LAPORAN PRAKTIKUM BIOPROSES
FERMENTASI ETANOL ANAEROBIK SECARA BATCH
Dosen Pembimbing: Dr. Ir. Bintang Iwhan Moehady, M. T.
Kelompok / Kelas : IV / 2A-TKPB
Nama : 1. Ghifaris Vasha I. NIM. 141424013
2. Ghina Fauziyyah NIM. 141424014
3. Gian Mardhiansyah NIM. 141424015
4. Hasna Amatullah H NIM. 141424016
Tanggal Praktikum : 24 November 2015
Tanggal Pengumpulan Laporan : 1 Desember 2015
PROGRAM STUDI DIPLOMA IV TEKNIK KIMIA PRODUKSI BERSIH
JURUSAN TEKNIK KIMIAPOLITEKNIK NEGERI BANDUNG
TAHUN 2015
BAB I
PENDAHULUAN
1.1 Latar Belakang
Etanol disebut juga etil alkohol, alkohol murni, alkohol absolut, atau alkohol saja,
adalah sejenis cairan yang mudah menguap, mudah terbakar, tak berwarna, dan
merupakan alkohol yang paling sering digunakan dalam kehidupan sehari-hari. Senyawa
ini merupakan obat psikoaktif dan dapat ditemukan pada minuman beralkohol dan
termometer modern. Etanol termasuk ke dalam alkohol rantai tunggal, dengan rumus
kimia C2H5OH dan rumus empiris C2H6O. Ia merupakan isomer konstitusional dari
dimetil eter. Etanol sering disingkat menjadi EtOH, dengan "Et" merupakan singkatan
dari gugus etil (C2H5).
Etanol atau etil alkohol (C2H5OH) merupakan bahan kimia organik yang
mengandung oksigen yang paling eksotik karena kombinasi sifat-sifat uniknya yang
dapat digunakan sebagai pelarut, germisida, minuman, bahan anti beku, bahan bakar,
bahan depressant dan khususnya karena kemampuannya sebagai bahan kimia
intermediet untuk menghasilkan bahan kimia yang lain. Etanol merupakan nama IUPAC
dari bahan kimia ini. Selain itu, nama etil alkohol juga lazim digunakan.
Nama alkohol nama umum yang berasal dari bahasa arab dan merupakan
gabungan dari dua kata yaitu al dan kohl yang didefinisikan sebagai debu lembut yang
digunakan oleh wanita Asia untuk menggelapkan alis mata. Pada kondisi
standar/atmosferik, etanol merupakan cairan volatil yang mudah terbakar, jernih dan
tidak berwarna, aromanya menyegarkan, mudah dikenali dan berkarakter khas. Cairan
ini juga mudah larut dalam air. Sifat fisik dan kimia etanol tergantung pada
gugus hidroksilnya. Gugus ini menyebabkan polaritas molekul dan menyebabkan
ikatan hidrogen antarmolekul. Kedua sifat tersebut menyebabkan perbedaan sifat fisik
alkohol berat molekul rendah dengan senyawa hidrokarbon yang mempunyai berat
molekul ekuivalen. Spektrografi infra merah menunjukkan bahwa dalam keadaan
cair ikatan hidrogen terbentuk karena tarikmenarik antara atom hidrogen pada gugus
hidroksil molekul satu dengan atom hidrogen pada gugus hidroksil molekul yang kedua.
Sifat tersebut dapat dianalogikan seperti sifat air, walaupun ikatan pada air lebih kuat
1
sehingga membentuk gugusan yang lebih dari dua molekul. Ikatan hidrogen pada etanol
terjadi etanol terjadi pada fase cair, sedang pada fase gas senyawa ini bersifat monomerik
Etanol banyak digunakan sebagai pelarut berbagai bahan-bahan kimia yang
ditujukan untuk konsumsi dan kegunaan manusia. Contohnya adalah pada parfum,
perasa, pewarna makanan, dan obat-obatan. Dalam kimia, etanol adalah pelarut
yang penting sekaligus sebagai stok umpan untuk sintesis senyawa kimia lainnya.
Dalam sejarahnya etanol telah lama digunakan sebagai bahan bakar.
1.2 Tujuan Percobaan
a) Memahami proses fermentasi etanol secara anaeorobik yang dijalankan secara batch
b) Menguasai teknik pembuatan inokulum dan persiapan untuk proses fermentasi
anaerobik
c) Menentukan kurva kalibrasi untuk konsentrasi etanol dan konsentrasi
sukrosa terhadap indeks bias
d) Menentukan kurva perubahan konsentrasi etanol dan konsentrasi substrat sisa
terhadap waktu
2
BAB II
DASAR TEORI
2.1 Fermentasi
Fermentasi adalah proses produksi energi dalam sel dalam keadaan anaerobic
(tanpa oksigen). Secara umum, fermentasi adalah salah satu bentuk respirasi anaerobik,
akan tetapi, terdapat definisi yang lebih jelas yang mendefinisikan fermentasi sebagai
respirasi dalam lingkungan anaerobik dengan tanpa akseptor elektron eksternal.
Anaerobik adalah kata teknis yang secara harfiah berarti "tanpa udara" (dimana "udara"
biasanya berarti oksigen). Anaerob obligat akan mati bila terdapat oksigen karena tidak
adanya enzim superoksida dismutase dan katalase yang dapat mengubah
superoksida berbahaya yang timbul dalam selnya karena adanya oksigen. Organisme
anaerobik fakultatif adalah organisme, biasanya bakteri, yang menghasilkan ATP secara
respirasi aerobik jika terdapat oksigen tetapi juga mampu melakukan fermentasi.
Beberapa contoh bakteri anaerobik fakultatif adalah Staphylococci (Gram
positif),Corynebac terium (Gram positif), dan Listeria (Gram positif). Organisme dalam
KerajaanFungi (jamur) dapat juga tergolong anaerobik fakultatif, contohnya ragi. Faktor-
faktor yang mempengaruhi perpindahan metabolisme dalam anaerobic fakultatif adalah
konsentrasi oksigen dan materi fermentasi di lingkungan Gula adalah bahan yang umum
dalam fermentasi. Beberapa contoh hasil fermentasi adalah etanol, asam laktat, dan
hidrogen. Akan tetapi beberapa komponen lain dapat juga dihasilkan dari fermentasi
seperti asam butirat dan aseton. Ragi dikenal sebagai bahan yang umum digunakan
dalam fermentasi untuk menghasilkan etanol dalam bir, anggur dan minuman
beralkohol lainnya. Respirasi anaerobik dalam otot mamalia selama kerja yang keras
(yang tidak memiliki akseptor elektron eksternal), dapat dikategorikan sebagai bentuk
fermentasi.
3
2.2 Saccharomyces
Saccharomyces merupakan mikroorganisme yang sangat dikenal
masyarakat luas sebagai ragi roti (baker’s yeast). Ragi roti ini selain digunakan dalam
pembuatan makanan dan minuman, juga digunakan dalam industri etanol (Umbreit,
1959).
Saccharomyces cerevisiae adalah mikroorganisme bersel tunggal dengan ukuran
antara 5 sampai 20 mikron dan berbentuk bola atau telur. Saccharomyces cerevisae tidak
bergerak karena tidak memiliki struktur tambahan di bagian luarnya seperti flagella
(Prescott, 1959). Saccharomyces cerevisiae mempunyai lapisan dinding luar yang
terdiri dari polisakarida kompleks dan di bawahnya
terletak membran sel. Sitoplasma mengandung
suatu inti yang bebas (discrete nucleus) dan bagian yang berisi sejumlah besar cairan
yang disebut vakuola (Buckle, 1987).
2.3 Fermentasi Etanol
Salah satu metode pembuatan etanol yang paling terkenal adalah fermentasi.
Bahan baku untuk proses fermentasi berupa bahan mentah seperti mono/disakarida (gula
tebu, tetes tebu), bahan berpati (padi, jagung, umbi, dll), dan bahan selulosa (kayu,
limbah pertanian). Ragi yang dapat digunakan dalam proses fermentasi etanol adalah
Saccharomyces cerivisiae, Saccharomyces uvarum (tadinya Saccharomyces
carlsbergensis), Candida utilis, Saccharomyces anamensis, Schizosccharomyces
pombe.
4
Gambar 2.1 Saccharomyces cerivisiae
Proses fermentasi dapat dijalankan secara batch maupun kontinyu. Fermentasi
secara batch membutuhkan waktu sekitar 50 jam, pH awal 4,5 dan suhu 20-
30oC untuk menghasilkan yield etanol 90% dari nilai gula teoritis. Hasil akhir etanol
sekitar 10-16%v/v Proses fermentasi, secara konvensional dijalankan dengan proses
batch. Pada proses batch, substrat, nutrien seta mikroba dicampurkan kemudian
diinkubasikan selama waktu tertentu. Pada proses ini tidak dilakukan penambahan
apapun baik substrat maupun nutrien. Oleh karena itu semakin lama waktu
produktivitasa etanol semakin berkurang akibat berkurangnya nutrien, substrat serta
adanya akumulasi produk etanol yang dapat mengganggu pertunbuhan mikroba. Pada
percobaan batch tidak dilakukan penambahan nutrien selama fermentasi. Oleh karena itu,
pertumbuhan eksponensial hanya berlangsung selama beberapa generasi.
Dengan sistem kontinyu populasi mikroba dapat dipertahankan dalam
keadaan pertumbuhan eksponensial dalam waktu lama. Setelah pertumbuhan dimulai,
medium segera dialirkan ke dalam tabung fermentasi secara perlahan-lahan,
dimana volume dipertahankan konstan dengan dengan cara mengalirkan keluar
kelebihan volume dari tabung fermentasi. Jika medium segar dialirkan dengan
kecepatan konstan ke dalam tabung fermentasi, maka setelah periode penyesuaian
beberapa waktu tertentu densitas mikroba di dalam tabung fermentasi juga konstan
Fermentasi dilakukan dalam fermentor yang dapat berbentuk tangki
berpengaduk secara sinambung atau menara. Proses fermentasi dilakukan dengan
metode curah atau sinambung. Fermentasi pembuatan etanol merupakan proses
metabolisme anaerob. Reaksi yang terjadi secara keseluruhan pada kondisi anaerob
mengikuti persamaan GayLussac berikut ini:
C6H12O6 → 2CH3CH2OH + 2 CO2 + energi
Reaksi dalam fermentasi berbeda-beda tergantung pada jenis gula yang
digunakan dan produk yang dihasilkan. Secara singkat, glukosa (C6H12O6) yang
merupakan gula paling sederhana , melalui fermentasi akan menghasilkan etanol
(2C2H5OH). Reaksi fermentasi ini dilakukan oleh ragi, dan digunakan pada produksi
makanan.
Persamaan Reaksi Kimia :
C6H12O6 → 2C2H5OH + 2CO2 + 2 ATP (Energi yang dilepaskan:118 kJ per mol)
5
2.4 Faktor-Faktor Yang Mempengaruhi Proses Fermentasi
Faktor-faktor yang mempengaruhi proses fermentasi untuk menghasilkan etanol
adalah: sumber karbon, gas karbondioksida, pH substrat, nutrien, temperatur, dan
oksigen. Untuk pertumbuhannya, yeast memerlukan enersi yang berasal dari karbon.
Gula adalah substrat yang lebih disukai. Oleh karenanya konsentrasi gula sangat
mempengaruhi kuantitas alkohol yang dihasilkan. Kandungan gas karbondioksida
sebesar 15 gram per liter (kira-kira 7,2 atm) akan menyebabkan terhentinya pertumbuhan
yeast, tetapi tidak menghentikan fermentasi alkohol. Pada tekanan lebih besar dari 30
atm, fermentasi alkohol baru terhenti sama sekali.
a) Ph
pH dari media sangat mempengaruhi pertumbuhan mikroorganisme. Setiap
mikroorganisme mempunyai pH minimal, maksimal, dan optimal untuk
pertumbuhannya. Untuk yeast, pH optimal untuk pertumbuhannya ialah berkisar
antara 4,0 sampai 4,5. Pada pH 3,0 atau lebih rendah lagi fermentasi alkohol akan
berjalan dengan lambat (Volk, 1993).
b) Nutrien
Dalam pertumbuhannya mikroba memerlukan nutrient. Nutrien yang
dibutuhkan digolongkan menjadi dua yaitu nutrien makro dan nutrien mikro. Nutrien
makro meliputi unsur C, N, P, K. Unsur C didapat dari substrat yang mengandung
karbohidrat, unsur N didapat dari penambahan urea, sedang unsur P dan K dari
pupuk NPK (Halimatuddahliana, 2003). Unsur mikro meliputi vitamin dan mineral-
mineral lain yang disebut trace element seperti Ca, Mg, Na, S, Cl, Fe, Mn, Cu, Co,
Bo, Zn, Mo, dan Al (Jutono, 1972).
6
c) Temperatur
Mikroorganisme mempunyai temperatur maksimal, optimal, dan minimal
untuk pertumbuhannya. Temperatur optimal untuk yeast berkisar antara 25-30oC
dan temperature maksimal antara 35-47oC. Beberapa jenis yeast dapat hidup pada
suhu 0oC. Temperatur selama fermentasi perlu mendapatkan perhatian, karena di
samping temperatur mempunyai efek yang langsung terhadap pertumbuhan yeast
juga mempengaruhi komposisi produk akhir. Pada temperatur yang terlalu tinggi
akan menonaktifkan yeast. Pada temperatur yang terlalu rendah yeast akan menjadi
tidak aktif. Selama proses fermentasi akan terjadi pembebasan panas sehingga akan
lebih baik apabila pada tangki fermentasi dilengkapi dengan unit pendingin
(Fardias, 1988).
d) Oksigen
Berdasarkan kemampuannya untuk mempergunakan oksigen bebas,
mikroorganisme dapat diklasifikasikan menjadi tiga, yaitu: aerob apabila
untuk pertumbuhannya mikroorganisme memerlukan oksigen, anaerob apabila
mikroorganisme akan tumbuh dengan baik pada keadaan tanpa oksigen, dan
fakultatif apabila dapat tumbuh dengan baik pada keadaan ada oksigen bebas
maupun tidak ada oksigen bebas. Sebagian besar yeast merupakan mikroorganisme
aerob. Yeast dari kultur yang memakai aerob akan menghasilkan alkoholdalam
jumlah yang lebih besar apabila dibandingkan dengan yeast kultur yang tanpa
aerasi. Akan tetapi efek ini tergantung yeast yang dipergunakan (Fardias, 1988)
7
8
BAB III
METODOLOGI PERCOBAAN
3.1. Bahan
Biakan Saccharomyces cerevisiae
Alkohol
Media aktivasi dalam 100 mL :
Biakan 1 tab
Glukosa 6 gram
(NH4)2SO4 0,2 gram
KH2PO4 0,5 gram
Media fermentasi 900 mL :
Glukosa 100 gram
MgSO4.7H2O 0,2 gram
(NH4)2SO4 20 gram
KH2PO4 2 gram
Schot emulsion 10 mL
Aquadest 900 mL
3.2. Alat
Fermentor
Water Bath
Hot plate
Tabung reaksi steril
Termometer
Pipet tetes
Pipet ukur 10 mL
9
3.3. Prosedur Kerja
a. Pembuatan kurva kalibrasi
10
Sukrosa 10% b/v Etanol
Larutan dengan variasi etanol 1%, 2%, 3%, 4%, 5%, 6%, 7%,
8%, 9% dan 10%.
Ukur indeks bias masing-masing larutan.
Etanol 5% v/v Larutan gula
Larutan dengan variasi konsentrasi gula 3%,
5%,7% ,9%,11%,13% dan 15%.
Ukur indeks bias masing- masing variasi konsentrasi.
b. Percobaan Fermentasi Anaerob secara Batch
11
Media Aktivasi 100 mL Media Fermentasi 900 mL
Campur media aktivasi dengan media fermentasi (kedua media disterilkan terlebih dahulu).
Catat data indeks bias dan brix. (9 data)
Ambil sampel sesaat setelah dicampur dan setiap 30 menit.
BAB IV
HASIL PENELITIAN DAN PEMBAHASAN
4.1 Data Pengamatan
a. Data kurva kalibrasi sukrosa
Konsentrasi Sukrosa %Brix
3% 3,4
5% 3,6
7% 3,2
9% 3,7
11% 3,2
13% 4,0
15% 4,9
b. Data kurva kalibrasi Etanol
Konsentrasi Etanol (%) Indeks Bias Etanol
1 1,3492
2 1,3468
3 1,3479
4 1,3499
5 1,3520
6 1,3560
7 1,3500
8 1,3516
9 1,3526
10 1,3609
12
c. Indeks Bias Sampel
Sampel Waktu %Brix Indeks Bias
1 0 13,0 1,3515
2 30 12,9 1,3521
3 60 12,9 1,3523
4 90 12,8 1,3524
4.2 Pembahasan
Proses fermentasi kali ini dilakukan secara anaerob karena untuk mencegah terjadinya
perubahan jalur metabolisme biokatalis ragi sehingga terbentuk metabolit alkohol. Dalam
fermentasi anaerob ini digunakan media yang kaya akan glukosa. Dimana glukosa disini
merupakan substrat yang menjadi sumber karbon bagi mikroba. Sedangkan zat pendukung
seperti (NH4)2SO4 , KH2PO4, dan MgSO4.7H2O digunakan sebagai macronutrient. (NH)2SO4
ditambahkan sebagai sumber nitrogen dan KH2PO4 sebagai penstabil pH media.
Ditambahkan juga scott’s emulsion sebagai nutrisi tambahan untuk ragi. Proses fermentasi
dilakukan pada temperatur ± 38˚C. Temperatur tersebut merupakan temperatur optimum
untuk fermentasi. Temperatur dipertahankan dalam inkubator karena mempengaruhi hasil
fermentasi. Persamaan reaksi kimia pembuatan etanol secara fermentasi adalah sebagai
berikut.
C6H12O6 2C2H5OH + 2CO2 + 2ATP
(glukosa) (etanol) (karbondioksida)
Mikroba yang digunakan berasal dari kingdom fungi, yaitu Saccharomyces cerevisae
yang pada umumnya digunakan untuk proses fermentasi. Berdasarkan reaksi, mikroba
mengubah glukosa menjadi etanol, karbon dioksida serta membebaskan energi.
Pengujian hasil fermentasi yaitu dengan menguji indeks bias media yang disampling
setiap 30 menit sekali. Indeks bias hasil pengukuran sampel dimasukkan ke dalam kurva
kalibrasi etanol untuk mengetahui kadar etanol yang terbentuk. Berdasarkan hasil percobaan,
etanol yang dihasilkan dari fermentasi yaitu pada setiap waktunya berbeda, yaitu sebesar
5,4% ; 6% ; 6,2% ; dan 6,3%. Perubahan konsentrasi etanol ini menunjukan bertambahnya
etanol yang terkonversi dari glukosa. Sedangkan pengukuran %Brix bertujuan untuk
13
mengetahui jumlah substrat sisa yang terdapat dalam media yang semakin bertambahnya
waktu semakin sedikit substrat yang tersisa.
14
BAB V
KESIMPULAN DAN SARAN
5.1 Kesimpulan
1) Proses fermentasi etanol secara anaerobik yang dijalankan secara batch dalam
reaktor menggunakan mikroba Saccharomyces cerevisiae
2) Pembuatan inokulum dari induk Saccharomyces cerevisiae dan persiapan untuk
proses fermentasi anaerobik dilakukan dengan inokulasi sehari sebelum
percobaan
3) Dapat membuat kurva kalibrasi untuk konsentrasi etanol dan konsentrasi
sukrosa terhadap indeks bias
4) Dapat membuat kurva perubahan konsentrasi etanol dan konsentrasi substrat sisa
terhadap waktu
5.2 Saran
1) Sebaiknya mikroba biakan diinokulasi dari induk yang baru ditumbuhkan agar
kondisinya pertumbuhannya masih baik
2) Setiap perlakuan dilakukan secara aseptis untuk mengurangi kotaminan sehingga
hasilnya pun baik
15
DAFTAR PUSTAKA
Sasika, Sinta. 2015. “Proses Kemosintesis/ Respirasi Anaerob”. https://finishwellunbiologi.wordpress.com/2015/03/21/proses-kemosintesisrespirasi-anaerob/. [26 November 2015]
Agfa, Firarizqy Candradari. 2014. “Percobaan Respirasi Anaerob Fermentasi Alkohol”. http://mulanovich.blogspot.co.id/2014/03/percobaan-respirasi-anaerob-fermentasi-alkohol.html. [26 November 2015]
16
LAMPIRAN
A. Kurva Kalibrasi Sukrosa
2 4 6 8 10 12 14 160
1
2
3
4
5
6
f(x) = 0.0946428571428572 x + 2.8625R² = 0.471308724832215
Kurva Kalibrasi Sukrosa
Indeks BiasLinear (Indeks Bias)
Konsentrasi Sukrosa (%)
%Br
ix
B. Kurva Kalibrasi Etanol
0 2 4 6 8 10 121.339
1.341
1.343
1.345
1.347
1.349
1.351
1.353
1.355
1.357
1.359
1.361
f(x) = 0.00102242424242424 x + 1.34606666666667R² = 0.55686731914382
Kurva Kalibrasi Etanol
Konsentrasi Etanol (%)
Inde
ks B
ias
17
Hasil Analisa Sampel
Penentuan konsentrasi etanol dan sukrosa dilakukan dengan cara
mensubstitusikan nilai indeks bias ke dalam persamaan garis pada kurva kalibrasi. Pada
kurva kalibrasi larutan etanol didapatkan persamaan y = 0.001x + 1.3461 dan untuk
kurva kalibrasi sukrosa didapatkan persamaan y = 0.0946x + 2.8625 dengan y
merupakan nilai indeks bias dan x sebagai konsentrasi etanol/sukrosa dalam % massa.
Konsentrasi etanol (x) 1 ¿indeksbias sampel ( y )−1,3461
0.001
= 1,3515−1,3461
0.001
= 5,4%
Konsentrasi etanol (x) 2 ¿indeksbias sampel ( y )−1,3461
0.001
= 1,3521−1,3461
0.001
= 6%
Konsentrasi etanol (x) 3 ¿indeksbias sampel ( y )−1,3461
0.001
= 1,3523−1,3461
0.001
= 6,2%
Konsentrasi etanol (x) 4 ¿indeksbias sampel ( y )−1,3461
0.001
= 1,3524−1,3461
0.001
= 6,3%
Konsentrasi sukrosa (x) 1 ¿%brix sampel ( y )−2.8625
0.0946
= 13−2.8625
0.0946
= 107,2%
Konsentrasi sukrosa (x) 2 ¿%brix sampel ( y )−2.8625
0.0946
= 12,9−2.8625
0.0946
18
= 106,1%
Konsentrasi etanol (x) 3 ¿%brix sampel ( y )−2.8625
0.0946
= 12,9−2.8625
0.0946
= 106,1%
Konsentrasi etanol (x) 4 ¿ %brix sampel ( y )−2.86250.0946
= 12,8−2.8625
0.0946
= 105,0%
a. Kurva Perubahan Konsentrasi Etanol terhadap Waktu
0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 1005
5.2
5.4
5.6
5.8
6
6.2
6.4
Perubahan Konsentrasi Etanol terhadap Waktu
b. Kurva Perubahan Konsentrasi Substrat Sisa terhadap Waktu
19
20
0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100103.5
104
104.5
105
105.5
106
106.5
107
107.5
Perubahan Konsentrasi Substrat Sisa terhadap Waktu