1 Abstrak—Produksi bioethanol untuk mengatasi semakin langkanya bahan bakar minyak berbasis fosil terus berkembang. Jika ditinjau dari berbagai aspek ternyata nira siwalan merupakan salah sati bahan baku yang potensial dalam memproduksi bioethanol. Dalam upaya meningkatkan produktivitas dan yield etanol dari nira siwalan ini, dilakukan proses fermentasi ekstraktif secara kontinyu. Penelitian produksi etanol dari nira siwalan ini dilakukan dengan mengombinasikan proses fermentasi secara immobilisasi sel dalam packed bed bioreactor dan proses ekstraksi dengan menggunakan pelarut n-amyl alcohol. Mikroorganisme yang digunakan ialah Zymomonas mobilis A3 dan Saccharomyces cerevisiae untuk membandingkan kemampuan keduanya dalam mengubah nira siwalan menjadi etanol. Selain itu juga digunakan beberapa rasio recycle yang mengembalikan rafinat ke fermentor untuk mengembalikan gula yang tersisa. Hasil penelitian menunjukkan bahwa dalam produksi etanol dari nira siwalantanpa recycle, produktivitas dan yield terbaik yang dihasilkan oleh Saccharomyces cerevisiae. Sedangkan bila menggunakan recycle, produktivitas dan yield terbaik dihasilkan oleh Zymomonas mobilis A3 dengan rasio recycle 50%. Kata Kunci— Etanol, fermentasi ekstraktif, immobilisasi sel, nira siwalan, yield, Zymomonas mobilis termutasi I. PENDAHULUAN ira siwalan (Borassus flabellifer L) merupakan bahan baku yang cukup potensial diantaranya karena jumlahnya melimpah di Indonesia yaitu pohon yang dapat tumbuh di banyak daerah dengan produktivitas yang cukup tinggi, kandungan gula di dalamnya sekitar 10%-20% yang merupakan kadar gula optimum dalam proses pebuatan bioethanol dengan fermentasi, serta pemanfaatannya yang masih digunakan hanya untuk bahn baku gula(bukan bahan pangan pokok) dan minuman tuak(legen). Nira siwalan banyak tersedia di Tuban(Jawa Timur). Adapun nira siwalan yang digunakan dalam penelitian ini berasal dari Lamongan (Jawa Timur). Fermentasi pada umumnya menggunakan proses batch. Pada proses batch, kadar dan produktivitas etanol yang dihasilkan rendah karena adanya inhibisi dari etanol yang terbentuk pada fermentor akan meracuni mikroorganisme yang berperan dalam pembentukan etanol itu sendiri. Adanya inhibisi etanol akan menurunkan secara perlahan- lahan dan bahkan dapat menghentikan pertumbuhan serta produksi dari mikroorganisme [1]. Saat konsentrasi etanol dari fermentasi broth mencapai 12% (v/v) pertumbuhan spesifik mikroorganisme dan rate spesifik mikroorganisme akan menurun, densitas sel dalam fermentor yang ada akan menjadi rendah sehingga banyak larutan gula yang tidak terfermentasi dengan sempurna. Fermentasi kontinyu adalah solusi yang dapat digunakan untuk meningkatkan laju produksi etanol [2]. Salah satu teknik fermentasi kontinyu yang paling sering digunakan adalah teknik immobilisasi sel dalam packed bed bioreaktor. Fermentasi ekstraktif adalah suatu metode yang dapat digunakan untuk mengurangi inhibisi dari etanol, dimana etanol itu sendiri akan segera dipisahkan dari broth ketika proses fermentasi itu berlangsung. Pada fermentasi ekstraktif secara kontinyu, masih terdapat banyak gula pada substrat yang belum terkonversi menjadi etanol karena waktu tinggal dalam fermentor yang relatif singkat, sehingga adanya recycle dari rafinat yang dikembalikan ke fermentor akan dapat meningkatkan yield dan produktivitas etanol. Proses fermentasi dilakukan terpadu dengan proses ekstraksi yang diharapkan mampu mengurangi beban energi saat melakukan proses distilasi. Untuk melakukan proses ekstraksi perlu digunakan pelarut yang baik dalam purifikasinya. Alkohol adalah salah satu kelas solven yang lebih baik. Pemilihan pelarut pada proses ekstraksi etanol dari broth sintetis dan broth fermentasi dengan menggunakan pelarut n-amil alkohol, 1-dodekanol, dan 1- oktanol pada packed column ekstraktor menunjukkan hasil bahwa performa solven untuk ekstraksi yang paling baik adalah pelarut n-amil alkohol [3]. Ada beberapa karakteristik mikroorganisme yang digunakan untuk fermentasi antara lain mempunyai kemampuan tumbuh dan berkembang biak dengan cepat dalam substrat yang sesuai, dapat menghasilkan enzim dengan cepat untuk mengubah glukosa menjadi alkohol, mempunyai daya fermentasi yang tinggi terhadap glukosa, fruktosa, galaktosa dan maltosa, mempunyai daya tahan dalam lingkungan di kadar alkohol yang relatif tinggi, serta tahan terhadap mikroba lain. Dalam proses fermentasi untuk menghasilkan etanol salah satunya dapat memakai ragi roti (Saccharomyces cerevisiae) [4] dan Zymomonas mobilis adalah kandidat mikroorganisme yang terbaik untuk industri alkohol [5]. Penelitian ini mengenai proses fermentasi-ekstraktif yang dilakukan secara kontinyu dan terpadu dalam reaktor packed bed (fermentor) menggunakan teknik imobilisasi sel Pembuatan Etanol Dari Nira Siwalan (Borassus flabellifer L) Dengan Proses Fermentasi Ekstraktif Secara Immobilisasi Sel Dalam Packed Bed Bioreactor Astuti Lisa Wardany, Azlina Tyara Putri, Tontowi Ismail, Tri Widjaja Jurusan Teknik Kimia, Fakultas Teknologi Industri, Institut Teknologi Sepuluh Nopember (ITS) Jl. Arief Rahman Hakim, Surabaya 60111 Indonesia e-mail: [email protected]N
5
Embed
Pembuatan Etanol Dari Nira Siwalan (Borassus …digilib.its.ac.id/public/ITS-paper-30838-2309100034-2309100037... · dengan cepat untuk mengubah glukosa menjadi alkohol, mempunyai
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
Abstrak—Produksi bioethanol untuk mengatasi semakin
langkanya bahan bakar minyak berbasis fosil terus
berkembang. Jika ditinjau dari berbagai aspek ternyata nira
siwalan merupakan salah sati bahan baku yang potensial
dalam memproduksi bioethanol. Dalam upaya meningkatkan
produktivitas dan yield etanol dari nira siwalan ini, dilakukan
proses fermentasi ekstraktif secara kontinyu. Penelitian
produksi etanol dari nira siwalan ini dilakukan dengan
mengombinasikan proses fermentasi secara immobilisasi sel
dalam packed bed bioreactor dan proses ekstraksi dengan
menggunakan pelarut n-amyl alcohol. Mikroorganisme yang
digunakan ialah Zymomonas mobilis A3 dan Saccharomyces
cerevisiae untuk membandingkan kemampuan keduanya
dalam mengubah nira siwalan menjadi etanol. Selain itu juga
digunakan beberapa rasio recycle yang mengembalikan rafinat
ke fermentor untuk mengembalikan gula yang tersisa. Hasil
penelitian menunjukkan bahwa dalam produksi etanol dari
nira siwalantanpa recycle, produktivitas dan yield terbaik yang
dihasilkan oleh Saccharomyces cerevisiae. Sedangkan bila
menggunakan recycle, produktivitas dan yield terbaik
dihasilkan oleh Zymomonas mobilis A3 dengan rasio recycle
50%.
Kata Kunci— Etanol, fermentasi ekstraktif, immobilisasi sel,
nira siwalan, yield, Zymomonas mobilis termutasi
I. PENDAHULUAN
ira siwalan (Borassus flabellifer L) merupakan bahan
baku yang cukup potensial diantaranya karena
jumlahnya melimpah di Indonesia yaitu pohon yang dapat
tumbuh di banyak daerah dengan produktivitas yang cukup
tinggi, kandungan gula di dalamnya sekitar 10%-20% yang
merupakan kadar gula optimum dalam proses pebuatan
bioethanol dengan fermentasi, serta pemanfaatannya yang
masih digunakan hanya untuk bahn baku gula(bukan bahan
pangan pokok) dan minuman tuak(legen). Nira siwalan
banyak tersedia di Tuban(Jawa Timur). Adapun nira siwalan
yang digunakan dalam penelitian ini berasal dari Lamongan
(Jawa Timur).
Fermentasi pada umumnya menggunakan proses batch.
Pada proses batch, kadar dan produktivitas etanol yang
dihasilkan rendah karena adanya inhibisi dari etanol yang
terbentuk pada fermentor akan meracuni mikroorganisme
yang berperan dalam pembentukan etanol itu sendiri.
Adanya inhibisi etanol akan menurunkan secara perlahan-
lahan dan bahkan dapat menghentikan pertumbuhan serta
produksi dari mikroorganisme [1]. Saat konsentrasi etanol
dari fermentasi broth mencapai 12% (v/v) pertumbuhan
spesifik mikroorganisme dan rate spesifik mikroorganisme
akan menurun, densitas sel dalam fermentor yang ada akan
menjadi rendah sehingga banyak larutan gula yang tidak
terfermentasi dengan sempurna. Fermentasi kontinyu adalah
solusi yang dapat digunakan untuk meningkatkan laju
produksi etanol [2]. Salah satu teknik fermentasi kontinyu
yang paling sering digunakan adalah teknik immobilisasi sel
dalam packed bed bioreaktor. Fermentasi ekstraktif adalah
suatu metode yang dapat digunakan untuk mengurangi
inhibisi dari etanol, dimana etanol itu sendiri akan segera
dipisahkan dari broth ketika proses fermentasi itu
berlangsung. Pada fermentasi ekstraktif secara kontinyu,
masih terdapat banyak gula pada substrat yang belum
terkonversi menjadi etanol karena waktu tinggal dalam
fermentor yang relatif singkat, sehingga adanya recycle dari
rafinat yang dikembalikan ke fermentor akan dapat
meningkatkan yield dan produktivitas etanol.
Proses fermentasi dilakukan terpadu dengan proses
ekstraksi yang diharapkan mampu mengurangi beban energi
saat melakukan proses distilasi. Untuk melakukan proses
ekstraksi perlu digunakan pelarut yang baik dalam
purifikasinya. Alkohol adalah salah satu kelas solven yang
lebih baik. Pemilihan pelarut pada proses ekstraksi etanol
dari broth sintetis dan broth fermentasi dengan
menggunakan pelarut n-amil alkohol, 1-dodekanol, dan 1-
oktanol pada packed column ekstraktor menunjukkan hasil
bahwa performa solven untuk ekstraksi yang paling baik
adalah pelarut n-amil alkohol [3].
Ada beberapa karakteristik mikroorganisme yang
digunakan untuk fermentasi antara lain mempunyai
kemampuan tumbuh dan berkembang biak dengan cepat
dalam substrat yang sesuai, dapat menghasilkan enzim
dengan cepat untuk mengubah glukosa menjadi alkohol,
mempunyai daya fermentasi yang tinggi terhadap glukosa,
fruktosa, galaktosa dan maltosa, mempunyai daya tahan
dalam lingkungan di kadar alkohol yang relatif tinggi, serta
tahan terhadap mikroba lain. Dalam proses fermentasi untuk
menghasilkan etanol salah satunya dapat memakai ragi roti
(Saccharomyces cerevisiae) [4] dan Zymomonas mobilis
adalah kandidat mikroorganisme yang terbaik untuk industri
alkohol [5].
Penelitian ini mengenai proses fermentasi-ekstraktif yang
dilakukan secara kontinyu dan terpadu dalam reaktor
packed bed (fermentor) menggunakan teknik imobilisasi sel
Pembuatan Etanol Dari Nira Siwalan (Borassus
flabellifer L) Dengan Proses Fermentasi Ekstraktif
Secara Immobilisasi Sel Dalam Packed Bed
Bioreactor
Astuti Lisa Wardany, Azlina Tyara Putri, Tontowi Ismail, Tri Widjaja
Jurusan Teknik Kimia, Fakultas Teknologi Industri, Institut Teknologi Sepuluh Nopember (ITS)