skripsi ” kinerjafermentasiekstraktifdalamproduksi ... · pelarut yang dipilih pada ekstraksi...

Skripsi” Kinerja Fermentasi Ekstraktif Dalam Produksi

Bioetanol dari Nira Siwalan (Borassus flabellifer L.)“

Laboratorium Teknologi Biokimia

Jurusan Teknik Kimia

Fakultas Teknologi Industri

Institut Teknologi Sepuluh Nopemeber Surabaya

Dosen Pembimbing : Prof. Dr. Ir. Tri Widjaja, M.Eng

Disusun Oleh :

Maulana Satya Nugroho 2310100002Rr Whiny Hardiyati Erliana 2310100052

Jurusan Teknik Kimia FTI-ITS

Overview

Pendahuluan1

Tinjauan Pustaka2

Metodologi Penelitian3

Hasil dan Pembahasan4

Kesimpulan dan Saran5


PENDAHULUAN


Latar Belakang

Pertambahan Penduduk

Kebutuhan Energi

Bahan Bakar Minyak

BIOETANOL


Latar BelakangEtanol diperlukan untuk substitusi

BBM

Adanya kelemahan dalamfermentasi batch sehinggamenurunkan produktivitasdan akumulasi produkdapat meracuni mikroba

Dilakukan proses fermentasikontinyu dengan immobilisasisel yang terintegrasi denganekstraksi

Mikroorganismeyang umum digunakan

adalah Zymomonas

mobilis dan Saccaromyces

cerevisiae saja sehinggaperlu membandingkan

mikroorganisme lain.


Macam Metode Fermentasi

Kelemahannya :Produktifitas etanol rendah Inhibisi karena akumulasi etanol

FERMENTASIBATCH

Meningkatkan Produktifitas etanol mengatasi inhibisi

FERMENTASIEKSTRAKTIF

Kelemahannya :Kadar etanol rendah banyaknya gula yang tidak terkonversi

FERMENTASIKONTINYU

Metode yang Dipilih


Fermentasi-EkstraktifFERMENTASI EKSTRAKTIF

Teknik mendapatkan etanol denganmelakukan proses fermentasi danekstraksi secara bersama-sama

Mengurangi inhibisi dari produk akhiruntuk meningkatkan efisiensi prosessecara keseluruhan

Pelarut yang dipilih pada ekstraksiadalah yang tidak beracun


Tujuan Penelitian

Mengetahui performa terbaik dari variasimikroorganisme yang digunakan dalammemproduksi etanol dengan fermentasiekstraktif.

Mengetahui karakteristik kinerja sistemfermentasi kontinyu dalam bioreaktor packedbed dengan variasi mikroorganisme


Manfaat Penelitian

Mengetahui variasi mikroorganisme yang dapat digunakan untuk memproduksi etanol dengan proses fermentasi ekstraktif.

Digunakan sebagai media dalam pengembangan penelitian pembuatan etanoldengan cara fermentasi ekstraktif.


TINJAUAN PUSTAKA


Bahan BakuDipilih nira siwalan dengan alasan:

• Ketersediaannya melimpah

• Tidak memerlukan proses hidrolisa

• Ekonomis

KomponenKadar (%b/v) Rata – rata

(%b/v)Replika 1 Replika 2 Replika 3

Fruktosa 2,08 2,17 2,21 2,15

Glukosa 2,80 2,72 2,81 2,78

Sukrosa 0 0 0 0

Berdasarkan Hasil Analisa HPLC :


Etanol

Rumus molekul :C2H5OH Rumus empiris :C2H6O

Sifat• tidak berwarna• mudah menguap• tidak berasa• memiliki bau yang khas.• titik didih (73,32o C)• titik kritis (243,1o C) • densitas (0,7893 g/mL pada suhu 20o C)


Zymomonas mobilis termutasi A3

Karakteristik:• Tahan pada pH rendah antara 4-5• Morfologi lebih besar dengan gerakan lebih sedikit• Fase adaptasi kurang lebih 3 jam• Tahan pada suhu tinggi 50oC

(Alfena ,2008)

Kelebihan dibandingkan Saccharomyces cerevisiae:• Produksi biomass lebih rendah• Tidak perlu mengontrol kelebihan oksigen selama

proses fermentasi• Yield etanol yang dihasilkan lebih tinggi• Waktu fermentasi yang lebih singkat• Laju metabolisme dari gulanya lebih tinggi

(Bai,2008)


Saccharomyces cerevisiae

Karakteristik:• cepat berkembang biak• tahan terhadap suhu yang tinggi diatas 30oC pada

pH 4,8• mempunyai sifat stabil dan cepat mengadakan

adaptasi

Keuntungan: • Hemat biaya• Mudah digunakan• Memiliki kemampuan fermentasi

tinggi• Dosis pemakaian rendah


Pichia StipitisKarakteristik:• Dominasi haploid, ragi heterotolik yang memiliki

hubungan dengan Candida shehatae dan pentosa metabolisme ascomycetous ragi species

• Memiliki kapasitas tertinggi untuk fermentasi xylose

(Vaughan Martini, A. E. 1984)

Kelebihan Pichia Stipitis:Pichia Stipitis dapat menghasilkan etanol dengan rate produksi yang tinggi dalam campuran glukosa dan xylosa. Semakin tinggi fraksi glukosa yang terkandung dalam campuran glukosa dan xylosa, semakin tinggi etanol yang dihasilkan. (Frank K. Agbogbo, 2006)


Kluyveromyces Marxianus

Karakteristik:.• Pada bagian spora, halus mulai bulat kacang atau

berbentuk sabit, spora dewasa biasanya mengandung lipid

• Kluyveromyces Marxianus mempunyai kemampuandalam fermentasi gula pada suhu yang tinggi (hinggasuhu 45° C) dan dapat bertumbuh dengan baik pada pH 4,5-5.

Kelebihan Kluyveromyces Marxianus:Kluyveromyces Marxianus dapat menghasilkan etanol dengan rate produksi yang tinggi dalam campuran glukosa, xylose, mannose, dan galactose. Semakin tinggi fraksi glukosa yang terkandung dalam campuran, semakin tinggi etanol yang dihasilkan.

Hamidimotlagh dkk (2007)


Karaginan• Getah rumput laut dari hasil

ekstraksi rumput laut merah

dengan menggunakan air

panas (hot water) atau larutan

alkali pada temperatur tinggi

(Glicksman 1983)

• Mampu membentuk gel dalam

air dan bersifat reversible• Sensitif terhadap ion kalium

dan membentuk gel kuat

dengan adanya garam kalium

• Viskositas : 5 - 800 cPs


Fermentasi Dengan Immobilisasi Sel

Suatu proses untuk menghentikan pergerakan

dari molekul enzim atau sel yang ditahan pada

tempat tertentu dalam suatu ruang reaksi yang

digunakan sebagai katalis

Entrapment


Keuntungan Immobilisasi Sel

menggunakan metode entrapment

• Densitas sel yang tinggi pada setiap unit bioreaktor sehingga produktifitas tinggi

• Sel yang terimobilisasi dapat digunakan kembali• Suatu proses kontinyu yang mungkin dioperasikan akan

melewati nominal rate washout • Pemisahan yang mudah dari biokatalis dan fase liquid dari

produk yang diinginkan sehingga akan memperkecil biaya pemisahan

• Meningkatkan toleransi atau perlindungan pada sel dari inhibisi produk


Penelitian Terdahulu

Richard D. Offeman, Serena K.Stephenson,

Diana Franqui, Jessica L.Cline, George H.

Robertson, William J. Orts (2008)

Solven 1-octanol, 1-dodecanol, 2-hexyl 1-

decanol

1-octanol etanol 7%, konsumsi gula 34%

Ayu Ratna Permanasari dan Ririn Indriani A.R

(2012)

Zymomonas mobilis,molasses

Solven amyl alcohol, recycle ratio

0%,50%,60%,70%,80%

Amyl alcohol bersifat toxic

Yield 32,58%

Produktivitas 192, 15 g/L.h

Astuti Lisa Wardani dan Azlina Tyara Putri

(2012)

• Nira Siwalan, Z.mobilis dan S.cerevisiae

• Solven amyl alcohol, tanpa recycle dan 50%

recycle

• Z.mobilis, recycle 50% yield 33,63%

• Produktivitas 161,02 g/L

Ana dan Nadia Sanggra (2013)

• Nira Siwalan, Z.mobilis dan

S.cerevisiae, Pichia stipitis

• Solven amyl alcohol, n-butanol tanpa

recycle dan 50% recycle

• Z.mobilis, recycle 50% yield 44,83%

• Produktivitas 264,41 g/L


METODOLOGI PENELITIAN


Variabel Dalam Penelitian

Pelarut • n- Amyl alcohol

Mikroorganisme

• Z.mobilis termutasi

• Campuran S.cerevisiae+Pichia

stipitis

• Campuran Pichia

stipitis+Kluyveromyces marxianus

Recycle • Tanpa Recycle


Tahapan Proses

Pengukuran konsentrasi gula reduksi sisa dan konsentrasi etanol

Proses Fermentasi Ekstraktif

Pembuatan Immobilisasi Sel karaginan

Pretreatment Nira Siwalan

Pengembangan Kultur


Pengembangan KulturPelarutan Penempatan Sterilisasi

PenggoresanInkubasiPenyimpanan

40 gram Nutrien agar dilarutkan pada100ml aquadest, dipanaskan padasuhu 70˚C

6ml setiap tabung reaksi 121˚C, 15 menit

Biakan murni Z. Mobillis termutasi A330˚C,24 jam


Pre Treatment Nira Siwalan

dipanaskan(80˚C, 20 menit)

Sterilisasi

pH dan Nutrisi

20 menit

121˚C , 15 menitH2SO4 pH 4-5

(NH4)2SO43 gr

KH2PO41,53gr

MgSO4. 7H2O 0,55gr


Pembuatan Starter (Z.mobilis)

KULTUR

Zymomonasmobilis termutasi

PENANAMAN

4 oseculture

100 ml media nutrisi, 10 g yeastextract; 1 g (NH4)2SO4; KH2PO4 1g; MgSO4.7H2O 0.5 g

INKUBASI

Inkubasi di inkubator shaker

30oC, 15 hours


PRE-TREATMENT(Pichia stipitis +Saccharomyces, Phicia+K.Marxianus)

(NH4)2SO4 1 gram

MgSO4. 7H2O 0,5 gram

KH2PO4

1gram Yeast extract 10 gram

Dimasukkan dalaminkubator shaker selama 15 jam dengan suhu 35oC

100 ml nira siwalan dipanaskanselama 20 menit

• Menginokulasikan mikroorganisme pada nira, sebanyak 3ose Pichia Stipitis dan 1 ose Saccharomyces

• Dengan cara yang sama, menginokulasikanmikroorganisme sebanyak 3 kali Kluyveromyces marxianusdan 1 ose Pichia stipitis


Penanaman Pembiakkan Pencampuran

PencetakkanPencucian

Peningkatan pertumbuhan

Penyimpanan

4 ose Z.Mobillis dalam 100 ml nira siwalan yangsudah ditambahkan nutrisi (1g (NH4)2SO4, KH2PO4

1 g, MgSO4.7H2O 0.5 gram, yeast ekstrak 10 gram

Inkubator shaker30˚C, selama 15jam

50ml media nutrisi dlm450ml larutan karaginan50˚C

Dicetak dgn diameter 2mmpada 1000ml larutan KCl 3,5%

Bead dicuci dlm 1000ml larutanNaCl 0,85%

Disaring dari larutannya, disimpan pada4˚CInkubator shaker 30˚C,

selama 24 jam

Pembuatan Immobilisasi Sel dalam

Larutan Karaginan

Bead dimasukan dalam nirauntuk feed


Skema Alat Percobaan

1 2

3

4

7

6

8 7 1. Tangki Penampung Solven2. Tangki Penampung Nira3. Fermentor (packed bed)4. Tangki Penampung Broth

5. Ekstraktor6. Tangki Penampung Rafinat7. Tangki Penampung Ekstrak8. Pompa Peristaltik Solven9. Pompa Peristaltik Nira

4

5

Tanpa recycle


HASIL DAN PEMBAHASAN


Pada Nira Siwalan Murni

Analisa Yang Dilakukan

Nira

Siwalan

Kadar

Glukosa,

Fruktosa,

Sukrosa

Analisa HPLC

(High Pressure Liquid Cromatography)


Pada Hasil Proses Fermentasi

Analisa Yang Dilakukan

Broth

Fermentasi

Kadar

Glukosa

Pada Hasil Proses Ekstraksi

Analisa DNS, Spektrofotometer

Broth, Ekstrak, Rafinat

KadarEtanol

Gas Chromatography


Perbandingan Grafik Konsentrasi Gula reduksi

Sisa dalam Fermentasi terhadap Waktu

Mikroorganisme Zymomonas mobilis termutasi memiliki kemampuanlebih cepat dalam mengkonversi glukosa menjadi etanol sehingga tidak

membutuhkan waktu yang lama dalam proses fermentasi apabiladibandingkan dengan campuran P. stipitis + S. cerevisiae dan

campuran K. marxianus + P. stipis


Pengaruh Mikroorganisme Pada Proses Fermentasi-Ekstraktif Terhadap Yield

45.484

20.897

6.827

37.372

16.215

2.754

0.000

5.000

10.000

15.000

20.000

25.000

30.000

35.000

40.000

45.000

50.000

Zymomonas mobilis TermutasiA3

Pichia + Sacharomyces Kluyveromyces + Pichia

Yiel

d (%

)

Yield Fermentor Yield Overall


Pengaruh Mikroorganisme Pada Proses Fermentasi-Ekstraktif Terhadap Produktivitas

178.298

81.915

26.764

146.500

63.564

10.794

0.000

20.000

40.000

60.000

80.000

100.000

120.000

140.000

160.000

180.000

200.000

Zymomonas mobilisTermutasi A3

Pichia + Sacharomyces Kluyveromyces + Pichia

Prod

uktiv

itas

(g/L

.Jam

)

Produktivitas Fermentor Produktivitas Overall


0.000

10.000

20.000

30.000

40.000

50.000

60.000

70.000

Zymomonas mobilisTermutasi A3

Pichia +Sacharomyces

Kluyveromyces +Pichia

69.660

32.932

10.275

Kon

sent

rasi

Etan

ol(g

/L)

Pengaruh Mikroorganisme Pada Proses Fermentasi-Ekstraktif Terhadap Konsentasi Etanol


KESIMPULAN DAN SARAN


Kesimpulan

Pada kondisi substrat dengan konsentrasi gula reduksisebesar 150 g/L. Dapat disimpulkan :1. Proses fermentasi kontinyu menggunakan Zymomonas

mobilis A3 memberikan hasil produktivitas dan yield

etanol yang terbaik, yaitu masing-masing sebesar178,296 g/L.jam dan 45,454 %.

2. Proses ekstraksi tanpa recycle menggunakanZymomonas mobilis A3 memberikan hasil % recoveryyang terbaik, yaitu 61,935 %

3. Proses fermentasi kontinyu dan ekstraksi secaraterintegrasi tanpa recycle menggunakan Zymomonas

mobilis A3 memberikan hasil produktivitas dan yield

etanol yang terbaik, yaitu masing-masing sebesar146,50 g/L.jam dan 37,372 %.


Saran

1. Nira siwalan harus segera ditreatment,karena dapat terfermentasi secara cepat.

2. Perlu dilakukan pembekuan pada nirasiwalan yang telah di pretreatment agarglukosa tidak terfermentasi.

3. Analisa terhadap sampel yang diambil harussegera dilakukan supaya tidak terjadifermentasi lanjut.

4. Perlu dilakukan pembekuan terhadap sampelyang telah diambil agar tidak terjadifermentasi lanjut.

skripsi ” kinerjafermentasiekstraktifdalamproduksi ... · pelarut yang dipilih pada ekstraksi...

Documents