1 A. JUDUL: OPTIMALISASI JENIS MIKROBA YANG BERPOTENSI MEMBUAT BIOETANOL DARI UBI JALAR PUTIH ( Ipomea batatas L ) B. LATAR BELAKANG MASALAH . Bahan bakar minyak (BBM) merupakan kebutuhan vital bagi manusia. Sebagian besar atau bahkan hampir semua teknologi yang digunakan menggunakan bahan bakar minyak sebagai sumber energi. BBM yang kita gunakan saat ini semakin langka. Hal ini disebabkan karena kuantitas minyak bumi pada lapisan bumi terus menipis akibat dari eksploitasi terus-menerus. Kelangkaan tersebut menyebabkan harganya tidak stabil bahkan konsumsi bensin di Indonesia pada tahun 2005 mencapai 16 juta KiloLiter. Fraksi premium yang dihasilkan oleh unit pengolahan minyak bumi di Indonesia tidak cukup memenuhi kebutuhan premium Indonesia. Untuk menanggulangi defisit premium, Indonesia mengimpor kebutuhan premium dari pasar internasional. Kebutuhan premium Indonesia pada tahun 2008 diprediksikan sebesar 19,6 juta Kilo Liter. Salah satu sumber energi yang bisa dimanfaatkan sebagai energi alternatif adalah etanol. Bioetanol dapat dimanfaatkan sebagai agen untuk meningkatkan angka oktan pada bensin karena angka oktan etanol cukup tinggi (135) sedangkan angka oktan premium yang dijual sebagai bahan bakar adalah 98. Makin tinggi bilangan oktan, bahan bakar makin tahan untuk tidak terbakar sendiri sehingga
40
Embed
OPTIMALISASI JENIS MIKROBA YANG BERPOTENSI MEMBUAT BIOETANOL DARI UBI JALAR PUTIH (Ipomea batatas L)
JIKA DIJADIKAN LITERATUR HARAP MASUKKAN NAMA PENERBITNYA RAHMAD DHANY
Welcome message from author
This document is posted to help you gain knowledge. Please leave a comment to let me know what you think about it! Share it to your friends and learn new things together.
Transcript
1
A. JUDUL: OPTIMALISASI JENIS MIKROBA YANG BERPOTENSI MEMBUAT
BIOETANOL DARI UBI JALAR PUTIH ( Ipomea batatas L )
B. LATAR BELAKANG MASALAH
. Bahan bakar minyak (BBM) merupakan kebutuhan vital bagi manusia.
Sebagian besar atau bahkan hampir semua teknologi yang digunakan menggunakan
bahan bakar minyak sebagai sumber energi. BBM yang kita gunakan saat ini semakin
langka. Hal ini disebabkan karena kuantitas minyak bumi pada lapisan bumi terus
menipis akibat dari eksploitasi terus-menerus. Kelangkaan tersebut menyebabkan
harganya tidak stabil bahkan konsumsi bensin di Indonesia pada tahun 2005 mencapai
16 juta KiloLiter. Fraksi premium yang dihasilkan oleh unit pengolahan minyak bumi
di Indonesia tidak cukup memenuhi kebutuhan premium Indonesia. Untuk
menanggulangi defisit premium, Indonesia mengimpor kebutuhan premium dari pasar
internasional. Kebutuhan premium Indonesia pada tahun 2008 diprediksikan sebesar
19,6 juta Kilo Liter.
Salah satu sumber energi yang bisa dimanfaatkan sebagai energi alternatif
adalah etanol. Bioetanol dapat dimanfaatkan sebagai agen untuk meningkatkan angka
oktan pada bensin karena angka oktan etanol cukup tinggi (135) sedangkan angka
oktan premium yang dijual sebagai bahan bakar adalah 98. Makin tinggi bilangan
oktan, bahan bakar makin tahan untuk tidak terbakar sendiri sehingga menghasilkan
kestabilan proses pembakaran untuk memperoleh daya yang lebih stabil. Proses
pembakaran dengan daya yang lebih sempurna akan mengurangi emisi gas karbon
monoksida. Campuran bioetanol 3% saja, mampu menurunkan emisi
karbonmonoksida menjadi hanya 1,35%.
Selain itu, penggunaan etanol sebagai bahan bakar mempunyai beberapa
keunggulan dibanding dengan BBM, yaitu : a) Kandungan oksigen yang tinggi
mencapai 35% sehingga jika dibakar sangat bersih, b) Ramah lingkungan karena
emisi gas karbon-mono-oksida lebih rendah yakni sekitar 19-25% dibanding BBM
sehingga tidak memberikan kontribusi pada akumulasi karbon dioksida di atmosfer
2
dan bersifat terbarukan, sedangkan BBM akan habis karena bahan bakunya fosil, c)
Sumber daya dapat diperbaharui (renewable resources).
Banyak sumber daya alam yang dapat digunakan yang berpotensi sebagai
bahan bakar alternatif dari bioetanol, salah satunya adalah ubi jalar. Dalam bahasa
latin, ubi jalar dikenal dengan nama Ipomea batatas L. Tanaman ini tersebar dan
tumbuh subur di seluruh penjuru tanah air, terutama di daerah dataran tinggi. Bagian
tanaman ubi jalar yang dapat digunakan sebagai bahan bakar alternatif adalah
umbinya karena banyak mengandung pati atau karbohidrat yaitu mencapai 87,78%.
Kadar pati dalam ubi jalar putih dapat dikatakan sama besarnya dengan kadar pati
yang ada dalam ubi kayu, sehingga ubi jalar putih dapat juga digunakan sebagai
sumber bioetanol seperti halnya ubi kayu yang telah lebih dulu diteliti pada PKM
sebelumnya. Produktivitas ubi jalar cukup tinggi dibandingkan dengan sumber bahan
baku etanol yang lain. Ubi jalar dengan masa panen 4 bulan dapat berproduksi lebih
dari 30 ton/Ha, tergantung dari bibit, sifat tanah dan pemeliharaannya. Meskipun saat
ini rata-rata produktivitas ubi jalar nasional baru mencapai 12 ton/Ha, tetapi ini masih
lebih besar dibandingkan dengan produktivitas gabah (+/-4.5 ton/Ha) atau ubi kayu
(+/-8 ton/Ha), padahal masa panen lebih lama dari masa panen ubi jalar.
Pada dasarnya, ubi jalar memiliki bebarapa varietas. Varietas tersebut antara
lain ubi jalar putih, ubi jalar kuning, ubi jalar ungu, dan ubi jalar merah. Ada beberapa
hal yang menjadi dasar pemikiran penggunaan ubi jalar putih. Hal pertama adalah jika
menggunakan ubi jalar kuning, merah, atau ungu, maka diperlukan suatu proses untuk
memisahkan pigmen-pigmen warna pada ubi jalar tersebut sehingga tidak efisien. Ubi
jalar putih lebih mudah ditemukan di mana-mana dibandingkan dengan ubi jalar
lainnya meskipun harganya sama.
Dalam hal ini peneliti meneruskan penelitian yang sudah pernah dilakukan
oleh Nurul Izzati dari Universitas Negeri Malang (UM) yang berjudul “OPTIMASI
PEMBUATAN BIOETANOL DARI UBI JALAR PUTIH (Ipomea batatas L)
SEBAGAI SUMBER ALTERNATIF BAHAN BAKAR YANG TERBARUKAN”.
Penelitian tersebut belum mengungkapkan apakah hal yang sama dapat dilakukan
oleh mikroba lain. Kerena itu, perlu dijajahi berbagai mikroorganisme yang
berpotensi dalam proses hidrolisis (mengubah karbohidrat atau pati menjadi glukosa ).
3
Beberapa mikroba yang diduga berpotensi adalah jamur Trichoderma reesei dan
Aspergillus niger. Trichoderma reesei memiliki kemampuan mensekresikan sejumlah
besar enzim selulolitik, seperti selulase dan hemiselulase.
Komponen utama dari sistem selulase Trichoderma reesei adalah kedua jenis
enzim selobiohidrolasenya, yaitu CBHI dan CBHII, yang berjumlah total 80% dari
total protein selulase yang dihasilkan. Aspergillus niger dapat tumbuh optimum pada
suhu 35-37 °C, dengan suhu minimum 6-8 °C, dan suhu maksimum 45-47 °C. Selain
itu, dalam proses pertumbuhannya fungi ini memerlukan oksigen yang cukup
(aerobik). Dan pada proses fermentasi (mengubah glukosa menjadi etanol) digunakan
Zymomonas mobilis. Keuntungan Zymomonas mobilis daripada S. cerevisia yakni:
asupan gula dan hasil etanol lebih tinggi, produksi biomas yang lebih rendah, lebih
tinggi toleransi terhadap etanol, dan tidak memerlukan tambahan kontrol oksigen
selama fermentasi
Selain itu, bakteri Zymomonas mobilis diduga juga sebagai mikroorganisme
paling ideal penghasil etanol karena memproduksi etanol terbanyak, toleran terhadap
etanol konsentrasi tinggi dan pH rendah. Zymomonas mobilis merupakan bakteri
anaerob fakultatif yang memanfaatkan glukosa, sukrosa dan fruktosa untuk
menghasilkan etanol dengan jalur metabolisme Enter - deudoroff Pathway.
Beberapa uraian diatas, perlu dilakukan penelitian penjajakan jenis mikroba
yang berpotensi digunakan membuat bioetanol secara bioteknologi serta menentukan
kondisi fermentasinya, sebagai program.
C. PERUMUSAN MASALAH
Berdasarkan masalah diatas dirumuskan masalah sebagai berikut:
1. Mikroba jenis apakah yang lebih potensial mengubah pati alami menjadi gula
dalam proses pembuatan bioetanol dari ubi jalar?
2. Bagaimana kondisi hidrolisis optimum untuk mengubah pati dalam ubi jalar
putih menjadi glukosa dengan dua jenis Mikrooganisme?
3. Bagaimana kondisi fermentasi optimun (meliputi : pH dan lama fermentasi)
untuk menghasilkan bioetanol dari ubi jalar putih?
4
D. TUJUAN
Tujuan dari penelitian ini adalah sebagai berikut:
1. Untuk mencari jenis/galur mikroba yang lebih potensial digunakan untuk
membuat bioetanol dari ubi jalar
2. Untuk mengetahui kondisi hidrolisis optimum untuk mengubah pati dalam ubi
jalar putih menjadi glukosa dengan dua jenis mikroorganisme.
3. Untuk mengetahui kondisi fermentasi optimum (meliputi : pH dan lama
fermentasi) untuk menghasilkan bioetanol dari ubi jalar putih.
E. LUARAN YANG DIHARAPAKAN
Luaran yang diharapkan dari penelitian ini adalah:
1. Dari penelitian ini diharapkan dapat menghasilkan bioetanol optimum dari
Zymomonas mobilis setelah melalui tahapan penentuan hidrolisis dan fermentasi
dalam keadaan optimal.
F. KEGUNAAN PROGRAM
Kegunaan dari program ini adalah:
1. Etanol yang dihasilkan lebih banyak sehingga dapat ditambahkan pada bensin
untuk menaikkan angka oktan pada bensin tersebut.
2. Bensin yang telah ditambah dengan bioetanol, hasil pembakarannya akan ramah
lingkungan sehingga dapat megurangi emisi gas rumah kaca.
3. Dapat menghemat penggunaan bensin.
4. Bagi penulis, dapat mengetahui perbedaan rendemen alkohol dari berbagai
mikroorganisme sehingga dapat menguntungkan dalam pembuatan bioetanol
5. Bagi masyarakat, informasi mengenai pembuatan bioetanol dari ubi jalar sehingga
membuka wawasan dan peluang bisnis sebagai industri menengah. Selain itu,
dapat mengetahui prospek penggunaan ubi jalar putih dalam pembuatan etanol.
6. Bagi negara dapat menyediakan kebutuhan bahan bakar bagi masyarakat dan
membantu mengurangi polusi yang berdampak pada Pemanasan Global
5
7. Bagi perusahaan tertentu dapat dijadikan sebagai bahan bakar alternatif yang
memiliki prospek yang baik dan murah.
8. Bagi pihak lain yang berkepentingan, dapat dijadikan sebagai kajian lebih lanjut
untuk penelitian selanjutnya.
G. TINJAUAN PUSTAKA
Penggunaan bioetanol pada kendaraan biasanya menggunakan 2 jenis etanol
yaitu etanol 10 (E10) yang merupakan campuran antara 10% bioetanol dan 90%
bahan bakar bensin.Jenis ini dapat digunakan hampir di seluruh kendaraan keluaran
terbaru. Bioetanol 85 (E85) yang merupakan campuran 85% etanol dan 15% bahan
bakar bensin. Campuran ini sering disebut gasohol. Produksi bioetanol dari tanaman
dan penggunaannya pada mesin mobil akan menciptakan keseimbangan siklus
karbondioksida, yang berarti akan mengurangi laju pemanasan global. Pembakaran
bensin yang lebih sempurna ketika dicampur bioetanol 10 % saja akan memperbaiki
kualitas udara di kota-kota padat lalu lintas. Hasil pembakaran dari bioetanol berupa
CO2 dan H2O. Penambahan bahan yang mengandung oksigen pada sistem bahan
bakar akan mengurangi emisi gas CO yang sangat beracun dari sisa pembakaran.
Pada dasarnya, ada dua tahap dalam pembuatan bioetanol. Tahap pertama
adalah proses hidrolisis, dan kedua adalah fermentasi ubi jalar. Tahap hidrolisis
memvariasikan jenis mikroorganisme dan waktu. Dengan demikian, akan didapatkan
hasil yang optimal. Sebelum proses hidrolisis ubi jalar putih dikupas dan dipotong
kecil-kecil. Setelah itu, ditumbuk dan ditambah air sehingga berupa bubur kental. Jika
bubur telah dingin, maka dalam satu wadah ditambahkan biakan Trichoderma reesei
dan wadah yang lain ditambahkan biakan Aspergillus niger dan dibiarkan selama
waktu tertentu. Dan tahap kedua adalah fermentasi dengan menggunakan Zymomonas
mobilis dengan memvariasikan pH dan lama fermentasi.
Trichoderma reesei
Trichoderma reesei adalah jamur mesofilik yang termasuk dalam jenis jamur
berbentuk filamen. T. reesei memiliki kemampuan mensekresikan sejumlah besar
enzim selulolitik, seperti selulase dan hemiselulase. Komponen utama dari sistem
6
selulase T. reesei adalah kedua jenis enzim selobiohidrolasenya, yaitu CBHI dan
CBHII, yang berjumlah total 80% dari total protein selulase yang dihasilkan.
Aplikasi selulase sangat terpakai di dunia industri, dimana enzim ini dapat
mengkonversi materi biomassa suatu tumbuhan seperti selulosa menjadi bioproduk
yang berguna seperti gula (glukosa) dan bioethanol. Bersama Aspergillus sp. dan
Penicillium janthinelum, Trichoderma reesei diteliti sebagai sumber potensial bagi
enzim β-glukosidase.
Adapun Taksonomi dari Trichoderma reesei
Gambar 1. Struktur Morfologi Jamur Trichoderma reesei
Kingdom : Fungi
Division : Ascomycota
Subdivision : Pezizomycotina
Class : Sordariomycetes
Order : Hypocreales
Family : Hypocreaceae
Genus : Trichoderma
Species : T. reesei
Binomial name : Trichoderma reesei
7
Aspergillus niger
Aspergillus niger merupakan salah satu spesies yang paling umum dan mudah
diidentifikasi dari genus Aspergillus, famili Moniliaceae, ordo Monoliales dan kelas
Fungi imperfecti. Aspergillus niger dapat tumbuh dengan cepat, diantaranya
digunakan secara komersial dalam produksi asam sitrat, asam glukonat, dan
pembuatan beberapa enzim seperti amilase, pektinase, amiloglukosidase dan
sellulase. Aspergillus niger dapat tumbuh pada suhu 35ºC-37ºC (optimum), 6ºC-8ºC
(minimum), 45ºC-47ºC (maksimum). Aspergillus niger memiliki bulu dasar berwarna
putih atau kuning dengan lapisan konidiospora tebal berwarna coklat gelap sampai
hitam. Kepala konidia berwarna hitam, bulat, cenderung memisah menjadi bagian-
bagian yang lebih longgar dengan bertambahnya umur. Konidiospora memiliki
dinding yang halus, hialin namun berwarna coklat.
Pertumbuhan Aspergillus niger berhubungan langsung dengan zat makanan
yang terdapat dalam substrat. Molekul sederhana yang terdapat disekeliling hifa dapat
langsung diserap sedangkan molekul yang lebih kompleks harus dipecah dahulu
sebelum diserap ke dalam sel, dengan menghasilkan beberapa enzim ekstra seluler.
Bahan organik dari substrat digunakan oleh Aspergillus niger untuk aktivitas
transport molekul, pemeliharaan struktur sel, dan mobilitas sel
Etanol memiliki beberapa sifat fisika. berupa cairan yang tidak berwarna dan
dapat larut dalam air dengan segala perbandingan. Dari pernyataan ini, dapat
disimpulkan bahwa etanol yang hanya memiliki 2 atom C merupakan cairan yang
tidak berwarna dan dapat larut dalam air. Pada umumnya, senyawa organik yang
merupakan senyawa kovalen mempunyai titik didih rendah, sehingga mudah
didihkan. Dengan demikian, diduga bahwa etanol memiliki titik didih rendah. Jika
etanol yang terbentuk dimasukkan sedikit ke dalam sebuah wadah kemudian dibakar
maka akan menyala. Hal ini menandakan bahwa alkohol yang terbentuk adalah
etanol.
8
Secara kimia, jika bioetanol diuji dengan serf amonium nitrat (NH4)2Ce(NO3)6
akan terjadi perubahan warna dari tidak berwarna menjadi merah atau coklat. Dari uji
ini, alkohol yang dihasilkan ada 3 macam yaitu dilihat dari pembentukan larutan
berawan atau pemisahan larutan menjadi 2 lapisan. Alkohol tersier bereaksi dalam
waktu 1 menit. Alkohol sekunder bereaksi setelah 5 menit. Sedangkan alkohol primer
tidak bereaksi. Alkohol yang tidak bereaksi ditandai dengan larutan tetap jernih dan
tidak terpisah setelah 1 jam. Dengan demikian, dapat diketahui bahwa fermentasi ubi
jalar dapat menghasilkan alkohol.
Adapun Taksonomi dari Aspergillus niger
Gambar 2. Pertumbuhan Aspergillus niger dalam media agar
2 Kloning Gen Penisilin asilasi pada bakteri Escherichia coli
1990 - 1991 Dikti/Bank Dunia
3 Menentukan urutan nukleotida gen enzim penisilin asilase
1991 Dikti/Bank Dunia
4 Pengolahan limbah serbuk kayu gergaji menggunakan mikroba yang hidup dalam
1994 Voucher Dikti
29
saluran pencernaan bekicot
5 Kajian pemanfaatan selulase bakteri yang hidup dalam saluran pencernaan bekicot
1995-1996 Hibah Bersaing V Dikti
6 Enzim selulolitik pada bakteri Pseudomonas alcaligenes
1992-1999 Disertasi Doktor ITB Bandung
7 Persepsi guru dan siswa terhadap program sertifikais guru oleh pemerintah
2002-2009 UNIMED
8 Efek polusi Pb terhadap beberapa fungsi hati, ginjal dan darah pada mencit Mus muculus
2006 - 2010 FK, PPs USU
IV. Publikasi/Karya Ilmiah
No Jenis publikasi Periode Perkiraan jumlah
1 Sebagai pembicara pada berbagai seminar nasional dan regional
2005 – 2009 8
2 Menulis beberapa artikel di jurnal atau majalah ilmiah
2005 – 2009 4
3 Sebagai pembicara/penceramah pada beberapa kegiatan ilmiah dan kemasyarakatan baik yang dilaksanakan oleh perguruan tinggi (PTN/PTS) maupun oleh Pemda/Pemko
2005 – 2009 5
4 Sebagai peserta pada berbagai seminar internasional, nasional dan regional