TEKNOLOGI PRODUKSI RAGI UNTUK PEMBUATAN BIO-ETANOL 1. Dra. Sri Komarayati 2. Dr. Djarwanto, M.Si. 3. Dr. Ina Winarni, S.Hut., M.Sc. PUSAT PENELITIAN DAN PENGEMBANGAN KETEKNIKAN KEHUTANAN DAN PENGOLAHAN HASIL HUTAN BADAN PENELITIAN DAN PENGEMBANGAN KEHUTANAN KEMENTERIAN LINGKUNGAN HIDUP DAN KEHUTANAN BOGOR, DESEMBER 2014
33
Embed
TEKNOLOGI PRODUKSI RAGI UNTUK PEMBUATAN BIO-ETANOLdatabase.forda-mof.org/uploads/pemanfatan.pdf · efektif dalam fermentasi untuk pembuatan bio-etanol dari lignoselulosa. ... dengan
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
TEKNOLOGI PRODUKSI RAGI UNTUK
PEMBUATAN BIO-ETANOL
1. Dra. Sri Komarayati 2. Dr. Djarwanto, M.Si. 3. Dr. Ina Winarni, S.Hut., M.Sc.
PUSAT PENELITIAN DAN PENGEMBANGAN KETEKNIKAN KEHUTANAN DAN PENGOLAHAN HASIL HUTAN
BADAN PENELITIAN DAN PENGEMBANGAN KEHUTANAN KEMENTERIAN LINGKUNGAN HIDUP DAN KEHUTANAN
BOGOR, DESEMBER 2014
TEKNOLOGI PRODUKSI RAGI UNTUK
PEMBUATAN BIO-ETANOL
Bogor, 2014
Mengetahui Ketua Kelti,
Djeni Hendra, MSi. NIP. 19550108 198503 1 001
Ketua Tim Pelaksana,
Dra. Sri Komarayati NIP. 19550917 198903 2 001
Menyetujui Koordinator,
Ir. Totok K. Waluyo, M.Si NIP. 19600506 198703 1 004
Mengesahkan KepalaPusat,
Dr. Ir. Rufi’ie, MSc. NIP. 19601207 198703 1 005
DAFTAR ISI
HALAMAN JUDUL …………………………….…….….............…. i
LEMBAR PENGESAHAN .….…….………….………….………… ii
DAFTAR ISI …………………..………………..…………………… iii
DAFTAR TABEL …………………………..……………………..… iv
Abstrak ….……………………….……..…………………………… 1
BAB I. PENDAHULUAN …………………………………………. 2
A. Latar Belakang …………………..….…………………… 2
B. Tujuan dan Sasaran ………….………………………… 3
C. Luaran …. ………….…….…………………..………….. 3
D. Hasil Yang Telah Dicapai …………………………….… 4
E. Ruang Lingkup …………………………………………… 5
BAB II.TINJAUAN PUSTAKA .................................................... 6
BAB III. METODOLOGI PENELITIAN ......................................... 9
A. Lokasi Penelitian ................................................................. 9
B. Bahan dan Alat ……………………………………………… 9
C. Prosedur Kerja .................................................................... 10
D. Analisis Data ....................................................................... 13
BAB IV. HASIL DAN PEMBAHASAN .......................................... 15
BAB V. KESIMPULAN DAN SARAN …………………………….. 23
DAFTAR PUSTAKA .................................................................... 24
DAFTAR TABEL
Tabel 1. Perlakuan jenis ragi dan konsentrasi enzim …..…… 13
Tabel 2. Komponen kimia kayu dan pulp sengon …………… 16
Tabel 3. Kadar gula pereduksi ………………………………… 18
Tabel 4. Kadar etanol rataan.................................................. 20
Tabel 5. Kadar etanol tertinggi ………………………………… 21
DAFTAR GAMBAR
Gambar 1. Pulp kayu sengon…………………………………... 26
Gambar 2. Waterbath-shaker……..……………………………..26
Gambar 3. Proses pemanasan sampel + surfaktan ………..…27
Gambar 4. Proses pemanasan sampel tanpa surfaktan …..... 27
Gambar 5. Proses fermentasi ……………………………..…… 28
Gambar 6. Proses distilasi …………………………….………. 25
TEKNOLOGI PRODUKSI RAGI UNTUK PEMBUATAN BIO-ETANOL
Oleh :
Sri Komarayati, Djarwanto & Ina Winarni
Abstrak
Bioetanol merupakan salah satu biofuel yang berguna sebagai bahan bakar alternatif yang lebih ramah lingkungan dan sifatnya terbarukan. Bahan yang dapat dibuat bio-etanol antara lain bahan yang mengandung glukosa, pati dan lignoselulosa. Untuk membuat bio-etanol dari bahan berlignoselulosa harus melalui beberapa tahapan antara lain perlakuan pendahuluan, sakarifikasi, fermentasi dan distilasi. Bioetanol dapat dihasilkan dengan menggunakan bahan kimia atau mikroba seperti jamur / cendawan. Pada penelitian ini digunakan bahan ligoselulosa berupa kayu sengon, untuk proses sakarifikasi digunakan enzim selulase dan beta glukosidase yang lebih ramah lingkungan dari pada bahan kimia. Untuk proses fermentasi menggunakan ragi racikan yang merupakan campuran Aspergillus oryzae; Saccharomyces cerevisae; Rhyzopus oryzae dan sebagai pembanding digunakan ragi komersil (Sacharomyces serevisae), dengan konsentrasi ragi bervariasi antara 3 - 9%. Tujuan penelitian yaitu untuk memperoleh ragi racikan yang efektif dalam fermentasi untuk pembuatan bio-etanol dari ligno-selulosa. Hasil penelitian menunjukkan bahwa ragi racikan dengan konsentrasi 7% efektif untuk digunakan pada fermentasi lignoselulosa. Ragi racikan 7% dapat menghasilkan kadar etanol sebesar 1,569% dan ragi komersil 7% hanya menghasilkan kadar etanol sebesar 0,652%. Konsentrasi ragi racikan 7% merupakan konsentrasi optimum. Kata kunci : ragi racikan, kayu sengon, sakarifikasi, fermentasi, etanol.
BAB I
PENDAHULUAN
A. Latar Belakang
Seiring dengan meningkatnya biaya minyak bumi secara
kontinyu, ketergantungan atas minyak bumi dan juga menyebabkan
berbagai polusi, hal tersebut mendorong untuk mencari sumber-
sumber lain sebagai alternatif sumber energi. Biomass merupakan
salah satu alternatif untuk mengurangi permasalahan tersebut
sebagai sumber bahan baku dalam pembuatan etanol.
Pertimbangan utama mencakup produksi etanol dari sumber-sumber
daya yang dapat diperbaharui dan penentuan ekonomi dan
kelayakan teknis penggunaannya sebagai pencampur bensin
(Demirbas, 2005).
Saat ini bahan baku yang digunakan untuk pembuatan bio-
etanol lebih banyak memakai ubi kayu/singkong), jagung, dan tetes
tebu (Bustaman, 2008). Sedangkan tepung sagu masih jarang
digunakan. Potensi hutan alam sagu di Indonesia sangat luas,
namun belum banyak dimanfaatkan secara optimal. Untuk
kebutuhan pangan hanya memerlukan sekitar 5% dari potensi yang
ada, sehingga memberikan peluang untuk memanfaatkan sebagian
besar potensi yang tersisa sebagai salah satu bahan baku bio-
etanol. Sagu (Metroxylon spp.) berpotensi menjadi bioetanol (BBN)
karena kandungan karbohidratnya cukup tinggi 85% dibandingkan
dengan jagung (71%) dan ubi kayu (24%). Namun demikian,
produksi bio-etanol yang dihasilkan dari sagu masih dibawah kedua
bahan tersebut di atas yaitu sekitar 90 liter setiap tonnya
(Nurdyastuti, 2010). Untuk itu perlu diupayakan meningkatkan
rendemen bioetanol melalui perbaikan tahap hidrolisis dan
fermentasi serta pembuatan ragi lokal yang spesifik pada sagu
sehingga diperoleh bioetanol dengan rendemen yang lebih baik.
Namun jamur ragi untuk keperluan tersebut didapatkan di pasaran
dan masih tergantung pada produk impor. Oleh karena itu perlu
dicari upaya agar diperoleh jamur ragi lokal yang dapat dipakai untuk
menghidrolisis karbohidrat dan turunannya sehingga dapat dipakai
dalam pembuatan bio-etanol. Pada tahun 2012 – 2013 telah
dilakukan pembuatan ragi racikan, yang kemudian di uji coba pada
pembuatan bioetanol dari sagu aren, sagu kirai dan juga serbuk
gergaji kayu. Namun belum dapat menghasilkan produksi bio-etanol
yang tinggi dan memenuhi syarat. Pada tahun 2014, penelitian
dilanjutkan dengan memperbanyak dan mengisolasi ragi racikan
hasil penelitian tahun sebelumnya yang akan di uji coba pada
pembuatan bioetanol dari bahan yang mengandung lignoselulosa
yaitu kayu sengon.
B. Tujuan dan Sasaran
Penelitian ini bertujuan untuk memperoleh ragi racikan yang
efektif dalam fermentasi untuk pembuatan bio-etanol dari
lignoselulosa.
Sasarannya yaitu diperolehnya data dan informasi kinerja ragi
yang efektif untuk fermentasi lignoselulosa dalam pembuatan bio-
etanol.
C. Luaran
a. Laporan Hasil Penelitian yang berisi ragi yang dapat
digunakan dalam pembuatan bio-etanol dari lignoselulosa.
b. Contoh produk ragi racikan dan bioetanol.
c. Draft karya tulis ilmiah.
D. Hasil yang Telah Dicapai
Mulai tahun 2012 telah dilakukan koleksi ragi yang terdapat di
wilayah Jawa Barat dan Kalimantan Timur. Dari hasil koleksi tersebut
diperoleh data bahwa terdapat tiga kelompok ragi lokal yang dibuat
secara tradisional dengan menjaring ragi alam melalui rekayasa
media tumbuh yaitu ragi Jawa, ragi-Banjar dan ragi-Toraja, serta dua
jenis kayu yang secara alami dipercaya masyarakat lokal mampu
memproses nira menjadi minuman beralkohol yaitu kayu raru
(Sumatera Utara) dan kayu bayur, Pterospermum javanicum
(Sumba). Selain itu terdapat pula ragi impor dengan kandungan
utama Saccharomyces cereviceae yang biasa dipakai dalam
pembuatan roti dan beer. Mikroba yang dominan dalam ragi tersebut
dalah Saccharomyces cereviceae, akan tetapi banyak mikroba lain
yang mengkontaminasi ragi sebagai mikroorganisme ikutan antara
lain dijumpai Mucor sp., Aspergillus sp., Rhizopus sp. dan masih
banyak lagi yang belum teridentifikasi. Tiga jenis mikroba yang
disebut terakhir juga merupakan fermenter namun tidak mampu
memproduksi alkohol dari glukosa dan karbohidrat sebaik
Saccharomyces cereviceae murni impor yang pada pemakaiannya
didahului dengan enzim amylase.
Uji coba kemampuan ragi racikan untuk membuat etanol dari
sagu aren (Arenga pinnata) dan sagu kirai (Metroxylon rumphii)
belum memberikan hasil yang memuaskan. Ragi racikan hanya
menghasilkan etanol 14 - 16% saja, masih jauh di bawah
kemampuan ragi komersil yang di atas 40%.
Tahun 2013 dilakukan uji coba produksi ragi hasil penelitian
tahun sebelumnya. Sasarannya adalah mendapatkan informasi jenis
jamur dan ragi yang digunakan dalam proses hidrolisis dan
fermentasi dalam pembuatan bioetanol dari sagu. Pada sagu kirai
dengan perlakuan ragi racikan 3% diperoleh etanol sebesar 8,27%
bahan dengan kadar kemurnian 55% (area) dan pada perlakuan ragi
racikan 5% diperoleh etanol 9,3% bahan dengan kadar kemurnian
50% (area) ditambah hasil ikutan berupa asam asetat dan etil ester.
Sedangkan pada perlakuan setara menggunakan ragi dari kultur
murni diperoleh etanol dengan kadar kemurnian 84% dan 96% (area)
secara khromatografi. Gabungan jamur dan ragi racikan belum
memberikan hasil seperti yang diharapkan. Pada serbuk gergaji
belum diperoleh hasil etanol karena pada proses fermentasi tidak
ada tanda metabolisme ragi sehingga tidak keluar aroma khas
alkohol.
E. Ruang Lingkup
Lingkup penelitian ini adalah pembuatan ragi, perlakuan
pendahuluan, sakarifikasi, fermentasi, distilasi, analisa bioetanol dan
uji banding dengan SNI 7390-2008.
BAB II
TINJAUAN PUSTAKA
A. Bio-etanol
Bio-etanol merupakan salah satu biofuel yang hadir sebagai
bahan bakar alternatif yang lebih ramah lingkungan dan sifatnya
terbarukan. Merupakan bahan bakar alternatif yang diolah dari
tumbuhan yang memiliki keunggulan karena mampu menurunkan
emisi CO2 hingga 18%, dibandingkan dengan emisi bahan bakar fosil
seperti minyak tanah (Komarayati & Gusmailina, 2010). Bioetanol
dapat diproduksi dari berbagai bahan baku yang banyak terdapat di
Indonesia, sehingga sangat potensial untuk diolah dan
dikembangkan karena bahan bakunya sangat dikenal masyarakat.
Bio-etanol dapat digunakan sebagai pengganti bahan bakar
minyak (BBM) tergantung dari tingkat kemurniannya. Bioetanol
dengan kadar 95-99% dapat dipakai sebagai bahan substitusi
premium (bensin), sedangkan kadar 40% dipakai sebagai bahan
substitusi minyak tanah . Dalam kurun waktu 2007- 2010, pemerintah
mentargetkan mengganti 1,48 miliar liter bensin dengan bio-etanol
sesuai dengan Peraturan Pemerintah No. 5/2006. Diperkirakan
kebutuhan bio-etanol akan meningkat 10% pada tahun 2011-2015
dan 15% pada 2016-2025 (Nurianti, 2007).
Bio-etanol atau etilalkohol (C2H5OH) adalah cairan biokimia
yang dihasilkan melalui proses fermentasi gula dari sumber
karbohidrat dengan bantuan mikroorganisme, kemudian dilanjutkan
dengan proses distilasi. Sebagai bahan baku digunakan tanaman
yang mengandung pati, lignoselulosa dan sukrosa. Secara teoritis,
hidrolisis glukosa akan menghasilkan etanol dan karbon dioksida.
Perbandingan molekul antara glukosa dengan etanol dapat dilihat
pada diagram reaksi menurut Gay-Lussac sebagai berikut :
C6H12O6 2C2H5OH + 2CO2 + Energi
(Satu molekul glukosa menghasilkan 2 molekul etanol dan 2 molekul
karbon dioksida, atau dengan perbandingan bobot tiap 180 gram
glukosa akan menghasilkan 90 gram etanol).
B. Bahan Baku dan Teknologi Pembuatan Bioetanol
Bio-etanol generasi pertama dibuat dari bahan nabati
mengandung gula dan pati seperti ubi kayu (singkong), sagu dan
tebu harganya relatif tinggi karena bahan bakunya juga digunakan
sebagai bahan pangan dan pakan (Odling-Smee, 2007). Berkaitan
dengan bahan baku dalam pembuat bio-etanol, ada beberapa
sumber yang dapat dipergunakan antara lain nira bergula (nira tebu,
Chandel, A. K., E. S. Chan., R. Rudravaram, M. L. Narasu, L. V.
Rao, and P. Ravindra. 2007. Economics and environmental impact of bioethanol production technologies : An Appraisal. Biotechnology and Molecular Biology Review Vol. 2(1) : 14-32.
Chemiawan, T, 2007. Krisis energi dan globalisasi,
Hermiati. E; L. Risanto; S.H. Anita; Y. Aristiawan; Y. Sudiyani; A. Hanafi dan H. Abimanyu. 2014. Sakarifikasi serat tandan kosong dan pelepah kelapa sawit setelah pretreatment menggunakan kultur campuran jamur pelapuk putih. Jurnal Penelitian Hasil Hutan. 32(2): 111-122. Bogor.
Irawati, D., J. PG.Sutapa., A.B. Firmansyah., P.A. Mardika., F.W.
Nugroho., S.N. Marsoem. 2013. Produksi etanol dari serbuk gergaji kayu dengan perlakuan kalsium hidroksida menggunakan metode SSF. Jurnal Ilmu dan Teknologi Kayu Tropis. 11(1), Januari 2013.
Isroi. 2008. State of the art of cellulosic ethanol.
http://isroi.com/2008/01/30/state-of-the-art-of-cellulosic-ethanol/ Diakses 10 Mei 2013.
Komarayati, S. dan Gusmailina. 2010. Prospek Bio-etanol Sebagai
Pengganti Minyak Tanah. Buletin Hasil Hutan, 16(2). Oktober 2010.
Noviani. H., Supartono dan K. Siadi. 2014. Pengolahan limbah
serbuk gergaji kayu sengon laut menjadi bioetanol menggunakan Saccharomyces cerevisae. Indonesian Journal of Chemical Science. 3(2), 2014.
Nurdyastuti, I, 2010. Teknologi Proses Produksi Bio-Ethanol,
Prospek Pengembangan Bio-fuel sebagai Substitusi Bahan Bakar Minyak, Diakses 9 Pebruari 2010.
Nurianti,Y, 2007. Pasok Langsung ke Pertamina? http://www,trubus-
online,com, Diakses 9 Pebruari 2010. Odling-Smee, L. 2007. Biofuel bandwagon hits a rut. Nature 446:483. Risanto, D.S. Adi. , L., E. Hermiati 2012. Perlakuan gelombang
mikro dua jenis kayu cepat tumbuh untuk produksi bioetanol.Jurnal Ilmu dan Teknologi Kayu Tropis. 10(1), Januari 2012.
Sokanandi, A. 2013.Bioetanol generasi kedua. FORPRO. Majalah
Ilmiah Populer Bidang Keteknikan Kehutanan dan Pengolahan Hasil Hutan.