LAPORAN PRAKTIKUM
PROSES FERMENTASI DAN DISTILASI BIOETANOL DARI TEBU
Dosen Pembimbing :
Yuana Susmiati S.TP, M.Si
Disusun Oleh :
1. Silfia Juliana Ingi Kollyn (B42120211)
2. Akhmad Firdaus Andre Vahlefi (B42120303)
3. Bony Ardela Dionanda (B42120304)
4. Ahmad Fauzi (B42120315)
5. Mochammad Syafiudin (B42120427)
PROGRAM STUDI TEKNIK ENERGI TERBARUKAN
JURUSAN TEKNOLOGI PERTANIAN
POLITEKNIK NEGERI JEMBER
2014
BAB I
PENDAHULUAN
1. Tujuan Praktikum
1. Mahasiswa dapat memahami dan menjelaskan langkah-langkah fermentasi
bioetanol dengan substrat larutan gula hasil persiapan bahan baku.
2. Mahasiswa dapat melakukan proses distilasi bioetanol secara sederhana
dan menghitung rendemen yang dihasilkan.
2. Rumusan Masalah
1. Bagaimana langkah-langkah melakukan proses fermentasi dan distilasi ?
BAB II
TINJAUAN PUSTAKA
Secara biokimia fermentasi diartikan sebagai pembentukan energi
melalui senyawa organik, sedangkan pengertian dalam bidang industri
fermentasi adalah suatu proses untuk mengubah bahan dasar menjadi suatu
produk oleh massa sel mikroba. Aplikasi proses fermentasi selalu terdiri
dari 6 bagian utama proses yaitu : formulasi medium, sterilisasi, produksi
starter, pemeliharaan pertumbuhan organisme, pemanenan dan pemurnian
produk, serta pembuangan limbah (Wibowo 1990). Monomer gula dapat diubah
secara anaerobik menjadi alkohol oleh bermacam-macam mikroorganisme.
Fermentasi gula sederhana (sukrosa dan glukosa) menjadi etanol memiliki
persamaan stokiometri sebagai berikut :
C12H22O11 + H2O 4 C2H2OH + 4 CO2
C6H12O6 2 C2H5OH + 2 CO2
Fermentasi pada produksi bioetanol dimaksudkan untuk mengubah glukosa
menjadi etanol (alkohol) dengan menggunkan yeast/ragi. Pada tahap
fermentasi ini, tepung telah sampai pada titik telah berubah menjadi gula
sederhana (glukosa dan sebagian fruktosa) dimana proses selanjutnya
melibatkan penambahan enzim yang terdapat pada ragi (khamir) agar dapat
bekerja pada suhu optimum. Proses fermentasi ini menghasilkan etanol dan
CO2. Khamir yang digunakan pada tahap ini adalah Saccharomyses cerevisiae,
yang bisa digunakan dalam pembuatan roti, anggur dan bir. Penggunaan
Saccharomyses cerevisiae merupakan proses fermentasi dengan kinetika sangat
sederhana. Disebut sederhana karena hanya melibatkan satu fasa pertumbuhan
dan produksi, pada fase tersebut glukosa diubah sacara simultan menjadi
biomassa, etanol dan CO2. Terdapat dua parameter yang mengendalikan
pertumbuhan dan metabolisme khamir dalam keadaan anaerobik, yaitu
konsentrasi gula dan etanol. Secara kinetik glukosa berperan ganda, pada
konsentrasi rendah (kurang dari 1g/l) merupakan substrat pembatas,
sedangkan pada konsentrasi tinggi (lebih dari 300g/l) akan menjadi
penghambat. Pada sisi lain, etanol pada konsentrasi 40 g/l akan menjadi
penghambat baik untuk pertumbuhan biomassa maupun produksi etanol
(Mangunwidjadja 1994).
Proses fermentasi alkohol seharusnya dimulai dengan kesetimbangan massa
dan energi, dan bioreaktor yang sesuai diperlukan dalam perhitungan
pelaksanaanya. Beberapa unsur yang diperlukan dalam rekator fermentasi
etanol meliputi substrat yang meliputi glukosa, nutrisi atau suplemen
(oksigen, nitrogen dan hidrogen, fosfor, sulfur, potassium dan magnesium),
mineral (mangan, kobalt, tembaga, timah), faktor-faktor organik (asam
amino, asam nukleat dan vitamin), serta mikroba berupa Saccharomyces
cerivisiae. Khamir dalam proses fermentasi umumnya mengkonversi glukosa
menjadi etanol pada kondisi anaerobik. Meskipun demikian masih dibutuhkan
sedikit oksigen untuk pertumbuhan khamir. Oksigen yang dibutuhkan pada
substrat sebesar 0,05-0,10 mmHg tekanan iksigen. Proses fermentasi
anaerobik tidak membutuhkan oksigen lebih dari itu, karena oksigen yang
lebih akan mendorong pertumbuhan khamir dengan cepat dan mengkonsumsi
glukosa. Pada beberapa kasus, konversi glukosa menjadi etanol tidak pernah
100%, paling baik konversi maksimum sebesar 95% (Trust 2008).
Saccharomyces cerivisiae merupakan salah satu spesies khamir yang
memiliki daya konversi gula menjadi etanol sangat tinggi. Mikroba ini
biasanya dikenal dengan baker's yeast dan metabolismenya telah dipelajari
dengan baik. Produk metabolik utama adalah etanol, CO2, dan air sedangkan
beberapa produk lain dihasikan dalam jumlah yang sangat sedikit. Khamir ini
bersifat fakultatif anaerobik. Saccharomyces cerivisiae memerlukan suhu
30oC dan pH 4,0-4,5 agar dapat tumbuh dengan baik. Selama proses fermentasi
akan timbul panas. Bila tidak dilakukan pendinginan suhu akan terus
meningkat sehingga proses fermentasi terhambat. Saccharomyces cerivisiae
yang berupa ragi roti dalam fermentasi etanol hanya memfermentasi glukosa
dan manosa, tetapi tidak dapat memfermentasi xilosa dan pentosa lainnya.
Konsentrasi khmair yang digunakan pada proses fermentasi sebesar 5g/l bahan
kering. Proses fermentasi dikondisikan pada pH 5,5 dengan suhu 30oC
(Sassner 2008).
Menurut Gaur (2006), salah satu yang membatasi tingginya kecepatan
produksi etanol adalah penghambatan pada proses metabolisme khamir oleh
tingginya konsentrasi gula pada substrat dan sebagai produk akhir. Pada
industri yang memproduksi alkohol, umumnya konsentrasi gula pada substrat
sebesar 16-18%. Apabia konsentrasi substrat lebih dari itu maka akan
menyebabkan tekanan osmotik yang mengurangi efisiensi proses fermentasi.
Suhu merupakan faktor penting yang mempengaruhi pertumbuhan, metabolisme
dan daya tahan hidup mikroorganisme fermentasi. Proses fermentasi pada
industri alkohol pada umumnya menggunakan suhu 25-30oC. Beberapa penelitian
dilakukan dengan suhu fermentasi optimum sebesar 35oC. Selain konsentrasi
gula pada substrat dan suhu, pH juga mempengaruhi proses fermentasi, proses
yang umum dilakukan pada pH 4,5-6.
Tahapan pembuatan bioetanol setelah proses fermentasi adalah pemurnian.
Pada tahap ini proses yang dilakukan adalah proses distilasi dan dehidrasi.
Distilasi atau penyulingan adalah suatu metode pemisahan bahan kimia
berdasarkan perbedaan kecepatan atau kemudahan menguap (volatilitas) bahan.
Dalam penyulingan, campuran zat dididihkan sehingga menguap, dan uap ini
kemudian didinginkan kembali kedalam bentuk cairan. Zat yang memiliki titik
didih lebih rendah akan menguap lebih dulu.
Metode ini merupakan termasuk unit operasi kimia jenis perpindahan
massa. Penerapan proses ini didasarkan pada teori bahwa pada suatu larutan,
masing-masing komponen akan menguap pada titik didihnya. Model ideal
distilasi didasarkan pada Hukum Raoult dan Hukum Dalton.
Macam-Macam Distilasi
1. Distilasi Sederhana
Prinsipnya memisahkan dua atau lebih komponen cairan berdasarkan
perbedaan titik didih yang jauh berbeda.
2. Distilasi Fraksionasi (Bertingkat)
Sama prinsipnya dengan distilasi sederhana, hanya distilasi beertingkat
ini memiliki rangkaian alat kondensor yang lebih baik, sehingga mampu
memisahkan dua komponen yang memiliki perbedaan titik didih yang
berdekatan. Untuk memisahkan dua jenis cairan yang sama-sama mudah menguap
dapat dilakukan dengan distilasi bertingkat. Distilasi bertingkat
sebenarnya adalah suatu proses distilasi berulang. Proses berulang ini
terjadi pada kolom fraksional. Kolom fraksional terdiri atas beberapa plat
dimana pada setiap plat terjadi pengembunan. Uap yang naik plat yang lebih
tinggi lebih banyak mengandung cairan yang lebih atsiri (mudah menguap)
sedangkan cairan yang kurang atsiri lebih banyak dalam kondensat.
3. Distilasi Azeotrop
Memisahkan campuran azeotrop (campuran dua atau lebih komponen yang
sulit dipisahkan), biasanya dalam prosesnya digunakan senyawa lain yang
dapat memecah ikatan azeotrop tersebut, atau dengan menggunakan tekanan
tinggi.
4. Distilasi Kering
Memanaskan material padat untuk mendapatkann fasa uap dan cairnya.
Biasanya digunakan untuk mengambil cairan bahan bakar dari kayu atau batu
bata
5. Distilasi Vakum
Memisahkan dua komponen yang titik didihnya sangat tinggi, metode yang
digunakan adalah dengan menurunkan tekanan permukaan lebih rendah dari 1
atm, sehingga titik didihnya juga menjadi rendah, dalam prosesnya suhu yang
digunakan untuk mendistilasinya tidak perlu terlalu tinggi.
BAB III
METODOLOGI PRAKTIKUM
3.1 Agenda Praktikum
3.1.1 Acara Praktikum : Proses Fermentasi dan Distilasi
3.1.2 Hari, Tanggal : 30 September dan 04 Oktober 2014
3.1.3 Tempat : Laboratorium Teknik Energi Terbarukan
3.2 Alat dan Bahan
3.2.1 Alat : - Panci stainless steel - Kompor - Pengaduk
- Pipet ukur - Gelas ukur - Hand refraktrometer
- pH meter - Alkohol Meter
3.2.2 Bahan : - Urea - Aquadest - H2SO4
- Substrat Nira - Ragi roti - NPK
3.3 Langkah Kerja
- PROSES FERMENTASI
1. Siapkan nira yang telah dimasukkan ke lemari pendingin
2. Panaskan nira hingga mencair
3. Hitung dan catat berapa volume nira imbibisi dan nira murni
4. Campur nira murni dan nira imbibisi pada stainless steel
5. Ukur dan catat nilai brix dan pH setelah kedua nira dicampur
6. Lakukan pasteurisasi media dengan suhu hingga mencapai 100oC
7. Dinginkan hasil pasteurisasi sampai suhu ruang atau 40oC
8. Ukur dan catat niali brix serta pH setelah pasteurisasi
9. Tambahkan urea 14,1 gr, NPK 1,7 gr serta ragi roti 14,1 gr
10. Aduk substrat hingga merata lalu diamkan di panci stainless selama 72
jam
- PROSES DISTILASI
1. Ukur nilai pH dan brix setelah dilakukan proses fermentasi
2. Masukkan substrat hasil fermentasi kedalam tabung distilasi
3. Lakukan sterilisasi media dengan suhu hingga mencapai 85oC
4. Ukur kadar alkohol pada distilat yang telah dihasilkan
BAB IV
PEMBAHASAN
Proses pembuatan bietanol dari tebu berbeda dengan proses pembuatan
bioetanol yang berbahan pati. Bioetanol berbahan pati unruk mendapatkan
etanol kita harus melakukan proses hidrolisis terlebih dahulu sedangkan
pada pembuatan bioetanol berbahan nira atau tebu kita bisa langsung
melakukan proses fermentasi dikarenakan nira sudah menjadi gula dan tidak
perlu dikonversi dari tepung untuk menjadi gula lagi atau melalui proses
hidrolisis.
Proses fermentasi diawali dengan pencampuran nira munri dan nira
imbibisi yang telah dimasukkan kedalam lemari pendingin. Sebelum dicampur
dihitung terlebih dahulu nilai volume nira imbibisi yang didapatkan
sebanyak 9,62 liter dan nira murni sebanya 9,37 liter. Setelah dihitung
volume yang didapatkan selanjutnya nira murni dan nira imbibisi dicampur
dalam tabung fementor lalu diukur nilai brix dan nilai pHdan didapatkan
hasil nilai brix 15 dan pH 5, nilai pH dan brix tersebut diukur untuk
dimasukkan kedalam rumus untuk menghitung berapa jumlah nutrisi dan mikroba
yang akan ditambahkan kedalam substrat. Setelah diukur nilai pH dan brix
selanjutnya susbtrat dipanaskan hingga suhu 85-100oC untuk disterilisasi
dari mikroba-mikroba yang lain, setelah mencapai suhu 85-100oC substrat
didiamkan hingga suhu 40oC atau suhu ruangan diukur kembali nilai pH dan
brix yang diperoleh yaitu untuk nilai pH 5 dan bric 15,4. Mikroba yang
ditambahkan yaitu ragi roti (fermipan) sebanyak 14,1 gram dan nutrisi yang
ditambahkan yaitu urea dan NPK, urea ditambahkan sebanyak 14,1 gram dan NPK
sebanyak 1,7 gram. Setelah dicampur mikroba dan nutrisi substrat diaduk
hingga mikroba dan nutrisi tercampur lalu didiamkan sampai 72 jam.
Setelah didiamkan selama 72 jam nilai pH dan brix diukur kembali untuk
melakukan proses distilasi. Nilai pH dan brix yang didapatkan yaitu 4 untuk
nlai pH dan brix. Vol substrat dipindahkan ke tabung distilator untuk
dilakukan proses distilasi. Setelah dipindahkan panaskan substrat hingga
mencapai suhu 85oC lalu tunggu hingga tetesan pertama dari etanol keluar.
Tetesan pertama dari etanol keluar pada menit ke 27.36 detik. Awal
dilakukan proses distilasi yaitu hari jumat pukul 15.29 dan hasil distilasi
pertama diambil pada hari sabtu pukul 08.30 menghasilkan etanol sebanyak
220 ml dengan nilai brix 18,4 dan kadar alkohol 70%. Setelah itu pada pukul
08.30 hari sabtu pagi proses distilasi yang kedua dilakukan dan hasil
distilasi diambil pada hari senin pukul 07.00 menghasilkan alkohol sebanyak
450 ml dan nilai brix 17,8 serta kadar alkoholnya 64%.
BAB V
PENUTUP
1. Kesimpulan
