PRODUKSI BIOETANOL DARI PATI UMBI GARUT (Marantaarundinaceae Linn) MENGGUNAKAN Aspergillus nigerDAN Sacharomyces cerevisae

Sawarni HasibuanEndrianur Rahman Zain

2010JURUSAN TEKNOLOGI DAN MANAJEMEN INDUSTRI AGROFAKULTAS AGRIBISNIS DAN TEKNOLOGI PANGANUNIVERSITAS DJUANDA BOGOR

Latar Belakang

� Peningkatan kebutuhan energi Indonesia akibat pertumbuhanpenduduk dan pembangunan industri.

� Kebutuhan BBM Indonesia tahun 2010 sebesar 77.26 juta KL, totalproduksi 62.8 juta KL, balance (14.46) juta KL.

� Kebutuhan energi Indonesia didominasi bahan bakar fosil, terutama

5 6.9 %

2 1.8 %

8 .8 %

1 1.1%1 .3 %

BBMGASLISTRIKBAT UBARALPG

DISTRIBUSI KONSUMSI ENERGI UTAM A NASIONAL

S e t a ra S e rib u B a re l M in ya k

� Kebutuhan energi Indonesia didominasi bahan bakar fosil, terutamaBBM yang sifatnya unrenewable dan potensial mencemarilingkungan � energi terbarukan.

� Dasar HukumInpres No. 10 Tahun 2005 tentang Penghematan penggunaan energitermasuk penggunaan bahan bakarPerpres No. Tahun 2006 tentang Kebijakan Energi NasionalInpres No. 1 Tahun 2006 tentang pemanfaatan dan penyediaan BBNsebagai bahan bakar alternatifInpres No. 5 tahun 2006 tentang energi terbarukan.

Latar Belakang

� Penggunaan bahan bakar alternatif yang berbentuk cair sudah memasyarakat, salah satunya adalah bioetanol.

� Etanol memiliki fungsi lain yaitu sebagai penambah volume BBM dan peningkatan angka oktan. Etanol yang mengandung 35% oksigen dapat meningkatkan efisiensi pembakaran (Hidayat 2005). Selain itu, etanol memiliki kadar buang CO2 dan gas-gas 2005). Selain itu, etanol memiliki kadar buang CO2 dan gas-gas polutan yang rendah sehingga mudah terurai.

� Bisnis biofuel dunia sangat prospektif dengan komposisi 85% bioetanol dan 15% biodiesel. Total produksi bioetanol dunia tahun 2009 sebesar 74 juta liter.

� Produsen utama bioetanol dunia adalah Amerika Serikat (>40 juta l) dan Brazil (25 juta l), dan Uni Eropa (3.7 juta l). Menyusul negara-negara Asia (2 juta l), seperti Cina, Thailand dan India.

TujuanTujuan�� TujuanTujuan umumumum penelitianpenelitian

MendukungMendukung perkembanganperkembangan bahanbahan bakarbakar nabatinabati sebagaisebagai implementaiimplementaidaridari INPRES No. 1 INPRES No. 1 TahunTahun 2006 2006 tentangtentang penyediaanpenyediaan dandanpemanfaatanpemanfaatan bahanbahan bakarbakar nabatinabati ((biofulebiofule) ) dandan PERPES No. 5 PERPES No. 5 tahuntahun2006 2006 tentangtentang kebijakankebijakan energienergi nasionalnasional..

�� TujuanTujuan khususkhusus penelitianpenelitian�� TujuanTujuan khususkhusus penelitianpenelitianMempelajariMempelajari prosesproses produksiproduksi bioetanolbioetanol daridari tepungtepung garutgarut dandanmemperolehmemperoleh perlakuanperlakuan terbaikterbaik dengandengan penambahanpenambahan starter starter cendawancendawan AspergillusAspergillus nigerniger dalamdalam prosesproses pembuatanpembuatan bioetanolbioetanol daridaritepungtepung garutgarut dibandingkandibandingkan dengandengan AMG AMG komersialkomersial sertasertammenentukan kondisi optimum penambahan konsentrasi enentukan kondisi optimum penambahan konsentrasi Sacharomyces cerevisaeSacharomyces cerevisae terhadap efisiensi produksi bioetanol dari terhadap efisiensi produksi bioetanol dari umbi garut.umbi garut.

UMBI TANAMAN GARUTUMBI TANAMAN GARUT

Divisi : SpermatophytaSub Divisi : AngiospermaeKelas : MonocotyledoneaeOrdo : ZingiberlesFamili : MarantaceaeGenus : MarantaSpecies : Maranta arundinaceae L.

Wilayah tanam : Jawa Tengah dan Jawa Wilayah tanam : Jawa Tengah dan Jawa Timur

Umbi garut berbentuk seperti torpedo sepanjang 20 - 40 cm, dengan diameter antara 2 - 5 cm.

Produktifitas di Malang pada lahan seluas 150 Ha adalah 12.5 – 30 ton/ha dengan rata-rata 20 ton/ha

Program Pemerintah 18.000 Ha lahan garut

Perbandingan komposisi gizi beras, tepung tergu dan Perbandingan komposisi gizi beras, tepung tergu dan tepung garuttepung garut

No. Kandungan Gizi UnitKandungan

Beras Giling Tepung Terigu Tepung Garut

1 Kalori Kal 360,0 365,0 355,0

2 Protein Gr. 6,8 8,9 0,7

3 Lemak Gr. 0,7 1,3 0,2

4 Karbohidrat Gr. 78,9 77,3 85,2

5 Kalsium Mg. 6,0 16,0 8,05 Kalsium Mg. 6,0 16,0 8,0

6 Fosfor Mg. 140,0 106,0 22,0

7 Zat Besi Mg 0,8 1,2 1,5

8 Vit. A Iu 0,0 0,0 0,0

9 Vit. B1 Mg 0,12 0,12 0,09

10 Vit. C Mg 0,0 0,0 0,0

11 Air Gr 13,0 12,0 13,6

12 Bagian yg dpt dimakan % 100,0 100,0 100,0

Kemurnian pati garut tinggi � bahan baku industri kimia, kometik, gla cair, lem, campuran kapsul, dan lain sebagainya

SIRUP GLUKOSASIRUP GLUKOSAGlukosa cair merupakan larutan dengan kekentalan antara 32Glukosa cair merupakan larutan dengan kekentalan antara 32--35 Be yang dihasilkan melalui hidrolisis pati dengan katalis 35 Be yang dihasilkan melalui hidrolisis pati dengan katalis asam, enzimatis atau kombinasi keduanya. Zat pati dapat asam, enzimatis atau kombinasi keduanya. Zat pati dapat dihidrolisis berasal dari bahan yang mengandung pati seperti dihidrolisis berasal dari bahan yang mengandung pati seperti jagung, gandum, ubi kayu, ubi jalar (Maiden, 1970).jagung, gandum, ubi kayu, ubi jalar (Maiden, 1970).

Proses hidrolisis pati pada dasarnya adalah pemutusan rantai Proses hidrolisis pati pada dasarnya adalah pemutusan rantai Proses hidrolisis pati pada dasarnya adalah pemutusan rantai Proses hidrolisis pati pada dasarnya adalah pemutusan rantai polimer pati n (Cpolimer pati n (C66HH1212OO66) menjadi unit) menjadi unit--unit monosakarida unit monosakarida (C6H12O6) (Meyer, 1978)(C6H12O6) (Meyer, 1978)

Hidrolisis pati secara enzimatis terdiri dari dua tahap yaitu Hidrolisis pati secara enzimatis terdiri dari dua tahap yaitu tahap tahap likuifikasilikuifikasi dan dan sakarifikasisakarifikasi..

HIDROLISIS PATI

ENZIMENZIMEnzimEnzim

Enzim dapat diisolasi dari hewan, tumbuhan dan Enzim dapat diisolasi dari hewan, tumbuhan dan mikroorganisme (Wirahadikusumah, 1986).mikroorganisme (Wirahadikusumah, 1986).

MikrobaMikroba PenghasilPenghasil EnzimEnzim

JenisJenis--jenis kapang yang dapat menghasilkan enzim jenis kapang yang dapat menghasilkan enzim JenisJenis--jenis kapang yang dapat menghasilkan enzim jenis kapang yang dapat menghasilkan enzim antara lain antara lain AspergilusAspergilus, Penicillium, Mucor , Penicillium, Mucor dandan Rhizopus.Rhizopus.Enzim yang dihasilkan antara lain seperti amilase, Enzim yang dihasilkan antara lain seperti amilase, invertase, protease dan pektinase (Lay B. dan Hastowo, invertase, protease dan pektinase (Lay B. dan Hastowo, 1992)1992)

EnzimEnzim PenghidrolisisPenghidrolisis PatiPati

EnzimEnzim AlpaAlpa amilaseamilase ((αα-- amilase)amilase)

EnzimEnzim GlukoamilaseGlukoamilase (AMG)(AMG)

Cendawan Aspergillus niger

Menurut Tauber (1950) Aspergillus niger dapat menghasilkan 20macam enzim, yaitu : α-amilase, β-amilase, maltase, laktase,trehalase, tanase, katalase, proteinase, polipepatidase,dipepatidase, renin, lipase, selulase, glucosa oxidase,glukosidase dehidrogenase, zymase, urease, inulase danmelibiase

Fermentasi

Proses fermentasi gula menjadi etanol, CO2, dan hasil sampingnya dibagi menjadi 3 bagian yaitu :

� Urutan reaksi dari glukosa hingga gliseraldehid-3-fosfat yang merupakan senyawa intermediate. Reaksi ini menggunakan 2 mol ATP dan bukan merupakan reaksi oksidasi reduksi.

� Reaksi fosforilasi tingkat substrat (oksidasi) yang menghasilkan 4 mol ATP dan piruvat.

� Reaksi reduksi priruvat menjadi hasil utama fermentasi yaitu 2 mol etanol dan karbondioksida.

�� Mikroba Penghasil EtanolMikroba Penghasil Etanol

Khamir yang sering digunakan pada proses fermentasi etanol Khamir yang sering digunakan pada proses fermentasi etanol secara industri adalah secara industri adalah Saccharomyces cerevisiae, Saccharomyces cerevisiae, S. uvarium, Schizosaccharomyces sp. dan Kluyveromyces spS. uvarium, Schizosaccharomyces sp. dan Kluyveromyces sp..

Saccharomyces cerevisiaeSaccharomyces cerevisiae adalah salah satu spesies khamir adalah salah satu spesies khamir yang memiliki daya konversi gula menjadi etanol sangat yang memiliki daya konversi gula menjadi etanol sangat tinggi.tinggi. Saccharomyces cerevisiaeSaccharomyces cerevisiae memerlukan suhu 30oC dan memerlukan suhu 30oC dan yang memiliki daya konversi gula menjadi etanol sangat yang memiliki daya konversi gula menjadi etanol sangat tinggi.tinggi. Saccharomyces cerevisiaeSaccharomyces cerevisiae memerlukan suhu 30oC dan memerlukan suhu 30oC dan pH 4.0pH 4.0--4.5 agar dapat tumbuh dengan baik. Selama 4.5 agar dapat tumbuh dengan baik. Selama fermentasi akan timbul panas. Bila tidak diakukan fermentasi akan timbul panas. Bila tidak diakukan pendinginan, suhu akan terus meningkat sehingga proses pendinginan, suhu akan terus meningkat sehingga proses fermentasi terhambat (Oura, 1983). Menurut Harisson dan fermentasi terhambat (Oura, 1983). Menurut Harisson dan Graham (1970), Graham (1970), Saccharomyces cerevisiaeSaccharomyces cerevisiae, dapat toleran , dapat toleran terhadap alkohol yang cukup tinggi (12terhadap alkohol yang cukup tinggi (12--18% v/v), tahan 18% v/v), tahan terhadap gula yang tinggi dan tetap aktif melakukan terhadap gula yang tinggi dan tetap aktif melakukan fermentasi pada suhu 4fermentasi pada suhu 4--32oC32oC

�� AlkoholAlkoholBioetanol atau etanol (C2H5OH) adalah cairan Bioetanol atau etanol (C2H5OH) adalah cairan biokimia dari proses fermentasi gula dari biokimia dari proses fermentasi gula dari sumber karbohidrat menggunakan bantuan sumber karbohidrat menggunakan bantuan mikroorganisme. Bioetanol dibuat dengan mikroorganisme. Bioetanol dibuat dengan bahan baku bergula seperti tebu, nira aren, bahan baku bergula seperti tebu, nira aren, bahan berpati seperti jagung dan umbibahan berpati seperti jagung dan umbi--umbian, umbian, bahan baku bergula seperti tebu, nira aren, bahan baku bergula seperti tebu, nira aren, bahan berpati seperti jagung dan umbibahan berpati seperti jagung dan umbi--umbian, umbian, dahan yang berserat yang berupa limbah dahan yang berserat yang berupa limbah pertanian yang masih tarf pengembangan di pertanian yang masih tarf pengembangan di negara maju (Anonim, 2000).negara maju (Anonim, 2000).

Penelitian UtamaPenelitian Utama

PPembuatan starter embuatan starter Proses produksi sirup gula garutProses produksi sirup gula garutProses fermentasiProses fermentasi

Garut segar

Kulit + kotoranPengupasan dan Pencucian

Pengecilan ukuran

Pengeringan

Diagram Alir Pembuatan Tepung Garut

Uap air

Tepung Garut

PengeringanT = 60oC, t = 2 jam

Penepungan

PemanasanT = 95oC

Tween 80, 0.1%

Aquades

Pengadukan hingga mengental

Didinginkan T = 27 oC

Tepung Garut

Starter

Aspergilus niger,3 ose

0.1%

Likuifikasi t = 3 hari

T = 27 oC

Sterilisasi T = 121oC, t = 15 menit

Diagram Alir Pembuatan Starter

Tepung Garut

Air

PemanasanT = 95oC

Sterilisasi T = 121oC, t = 15 menit

Pengadukan hingga mengental

Didinginkan T = 27oC

Hidrolisis T = 38oC, t = 9 hari

A1 : Starter 9%A2 : Starter

12%A3: Starter 20%

Diagram Alir Produksi Etanol

Pemisahan(sentrifius t = 15 menit)

Endapan

Sirup Gula

FermentasiT= 28oC, pH= 4.5, t= 7 hari

Destilasi Etanol

Uji kadar Etanol

Sacchromyces cerevisiae

Rancangan Percobaan

Rancangan acak lengkap (RAL) 1 faktor 3 taraf 2 ulangan,dengan perlakuan konsentrasi starter Aspergillus niger.

Yijk = µ + Ai + Bj + Єijk

Dimana : Yijk : Variabel pengamatan akibat perlakuan taraf ke-i faktor A dengan taraf

ke-j faktor B pada ulangan ke-kµ : Rataan umum Ai : Pengaruh perlakuan taraf ke-i faktor A (Penambahan starter i = 1, 2, 3)Bj : Pengaruh perlakuan taraf ke-j faktor B (Konsentrasi pati j = 1, 2, 3)ABij : Pengaruh interaksi taraf ke-i faktor A dan taraf ke-j faktor BЄij : Galat percobaan pada perlakuan A taraf ke-i dan perlakuan ke-j faktor

B pada ulangan ke-k (k = 1, 2)

HASIL DAN PEMBAHASAN

� Komposisi kimia tepung garut

Parameter Ulangan 1 Ulangan 2 Rata-rata

Kadar air, % 13.98 13.92 13.95Kandungan KH garut

Kadar abu, % 0.95 1.05 1.00

Kadar protein, % 1.05 0.80 0.93

Kadar lemak, % 1.75 1.82 1.79

Kadar serat kasar, % 5.09 4.03 4.56

Kadar karbohidrat, % 71.83 75.22 73.53

Kandungan KH garut lebih kecil dibanding tepung gaplek yang mencapai 88,2 gram setara 363 kalori, namun lebih tinggi dari beras yang hanya 78,9 gram (360 kalori) dan gandum 77,3 gram (365 kalori).

Pembuatan Starter� Secara fisik setelah tiga

hari difermentasi substrat berubah menjadi seperti bubur yang cair dengan warna kehitaman.warna kehitaman.

� Warna kehitaman pada substrat dikarenakan substrat telah ditumbuhi Aspergillus niger. Starter Cendawan

Aspergillus niger

Produksi Sirup Gula Garut

Rata-rata kadar gula total sirup glukosa garut dengan konsentrasi straterAspergillus niger dan lama fermentasi beragam

Produksi Sirup Gula Garut

Perbandingan rata-rata kadar gula total sirup glukosa umbi garutdengan konsentrasi strater AMG dan pati bervariasi

Sirup Gula Garut

Fermentasi Etanol Sirup Umbi Garut

Rata-rata kadar alkohol 6,62 % dengan efisiensi frementasi rata-rata 65 %

Sirup Gula Garut

Alkohol

KESIMPULAN

Hasil analisa dengan perlakuan substrat 10%, 15% , 20% dan waktu hidrolisis 6 hari, 9 hari, dan 11 hari didapatkankadar gula rata-rata antara 3% - 12% . Perlakuan terbaikadalah pada penggunaan starter 10% selama 11 hari

Penggunaan AMG komersial pada proses pembuatan gulacair pati umbi garut jauh lebih efektif dibandingkanpenggunaan starter Aspergillus niger dengan kadar guladapat mencapai 28.5% dan waktu fermentasi lebih singkat.dapat mencapai 28.5% dan waktu fermentasi lebih singkat.

Analisa kadar alkohol dengan waktu fermentsi 7 hari, suhu270C dan penambahan Saccharomyces cerevisiaedidapatkan kadar alkohol rata-rata sebesar 6%. Efisiensifermentasi gula menjadi alkohol tertinggi mencapai 65%.

SARANPerlu perbaikan proses fermentasi jika akanmenggunakan Aspergillus niger dan destilasiagar dihasilkan bioetanol dengan kadar etanolmencapai 90-95%.