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 2310100002 Rr Whiny Hardiyati Erliana 2310100052
40
Embed
Skripsi ” KinerjaFermentasiEkstraktifDalamProduksi ... · Pelarut yang dipilih pada ekstraksi adalahyangtidakberacun. Jurusan Teknik Kimia FTI-ITS ... Fermentor (packed bed) 4.
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
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
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.
Jurusan Teknik Kimia FTI-ITS
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
Jurusan Teknik Kimia FTI-ITS
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
Jurusan Teknik Kimia FTI-ITS
Tujuan Penelitian
Mengetahui performa terbaik dari variasimikroorganisme yang digunakan dalammemproduksi etanol dengan fermentasiekstraktif.
Mengetahui karakteristik kinerja sistemfermentasi kontinyu dalam bioreaktor packedbed dengan variasi mikroorganisme
Jurusan Teknik Kimia FTI-ITS
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.
Jurusan Teknik Kimia FTI-ITS
TINJAUAN PUSTAKA
Jurusan Teknik Kimia FTI-ITS
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 :
Jurusan Teknik Kimia FTI-ITS
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)
Jurusan Teknik Kimia FTI-ITS
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)
Jurusan Teknik Kimia FTI-ITS
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
Jurusan Teknik Kimia FTI-ITS
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)
Jurusan Teknik Kimia FTI-ITS
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)
Jurusan Teknik Kimia FTI-ITS
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
Jurusan Teknik Kimia FTI-ITS
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
Jurusan Teknik Kimia FTI-ITS
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
Jurusan Teknik Kimia FTI-ITS
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
Jurusan Teknik Kimia FTI-ITS
METODOLOGI PENELITIAN
Jurusan Teknik Kimia FTI-ITS
Variabel Dalam Penelitian
Pelarut • n- Amyl alcohol
Mikroorganisme
• Z.mobilis termutasi
• Campuran S.cerevisiae+Pichia
stipitis
• Campuran Pichia
stipitis+Kluyveromyces marxianus
Recycle • Tanpa Recycle
Jurusan Teknik Kimia FTI-ITS
Tahapan Proses
Pengukuran konsentrasi gula reduksi sisa dan konsentrasi etanol
Proses Fermentasi Ekstraktif
Pembuatan Immobilisasi Sel karaginan
Pretreatment Nira Siwalan
Pengembangan Kultur
Jurusan Teknik Kimia FTI-ITS
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
Jurusan Teknik Kimia FTI-ITS
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
Jurusan Teknik Kimia FTI-ITS
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