-
Makalah Bioteknologi Dasar
BIOTRANSFORMASI DAN BIOENERGI
KELOMPOK VII :
NUR AQLIA H311 12 287
NURFAIIZAH AQIILAH F. H311 12 289
FITRIA ANNURANI H311 12 901
NURSANTI H311 12 902
YENNI OCTAVIANA H311 12 293
JURUSAN KIMIA
FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM
UNIVERSITAS HASANUDDIN
MAKASSAR
2015
-
BAB I
PENDAHULUAN
1.1 Latar Belakang
Biotransformasi adalah perubahan atau modifikasi senyawa kimia
oleh
enzim atau sel mikrob. Proses yang diinginkan dari
biotransformasi adalah
pembuatan (sintesis) suatu senyawa maupun menghilangkan senyawa
tersebut.
Saat ini biotransformasi banyak berperan dalam berbagai industri
seperti industri
makanan, obat-obatan dan vitamin, pembuatan senyawa kimia, dan
pakan ternak.
Penggunaan enzim dan sel mikrob dalam proses industri berdampak
pada
berkurangnya penggunaan senyawa kimia berbahaya sehingga
memiliki sifat
ramah lingkungan. Maka dari itu, enzim dan sel mikrob disebut
biokatalis yang
akan menggantikan katalis kimia
Bioenergi adalah energi terbarukan yang didapatkan dari sumber
biologis,
umumnya biomassa. Biomassa adalah bahan organik yang
menyimpan
energicahaya matahari dalam bentuk energi kimia. Biomassa
sebagai bahan bakar
umumnya berupa kayu, limbah industri kayu, jerami, dan hasil
pertanian seperti
tebu yang dapat diolah menjadi bahan bakar. Dalam definisi yang
lebih sempit,
bioenergi adalah sinonim dari biofuel, yang merupakan bahan
bakar turunan dari
sumber biologis.
Dalam cakupan yang lebih luas, bioenergi mencakup juga
biomassa.
Bioenergi adalah energi yang dihasilkan dari biomassa, tetapi
bioenergi bukanlah
biomassa itu sendiri. Pada tahun 2010, 35 gigawatt pembangkit
listrik bioenergi
telah dibangun di seluruh dunia, dengan seperlimanya berada di
Amerika Serikat.
-
Berdasarkan informasi dan penjelasan di atas maka dilakukan
pembahasan
materi mengenai biotransformasi dan bioenergi pada makalah
ini.
1.2 Rumusan Masalah
Adapun rumusan masalah dari percobaan ini yaitu :
1. Apa yang dimaksud dengan biotransformasi dan bioenergi ?
2. Bagaimana tahapan biotransformasi dan bioenergi ?
3. Apa saja contoh-contoh biotransformasi dan bioenergi ?
-
BAB II
PEMBAHASAN
2.1 Tinjauan Umum Tentang Biotransformasi
Biotransformasi adalah proses pengubahan suatu senyawa
menjadi
senyawa turunannya yang strukturnya berbeda dari senyawa asalnya
akibat
aktivitas metabolisme suatu mikroba. Proses ini berkaitan dengan
penggunaan
enzim untuk mengubah substrat menjadi produk. Pembentukan suatu
proses
biotransformasi membutuhkan perkembangan optimal biokatalisator,
media reaksi
dan bioreaktor.
Pengertian biotransformasi menurut Walker adalah suatu proses
dimana
suatu senyawa dapat berubah menjadi senyawa turunannya yang
lebih baik
dengan menggunakan mikroorganisme sebagai katalis.
Mikroorganisme adalah
salah satu agen biokatalis yang paling efisien dengan kemampuan
luas untuk
memetabolisme substrat.
Saat ini banyak upaya riset diarahkan untuk mengembangkan proses
dan
atau produk baru yang ramah lingkungan (green chemistry), yang
antara lain
mempunyai karakteristik: produksi limbah berbahaya minimal,
efisiensi karbon
tinggi, konsumsi energi rendah serta penggunaan bahan baku murah
dan
terbarukan. Biotransformasi dengan menggunakan bio-katalis
merupakan metode
alternatif yang dapat dimanfaatkan.
Biotransformasi dipilih karena reaksinya bersifat enzimatis
sehingga reaksi
biotransformasi selektif dan sangat spesifik dalam mengubah
substrat yang ada.
Spesifisitas dan selektivitas ini disebabkan oleh struktur kiral
protein enzim.
-
Apabila ada beberapa gugus fungsi maka hanya posisi spesifik
tertentu yang
dipengaruhi. Reaksi biotransformasi dapat digunakan untuk
menyerang gugus
fungsi yang tidak dapat diaktifkan secara efisien atau
memerlukan beberapa tahap
antara sebelum dapat bereaksi secara kimia.
2.1.1 Minyak Terpentin
Minyak terpentin adalah minyak atsiri yang dihasilkan atau
diperoleh dari
penyulingan getah pohon Pinus merkusii. Kandungan utama dari
minyak terpentin
adalah senyawa -pinena (70-90%), -pinena (5-10%), 3-karena
(4-10%), dan
juga -longifolena (0,2-5%). Rumus struktur -pinena terdiri atas
dua cincin yang
menyatu yaitu siklobutana dan sikloheksana yang membentuk suatu
bisiklo,
mengandung atom karbon dan hidrogen yang tidak bersifat
aromatik, serta
tersusun atas jumlah karbon C10 sehingga digolongkan ke dalam
kelompok
senyawa monoterpena bisiklis. Penggunaan utama -pinena adalah
flavor dan
fragrans yang dapat menghangatkan dan memberi bau seperti pinus.
Hal ini
sebagai dasar untuk membuat tipetipe produk parfum, ester, dan
hidrokarbon
terpena yang lain.
2.1.2 Bakteri Pseudomonas aeruginosa
Pseudomonas aeruginosa mampu menghasilkan beberapa enzim,
salah
satunya adalah enzim lipase (Carvalho, 2006). Dengan enzim ini
Pseudomonas
aeruginosa mampu mengubah lipid menjadi gliserol. Pseudomonas
aeruginosa
dapat dibedakan dengan Pseudomonas yang lain karena dapat tumbuh
pada suhu
42 C, bersifat oksidase positif, pigmen yang khas, dan aktifitas
biokimianya
membutuhkan substrat yang banyak untuk tes.
-
2.1.3 Tahapan Proses Biotransformasi (Transformasi -Pinena
dengan
Bakteri Pseudomonas aeruginosa ATCC 25923)
Peremajaan Bakteri
- Digores dengan oase
- Digeruskan oase biakan murni pada
permukaan agar
- Diinkubasi pada suhu 37 C selama
24 jam
Inokulasi
- Digores dengan oase
- Dicelupkan kedalam 10 mL medium
cair
- Diinkubasi pada suhu kamar selama
24 jam sambil diaduk
Biakan Murni
Hasil
Media agar
Hasil
-
Isolasi
- Dimasukkan kedalam tabung reaksi
berisi media cair hasil inokulasi
hingga konsentrasi 0,5 %, 1 %, 2 %
dan 4 %.
- Diinkubasi pada suhu kamar selama
48 jam
- Dishaker beberapa kali
- Diekstraksi dengan dietil eter 2x (10
mL)
- Ditambah Na2SO4 - Disisihkan
- Disentrifugasi
- Disaring dengan membran nilon 0,45 m
- Diuapkan dengan N2
- Dianalisis FTIR dan GC
Minyak Terpentin 10 %
Hasil
Lapisan Dietil Eter Lapisan Air
Hasil
-
2.1.4 Hasil dari Biotransformasi
Hasil analisis minyak terpentin menggunakan kromatografi gas
pada
gambar 1(a) menunjukkan adanya senyawa -pinena dengan
konsentrasi 64,12 %,
sedangkan senyawa -pinena 5,29 % dan senyawa 3-karena 20,49 %.
Hasil
analisis pada gambar 1(b) menunjukkan adanya perubahan pada
kadar -pinena
menjadi 67,15 % sedangkan kadar -pinena turun menjadi 2,26 % dan
kadar 3-
karena turun menjadi 9,16 %. Pada konsentrasi minyak terpentin 2
% terdapat
puncak baru pada waktu retensi 5,555 menit dengan kadar 3,74 %,
waktu retensi
5,982 menit dengan kadar 1,60 %, waktu retensi 6,697 menit
dengan kadar 5,66 %
dan waktu retensi 6,774 dengan kadar 2,09 %. Hal ini menunjukkan
adanya
perubahan senyawa pada minyak terpentin hasil transformasi
dengan bakteri
Pseudomonas aeruginosa.
Tabel 2. Spektrum IR minyak Terpentin
Gugus Fungsi Bilangan Gelombang
C-H alkana 2916 -1
dan 2870 cm-1
-CH2 1442 cm-1
-CH3 1373 cm-1
-C=C- 1951 cm-1
-OH 3402 cm-1
-C-O 1049 cm-1
-
Dari hasil spektrum IR ada beberapa senyawa yang mengandung
gugus
hidroksil, dari hasil penelitian, senyawa yang dapat di
mungkinkan sebagai
produk baru hasil transformasi komponen minyak terpentin dengan
bakteri
Pseudomonas aeruginosa antara lain: borneol, carveol,
pinocarveol, verbenol,
mirteol, dan -terpineol (Gambar 3)
-
2.2 Tinjauan Umum Tentang Bioenergi
Bioenergi adalah energi yang diperoleh/ dibangkitkan yang
berasal
dari biomassa. Biomassa adalah bahan-bahan organik berumur
relatif muda
dan berasal dari tumbuhan/hewan, produk & limbah industri
budidaya
(pertanian, perkebunan, kehutanan, peternakan, perikanan).
Bentuk-bentuk
final terpenting bioenergi.
Bentuk-bentuk final terpenting bioenergi :
- bahan bakar nabati (biofuels);
- listrik biomassa (biomass-based electricity).
Bioenergi adalah energi yang diperoleh dari biomassa sebagai
fraksi
produk biodegradasi, limbah, dan residu dari pertanian (berasal
dari nabati
dan hewani), industri kehutanan dan terkait, dan sebagian kecil
biodegradasi
dari limbah industri dan kota (FAO). Bioenergi berperan penting
pada
pencapaian target dalam menggantikan petroleumdidasarkan pada
bahan
bakar transportasi dengan bahan bakar alternatif dan pereduksian
emisi
karbon dioksida dalam jangka panjang. Berbagai sumber biomassa
dapat
digunakan untuk menghasilkan bioenergi berbagai bentuk.
Contohnya,
makanan, serat dan kayu sebagai residu dari sektor industri,
energi dan rotasi
pendek tanaman dan limbah pertanian, dan hutan dan hutan
pertanian
(agroforestry) sebagai residu dari sektor kehutanan dimana
seluruhnya dapat
digunakan untuk menghasilkan listrik, panas, gabungan panas dan
tenaga, dan
bentuk-bentuk bioenergi.
Bioenergi modern bergantung pada konversi teknologi yang
efisien
untuk aplikasi skala rumah tangga, usaha kecil, dan industri.
Input biomassa
-
padat atau cair dapat diproses untuk menjadi energi yang lebih
nyaman. Ini
termasuk biofuel yang solid (misalnya kayu bakar, serpihan kayu,
pellet,
arang, dan briket), biofuel gas (biogas, gas sintesis,
hidrogen), dan biofuel
cair (misalnya bioetanol, biodiesel).
2.2.1 Tahapan Proses Bioenergi
Tahap Bioenergi
Bagan 1. Proses untuk produksi biofuel yang berbeda
Pada bagan 1 menggambarkan (a) tepung dan gula menghasilkan
bioetanol.
Dalam bagan ini, tepung dapat dihidrolisis menjadi monosakarida,
dimana gula
dapat difermentasi selanjutnya menjadi etanol. (b) Lignoselulosa
menjadi
bioetanol. Produksi lignoselulosa menghasikan bioetanol
mempunyai penanganan
-
awal material biomassa, hidrolisis untuk produksi monosakarida,
dan dilanjutkan
fermentasi untuk memproduksi etanol. (c) Biodiesel. Produksi
biodiesel sering
mempunyai proses transesterifikasi asam lemak. (d) Gasifikasi
biomassa.
Biomassa dapat digunakan utnuk memproduksi metanol, karbon
monoksida,
hidrogen, atau gas lainnya yang terbentuk dalam proses
gasifikasi (Sari dan
Hardyanto, 2013).
1. Bagan A
Pati merupakan salah satu polisakarida yang terdapat dalam
semua
tanaman, terutama dalam jagung, kentang, biji-bijian, ubi akar,
padi, dan gandum
(Sastrohamidjojo, 200). Pati terdapat sebagai butiran kecil
dengan berbagai
ukuran dan bentuk yang khas untuk spesies tumbuhan. Butir pati
dapat
ditunjukkan dengan mikroskop cahaya biasa dan cahaya
terpolarisasi, serta
dengan difraksi sinar-X terlihat struktur kristal yang sangat
beraturan (De Man,
1997).
Pati terdiri atas dua macam polisakarida yang keduanya merupakan
polimer
dari glukosa. Polimer glukosa tersebut tersusun dari unit satuan
-D-glukosa yang
dihubungkan oleh ikatan -1,4 glikosidik dan ikatan -1,6
glikosidik pada
percabangan rantainya. Kedua polimer glukosa tersebut adalah
amilosa dan
amilopektin. Amilosa mempunyai molekul yang berbentuk lurus dari
satuan-
satuan glukosa dan terdiri atas 250-300 unit D-glukosa yang
terikat dengan ikatan
-(1,4) glikosidik. Amilopektin merupakan polimer glukosa dengan
susunan yang
bercabang-cabang, karena adanya ikatan -(1,6) glikosidik pada
titik tertentu
dalam molekulnya, sehingga molekul amilopektin berbentuk rantai
terbuka dan
-
bercabang. Rantai cabang yang demikian itu dapat mengandung
200-3000 satuan
glukosa hingga mempunyai berat molekul relatif 500.000
(Girindra, 1990).
Proses fermentasi untuk menghasilkan alkohol ini untuk pertama
kali
dipelajari tahun 1789 oleh ahli kimia berkebangsaan Perancis
bernama Lavosier.
Pada waktu itu proses fermentasi terjadi secara alami. Di dalam
studi
kuantitatifnya, selama proses fermentasi selain dihasilkan
alkohol dan
karbondioksida, juga terdapat produk lain yang disebut asam
asetat. Sebanyak
95,5% gula bila difermentasi akan menghasilkan 57,7% etanol,
33,3%
karbondioksida, dan 2,5% asam asetat. Pada tahun 1810 lebih
lanjut Gay Lussac
memperkenalkan persamaan reaksi yang dikenal sebagai persamaan
Gay Lussac
yang ditunjukkan reaksi berikut (Persamaan reaksi konversi
glukosa menjadi
etanol):
Selama proses fermentasi, terjadi proses oksidasi karbohidrat
menjadi
molekul organik lain. Tahapan proses oksidasi karbohidrat
digambarkan pada
reaksi berikut:
Bioetanol diperoleh dari hasil fermentasi bahan yang mengandung
gula.
Bioetanol diproduksi melalui proses fermentasi gula, baik yang
berupa glukosa,
sukrosa, maupun fruktosa dengan bantuan ragi (yeast) terutama
Saccharomyces
-
sp. atau bakteri Zymomonas mobilis. Pada proses ini gula akan
dikonversi menjadi
etanol dan gas karbon dioksida.
2. Bagan B (Tumbuhan Berligniselulosa)
Lignoselulosa adalah komponen utama dari biomassa, terdiri dari
tiga tipe
polimerselulosa, hemiselulosa dan lignin-yang terikat kuat
diantaranya dan terikat
secara kimia melalui ikatan non kovalen dan ikatan silang
kovalen. Indonesia
memiliki limbah biomassa yang kaya lignoselulosa seperti bagas,
jerami padi.
tongkol jagung, tandan kosong kelapa sawit, sampah perkotaan
dll. Hidrolisa
sempurna limbah berlignoselulosa menjadi bahan yang mudah
mengalami
degradasi memerlukan sinergi dari beberapa mikroorganisme
yaitu
mikroorganisme selulolitik untuk menghidrolisis selulosa,
hemiselulolitik untuk
menghidrolisis hemiselulosa dan lignolitik untuk menghidrolisis
lignin. Bakteri
dari jenis Streptomyces dan jamur dari jenis Trichoderma
memegang peranan
cukup penting dalam mendegradasi lignoselulosa. Mikroorganisme
ini dapat
mendegradasi selulosa, mannan, xilan pektin dan mensolubilisasi
lignin.
Komponen selulosa dan hemiselulosa dapat difermentasi menjadi
bioetanol
menggunakan mikroorganisme yang sesuai, yang terlebih dahulu di
hidrolisis oleh
enzim (proses sakarifikasi) menjadi monomer-monomernya.
3. Bagan C
a. Minyak yang dimanfaatkan untuk bahan bakar dapat berasal dari
tanaman
bunga matahari dan kelapa sawit.
Komponen utama minyak dan lemak adalah trigliserida sedangkan
komponen
non-trigliserida adalah berupa asam lemak bebas, air, kotoran
dan komponen lain
-
yang tidak diharapkan. Adapun komposisi dari asam lemak dalam
minyak sawit
dapat dilihat pada table dibawah ini:
Tabel 1.Komposisi asam lemak minyak yang berasal dari
tanaman
Proses Transesterifikasi
Proses transesterifikasi yaitu mengeluarkan gliserin dari minyak
dan
mereaksikan asam lemak bebasnya dengan alkohol (misalnya
metanol) menjadi
ester. Transesterifikasi dilakukan dengan mencampur minyak
dengan metanol
dengan KOH. Proses transesterifikasi berlangsung selama 0,5-1
jam pada suhu
400 oC. Campuran yang terjadi kemudian didiamkn hingga terbentuk
dua lapisan,
yaitu lapisan bawah gliserin dan dan lapisan atas metil ester.
Agar reaksi
berlangsung sempurna, maka tahap pertama kemudian direksikan
lagi dengan
metanol (tahap 2). Hal ini bertujuan untuk menghilangkan
kandungan gliserin
dalam biodiesel (Desmafianti, 2013).
4. Bagan D
Biogas merupakan merupakan hasil fermentasi dari bahan organik
dalam
kondisi anaerob, karena diproses secara alami, gas ini merupakan
campuran
beberapa gas yang tergolong sebagai bahan bakar di mana gas yang
dominan
-
adalah CH4 dan yang lain yang jauh lebih kecil adalah CO2, NO2,
SO2, dan lain-
lain. Biogas ini memiliki nilai kalor yang cukup tinggi yaitu
pada kisaran
4800~6700 kkal/m3, sedang gas methana murni nilai kalornya
8900
kkal/m3(Simanjuntak, 2005).
Bahan-bahan yang dapat menghasilkan biogas diantaranya adalah:
kotoran
hewan, kotoran manusia, dan limbah pertanian. Untuk kotoran sapi
misalnya
memiliki kandungan seperti tabel di bawah (Simanjuntak,
2005):
Jenis Gas Kandungan (%)
Methana (CH4) 54-70
Karbondioksida (CO2) 27-45
Karbon monoksida 0,1
Nitrogen (N2) 0,5-3,0
Oksigen (O2) 0,1
Hidrogen sulfida (H2S) Sangat sedikit
Secara umum, proses produksi biogas mempunyai empat tahapan
yaitu : (1)
Hidrolysis, (2) Pengasaman, (3) Pembentukan asam asetat, dan (4)
Pembentukan
metana. Penjelasan singkat dari proses-proses tersebut adalah
sebagai berikut
(ESDM, 2011):
1. Hidrolysis : Pada tahapan ini, substrat organik yang
mengandung lemak,
protein, dan karbohidrat dengan proporsi yang berbeda-beda
dihidrolisasi
menjadi dimer dan polimer rantai pendek (asam lemak, asam amino
dan gula)
2. Pengasaman : Pada tahap pengasaman, dimer dan polimer rantai
pendek diubah
oleh bakteri menjadi asam organik rantai-pendek atau asam lemak
yang mudah
menguap.
3. Pembentukan asam asetat : alkohol dan asam lemak yang mudah
menguap
diubah menjadi asam asetik, asam asetat, CO2 dan H2.
-
4. Pembentukan metana : Pada tahap inilah bakteri dari jenis
archae methanogens
akan memproduksi metana.
2.2.2 Contoh Bioenergi (Produksi Biodiesel dari Lipid
Fitoplankton
Nannochloropsis sp. Melalui Metode Ultrasonik)
2.2.2.1 Prosedur Kerja
a. Pengkulturan Fitoplankton Laut
Air laut ditampung dalam wadah kemudian disterilkan selanjutnya
diukur
salinitasnya dengan menggunakan alat salinometer dan disaring
dengan
menggunakan kertas saring. Air laut yangtelah steril ditambahkan
medium
Conway dan dikondisikan gas CO2 dengan proses aerasi lalu
ditambahkan
fitoplankton.
Perhitungan kepadatan sel fitoplankton memakai Haemocytometer
dengan
pengamatan mikroskop. Setelah beberapa hari, kultur dipindahkan
ke dalam
toples yang terbuat dari kaca. Selama pelaksanaan kultur,
parameter fisika-kimia
dipertahankan.
b. Penentuan Waktu Pertumbuhan Fitoplankton Laut
Penentuan pola pertumbuhan fitoplankton, dilakukan penghitungan
jumlah
sel per milliliter medium setiap 24 jam.
c. Isolasi Lipid Fitoplankton
Fitoplankton laut Nannochloropsis sp. yang sudah dikeringkan
dalam
oven, ditempatkan dalam erlenmeyer dan ditambahkan dengan
pelarut etanol 96
% dengan perbandingan 1 : 6 b/v, kemudian diekstraksi dengan
alat ultrasonik
cleaner yang dioperasikan pada frekuensi 40 kHz. Ekstrak etanol
yang
mengandung lipid kemudian dipisahkan dengan menggunakan rotary
evaporator.
-
d. Sintesis Biodiesel Melalui Metode Ultrasonik
Lipid murni dari fitoplankton laut Nannochloropsis sp. yang
sudah
diperoleh, dimasukkan ke dalam erlenmeyer dan dipanaskan dalam
alat ultrasonik
cleaner yang dioperasikan pada frekuensi 40 kHz dan suhu 50-60
oC, kemudian
dicampur dengan larutan yang terbuat dari metanol (perbandingan
mol lipid :
metanol = 1 : 12) dan katalis KOH (9 % berat minyak) yang telah
diaduk selama
15 menit. Waktu untuk proses transesterifikasi yakni sekitar 180
menit. Selama
reaksi tersebut berlangsung, suhu pemanasan perlu dijaga.
Selanjutnya, hasil
transesterifikasi dibiarkan selama 3-4 hari hingga terbentuk dua
fasa. Fasa bawah
yang berupa gliserol dipisahkan dengan fasa atasnya yang berupa
metil ester.
Setelah itu ditambahkan Na2SO4 anhidrat ke dalam metil ester
tersebut untuk
menarik sisa air dalam larutan tersebut. Tahap selanjutnya
adalah memisahkan
Na2SO4 dari biodiesel dengan menggunakan sentrifuge. Supernatan
berupa metil
ester (biodiesel) diambil kemudian dipanaskan dalam oven pada
suhu 70 oC.
Selanjutnya diperoleh biodiesel murni yang kemudian dianalisis
sifat fisika dan
kimia untuk mengetahui kualitas biodiesel tersebut.
e. Analisis Sifat Fisika
Analisis sifat fisika yakni densitas dan viskositas. Prosedur
analisis
densitas dilakukan berdasarkan metode ASTM D1475 dan analisis
viskositas
dilakukan berdasarkan metode ASTM D445.
f. Analisis Sifat Kimia
Analisis sifat kimia yakni kadar asam lemak (% FFA) bebas,
bilangan
penyabunan, dan bilangan iodium. Prosedur kadar asam lemak bebas
(% FFA)
dilakukan berdasarkan Metode AOCS Ca 5a-40, bilangan
penyabunan
-
berdasarkan metode AOCS Cd 3-25, dan bilangan iodium berdasarkan
metode
Wijs.
2.2.2.2 Hasil dan Pembahasan
a. Pola Pertumbuhan Fitoplankton Laut Nannochloropsis sp.
Pengamatan pola pertumbuhan fitoplankton laut Nannochloropsis
sp.
dilakukan setiap 24 jam selama 17 hari dengan menggunakan medium
Conway
sebagai media pertumbuhan dalam air laut steril yang disesuaikan
dengan
salinitasnya dan disertai dengan penambahan vitamin ke dalam
media tersebut.
Adapun grafik pola pertumbuhan fitoplankton Nannochloropsis sp.
ditunjukkan
pada Gambar 1.
Berdasarkan Gambar 1, dapat dilihat bahwa pada hari ke-1 sampai
hari ke-2
merupakan fase adaptasi bagi fitoplankton Nannochloropsis sp.
terhadap medium
pertumbuhannya. Selanjutnya pada hari ke-3 sampai
ke-10Nannochloropsis sp.
mengalami peningkatan populasi yang sangat pesat atau yang
dikenal dengan fase
eksponensial. Selanjutnya pada fase stasioner dimana kecepatan
pertumbuhan
mulai melambat atau tidak semaksimal hari-hari sebelumnya yang
terjadi pada
hari ke-10 sampai hari ke-13. Selanjutnya pada hari ke-13 sampai
hari ke-17
mulai terjadi penurunan populasi fitoplankton Nannochloropsis
sp. Fase ini
-
merupakan fase kematian dimana terjadi penurunan populasi atau
penurunan
kecepatan pertumbuhan fitoplankton. Waktu pertumbuhan optimal
fitoplankton
ini dapat dilihat dari kepadatan sel tertinggi Nannochloropsis
sp. sebesar 2542,5 x
104sel/mL yang terjadi pada hari ke-13.
b. Isolasi Lipid Fitoplankton Nannochloropsis sp.
Tahap awal pembuatan biodiesel dari fitoplankton yaitu isolasi
lipid
fitoplankton Nannochloropsis sp. dengan menggunakan metode
ekstraksi
ultrasonik. Pada tahap ini digunakan pelarut yang memiliki
polaritas yang sama
dengan bahan yang akan diekstrak dengan menghancurkan komponen
penyusun
dinding sel fitoplankton, yaitu pelarut etanol 96 %. Sampel
biomassa kering
fitoplankton Nannochloropsis sp. sebesar 17,6478 gram kemudian
diekstraksi
dengan pelarut etanol 96 % dengan waktu ekstraksi 9 jam 10
menit. Waktu yang
dibutuhkan untuk ekstraksi cukup lama karena sulitnya merusak
dinding sel.
Hasil ekstraksi berupa lipid yang terlarut dalam etanol 96 %
kemudian
dipisahkan dengan cara dievaporasi hingga semua pelarut etanol
96 % yang
digunakan terpisah sehingga diperoleh lipid yang murni. Berat
lipid
Nannochloropsis sp. diperoleh sebesar 3,6453 gram dengan
kandungan lipid
20,6558 % BK biomassa. Kandungan lipid yang diperoleh
darispesies
fitoplankton tersebut tidak mencapai 50 % dari biomassa kering.
Hal ini
disebabkan fitoplankton tidak hanya mengandung lipid, melainkan
terdapat juga
karbohidrat dan protein.
c. Sintesis Biodiesel dari Lipid Fitoplankton
Sintesis biodiesel dari lipid fitoplankton dilakukan dengan
reaksi
transesterifikasi menggunakan pelarut metanol (1:12). Hal ini
dipercepat dengan
-
penambahan katalis basa KOH (9 % berat minyak). Waktu reaksi
transesterifikasi
yakni sekitar 180 menit dengan suhu pemanasan 50-60 oC
menggunakan alat
ultrasonik cleaner yang dioperasikan pada frekuensi 40 kHz.
Kemudian hasil
reaksi dibiarkan selama 3-4 hari hingga terbentuk dua lapisan.
Lapisan atas
merupakan lapisan biodiesel yang berwarna hijau jingga keruh,
sedangkan lapisan
bawah merupakan lapisan gliserol berwarna coklat kekuningan.
Setelah diperoleh dua lapisan tersebut, maka lapisan atas dan
bawah
dipisahkan. Lapisan atas kemudian disentrifuge untuk
menghilangkan pengotor
dan gliserol yang mungkinterikut pada saat pemisahan.
Selanjutnya sisa metanol
dalam biodiesel yang tidak bereaksi dihilangkan dengan cara
dipanaskan dalam
oven pada suhu 70 oC. Selanjutnya diperoleh biodiesel murni yang
dapat dilihat
pada Gambar 3.
-
Berat biodiesel yang dihasilkan sebesar 8,5291 gram dengan berat
rendamen
48,33 %. Hal ini dikarenakan adanya komponen asam lemak dalam
lipid
fitoplankton yang belum bereaksi secara sempurna dengan ion
metoksi dalam
reaksi transesterifikasi. Faktor-faktor yang bisa menyebabkan
hal tersebut adalah
suhu dan waktu reaksi yang belum optimal.
Biodiesel yang dihasilkan dari fitoplankton ini pun memiliki
karakteristik
warna hijau jingga. Hal ini disebabkan ikutnya pigmen warna dari
fitoplankton
tersebut.
d. Analisa Sifat Fisika Biodiesel
Tahap selanjutnya dari hasil sintesis biodiesel dari lipid
fitoplankton
Nannochloropsis sp. melalui reaksi transesterifikasi ini adalah
dilakukan
karakterisasi sifat fisika berdasarkan standar ASTM D6751. Uji
sifat fisika dari
biodiesel meliputi analisa densitas dan viskositas. Hasil
analisa densitas dan
viskositas dapat dilihat pada Tabel 1.
Analisa Densitas
Biodiesel yang dihasilkan dari lipid fitoplankton
Nannochloropsis sp.
mempunyai nilai densitas sebesar 0,8151 g.cm-3
pada suhu 40 oC. Adapun standar
nilai densitas 40 oC yang ditetapkan dalam ASTM D6751 adalah
0,82-0,90 g.cm
-3.
-
Densitas merupakan salah satu penentu kualitas biodiesel karena
berkaitan
dengan nilai kalor dan daya yang dihasilkan mesin diesel.
Semakin rendah nilai
densitas, maka nilai kalor atau pembakaran juga akan semakin
tinggi (Aziz et al.,
2011).
Jika dibandingkan dengan standar ASTM D6751, maka biodiesel
dari
spesies fitoplankton ini dapat dikatakan tidak masuk dalam
rentang nilai densitas
yang telah ditetapkan dimana berada di bawah dengan rentang
nilai yang
ditentukan. Hal ini disebabkan masih adanya senyawa-senyawa
nonpolar lain
tercampur di dalam biodiesel sehingga turut mempengaruhi nilai
densitas
biodiesel yang diproduksi. Namun hal ini tidaklah menjadi
masalah karena
dengan perbaikan metode kedepannya, maka hasil yang diperoleh
dapat dibuat
sesuai dengan standar yang ditetapkan.
Analisa Viskositas
Viskositas merupakan salah satu standar dalam penentu kualitas
biodiesel
dan memiliki peranan yang sangat penting dalam proses
penginjeksian bahan
bakar. Viskositas yang terlalu rendah dapat menyebabkan
kebocoran pompa
injeksi bahan bakar dan apabila terlalu tinggi dapat
mempengaruhi kerja cepat alat
injeksi dan mempersulit pengabutan bahan bakar (Azis et al.,
2011).
Salah satu penyebab tinggi rendahnya nilai viskositas adalah
penggunaan
konsentrasi katalis dan suhu. Semakin tinggi konsentrasi katalis
yang dipakai,
maka viskositas akan menurun. Ini dikarenakan konsentrasi
katalis yang berlebih
akan mempercepat terpecahnya tligliserida menjadi tiga ester
lemak yang akan
menurunkan nilai viskositas 5-10 %.
-
Viskositas kinematik yang diperoleh pada hasil penelitian ini
sebesar 1,15
cSt dimana nilainya lebih kecil dibandingkan dengan standar
rentang nilai
viskositas kinematik yang dianjurkan dalam ASTM D6751 adalah
sebesar 1,60
5,80 cSt. Hal ini disebabkan masih adanya sisa metanol yang
terkandung di dalam
biodiesel sehingga nilai viskositas yang diperoleh agak
kecil.
e. Analisa Sifat Kimia Biodiesel
Uji karakterisasi sifat kimia biodiesel berdasarkan standar ASTM
D6751
dilakukan setelah selesai dilaksanakan uji sifat fisika. Uji
sifat kimia biodiesel
meliputi analisa kadar asam lemak bebas (% FFA), bilangan
penyabunan, dan
bilangan iodium. Hasil analisa kadar asam lemak bebas (% FFA),
bilangan
penyabunan, dan bilangan iodium dapat dilihat pada Tabel 2.
Analisa Kadar Asam Lemak Bebas (% FFA)
Nilai kadar asam lemak bebas biodiesel hasil penelitian ini
sebesar 0,5381
% dimana nilainya melebihi batas maksimal standar kadar asam
lemak bebas /
FFA (%) biodiesel yang dianjurkan dalam ASTM D6751 adalah
sebesar 0,4500
%.
Kadar asam lemak bebas yang tinggi dapat menyebabkan endapan
dalam
sistem pembakaran dan juga merupakan indikator bahwa bahan bakar
tersebut
-
dapat berfungsi sebagai pelarut yang dapat mengakibatkan
penurunan kualitas
pada sistem bahan bakar.
Makin tinggi asam lemak bebas maka semakin rendah kualitas
biodieselnya.
Asam lemak bebas yang tinggi dapat juga mengurangi umur dari
pompa dan filter.
Analisa Bilangan Penyabunan
Bilangan penyabunan didefinisikan sebagai milligram KOH yang
dibutuhkan untuk menyabunkan satu gram sampel. Semakin rendah
berat
molekul, maka semakin tinggi bilangan penyabunan. begitupun
sebaliknya
(Nirwana, 2012).
Nilai bilangan penyabunan biodiesel hasil penelitian ini sebesar
5,0291 mg
KOH/g dan standar bilangan penyabunan biodiesel yang ditetapkan
dalam ASTM
D6751 adalah maksimal sebesar 500 mg KOH/g. Berdasarkan data
tersebut
biodiesel dari spesies fitoplankton Nannochloropsis sp. memiliki
bilangan
penyabunan yang rendah dan masuk dalam pengendalian mutu
biodiesel yang
ditetapkan oleh ASTM D6751.
Analisa Bilangan Iodium
Bilangan iodium pada biodiesel menunjukkan tingkat ketidak
jenuhan
senyawa penyusun biodiesel. Di satu sisi, keberadaan senyawa
lemak tak jenuh
meningkatkan performansi biodiesel pada suhu rendah karena
senyawa ini
memiliki titik leleh (melting point) yang lebih rendah sehingga
berkorelasi dengan
cloud point and pour point yang juga rendah (Knothe, 2005).
Biodiesel dengan bilangan iodium tinggi akan menghasilkan ester
dengan
daya aliran dan pemadatan pada suhu rendah. Biodiesel yang
memiliki derajat
ketidakjenuhan tinggi tidak cocok digunakan sebagai biodiesel
karena molekul
-
tidak jenuh akan bereaksi dengan oksigen dari atmosfer dan
terkonversi menjadi
peroksida dan mengakibatkan terjadinya ikatan silang pada sisi
tidak jenuh dan
menyebabkan biodiesel terpolimerisasi membentuk material serupa
plastik,
terutama jika suhu meningkat. Sebagai akibatnya mesin diesel
akan rusak (Azam
et al., 2005).
Biodiesel yang dihasilkan dari lipid fitoplankton
Nannochloropsis sp.
memenuhi standar mutu bilangan iodium ASTM D6751 sebesar
16,6437g I2/100
g yang tidak lebih dari 115g I2/100 g.
2.2.2.3 Kesimpulan (Produksi Biodiesel dari Lipid
Fitoplankton
Nannochloropsis sp. Melalui Metode Ultrasonik)
Lipid Nannochloropsis sp dapat diisolasi melalui ekstraksi
ultrasonik
dimana kandungan lipid Nannochloropsis sp. adalah sebesar
20,6558 % BK
biomassa.
Kuantitas biodiesel yang disintesis dari lipid fitoplankton
Nannochloropsis
sp. melalui metode ultrasonik adalah sebesar 8,5291 gram dengan
berat rendamen
48,33 %. Kualitas biodiesel dari fitoplankton Nannochloropsis
sp. sebagian besar
belum memenuhi standar ASTM D6751 American Society for Testing
and
Materials (ASTM D6751). Adapun parameter yang belum memenuhi
adalah nilai
densitas, viskositas, dan kadar asam lemak bebas (% FFA).
-
BAB III
PENUTUP
3.1 Kesimpulan
Adapun kesimpulan dari makalah ini yaitu:
1. Biotransformasi adalah proses pengubahan suatu senyawa
menjadi senyawa
turunannya yang strukturnya berbeda dari senyawa asalnya akibat
aktivitas
metabolisme suatu mikroba. Bioenergi adalah energi yang
diperoleh/
dibangkitkan yang berasal dari biomassa.
2. Tahap biotransformasi yaitu pembuatan (sintesis) suatu
senyawa maupun
menghilangkan senyawa tersebut berdasarkan sel biologis
(bakteri). Tahap
bioenergi tergantung pada sumber yang dimanfaatkan, yaitu pati/
gula
mengalami hidrolisis akan menghasilkan glukosa/ fruktosa/
sukrosa,
kemudian di fermentasi menghasilkan bioetanol. Tanaman
berligniselulosa
mengalami hidrolisis akan menghasilkan glukosa/ xylosa dll,
kemudian di
fermentasi menghasilkan bioetanol. Minyak pada tanaman
mengalami
transesterifikasi menghasilkan biodiesel. Biomassa atau limbah
organik
mengalami proses hidrolisis, pengasaman, perubahan menjadi asam
asetat
dan pengubahan menjadi gas metana dengan bantuan bakteri dari
jenis
archae methanogens
3. Contoh biotransformasi yaitu transformasi -pinena dengan
bakteri
Pseudomonas aeruginosa atcc 25923. contoh bioenergi yaitu
produksi
biodiesel dari lipid fitoplankton Nannochloropsis sp. melalui
metode
ultrasonik.
-
DAFTAR PUSTAKA
De Man, J. M. (1997). Kimia Makanan. Bandung: ITB pres.
Desmafianti, G., 2013, Pengertian Bio-diesel,
http://gitadesfianti.blogspot.com,
Diakses Pada Tanggal 16 Mei 2015.
ESDM, 2011, Tantangan Pengembangan Biogas Di Indonesia,
http://www.esdm.go.id/news-archives/323-energi-baru-danterbarukan/4177-
tantangan-pengembangan-biogas-di-indonesia-.html, Diakses pada
16 Mei
2015.
Girindra, A., 1990, Biokimia, Jakarta,Gramedia.
Kwangdinata, R., Raya, I., Zakir, M., 2013, Produksi
Biodieseldari Lipid
Fitoplankton Nannochloropsis sp.Melalui Metode Ultrasonik,
Marina
Chemica Acta, 14(2): 28-36.
Sastrohamidjojo, H., 2001,Spektroskopi. Yogyakarta, Liberty
Sari D. A., 2013, Proses Produksi Bioenergi Berbasiskan
Bioteknologi, Jurnal
Aplikasi Teknologi Pangan, 2 (3): 108-113.
Simanjuntak, M. E., 2005, Beberapa Energi Alternatif yang
Terbarukan dan
Proses Pembuatannya, Jurnal Teknik Simetrika, 4 (1): 287
293.
Wijayanti, N., Astuningsih, C., Mulyati, S., Transformasi
-Pinena dengan Bakteri Pseudomonas aeruginosa ATCC 25923, Journal
of Biology & Biology Education, 6 (1) : 24-28.
-
Pertanyaan Bioteknologi
Riska Wulandari (Kelompok )
1. Tabel yang ditampillan pada tabel biotransformasi
diperlihatkan kadar-kadar yang berbeda, apa yang mempengaruhi
perbedaan kadar tersebut?
Jawaban:
Perbedaan kadar-kadar yang muncul dipengaruhi oleh aktivitas
bakteri
yang berperan dalam biotransformasi -Pinosa. Makin tinggi
perbedaan konsentrasi maka makin sedikit aktifitas bakteri pada
senyawa tersebut.
2. Mengapa hanya pada konsentrasi 2% yang memiliki senyawa baru?
Jawaban:
Senyawa baru tidak hanya muncul pada 2 %, tetapi juga muncul
oada
konsentrasi 0,5 %; 1 %, dan 2%, namun hanya pada konsentrasi 2
%
senyawa baru paling banyak terbentuk atau terlihat.
Rifka Saputri (Kelompok V1)
1. Mengapa bukan 1 % konsentrasi yang digunakan? padahal kadar
terbesar -Pinosa berada pada konsentrasi 1 % Jawaban:
Pada konsentrasi 1 % tidak digunakan sebagai acuan, tetapi
yang
digunakan adalah konsentrasi 2% karena pada konsentrasi ini,
senyawa
baru yang muncul lebih banyak meskipun kadar -Pinosa lebih
sedikit dari -Pinosa pada kadar 1%.
2. Mengapa 6 senyawa yang muncul pada data terakhir sendangkan,
sepenjang penjelasan yang diperlihatkan hanya 4 senyawa baru?
Jawaban:
Hasil jurnal yang diperlihatkan terdapat 4 senyawa baru, adapun
6
senyawa yang diperlihatkan seperti dibawah ini, merupakan
senyawa
perbandingan dari penelitian sebelumnya Lindmark pada tahun
2003.
-
Baso Agung (Kelompok II)
1. Mengapa pick kecil yg muncul pada senyawa murni tidak
ditandai sebagai senyawa baru mengapa hanya pada konsentrasi 2
%
Jawaban:
Pick kecil yang muncul pada senyawa murni bukan merupakan
senyawa
baru tapi memang senyawa yang terdapat pada minyak terpentin
hanya
saja kadarnya kecil sehingga tidak diperhitungkan. Adapun pick
kecil yang
muncul pada kromatogram diperhitungkan sebagai senyawa baru
pada
konsentrasi 2%.
2. Bagaimana penentuan kadar untuk masing-masing senyawa?
Jawaban:
% Kadar = Luas Area Sampel
Luas Area Standar
Harfianti
1. Apa fungsi penggunaan metode ultrasonik pada pembuatan
biodiesel? Jawab :
Dari beberapa penelitian yang telah dilakukan, penggunaan
gelombang
ultrasonik terbukti dapat mempercepat reaksi, mengurangi jumlah
katalis
yang dipakai dan mengurangi rasio minyak terhadap alkohol yang
dipakai
dibandingkan reaksi tanpa menggunakan bantuan gelombang
ultrasonik.
Hal ini disebabkan energi gelombang ultrasonik muncul dari
proses
kavitasi akustik (acoustic cavitation) yang terdiri dari
pembentukan,
pertumbuhan, dan keruntuhan (implosive collapse) dari gelembung
yang
terbentuk. Gelombang ultrasonik menyebabkan efek mekanik pada
reaksi
yakni memperbesar luas permukaan melalui pembentukan celah
mikro
pada permukaan, mempercepat pelarutan, atau meningkatkan laju
transfer
massa.
2. Pada sintesis biodiesel melalui metode ultrasonik yang mana
proses transesterifikasinya?
Jawab :
Ketika lipid murni dicampurkan dengan larutan yang terbuat dari
metanol (perbandingan mol lipid : metanol = 1 : 12) dan katalis KOH
(9 % berat
minyak). Dibiarkan selama 3-4 hari hingga terbentuk dua fasa
(transesterifikasi ). Waktu reaksi transesterifikasi yakni
sekitar 180 menit
dengan suhu pemanasan 50-60 oC menggunakan alat ultrasonik
cleaner
yang dioperasikan pada frekuensi 40 kHz. Kemudian hasil reaksi
dibiarkan
selama 3-4 hari hingga terbentuk dua lapisan. Lapisan atas
merupakan
lapisan biodiesel yang berwarna hijau jingga keruh, sedangkan
lapisan
bawah merupakan lapisan gliserol berwarna coklat kekuningan.
3. Apa aplikasinya produk biotransformasi alpa pinena dan
bagaimana bisa meningkatkan nilai jual dari minyak terpentin
-
Jawab:
Ada pada produk yang dihasilkan ada beberapa senyawa yang
diduga
merupakan biotransformasi dari alpa pinena, salah satunya
terpeniol. pada
jurnal sebelumnya dilakukan transformasi alfa pinena
menggunakan
katalis asam menghasilkan terpeniol.. terpeniol merupakan salah
satu
terpen yang merupakan bahan dasar dari pembuatan parfum dan
bahan
kosmetik lainnya.
Sitti Masita
1. Bagaimana komposisi dari media padat dan media cair (broth)!
Jawab:
untuk media cair:
akaudes, daging dan pepton
untuk media padat:
akuades, daging, pepton dan tepung agar