Bioetanol Dari Kulit Nanas

Praktikum Biokimia Semester Ganjil Tahun 2013/2014

Pertambahan jumlah penduduk telah meningkatkan kebutuhan sarana transportasi dan aktivitas industri yang berakibat pada peningkatan kebutuhan dan konsumsi Bahan Bakar Minyak (BBM). Untuk memenuhi kebutuhan BBM tersebut, pemerintah mengimpor sebagian BBM. Besarnya ketergantungan Indonesia terhadap BBM impor semakin memberatkan pemerintah pemerintah karena harga minyak dunia yang semakin tinggi. Beberapa bakar alternatif pengganti BBM yang sekarang ini sedang dikembangkan adalah bioetanol. Bioetanol merupakan sumber energi alternatif yang mempunyai mempunyai prospek yang baik sebagai pengganti bahan bakar cair dan gasohol dengan bahan baku yang dapat diperbaharui, diperbaharui, ramah lingkungan lingkungan serta sangat menguntungkan secara ekonomi makro terhadap komunitas pedesaan terutama petani. Indonesia mempunyai potensi yang sangat besar untuk menghasilkan bioetanol mengingat kondisi geografis dan sumber bahan baku bioetanol dari berbagai tanaman yang tersedia di Indonesia. Buah nanas (Ananas (Ananas comosus L. L. Merr) merupakan salah satu jenis buah yang terdapat di Indonesia, mempunyai penyebaran yang merata. Berdasarkan kandungan nutriennya, ternyata kulit buah nanas mengandung karbohidrat dan gula yang cukup tinggi. Mengingat kandungan karbohidrat dan gula yang cukup tinggi tersebut, maka kulit nanas memungkinkan untuk dimanfaatkan sebagai bahan baku pembuatan bioetanol melalui proses fermentasi.

Bioetanol


Adapun tujuan penelitian ini adalah : 1. Menjelaskan potensi limbah nanas (kulit nanas) dalam memproduksi bioetanol. 2. Menjelaskan proses pembuatan bioetanol dari kulit nanas. 3. Menjelaskan penambahan Saccharomyces cereviceae dan waktu fermentasi terhadap bioetanol yang dihasilkan.

Adapun aplikasi dari penelitian ini adalah : 1. Untuk membantu pemerintah dalam mengatasi masalah krisis bahan bakar. 2. Memasyarakatkan penggunaan bahan bakar alternatif.

Bioetanol


Hingga saat ini, pemenuhan kebutuhan akan sumber energi, khususnya untuk bahan bakar, hampir seluruhnya berasal dari minyak bumi, solar, kerosin, LPG, dan parafin merupakan wujud bahan bakar yang berasal dari sumber yang sama, yaitu bahan bakar fosil. Secara praktis, penggunaan bahan bakar fosil memang lebih mudah, tetapi konsumsi secara terus menerus pada akhirnya akan menghabiskan cadangan minyak yang ada, karena bahan bakar fosil tidak dapat diperbaharui.[1] Menjawab masalah kelangkaan bahan bakar fosil, manusia kemudian mencari kemungkinan lain yaitu sumber energi alternatif. Sumber energi alternatif terbarukan di Indonesia berasal dari biomassa, geotermal, sinar surya, mikrohidro, angin, dan energi samudra. Masing-masing sumber energi alternatif tersebut memiliki keunggulan yang khas dan pada gilirannya, jika teknologinya sudah memungkinkan, sumber energi alternatif lah akan mengambil alih pasar bahan fosil. [1] Biomassa merupakan sumber energi alternatif terburukan dengan potensi terbesar di Indonesia. Keseluruhannya meliputi potensi sebesar 50.000 MW. Melalui pembakaran langsung dan teknologi konversi lain seperti pirolisis dan gasifikasi, biomassa dapat dikonversi ke dalam bentuk lain, yaitu energi kalor dan energi listrik. [1] Di Indonesia, saat ini kapasitas terinstalasi biomassa untuk pembangkit daya baru adalah 302,4 MW, yaitu sekitar 0,6%. Dalam perkembangannya, teknologi konversi biomassa menunjukan perkembangan yang pesat di negaranegara seperti Brazil dan Jepang. Karena di kedua negara tersebut biomassa

Bioetanol


telah berhasil dikonversi secara efisien menjadi bioetanol, yang sangat potensial sebagai campuran bahan bakar bensin. Saat ini produknya umum dikenal sebagai gasohol (gasolin dan alcohol) . Di masa depan bioetanol sangat mungkin menjadi pengganti bensin secara utuh. [1] Bioetanol adalah etanol yang dibuat dari biomassa yang mengandung komponen pati atau selulosa, seperti singkong dan tetes tebu. Dalam dunia industri, etanol umumnya digunakan sebagai bahan baku industri turunan alkohol, campuran untuk minuman keras (seperti sake atau gin), serta bahan baku farmasi dan kosmetika. [2] Etanol atau etil alkohol yang di pasaran lebih dikenal sebagai alkohol merupakan senyawa organik dengan rumus kimia C 2H5OH. Dalam kondisi kamar, etanol berwujud cairan yang tidak berwarna, mudah menguap, mudah terbakar, mudah larut dalam air dan tembus cahaya. Etanol adalah senyawa organik golongan alkohol primer. Sifat fisik dan kimia etanol bergantung pada gugus hidroksil. Reaksi yang dapat terjadi pada etanol antara lain dehidrasi, dehidrogenasi, oksidasi, dan esterifikasi. [2] Etanol atau alkohol dimanfaatkan untuk berbagai keperluan, antara lain : 1. Bahan baku industri atau senyawa kimia, contoh: industri minuman beralkohol, industri asam asetat dan asetaldehid. 2. Pelarut dalam industri, contoh: industri farmasi, kosmetika dan plastik. 3. Bahan desinfektan, contoh: peralatan kedokteran, rumah tangga dan peralatan di rumah sakit. [2] Etanol pada proses fermentasi alkoholik terbentuk melalui beberapa jalur metabolisme

Bioetanol

tergantung

jenis

mikroorganisme

yang

terlibat.

Untuk


Saccharomyces serta sejumlah khamir lainnya, etanol terbentuk melalui jalur Embden Meyernof Parnas (EMP), reaksinya sebagai berikut : 1. Glukosa difosforilasi oleh ATP mula-mula menjadi D-glukosa-6 fosfat, kemudian mengalami isomerasi berubah menjadi D-frukstoda-6 fosfat dan difosforilasi lagi oleh ATP menjadi D-fruktosa-1, 6 difosfat. 2. D-fruktosa-1, 6 difosfat dipecah menjadi satu molekul D-gliseraldehid-3 fosfat dan satu molekul aseton fosfat. 3. Dihidroksi aseton fosfat disederhanakan menjadi L-gliserol-3 fosfat oleh NADH2. 4. ATP melepaskan satu molekul fosfat yang diterima oleh gliseraldehid-3 fosfat yang kemudian menjadi D-1, 3 difosfogliserat dan ADP. 5. D-1, 3 difosfogliserat melepaskan energi fosfat yang tinggi ke ADP untuk membentuk D-3 fosfogliserat dan ATP. 6. D-3 fosfogliserat berada dalam keseimbangan dengan D-2 fosfogliserat. 7. D-2 fosfogliserat membebaskan air untuk menghasilkan fosfoenol piruvat. 8. ATP menggeser rantai fosfat yang kaya energi dari fosfoenolpiruvat untuk menghasilkan piruvat dan ATP. 9. Piruvat didekarboksilasi menghasilkan asetaldehid dan CO2. 10. Asetaldehid menerima hidrogen dari NADH 2 dan menghasilkan etanol. [3] Pada prinsipnya reaksi dalam proses pembuatan alkohol, dibutuhkan bahan yang mengandung pati (karbohidrat) yang akan dihidrolisa menjadi gula melalui reaksi berikut : [3] (C6H10O5)n + n H2O Hidrolisis polisakarida

n (C6H12O6) Glukosa

Kemudian glukosa yang terbentuk diubah menjadi etanol dan CO 2 melalui

Bioetanol


reaksi berikut : [3] C6H12O6 yeast C2H5OH + 2CO2 Glukosa Etanol Pada proses reaksi hidrolisis disakarida konversi gula menjadi alkohol dengan cara fermentasi dimana disakarida terdiri dari sukrosa dan maltosa yang dapat difermentasikan dengan cepat oleh khamir karena mempunyai enzim sukrase atau invertase dan maltase untuk mengubah maltosa menjadi heksosa. [3] Hasil optimal yang diharapkan bila dinyatakan dengan persentase berat yang difermentasi adalah : 1.

Etil alkohol 48,4%

2.

Karbondioksida 46,6%

3.

Gliserol 3,3%

4.

Asam suksinat 0,6%

5.

Selulosa dan lainnya 1,2% [3] Saat ini banyak industri yang memanfaatkan limbah untuk pembuatan

produk baru yang bermanfaat bagi makhluk hidup lainnya seperti kulit buah nanas yang dapat dimanfaatkan sebagai bahan baku pembuatan etanol, dimana dengan memanfaatkan kulit buah nanas dapat mengurangi pencemaran terhadap lingkungan. [4] Selain menjadi alternatif pemanfaatan limbah industri, usaha pemanfaatan kulit nanas dapat memberikan nilai tambah. Secara ekonomi kulit nanas masih bermanfaat untuk diolah menjadi pupuk dan pakan ternak. Berdasarkan kandungan nutriennya, ternyata kulit buah nanas mengandung karbohidrat dan gula yang cukup tinggi. Kulit nanas mengandung 81,72 % air, 20,87 % serat kasar, 17,53 % karbohidrat, 4,41 % protein dan 13,65 % gula

Bioetanol


reduksi. Mengingat kandungan karbohidrat dan gula yang cukup tinggi tersebut maka kulit nanas memungkinkan untuk dimanfaatkan sebagai bahan baku pembuatan bahan kimia, salah satunya adalah bioetanol melalui proses fermentasi. Bioetanol dihasilkan dari gula yang merupakan hasil aktivitas fermentasi sel khamir. Khamir yang baik digunakan untuk menghasilkan bioetanol adalah dari genus Saccharomyces . Saccharomyces cereviceae menghasilkan enzim zimase dan invertase. Enzim zimase berfungsi sebagai pemecah sukrosa menjadi monosakarida (glukosa dan fruktosa). Enzim invertase selanjutnya mengubah glukosa menjadi bioetanol. Kriteria pemilihan khamir untuk produksi bioetanol adalah mempunyai laju fermentasi dan laju pertumbuhan cepat, perolehan bioetanol banyak, tahan terhadap konsentrasi bioetanol dan glukosa tinggi, tahan terhadap konsentrasi garam tinggi, pH optimum fermentasi rendah, temperatur optimum fermentasi sekitar 25-30 oC. Faktor yang dapat mempengaruhi jumlah bioetanol yang dihasilkan dari fermentasi adalah mikroorganisme dan media yang digunakan. [4] Selain itu hal yang perlu diperhatikan selama fermentasi adalah pemilihan khamir, konsentrasi gula, keasaman, ada tidaknya oksigen dan suhu dari perasan buah. Pemilihan sel khamir didasarkan pada jenis karbohidrat yang digunakan, sebagai medium untuk memproduksi alkohol dari pati dan gula digunakan Saccharomyces cereviceae . Suhu yang baik untuk proses fermentasi berkisar antara 25-30 °C. pH optimum untuk proses fermentasi sama dengan pH optimum untuk proses pertumbuhan khamir yaitu pH 4,0-4,5. [4]

Bioetanol


1. Fermentor

: untuk fermentasi sampel

2. Satu set alat distilasi

: untuk mendistilasi etanol

1. Kulit nanas

: sampel (sumber substrat)

2. Saccharomyces cereviceae : ragi 3. Urea

Bioetanol

: sumber nutrisi


1. Kulit nanas diberikan perlakuan sehingga didapatkan substrat sari kulit nanas yang siap diolah menjadi bioetanol dengan proses fermentasi. 2. Substrat sari kulit nanas dianalisis kadar glukosanya, kemudian ditambahkan air (1:2) dan disterilisasi. 3. Substrat sari kulit nanas ditambah urea dan difermentasi menggunakan Saccharomyces cereviceae dengan variasi massa 20, 30, dan 40 g dan variasi waktu fermentasi selama 2, 4, 6, 8, dan 10 hari pada suhu 25-30 0C dan pH 4-5. 4. Selanjutnya dilakukan proses distilasi untuk memurnikan etanol yang diperoleh pada suhu 78 0C dan dianalisis kadar bioetanol yang diperoleh.

Bioetanol


Kulit nanas - diberikan beberapa perlakuan untuk mendapatkan substrat kulit nanas Substrat kulit nanas - dianalisis kadar glukosanya - ditambahkan air (1:2) - disterilisasi - ditambah urea - difermentasi dengan variasi massa Saccharomyces cereviceae sebesar 20, 30, dan 40 g dan variasi waktu fermentasi selama 2, 4, 6, 8, dan 10 hari (pada suhu 25-30 0C dan pH 4-5) Etanol - didistilasi pada suhu 78 0C - dianalisis kadarnya Hasil

Bioetanol


Substrat yang disiapkan sebelum dilakukan proses fermentasi diukur kadar glukosanya. Hasil pengukuran menunjukkan bahwa kadar glukosa yang ada pada sari kulit nanas sebesar 8,53%. Glukosa yang ada ini kemudian dilanjutkan dengan proses fermentasi untuk menghasilkan bioetanol. Kadar glukosa setelah proses fermentasi mengalami penurunan seiring dengan bertambahnya waktu fermentasi. Hasil tersebut dapat dilihat dari data pada tabel berikut : No

Penambahan

Hari

Saccharomyces cereviceae

Ke

A

pH

Berat Jenis

Akhir

Kadar glukosa sisa

Kadar Etanol

(%)

(%)

(g) 1

2

3

20

30

40

2

1,229

4

0,9767

6,1625

0,991

4

1,315

4,5

0,9771

6,5925

3,454

6

0,935

4,5

0,9752

4,6925

3,810

8

0,865

5

0,9735

4,3425

3,831

10

0,713

5

0,9716

3,5825

3,886

2

1,682

4,5

0,9772

8,4275

0,793

4

1,307

4,5

0,9752

6,5525

3,728

6

1,240

4,5

0,9762

6,2175

3,771

8

1,183

4,5

0,9744

5,9325

3,932

10

1,018

4,5

0,9715

0,9715

3,965

2

1,525

4

0,9753

7,6425

0,983

4

1,197

4,5

0,9754

6,0025

3,338

6

1,036

4,5

0,9742

5,1975

3,778

8

0,944

5

0,9722

4,7375

3,832

10

0,848

5

0,9722

4,2575

3,873

Data hasil fermentasi Penurunan kadar glukosa disebabkan karena glukosa sudah diubah menjadi bioetanol. Perubahan glukosa menjadi bioetanol sangat dipengaruhi oleh enzim invertasi dari Saccharomyces cereviceae. Pada penambahan Saccharomyces cereviceae 30 gram dengan waktu fermentasi selama 2 hari didapatkan kadar

Bioetanol


glukosa sisa terbanyak, dan kadar glukosanya semakin menurun pada perlakuan penambahan massa Saccharomyces cereviceae 20 gram dengan waktu fermentasi selama 10 hari. Berubahnya glukosa menjadi bioetanol terjadi karena kinerja enzim invertase dari Saccaromyces cerevisiae , dimana kinerja dari enzim ini akan mengalami penurunan apabila terdapat jumlah glukosa yang terlalu tinggi, seperti yang terlihat pada Tabel 1, bioetanol yang dihasilkan paling kecil yaitu 0.793 % terjadi ketika kadar glukosa tinggi yaitu 8,4275%. 5

4

) % ( 3 l o n a t e r a d2 a k

20 g 30 g 40 g

1

0 0

2

4

6

8

10

waktu fermentasi (hari)

Grafik hubungan waktu fermentasi dengan kadar bioetanol yang dihasilkan Dari grafik diatas, dapat terlihat bahwa waktu fermentasi berpengaruh terhadap etanol yang dihasilkan karena semakin lama waktu fermentasi akan meningkatkan kadar etanol. Namun bila fermentasi terlalu lama nutrisi dalam substrat akan habis dan khamir Saccaromyces cerevisiae tidak lagi dapat memfermentasi bahan. Pada perlakuan penambahan 40 g Saccaromyces cerevisiae dan waktu fermentasi 10 hari diperoleh kadar bioetanol 3,873%.

Bioetanol


Hasil ini lebih rendah dibandingkan penambahan 30 g Saccharomyces cereviceae yang menghasilkan kadar bioetanol 3,965%. Hal ini dikarenakan jumlah nutrisi yang tersedia tidak sebanding dengan dengan jumlah Saccharomyces cereviceae yang lebih banyak, sehingga Saccharomyces cereviceae kekurangan makanan yang mengakibatkan kinerjanya menurun dan mengakibatkan kadar bioetanol yang dihasilkan akan menurun juga. Pada penelitian ini, kadar bioetanol yang dihasilkan belum maksimal, hal ini disebabkan proses distilasi yang dilakukan kurang maksimal. Pada saat mengontrol suhu larutan dalam labu distilasi jika tidak dilakukan dengan tepat maka bioetanol yang bersifat volatile akan mudah menguap sehingga banyak bioetanol yang hilang selama proses distilasi.

Bioetanol


Berdasarkan penelitian yang telah dilakukan, dapat disimpulkan bahwa : 1. Kulit buah nanas dapat ditingkatkan potensinya menjadi bioetanol karena masih mengandung karbohidrat dan gula yang cukup tinggi. 2. Penambahan yeast Saccharomyces cerevisiae dan waktu fermentasi berpengaruh terhadap kualitas bioetanol yang dihasilkan dari kulit buah nanas. 3. Kadar bioetanol tertinggi diperoleh pada penambahan Saccaromyces cereviceae 30 g dan waktu fermentasi 10 hari yaitu sebesar 3,965%.

Untuk hasil penelitian yang lebih baik, maka disarankan : 1. Mencari sumber lain yang berpotensi untuk dikembangkan menjadi bahan baku pembuatan bioetanol. 2. Melakukan pengontrolan suhu distilasi agar mendapatkan kadar etanol yang maksimal.

Bioetanol


[1] Ristiani, Juwita dkk. 2008. Sintesis Bioetanol dari Sari Kulit Nanas (Ananas comosus L. Merr) sebagai Pengganti Bahan Bakar Cair . Tersedia pada: http://www.docstoc.com/docs/20822 552/% E 2% 80% 9 C Sintesis-Etanol – dari Sari-Kulit-Nanas-Ananas-comosus-L. (November 2010). [2] Rizani KZ. 2000. Pengaruh Konsentrasi Gula Reduksi dan Inokulum (Saccharomyces cerevisiae) pada Proses Fermentasi Sari Kulit Nanas (Ananas comosus L. Merr) untuk Produksi Etanol . Skripsi, Jurusan Biologi. Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam, Universtas Brawijaya, Malang. [3] Roukas T. 1996. Continuous Bioetanol Production from Nonsterilized Carob Pod Extract by Immobilized Saccharomyces cerevisiae on Mineral Kissiris Using A Tworeactor System . Journal Applied Biochemistry and Biotechnology, Vol. 59, No. 3. [4] Astuti, Nanik Rahman dan Harimbi Setyawati. Bioetanol dari Kulit Nanas dengan Variasi Massa Saccharomyces Cereviceae dan Waktu Fermentasi. Institut Teknologi Nasional. Malang.

Bioetanol

Bioetanol Dari Kulit Nanas

Recommend Documents