yeast lebih mudah
dikembangbiakkan, lebih mudah dikontrol pertumbuhannya dan dapat
menghasilkan etanol dengan konsentrasi yang tinggi.
Teknik imobilisasi pada yeast merupakan suatu teknik untuk
menjebak sel ragi secara fisik pada suatu ruang tertentu dimana pada kondisi
ini sel masih memiliki aktivitas, serta dapat dipergunakan secara kontinyu dan
berulang kali. Teknik tersebut merupakan metode untuk mengurangi
pengeluaran biaya dalam proses fermentasi secara kontinyu khususnya dalam
industri makanan dan minuman. Keuntungan dari teknik imobilisasi antara
lain: bisa digunakan kembali beberapa kali dan tetap aktif, imobilisasi
menjaga aktivitas yeast dari kondisi yang tidak diinginkan.
Metode imobilisasi yang digunakan adalah penjebakkan enzim dalam
suatu matriks. Sedangkan agen pengimobil yang digunakan adalah natrium
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user
2 Laporan Tugas Akhir Pembuatan Fermentor Skala Laboratorium untuk Fermentasi Bioetanol secara Kontinyu dengan Biokatalis Yeast yang Ter-imobilisasi dalam Kalsium Alginat
Program Studi Diploma III Teknik Kimia Universitas Sebelas Maret Surakarta
alginat dikarenakan tidak beracun, mekanisme kestabilan tinggi, dan prosedur
sederhana.
B. Perumusan Masalah
Berdasarkan latar belakang yang telah dipaparkan, maka
permasalahan dapat dirumuskan sebagai berikut:
Bagaimana membuat fermentor unggun tetap yang dapat
menghasilkan bioetanol dengan produktivitas tinggi melalui proses fermentasi
secara kontinyu.
C. Tujuan
Tujuan tugas akhir ini adalah:
1. Merancang dan membuat fermentor (packed bed) skala laboratorium
untuk fermentasi bioetanol secara kontinyu dengan biokatalis yeast yang
ter-imobilisasi dalam kalsium alginat.
2. Mempelajari pembuatan bioetanol dari larutan gula secara kontinyu
dengan biokatalis yeast yang ter-imobilisasi dalam kalsium alginat.
D. Manfaat
Manfaat dari tugas akhir ini adalah:
1. Bagi mahasiswa, mempelajari teknologi pembuatan bioetanol dari larutan
gula secara kontinyu menggunakan fermentor (packed bed) dengan
biokatalis yeast yang ter-imobilisasi dalam kalsium alginat.
2. Bagi masyarakat, mampu membuat bioetanol secara efisien sehingga
didapatkan biaya produksi yang lebih rendah.
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user
Laporan Tugas Akhir Pembuatan Fermentor Skala Laboratorium untuk Fermentasi Bioetanol secara Kontinyu dengan Biokatalis Yeast yang Ter-imobilisasi dalam Kalsium Alginat
Program Studi Diploma III Teknik Kimia Universitas Sebelas Maret Surakarta
3
BAB II
TINJAUAN PUSTAKA
A. Bioetanol
Bioetanol adalah etanol yang berasal dari sumber hayati. Bioetanol
bersumber dari glukosa sederhana, pati (karbohidrat), dan selulosa. Setelah
melalui proses fermentasi dihasilkan etanol. (www.energi.lipi.go.id)
Dalam perdaganagan sehari-hari yang dimaksud dengan alkohol
adalah etil alkohol atau etanol dengan rumus C2H5OH. Alkohol merupakan
zat cair, tidak berwarna, berbau spesifik, mudah terbakar dan menguap, dapat
bercampur dalam air dalam berbagai perbandingan.
B. Proses Produksi Bioetanol
B.1. Fermentasi
Fermentasi merupakan proses metabolisme dimana terjadi perubahan
kimia dalam substrat/bahan organik karena aktifitas enzim yang dihasilkan
jasad renik. Disini sebagai substrat adalah glukosa dan jasad reniknya adalah
Saccharomyces cerevisiae. Bila bahan dasarnya karbohidrat maka dihidrolisis
dulu sehingga menjadi gula (glukosa) untuk fermentasi.
Fermentasi larutan gula oleh Saccharomyces cerevisiae akan
dihasilkan etanol dan CO2 dengan reaksi sebagai berikut :
S. cerevisiae
C6H12O6 2C2H5OH + 2CO2
Glukosa Etanol Kabondioksida
Faktor-faktor yang mempengaruhi proses fermentasi:
1. Keasaman (pH)
Saccharomyces cerevisiae dapat tumbuh pada pH 2,8-8,5 dengan pH
optimum 4,5-6,5. Secara mikrobiologi kondisi asam inilah yang
menyebabkan terjadinya selektivitas populasi mikroba serta berbagai
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user
4 Laporan Tugas Akhir Pembuatan Fermentor Skala Laboratorium untuk Fermentasi Bioetanol secara Kontinyu dengan Biokatalis Yeast yang Ter-imobilisasi dalam Kalsium Alginat
Program Studi Diploma III Teknik Kimia Universitas Sebelas Maret Surakarta
jenis yeast yang tidak dikehendaki sehingga memungkinkan proses
fermentasi dapat berlangsung dengan baik.
2. Mikroba
Fermentasi biasanya dilakukan dengan kultur murni yang dihasilkan di
laboratorium. Kultur ini dapat disimpan dalam keadaan kering atau
dibekukan. Penggunaan kultur tunggal mempunyai resiko yang tinggi
karena kondisi harus optimum. Untuk mengurangi kegagalan dapat
digunakan biakan campuran. Keuntungan penggunaan biakan campuran
adalah mengurangi resiko apabila mikrobia yang lain tidak aktif
melakukan fermentasi. Kondisi mikroba ini dipengaruhi oleh:
a. Suhu
Suhu fermentasi sangat menentukan macam mikroba yang dominan
Pada suhu 28-30 oC terbentuk alkohol lebih banyak karena ragi
bekerja optimal pada suhu itu.
b. Waktu
Laju perbanyakan bakteri bervariasi menurut spesies dan kondisi
pertumbuhannya.
c. Makanan (nutrisi)
Semua mikroorganisme memerlukan nutrient yang menyediakan
energi, nitrogen, dan mineral (Winarno, dkk, 1984).
C. Teknik Imobilisasi Sel
Proses imobilisasi sel adalah suatu proses atau metode untuk
menjebak sel ragi secara fisik pada suatu ruang tertentu dimana pada kondisi
ini sel masih memiliki aktivitas, serta dapat dipergunakan secara kontinyu
dan berulang kali. Teknik imobilisasi sel dapat dilakukan dengan tiga cara,
yaitu metode carrier binding, metode cross linking dan metode entrapping.
Pada metode carrier binding, enzim diikatkan pada suatu matriks yang
bersifat tidak larut dalam air. Sebagai matriks dapat digunakan bahan organik
maupun anorganik. Bila menggunakan metode ini, hal yang perlu
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user
5 Laporan Tugas Akhir Pembuatan Fermentor Skala Laboratorium untuk Fermentasi Bioetanol secara Kontinyu dengan Biokatalis Yeast yang Ter-imobilisasi dalam Kalsium Alginat
Program Studi Diploma III Teknik Kimia Universitas Sebelas Maret Surakarta
diperhatikan adalah pemilihan matriks dan pengikatan enzim pada matriks
tersebut.
Metode cross linking didasarkan pada pembentukan ikatan
intermolekuler antara molekul-molekul enzim. Gugus fungsional dalam
molekul enzim yang biasa digunakan untuk pembentukan ikatan
intermolekmuler adalah gugus α-amino pada asam amino terminal, gugus β-
amino dari lisin, gugus fenolik dari tirosin, gugus sulhidril dari sistein dan
gugus imidazole dari histidin.
Pada metode entrapping ini biasanya dilakukan dalam matrik polimer
dan merupakan metoda yang paling sering dipelajari untuk dikembangkan.
Adapun polimer yang dapat digunakan adalah kolagen, gelatin, selulosa
triasetat, alginat, karrageenan, agar, poliakrilamid, dan polistiren untuk
menghasilkan sel imobil dalam bentuk manik-manik, kubus atau lembaran.
Metoda penjebakan dengan matrik alginat lebih sering digunakan, karena
sederhana dalam pelaksanaannya, dapat mempertahankan stabilitas dan
aktivitas sel imobil, tidak beracun, dan mudah didapat.
Yeast (Saccharomyces cerevisiae) dijerat atau dijebak dengan
menggunakan gel kalsium alginat. Bila larutan natrium alginat dicampur
dengan larutan CaCl2 maka segera terbentuk gel yang tidak larut dalam air.
Reaksi antara natrium alginat dengan CaCl2 dapat dimanfaatkan dalam
imobilisasi sel-sel ragi yang merupakan biokatalis dalam upaya memproduksi
bioetanol dari larutan gula secara fermentasi. Fermentasi bioetanol dengan
menggunakan sistem imobilisasi sel memberikan hasil yang lebih baik
dibandingkan dengan cara konvensional karena dengan menggunakan sel ter-
imobilisasi pemisahan produknya lebih mudah serta stabilitas sel dapat
dipertahankan (Bangun, 1991).
D. Bioreaktor
Bioreaktor adalah reaktor untuk reaksi yang melibatkan makhluk
hidup. Bahan yang digunakan untuk pembuatan bioreaktor biasanya berupa
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user
6 Laporan Tugas Akhir Pembuatan Fermentor Skala Laboratorium untuk Fermentasi Bioetanol secara Kontinyu dengan Biokatalis Yeast yang Ter-imobilisasi dalam Kalsium Alginat
Program Studi Diploma III Teknik Kimia Universitas Sebelas Maret Surakarta
poliakrilik, kaca dan stainless steel. Bahan poliakrilik dan kaca dapat
digunakan secara langsung tanpa perlu mendapatkan perlakuan khusus, sebab
kedua bahan ini tidak bereaksi terhadap suatu media. Akan tetapi fermentor
berbahan poliakrilik lebih banyak digunakan sebab kaca mempunyai sifat
yang rentan sehingga mudah pecah (fragile).
Ada beberapa tipe bioreaktor yaitu fermentor batch, fermentor
sinambung (continue) dan fermentor semi sinambung (fed batch). Fermentor
batch adalah fermentor yang sederhana, dimana pada saat proses berlangsung
tidak ada bahan yang masuk maupun yang keluar dari fermentor. Kondisi
bahan maupun mikroorganisme dalam fermentor batch secara menyeluruh
mengalami perubahan seiring dengan waktu sampai pada tingkat tertentu.
Saat pemanenan produk, harus dilakukan proses lebih lanjut seperti
pemurnian dan lain sebagainya. Fermentor sinambung (continue) adalah
dimana nutrisi terus menerus ditambahkan dan produk yang dihasilkan terus-
menerus diambil. Fermentor sinambung (continue) berlawanan dengan
fermentor batch, dimana produk dipanen dan kemudian fermentor
dibersihkan dan dipersiapkan untuk putaran berikutnya dari fermentasi.
Fermentasi dalam fermentor unggun tetap (packed bed fermentor)
lebih sering digunakan karena dapat meminimalkan kerusakan dan perubahan
bentuk partikel biokatalis, mampu mencegah keluarnya partikel imobilisasi
sel pada kondisi laju aliran masuk yang tinggi, mudah dalam pengontrolan
sehingga diharapkan dapat meningkatkan produktivitas bioetanol dengan
kadar tertentu.
Fermentor semi sinambung (fed batch fermentor) adalah dimana
nutrisi ditambahkan secara simultan dan pengeluaran produk dilakukan secara
terputus-putus bukan terus-menerus.
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user
7 Laporan Tugas Akhir Pembuatan Fermentor Skala Laboratorium untuk Fermentasi Bioetanol secara Kontinyu dengan Biokatalis Yeast yang Ter-imobilisasi dalam Kalsium Alginat
Program Studi Diploma III Teknik Kimia Universitas Sebelas Maret Surakarta
E. Fermentasi Kontinyu menggunakan Fermentor Unggun Tetap (Packed
Bed Fermentor)
Salah satu teknologi untuk mendapatkan bioetanol dapat dilakukan
melalui proses fermentasi dengan yeast yang ter-imobilisasi dalam kalsium
alginat menggunakan bioreaktor kontinyu packed bed (Widjaja, Tri, dkk,
2009).
Berdasarkan penelitian Tri Widjaja (2008), fermentasi gula
berlangsung pada suhu 30 0C, pH 4, konsentrasi glukosa 107 g/L (10% v/v),
rate feed 2 ml/menit, dilution rate 1,2 jam-1 yang menggunakan bioreaktor
unggun tetap (packed bed bioreactor) dengan biokatalis yeast yang ter-
imobilisasi dalam kalsium alginat dengan konsentrasi 4%, 6%, dan 8% w/v.
Dari hasil penelitian diperoleh hasil bahwa pada proses fermentai gula
menggunakan Zymomonas mobilis dengan kadar kalsium alginat 6% w/v,
didapatkan kadar etanol sebesar 104,14 g/L, produktivitas etanol sebesar
97,33 gr/L jam, dan yield etanol sebesar 52,07% dengan jumlah broth 1000
ml.
Berdasarkan penelitian Ghasem Najafpour dkk (2009), fermentasi
gula menggunakan Saccharomyces cerevisiae untuk produksi etanol dalam
fermentor unggun tetap (packed bed fermentor) dilakukan untuk
meningkatkan kinerja proses fermentasi. Dengan konsentrasi gula 50 g/L,
waktu fermentasi selama 6 jam yang menggunakan biokatalis yeast yang ter-
imobilisasi dalam kalsium alginat dengan kadar 4% w/v maka diperoleh hasil
etanol sebesar 16,7%. Dalam penelitiannya, Imomobilized Cell Reactor
(packed bed fermentor) memiliki ukuran kolom dengan diameter dalam 46
mm, diameter luar 50 mm dan tinggi 850 mm. Fermentor ini memiliki
volume kerja 740 ml dan volume imobil 660 ml (70% dari volume kerja).
Fermentasi etanol secara kontinyu, medium berupa larutan gula dari tangki
umpan dipompa menuju kolom reaktor melalui bagian bawah (upflow)
dengan laju alir tertentu, kemudian produk ditampung dalam tangki
penampungan. Ilustrasi untuk penelitian ini dapat dilihat pada Gambar 2.1
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user
Laporan Tugas Akhir Bioetanol secara Kontinyu dengan Biokatalis Alginat
Program Studi Diploma III Teknik KimiaUniversitas Sebelas Maret Surakarta
Gambar 2.1
Laporan Tugas Akhir Pembuatan Fermentor Skala Laboratorium untuk Fermentasi Bioetanol secara Kontinyu dengan Biokatalis Yeast yang Ter-imobilisasi dalam Kalsium
Diploma III Teknik Kimia Universitas Sebelas Maret Surakarta
Gambar 2.1 Packed Bed Fermentor (Ghasem najafpour dkk, 2009)
8 Pembuatan Fermentor Skala Laboratorium untuk Fermentasi
imobilisasi dalam Kalsium
(Ghasem najafpour dkk, 2009)
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user
9 Laporan Tugas Akhir Pembuatan Fermentor Skala Laboratorium untuk Fermentasi Bioetanol secara Kontinyu dengan Biokatalis Yeast yang Ter-imobilisasi dalam Kalsium Alginat
Program Studi Diploma III Teknik Kimia Universitas Sebelas Maret Surakarta
F. Kerangka Pemikiran
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user
Laporan Tugas Akhir Pembuatan Fermentor Skala Laboratorium untuk Fermentasi Bioetanol secara Kontinyu dengan Biokatalis Yeast yang Ter-imobilisasi dalam Kalsium Alginat
Program Studi Diploma III Teknik Kimia Universitas Sebelas Maret Surakarta
10
BAB III
METODOLOGI
A. Alat Dan Bahan
1. Rangkaian Alat Produksi Bioetanol
Keterangan :
1. Tangki umpan
2. Pompa Peristaltik
3. Fermentor dengan bahan isian
4. Termometer
5. Statif
6. Tangki penampung
7. Gelas beaker
Gambar 3.1 Rangkaian Alat Produksi Bioetanol
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user
11 Laporan Tugas Akhir Pembuatan Fermentor Skala Laboratorium untuk Fermentasi Bioetanol secara Kontinyu dengan Biokatalis Yeast yang Ter-imobilisasi dalam Kalsium Alginat
Program Studi Diploma III Teknik Kimia Universitas Sebelas Maret Surakarta
2. Susunan Bahan Isian Fermentor
Keterangan :
1. Screen
2. Manik-manik
3. Imobil
4. Kelereng
5. Statif
Gambar 3.2 Susunan Bahan Isian Fermentor
3. Tangki Umpan
Gambar 3.3 Tangki Umpan
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user
12 Laporan Tugas Akhir Pembuatan Fermentor Skala Laboratorium untuk Fermentasi Bioetanol secara Kontinyu dengan Biokatalis Yeast yang Ter-imobilisasi dalam Kalsium Alginat
Program Studi Diploma III Teknik Kimia Universitas Sebelas Maret Surakarta
4. Pompa Peristaltik
Merk : Heidolph 5001
Jenis : Peristaltik
Kec. Min : 10 rpm
Kec. max : 120 rpm
Tegangan : 220 volt
Kuat Arus : 1 Ampere
Frekuensi : 50 Hz
Fungsi : Memompa larutan gula ke dalam fermentor
Keterangan :
1. Rotation speed
2. Power switch
3. Direction of rotation
Gambar 3.4 Pompa Peristaltik
5. Lokasi Pembuatan Alat
Laboratorium Teknik Reaksi Kimia Universitas Gadjah Mada,
Yogyakarta.
B. Pengujian Alat
1. Sterilisasi Alat
a. Sterilisasi alat Fermentor
Fermentor dicuci dengan aquades, kemudian dibilas dengan
alkohol 70%..
1 2 3
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user
13 Laporan Tugas Akhir Pembuatan Fermentor Skala Laboratorium untuk Fermentasi Bioetanol secara Kontinyu dengan Biokatalis Yeast yang Ter-imobilisasi dalam Kalsium Alginat
Program Studi Diploma III Teknik Kimia Universitas Sebelas Maret Surakarta
b. Sterilasasi alat-alat pendukung
Sterilisasi semua alat pendukung (alat-alat gelas dan selang)
dilakukan menggunakan autoclave (suhu 121ºC) selama 20 menit.
2. Pembuatan Bahan Isian
a. Pembuatan starter
1. 100 ml larutan gula 17% disterilkan (dipanaskan pada suhu 60–70 ºC
selama 15 menit).
2. Larutan gula yang sudah disterilisasi ditambah nutrient (3,46 gram
(NH4)2SO4; 1,02 gram KH2PO4; 0,366 gram MgSO4.7H2O) dan 24
gram Yeast kering (Saccharomyces cerevisiae).
3. Larutan diaerasi selama 1 jam larutan starter siap digunakan.
b. Imobilisasi Sel Ragi
1. 100 ml larutan starter dicampurkan dengan 200 ml larutan Natrium
alginat 4% (w/v). Campuran tersebut kemudian diteteskan ke dalam
1000 ml larutan CaCl2 2% (w/v). Yeast yang sudah ter-imobilisasi
dalam Kalsium alginat membentuk suatu imobil.
2. Imobil dibiarkan mengeras selama 30 menit lalu disaring dan dicuci
dengan larutan NaCl 0,85% (w/v). Imobil disimpan pada suhu 4 oC
dengan larutan yeast extract 2% (w/v) sampai imobil itu digunakan.
3. Fermentasi
a. Sterilisasi Alat.
b. Pembuatan yeast yang ter-imobilisasi dalam kalsium alginat.
c. Pembuatan larutan medium fermentasi.
d. Mengalirkan medium fermentasi melalui pompa peristaltik.
e. Mengukur laju alir input dan output.
f. Menampung larutan hasil fermentasi dan mengambil sampelnya.
g. Menganalisa kadar gula reduksi dan bioetanol dalam sampel.
4. Analisa Kadar Gula Reduksi Hasil Fermentasi a. Standarisasi Larutan Fehling
1. Melarutkan 1,25 gram glukosa standar dengan 500 ml aquadest
dalam labu takar 500 ml.
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user
14 Laporan Tugas Akhir Pembuatan Fermentor Skala Laboratorium untuk Fermentasi Bioetanol secara Kontinyu dengan Biokatalis Yeast yang Ter-imobilisasi dalam Kalsium Alginat
Program Studi Diploma III Teknik Kimia Universitas Sebelas Maret Surakarta
2. Memasukkan larutan glukosa standar ke dalam buret 50 ml.
3. Memasukkan 5 ml Fehling A dan 5 ml Fehling B ke dalam
erlenmeyer 100 ml.
4. Memanaskan larutan sampai mendidih dan melanjutkan pendidihan
selama 2 menit.
5. Menambahkan 3 tetes indikator Methylen Blue kemudian menitrasi
dengan larutan glukosa standar dari buret sampai terbentuk endapan
merah bata.
6. Mencatat volume larutan glukosa standar yang digunakan untuk
titrasi.
7. Melakukan percobaan titrasi sebanyak 3 kali dan mengambil volume
rata–rata.
b. Penentuan Gula Reduksi dalam Sampel
1. Mengambil 1 ml hasil fermentasi kemudian mengencerkan sampai
volume 100 ml sebagai larutan sampel.
2. Memasukkan larutan sampel tersebut ke dalam buret 50 ml.
3. Memasukkan 5 ml Fehling A dan 5 ml Fehling B ke dalam
erlenmeyer 100 ml.
4. Memanaskan larutan sampai mendidih dan melanjutkan pendidihan
selama 2 menit.
5. Menambahkan 3 tetes Methylen Blue kemudian menitrasi dengan
larutan glukosa standar dari buret sampai terbentuk endapan merah
bata.
6. Mencatat volume larutan sampel yang digunakan untuk titrasi.
7. Melakukan percobaan titrasi sebanyak 3 kali dan mengambil volume
rata–rata.
5. Analisa Produk Bioetanol
a. Pembuatan Kurva Standar Alkohol
1. Membuat larutan standar alkohol dengan berbagai konsentrasi (2, 4
s.d 10% v/v).
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user
15 Laporan Tugas Akhir Pembuatan Fermentor Skala Laboratorium untuk Fermentasi Bioetanol secara Kontinyu dengan Biokatalis Yeast yang Ter-imobilisasi dalam Kalsium Alginat
Program Studi Diploma III Teknik Kimia Universitas Sebelas Maret Surakarta
2. Melakukan titrasi larutan standar untuk setiap konsentrasi dengan
cara:
a. Mengambil 1 ml larutan standar alkohol dengan berbagai
konsentrasi (2, 4 s.d 10% v/v) kemudian memasukkannya ke
dalam erlenmeyer dan ditambahkan 1 ml larutan asam anhidrida
asetat dan 2 tetes larutan indikator phenolftalein.
b. Melakukan titrasi dengan menggunakan larutan NaOH 1M
sampai terjadi perubahan warna menjadi merah muda.
c. Mencatat kedudukan skala pada buret.
3. Membuat kurva standar alkohol dengan memplotkan kebutuhan
larutan NaOH 1M sebagai sumbu x dan kadar alkohol sebagai sumbu
y.
b. Standarisasi Larutan NaOH
Melakukan standarisasi larutan NaOH 1M menggunakan larutan asam
oksalat 1M dengan cara:
1. Mengambil 5 ml larutan asam oksalat 1M dan ditambah dengan 2
tetes larutan indikator phenolftalein.
2. Melakukan titrasi dengan menggunakan larutan NaOH 1M sampai
terjadi perubahan warna menjadi merah muda.
c. Penentuan Kadar Alkohol
1. Mengambil sampel 1 ml kemudian dimasukkan dalam enlenmeyer
dan ditambahkan 1 ml larutan asam anhidrida asetat dan 2 tetes
larutan indikator phenolftalein.
2. Melakukan titrasi dengan menggunakan larutan NaOH 1M sampai
terjadi perubahan warna menjadi merah muda kemudian mencatat
kedudukan skala pada buret.
3. Menentukan kadar alkohol dengan cara memplotkan larutan NaOH
1M yang dibutuhkan pada titrasi sampel pada kurva standar alkohol.
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user
Laporan Tugas Akhir Pembuatan Fermentor Skala Laboratorium untuk Fermentasi Bioetanol secara Kontinyu dengan Biokatalis Yeast yang Ter-imobilisasi dalam Kalsium Alginat
Program Studi Diploma III Teknik Kimia Universitas Sebelas Maret Surakarta
16
BAB IV
HASIL DAN PEMBAHASAN
A. Fermentor
Fermentor berupa kolom yang terbuat dari bahan poliakrilik. Fermentor hasil
perancangan ditunjukan pada Gambar 4.1
Keterangangambar : 1. Tempat pemasukan umpan 2. Kolom fermentor 3. Tempat pengeluaran gas CO2 4. Tempat pengeluaran produk 5. Tempat pengukur suhu
Gambar 4.1 Fermentor
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user
17 Laporan Tugas Akhir Pembuatan Fermentor Skala Laboratorium untuk Fermentasi Bioetanol secara Kontinyu dengan Biokatalis Yeast yang Ter-imobilisasi dalam Kalsium Alginat
Program Studi Diploma III Teknik Kimia Universitas Sebelas Maret Surakarta
(a) (b)
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user
18 Laporan Tugas Akhir Pembuatan Fermentor Skala Laboratorium untuk Fermentasi Bioetanol secara Kontinyu dengan Biokatalis Yeast yang Ter-imobilisasi dalam Kalsium Alginat
Program Studi Diploma III Teknik Kimia Universitas Sebelas Maret Surakarta
Keterangan gambar :
Tipe Fermentor : unggun tetap (packed bed) fermentor
Bahan : poliakrilik
Tinggi fermentor : 85 cm
Tinggi bagian bahan isian : 63,6 cm
Tinggi bagian atas : 8,4 cm
Tinggi bagian bawah : 8 cm
Diameter kolom (dalam) : 4,6 cm
Tebal kolom : 0,5 cm
Fungsi : tempat terjadinya proses fermentasi
B. Pengujian Fermentor
Pengujian fermentor digunakan untuk pembuatan bioetanol secara
kontinyu dengan bahan isian yeast yang terimobilisasi dalam kalsium alginat.
Proses fermentasi dilakukan dengan menvariasikan berat yeast yang
digunakan dalam starter dan ketinggian imobil dalam fermentor. Berikut
merupakan data kondisi operasi fermentor :
- Umpan : larutan gula 17% (w/v)
- pH : 4 - 5
- Temperatur : (28 – 30) °C
- Yeast kering (Saccharomyces cerevisiae) : 60 gram/250 ml
- Yeast yang terimobilisasi
o Diameter imobil :± 5 mm
o Densitas imobil :1,024 g/ml
Pengambilan hasil fermentasi sebagai sampel dilakukan secara
periodik setiap 1 jam sekali selama 5 jam untuk analisa kadar bioetanol dan
kadar gula reduksi.
Gambar 4.2 Alat fermentor (a) Tampak atas , (b) Potongan
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user
19 Laporan Tugas Akhir Pembuatan Fermentor Skala Laboratorium untuk Fermentasi Bioetanol secara Kontinyu dengan Biokatalis Yeast yang Ter-imobilisasi dalam Kalsium Alginat
Program Studi Diploma III Teknik Kimia Universitas Sebelas Maret Surakarta
a. Pembuatan Kurva Standar Alkohol
Pembuatan kurva standar alkohol bertujuan untuk menjadi acuan
mengetahui kadar bioetanol yang dihasilkan dari proses fermentasi
larutan umpan. Kadar bioetanol pada sampel ditentukan dengan cara titrasi
asam basa. Hasil dari proses titrasi yaitu berupa penggunaan Natrium
Hidroksida (NaOH) pada sampel yang dinyatakan sebagai sumbu x dan
kadar alkohol sebagai sumbu y. Hasil kurva standar alkohol dapat dilihat
pada gambar 4.3
Gambar 4.3 Grafik Kurva Standar Kadar Alkohol (%) vs Volume NaOH (ml)
y = 0.387x - 11.21
R² = 0.995
0
2
4
6
8
10
12
0 10 20 30 40 50 60
Kad
ar A
lkoh
ol (
%)
Volume NaOH (ml)
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user
20 Laporan Tugas Akhir Pembuatan Fermentor Skala Laboratorium untuk Fermentasi Bioetanol secara Kontinyu dengan Biokatalis Yeast yang Ter-imobilisasi dalam Kalsium Alginat
Program Studi Diploma III Teknik Kimia Universitas Sebelas Maret Surakarta
b. Pengaruh Berat Yeast Terhadap Kadar Gula Reduksi dan Kadar bioetanol
dalam Berbagai Variasi Ketinggian Imobil
Tabel 4.1 Data Titrasi Hasil Pengujian Kadar bioetanol dan Kadar Gula Reduksi
Berat
yeast
(g/
250ml)
Waktu
(jam)
Tinggi Imobil (cm)
4 8 12
Volume
titran
sampel
(ml)
Volume
titran
NaOH
0,5 M
(ml)
Volume
titran
sampel
(ml)
Volume
titran
NaOH
0,5 M
(ml)
Volume
titran
sampel
(ml)
Volume
titran
NaOH
0,5 M
(ml)
50
0 15,37 - 15,37 - 15,37 -
1 27,60 32,37 31,80 35,73 35,27 40,40
2 28,27 32,77 32,23 36,07 35,77 41,10
3 28,73 33,10 32,70 36,60 36,13 41,70
4 29,27 33,47 33,70 36,77 36,57 42,20
5 30,10 33,63 34,10 37,17 37,10 42,70
60
0 15,37 - 15,37 - 15,37 -
1 30,17 34,40 34,67 39,10 38,27 44,43
2 30,67 34,77 35,03 39,43 38,53 44,70
3 31,53 35,03 35,43 39,67 39,13 45,10
4 31,87 35,73 35,93 40,13 39,43 44,80
5 32,27 36,10 36,33 40,43 39,50 45,33
70
0 15,37 - 15,37 - 15,37 -
1 30,73 34,70 33,70 38,17 37,70 43,57
2 31,20 35,27 34,50 38,53 38,13 44,20
3 31,70 35,77 34,50 39,10 38,50 44,60
4 32,13 36,37 35,17 39,33 39,00 44,73
5 32,60 36,70 35,63 39,77 39,77 45,17
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user
21 Laporan Tugas Akhir Pembuatan Fermentor Skala Laboratorium untuk Fermentasi Bioetanol secara Kontinyu dengan Biokatalis Yeast yang Ter-imobilisasi dalam Kalsium Alginat
Program Studi Diploma III Teknik Kimia Universitas Sebelas Maret Surakarta
Tabel 4.2 Kadar bioetanol dan Kadar Gula Reduksi Hasil Fermentasi
Berat
yeast
(g/
250ml)
Waktu
(jam)
Tinggi Imobil (cm)
4 8 12
Kadar
gula
reduksi
(g
/100ml)
Kadar
bioetanol
(%)
Kadar
gula
reduksi
(g
/100ml)
Kadar
bioetanol
(%)
Kadar
gula
reduksi
(g
/100ml)
Kadar
bioetanol
(%)
50
0 42,42 - 42,42 - 42,42 -
1 24,02 1,32 20,93 2,62 18,95 4,42
2 23,45 1,47 20,66 2,75 18,68 4,70
3 23,11 1,60 20,38 2,95 18,50 4,93
4 22,70 1,74 19,79 3,02 18,29 5,12
5 22,08 1,81 19,56 3,18 18,05 5,31
60
0 42,42 - 42,42 - 42,42 -
1 22,03 2,10 19,26 3,92 17,50 5,98
2 21,66 2,25 19,68 4,05 17,39 6,09
3 21,11 2,35 18,86 4,14 17,14 6,24
4 20,89 2,62 18,60 4,32 17,01 6,13
5 20,64 2,76 18,41 4,47 16,87 6,33
70
0 42,42 - 42,42 - 42,42 -
1 21,65 2,22 19,79 3,56 17,76 5,65
2 21,34 2,44 19,35 3,70 17,56 5,90
3 21,00 2,63 19,28 3,92 17,41 6,05
4 20,72 2,87 19,00 4,01 17,20 6,10
5 20,44 2,99 18,75 4,18 16,98 6,27
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user
22 Laporan Tugas Akhir Pembuatan Fermentor Skala Laboratorium untuk Fermentasi Bioetanol secara Kontinyu dengan Biokatalis Yeast yang Ter-imobilisasi dalam Kalsium Alginat
Program Studi Diploma III Teknik Kimia Universitas Sebelas Maret Surakarta
15
18
21
24
27
30
33
36
39
42
45
0 1 2 3 4 5 6
Kad
ar G
ula
Red
uksi
(g/ 1
00 m
l)
Waktu (jam)
kurva berat yeast 50 g/ 250 ml
kurva berat yeast 60 g/ 250 ml
kurva berat yeast 70 g/ 250 ml
15
18
21
24
27
30
33
36
39
42
45
0 1 2 3 4 5 6
Kad
ar G
ula
Red
uksi
(g/ 1
00 m
l)
Waktu (jam)
kurva berat yeast 50 g/ 250 ml
kurva berat yeast 60 g/ 250 ml
kurva berat yeast 70 g/ 250 ml
(a)
(b)
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user
23 Laporan Tugas Akhir Pembuatan Fermentor Skala Laboratorium untuk Fermentasi Bioetanol secara Kontinyu dengan Biokatalis Yeast yang Ter-imobilisasi dalam Kalsium Alginat
Program Studi Diploma III Teknik Kimia Universitas Sebelas Maret Surakarta
Gambar 4.4 Grafik Pengaruh Berat Yeast Terhadap Kadar Gula Reduksi pada
Ketinggian Imobil (a) 4 cm , (b) 8 cm , (c) 12 cm
Dari Gambar 4.4 di atas terlihat untuk waktu fermentasi yang semakin
lama kadar gula reduksi semakin menurun. Hal ini disebabkan karena
glukosa diubah menjadi bioetanol pada waktu fermentasi, sehingga glukosa
yang ada pada larutan umpan semakin berkurang seiring dengan
bertambahnya bioetanol yang terbentuk. Penurunan kadar gula reduksi yang
cukup signifikan terjadi pada 1 jam pertama karena pada saat awal fermentasi
ini terjadi penyerapan glukosa oleh yeast yang digunakan untuk metabolisme
sel dan memulai aktivitas. Pada saat ini yeast melakukan aktivitas yang
paling banyak dan merupakan keadaan paling sensitif terhadap kondisi
lingkungan.
Pada Gambar 4.4 dapat dilihat bahwa kadar gula yang tersisa semakin
kecil dengan semakin bertambahnya berat yeast dan tinggi imobil yang
digunakan. Berat yeast akan berpengaruh langsung pada produksi bioetanol
15
18
21
24
27
30
33
36
39
42
45
0 1 2 3 4 5 6
Kad
ar G
ula
Red
uksi
(g/ 1
00 m
l)
Waktu (jam)
kurva berat yeast 50 g/ 250 ml
kurva berat yeast 60 g/ 250 ml
kurva berat yeast 70 g/ 250 ml
(c)
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user
24 Laporan Tugas Akhir Pembuatan Fermentor Skala Laboratorium untuk Fermentasi Bioetanol secara Kontinyu dengan Biokatalis Yeast yang Ter-imobilisasi dalam Kalsium Alginat
Program Studi Diploma III Teknik Kimia Universitas Sebelas Maret Surakarta
yang dihasilkan. Semakin banyak yeast yang digunakan maka glukosa yang
terkonversi menjadi bioetanol dan yang terkonsumsi untuk bertahan hidup
oleh yeast akan semakin meningkat dan sisa glukosa yang tidak terkonversi
pada aliran produk semakin kecil.
Pada Gambar 4.4 (a) dapat dilihat untuk ketinggian imobil 4 cm
dengan berat yeast 50 g/250 ml terjadi penurunan kadar gula 20,34 g /100 ml
, dan untuk berat yeast 60 g/250 ml terjadi penurunan kadar gula 21,78 g /100
ml sedangkan berat yeast 70 g/250 ml terjadi penurunan kadar gula 21,98 g
/100 ml. PadaGambar 4.4 (b) dapat dilihat untuk ketinggian imobil 8 cm
dengan berat yeast 50 g/250 ml terjadi penurunan kadar gula 22,85 g /100 ml
, dan untuk berat yeast 60 g/250 ml terjadi penurunan kadar gula 24,01 g /100
ml sedangkan berat yeast 70 g/250 ml terjadi penurunan kadar gula 23,86 g
/100 ml. Pada Gambar 4.4 (c) dapat dilihat untuk ketinggian imobil 12 cm
dengan berat yeast 50 g/250 ml terjadi penurunan kadar gula 24,37 g /100 ml
, dan untuk berat yeast 60 g/250 ml terjadi penurunan kadar gula 25,55 g /100
ml sedangkan berat yeast 70 g/250 ml terjadi penurunan kadar gula 25,43 g
/100 ml. Penurunan kadar gula terbesar terjadi pada ketinggian imobil 12 cm
dengan berat yeast 60 g/250 ml sebesar 25,55 g /100ml dari kadar 42,42
g/100 ml menjadi16,87 g /100 ml.
10
15
20
25
30
35
40
45
0 1 2 3 4 5 6
Kad
ar G
ula
Red
uksi
(g
/ 100
ml)
Waktu (jam)
kurva ketinggian 4 cm
kurva ketinggian 8 cm
kurva ketinggian 12 cm
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user
25 Laporan Tugas Akhir Pembuatan Fermentor Skala Laboratorium untuk Fermentasi Bioetanol secara Kontinyu dengan Biokatalis Yeast yang Ter-imobilisasi dalam Kalsium Alginat
Program Studi Diploma III Teknik Kimia Universitas Sebelas Maret Surakarta
Gambar 4.5 Grafik Pengaruh BeratYeast 60 g/250 ml Terhadap Kadar Gula
Reduksi (g/100 ml) pada ketinggian Imobil 4 cm, 8 cm dan 12 cm
Dari Gambar 4.5 dapat dilihat bahwa untuk berat yeast yang sama
dengan ketinggian imobil yang berbeda (4 cm, 8 cm, 12 cm) kadar gula sisa
semakin kecil. Berkurangnya kadar gula di dalam fermentor tidak hanya
akibat dari terkonversi menjadi bioetanol tetapi juga karena sebagian
terkonsumsi untuk mempertahankan hidup yeast, selain itu semakin banyak
jumlah imobil yang digunakan untuk proses fermentasi di dalam fermentor.
Bioetanol yang dihasilkan dari proses fermentasi sinambung dengan
berat yeast yang berbeda dapat dilihat pada Gambar 4.6
0
0.5
1
1.5
2
2.5
3
3.5
4
4.5
0 1 2 3 4 5 6
Kad
ar B
ioet
anol
(%
)
Waktu (jam)
kurva berat yeast 50 g/ 250 ml
kurva berat yeast 60 g/ 250 ml
kurva berat yeast 70 g / 250 ml
(a)
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user
26 Laporan Tugas Akhir Pembuatan Fermentor Skala Laboratorium untuk Fermentasi Bioetanol secara Kontinyu dengan Biokatalis Yeast yang Ter-imobilisasi dalam Kalsium Alginat
Program Studi Diploma III Teknik Kimia Universitas Sebelas Maret Surakarta
0
1
2
3
4
5
6
7
0 1 2 3 4 5 6
Kad
ar B
ioet
anol
(%
)
Waktu (jam)
kurva berat yeast 50 g/ 250 ml
kurva berat yeast 60 g/ 250 ml
kurva berat yeast 70 g/ 250 ml
0
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
0 1 2 3 4 5 6
Kad
ar B
ioet
anol
(%
)
Waktu (jam)
kurva berat yeast 50 g/ 250 ml
kurva berat yeast 60 g/ 250 ml
kurva berat yeast 70 g/ 250 ml
(b)
(c)
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user
27 Laporan Tugas Akhir Pembuatan Fermentor Skala Laboratorium untuk Fermentasi Bioetanol secara Kontinyu dengan Biokatalis Yeast yang Ter-imobilisasi dalam Kalsium Alginat
Program Studi Diploma III Teknik Kimia Universitas Sebelas Maret Surakarta
Gambar 4.6 Grafik Pengaruh Berat Yeast Terhadap Kadar Bioetanol yang
Dihasilkan pada Ketinggian Imobil (a) 4 cm , (b) 8 cm , (c) 12 cm
Dari Gambar 4.6 terlihat bahwa produksi bioetanol meningkat secara
berkala seiring dengan bertambahnya waktu mulai jam ke-0 sampai jam ke-5.
Pada jam ke-0 belum ada bioetanol yang terbentuk sedangkan pada jam ke-1
sampai jam ke-5 bioetanol yang dihasilkan meningkat, hal ini disebabkan
karena glukosa diubah menjadi bioetanol pada waktu fermentasi.
Pada Gambar 4.6 dapat dilihat juga bahwa kadar bioetanol yang
dihasilkan semakin meningkat dengan bertambahnya berat yeast dan tinggi
imobil yang digunakan. Berat yeast akan berpengaruh langsung pada
produksi bioetanol yang dihasilkan. Semakin banyak yeast yang digunakan
maka glukosa yang terkonversi menjadi bioetanol dan sisa glukosa yang tidak
terkonversi pada aliran produk semakin kecil. Hal ini dapat dilihat pada
Gambar 4.6 (a) dapat untuk ketinggian imobil 4 cm pada jam ke-5 dengan
berat yeast 50 g/250 ml kadar bioetanol yang dihasilkan 1,81%, dan untuk
berat yeast 60 g/250 ml kadar bioetanol yang dihasilkan 2,76 % sedangkan
berat yeast 70 g/250 ml kadar bioetanol yang dihasilkan 2,99 %. Pada
Gambar 4.6 (b) dapat dilihat untuk ketinggian imobil 8 cm pada jam ke-5
dengan berat yeast 50 g/250 ml kadar bioetanol yang dihasilkan 3,18%, dan
untuk berat yeast 60 g/250 ml kadar bioetanol yang dihasilkan 4,47%
sedangkan berat yeast 70 g/250 ml kadar bioetanol yang dihasilkan 4,18%.
Pada Gambar 4.6 (c) dapat dilihat untuk ketinggian imobil 12 cm pada jam
ke-5 dengan berat yeast 50 g/250 ml kadar bioetanol yang dihasilkan 5,31%,
dan untuk berat yeast 60 g/250 ml kadar bioetanol yang dihasilkan 6,33%
sedangkan berat yeast 70 g/250 ml kadar bioetanol yang dihasilkan 6,27%.
Kadar bioetanol terbesar dihasilkan pada ketinggian imobil 12 cm dengan
berat yeast 60 g/250 ml sebesar 6,33%.
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user
28 Laporan Tugas Akhir Pembuatan Fermentor Skala Laboratorium untuk Fermentasi Bioetanol secara Kontinyu dengan Biokatalis Yeast yang Ter-imobilisasi dalam Kalsium Alginat
Program Studi Diploma III Teknik Kimia Universitas Sebelas Maret Surakarta
Gambar 4.7 Grafik Pengaruh Berat Yeast 60 g/250 ml Terhadap Kadar
Bioetanol (%) pada Ketinggian Imobil 4 cm, 8 cm dan 12 cm
Dari Gambar 4.7 dapat dilihat bahwa untuk berat yeast yang sama
dengan ketinggian imobil yang berbeda (4 cm, 8 cm, 12 cm) kadar bioetanol
yang dihasilkan semakin besar. Semakin lamanya waktu fermentasi maka
semakin banyak larutan umpan yang dikonversi menjadi produk bioetanol.
Hal ini terjadi karena waktu kontak yang terjadi semakin lama antara yeast
dengan larutan umpan sehingga pengkonversian glukosa menjadi bioetanol
meningkat pula.
Dari hasil pengujian diperoleh kadar bioetanol, penurunan kadar gula
dan produktivitas bioetanol maksimal pada proses fermentasi dalam
fermentor packed bed terjadi pada berat yeast 60 g/250 ml dengan ketinggian
12 cm yaitu: 6,33% (v/v) , 25,55g /100 ml dan3,52 g/L.jam. Hal ini
ditunjukkan pada Gambar 4.8
0
1
2
3
4
5
6
7
8
9
0 1 2 3 4 5 6
Kad
ar B
ioet
anol
(%
)
Waktu (jam)
Kurva ketinggian 4 cm
kurva ketinggian 8 cm
kurva ketinggian 12 cm
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user
29 Laporan Tugas Akhir Pembuatan Fermentor Skala Laboratorium untuk Fermentasi Bioetanol secara Kontinyu dengan Biokatalis Yeast yang Ter-imobilisasi dalam Kalsium Alginat
Program Studi Diploma III Teknik Kimia Universitas Sebelas Maret Surakarta
Gambar 4.8 Grafik Pengaruh Berat Yeast 60 g/ 250 ml Terhadap Kadar Gula
Reduksi (g/ 100 ml) dan Bioetanol yang Dihasilkan (%)
Seperti terlihat pada Gambar 4.8 kadar gula reduksi berbanding
terbalik dengan nilai kadar bioetanol. Semakin lamanya waktu fermentasi
kadar gula semakin menurun sedangkan kadar bioetanol semakin meningkat.
Hal ini terjadi karena kontak antara imobil dengan larutan umpan semakin
lama sehingga pengkonversian glukosa menjadi bioetanol meningkat pula.
Dari hasil penelitian yang dilakukan Tri widjaja (2009), fermentasi
secara batch dengan lama proses fermentasi selama 52 jam, konsentrasi gula
18% dengan Saccharomyces cerevisiae diperoleh produktivitas etanol sebesar
0,25 g/L.jam dan kadar 8,92 g/L. Sedangkan pada proses fermentasi secara
kontinyu dengan teknik imobilisasi kalsium alginat dalam fermentor unggun
0
5
10
15
20
25
30
35
40
45
50
0
1
2
3
4
5
6
7
8
9
0 1 2 3 4 5 6
Kad
ar G
ula
Red
uksi
(mg/
100m
l)
Kad
ar B
ioet
anol
(%
)
Waktu (jam)
kurva kadar Bioetanol
kurva kadar Gula Reduksi
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user
30 Laporan Tugas Akhir Pembuatan Fermentor Skala Laboratorium untuk Fermentasi Bioetanol secara Kontinyu dengan Biokatalis Yeast yang Ter-imobilisasi dalam Kalsium Alginat
Program Studi Diploma III Teknik Kimia Universitas Sebelas Maret Surakarta
tetap (packed bed) didapat hasil bahwa produktivitas dan kadar etanol
tertinggi pada konsentrasi gula 17% masing-masing sebesar 3,52 g/L.jam dan
kadar 17,62 g/L. Hasil ini menunjukkan bahwa proses fementasi secara
kontinyu dengan teknik imobilisasi sel mempunyai produktivitas dan kadar
lebih baik dibanding dengan proses fermentasi secara batch.
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user
Laporan Tugas Akhir Pembuatan Fermentor Skala Laboratorium untuk Fermentasi Bioetanol secara Kontinyu dengan Biokatalis Yeast yang Ter-imobilisasi dalam Kalsium Alginat
Program Studi Diploma III Teknik Kimia Universitas Sebelas Maret Surakarta
31
BAB V
KESIMPULAN DAN SARAN
A. Kesimpulan
1. Fermentor unggun tetap (packed bed) dapat memproduksi bioetanol secara
kontinyu. Fermentor ini terbuat dari bahan poliakrilik , dengan tinggi 85
cm , diameter kolom (dalam) 4,6 cm dan tebal kolom 0,5 cm.
2. Pembuatan bioetanol dari larutan gula 17% (w/v) menggunakan fermentor
unggun tetap dengan biokatalis yeast yang ter-imobilisasi dalam kalsium
alginat menghasilkan bioetanol kadar 6,33% dan produktivitas bioetanol
3,52 g/L.jam.
B. Saran
1. Memperbaiki desain fermentor dengan perlengkapan alat kontrol
(flowmeter) sehingga dapat diterapkan dalam skala pilot plant.
2. Menggunakan jenis bahan isian yang berbeda (karagenan) sehingga
produktivitas bioetanol meningkat.
3. Untuk meningkatkan produktifitas dan kadar bioetanol dapat dilakukan
dengan memperbanyak bahan isian serta menambah tinggi kolom
fermentor.
4. Pada skala industri, untuk menghindari tangki umpan mengalami
penyusutan dan mengalirkan umpan ke fermentor dapat menggunakan
udara tekan dari kompresor yang telah melalui proses filtrasi.