JURNAL KIMIA DAN PENDIDIKAN KIMIA (JKPK), Vol.1, No. 2, Agustus 2016 Program Studi Pendidikan Kimia Universitas Sebelas Maret http://jurnal.fkip.uns.ac.id/index.php/jkpk
halaman 1-6 ISSN 2503-4146 ISSN 2503-4154 (online)
OPTIMASI HASIL DAN KADAR BIOETANOL TONGKOL JAGUNG (Zea mays L.) DITINJAU DARI NISBAH KO-KULTUR RAGI DAN PENGADUKAN Tiara Osa Meutia*, A. Ign. Kristijanto, dan Sri Hartin Program Studi Kimia Fakultas Sains dan Matematika Universitas Kristen SatyaWacana, Salatiga * Keperluan korespondensi, email:
[email protected] Received: July 22, 2016
Accepted: August 15, 2016
Online Published: August 31, 2016
ABSTRAK Penelitian ini bertujuan untuk memperoleh hasil dan kadar bioetanol dari tongkol jagung dengan yield dan kadar yang optimal (Zea mays L.) ditinjau dari nisbah ko-kultur (ragi tape dan ragi roti), dengan pengadukan dan tanpa pengadukan, serta interaksi antara keduanya.Data dianalisis dengan rancangan perlakuan Faktorial (4x2) dan rancangan dasar Rancangan Acak Kelompok (RAK) dengan 4 kali ulangan. Sebagai faktor pertama adalah nisbah ko-kulturragi tape danragi roti yang terdiridari 4 arasyaitu, 7,5% : 7,5% ; 10% ; 5% ; 15% : 5% ; dan 20% : 5%. Sebagai factor kedua adalah pengadukan yang terdiri dari 2 aras yaitu dengan pengadukan dan tanpa pengadukan. Fermentasi dilakukan selama 24 jam pada suhu ruang, dengan penambahan ragi tape terlebih dahulu, kemudian setelah 24 jam ditambah dengan ragi roti dan fermentasi dilanjutkan sampai 72 jam. Berdasarkan hasil penelitian diperoleh hasil (yield) sebesar 19,80 % dan kadar etanol hasil distilasi yaitu 8,19 % yang paling optimal pada nisbah ragi tape 10% dan ragi roti 5% dengan perlakuan pengadukan. Bioetanol diuji sesuai parameter SNI 7390:2012 tentang Standar dan Bahan Bakar Nabati Jenis Bioetanol. Bioetanol belum memenuhi SNI, tetapi sudah memenuhi beberapa parameter seperti keasaman sebagai CH3COOH, kandungan sulfur, tembaga (Cu), dan ion klorida. Kata Kunci: bioetanol, lignoselulosa, tongkoljagung, ragi tape, ragi roti.
ABSTRACT This research aims to get results and the levels of bioetanol from corncob with optimal levels and yield (Zea mays l.) in terms of ratio of ko-kultur (yeast bread yeast and tape), with stirring and without stirring, as well as the interaction between the two. Data were analyzed with Factorial treatment design (4 x 2) and draft the basic design of Random groups (RAK) with 4 replicates. As the first factor is the ratio of co-culture of yeast and yeast bread tape consists of 4 levels,4, 7.5%: 7.5%; 10%; 5%; 15%: 5%; and 20%: 5%. As the second factor is the stirring consists of 2 levels with churning and without stirring. Fermentation is carried out during 24 hours at room temperature, with the addition of yeast tape first, and then after 24 hours plus with yeast bread and fermentation continued until 72 hours. Based on the research results obtained results (yield) of 19.80% and the rate of ethanol distillation results i.e. 8.19% the most optimal ratio of yeast tape 10% and 5% with bread yeast treatment stirring. Bioetanol tested according the parameters of the SNI 7390:2012 about standards and the Biofuel Types Bioetanol. Bioetanol has not met the SNI yet, but already fulfill some parameters such as the acidity as CH3COOH, sulphur, copper (Cu), and chloride ion. Key words: bioetanol, lignocellulose, corncob, yeast of tape, yeast of bread.
1
2
Meutia dkk., Optimasi Hasil dan Kadar Bioetanol
hidrolisis
PENDAHULUAN
dan
fermentasi.
Untuk
dapat
mengoptimalkan kedua proses tersebut, Kebutuhan energi bahan bakar yang berasal dari eksplorasi fosil terus meningkat seiring dengan meningkatnya pertumbuhan industri dan ekonomi. Hal tersebut dapat menjadi masalah besar ketika negara belum bisa mengurangi ketergantungan terhadap bahan bakar fosil atau bahan bakar minyak (BBM), sedangkan cadangan sumber energi tersebut makin terbatas [1].
energi terbarukan berupa bahan bakar atau
bioenergi
menggantikan
bahan
ditingkatkan,
bakar
fosil
yang
semakin menipis seperti dalam Inpres No 1/2006 dan Perpres No 5/2006 tentang kebijaksanaan
energi
nasional.
bahan
nabati
(BBN)
bakar
Contoh
cair
yaitu
pengganti bensin yang bernama bioetanol. Bioetanol
dapat
digunakan
teknik
ko-kultur.
Penggunaan teknik ko-kultur dalam proses fermentasi untuk memproduksi bioetanol ternyata memberikan hasil yang lebih baik daripada
penggunaan
kultur
murni
S.cerevisae maupun kultur tunggal ragi tape[4]. Berdasarkan
latar
belakang
diatas
maka tujuan penelitian adalah memper-
Sudah saatnya penggunaan sumber
nabati
dapat
dihasilkan
dari
bahan
olehhasil (yield) dan kadar bioetanol optimal dari tongkol jagung (Zea mays L.) ditinjau dari nisbah ko-kultur (ragi tape dan ragi roti), dengan pengadukan dan tanpa pengadukan, dan interaksi antara keduanya.
METODE PENELITIAN Bahan dan Piranti Bahan
yang
digunakan
dalam
bergula (molase, aren, nira dan lainnya),
penelitian ini adalah tongkol jagung, molase,
bahan berpati (singkong, jagung, sagu, dan
ragi tape dibeli dari pasar di Salatiga, dan
jenis umbi lainnya), dan bahan berserat
ragi roti dibeli dari toko roti di Salatiga.
seperti lignoselulosa[2]. Penggunaan bahan
Bahan kimia yang digunakan antara
baku yang jauh lebih murah dan tersedia
lain NaOH, H2SO4, Nutrient Broth, standar
banyak, yakni bahan lignoselulosa dari
glukosa, reagensia DNS, dan KNa Tartrat.
limbah industri pertanian dan kehutanan perlu
terus
dikembangkan.
Salah
satu
Piranti drying
yang
cabinet,
digunakan
antara
autoclave,
lain
inkubator
limbah pertanian yang banyak ditemukan
Autonics TC45, bejana fermentasi, magnetic
adalah tongkol jagung.
stirrer, waterbath Memmert, spektrofoto-
Karakteristik tongkol
kimia
jagung
sangat
pembuatan tenaga kadar
senyawa
dan
fisika
cocok
dari untuk
meter UV-VIS, 1 set peralatan distilasi, alkoholmeter.
alternatif (bioetanol),
kompleks
lignin
dalam
tongkol jagung adalah 6,7-13,9 %, untuk hemiselulosa 39,8 %, dan selulosa 32,345,6 %[3].
Metode Delignifikasi dan Hidrolisis Serbuk tongkol jagung dideliginifikasi b
dengan NaOH0,25 M (1:8) ( /v) dengan 0
Beberapa hal yang perlu diperhatikan
autoclave 121 C selama 30 menit kemudian
dalam pembuatan bioetanol adalah proses
dicuci sampai pH netral dan dikeringkan
JURNAL KIMIA DAN PENDIDIKAN KIMIA (JKPK), Vol. 1, No. 2, Agustus 2016, hal. 1-6
0
3
dalam drying cabinet suhu 50 C selama 24
Semua nisbah diberi perlakuan pengadukan
jam [5]. Serbuk tongkol jagung delignifikasi
dan tanpa pengadukan.
b
dihidrolisis dengan H2SO4 15% (1:10) ( /v)
Distilasi
0
dalam refluks 100 C selama 120 menit[6].
Larutan hasilfermentasididistilasi pada o
suhu 78,5 C selama ±4 jam sampai tidak Fermentasi
ada yang menetes lalu diukur kadar etanol
Filtrat hasi lhidrolisis dinetralkan
dengan alkoholmeter.
sampai pH 4,6 lalu ditambah molase dan akuades dengan perbandingan substrat: molase:akuades (6:2:2). Larutan difermenv
tasi dengan nisbah ragi tape:ragi roti (%; /v) 7,5:7,5 ; 10;5 ; 15:5 ; 20;5 dengan penambahan ragi tape terlebih dahulu kemudian setelah 24 jam ditambah dengan ragi roti
HASIL DAN PEMBAHASAN Hasil (Yield) Bioetanol Purata yield etanol hasil distilasi (% ± SE) hasil interaksi nisbah ko-kultur ragi dan pengadukan berkisar antara 14,191 ± 0,509 sampai 14,760 ± 0,339 (Tabel1).
dan fermentasi dilanjutkan sampai 72 jam. Tabel 1. RataanYield Etanol (% ± SE) Dari Hasil Interaksi Antara Nisbah Ko-Kultur Ragi dan Proses Pengadukan. Pengadukan 7,5 : 7,5 P1 W = 0,167 P2 W = 0,167
NisbahRagi Tape : Ragi Roti (%) 15 : 5 10 : 5
20 : 5
15,991 ± 0,245 (a) (b)
18,070 ± 0,730 (a) (d)
16,376 ± 0,486 (a) (c)
14,191 ± 0,509 (a) (a)
17,297 ± 1,260 (b) (b) W = 0,796
19,802 ± 0,809 (b) (d) W = 0,796
17,778 ± 1,161 (b) (c) W = 0,796
14,760 ± 0,339 (a) (a) W = 0,796
Keterangan : *W = BNJ 5%; *P1 = Tanpa Pengadukan ; P2 = Pengadukan *Angka-angka yang diikuti oleh huruf yang sama antar baris atau lajur yang sama menunjukkan antar perlakuan tidak berbeda secara bermakna sebaliknya angka yang diikuti oleh huruf yang tidak sama antar baris atau lajur yang sama menunjukkan antar perlakuan berbeda bermakna.
Berdasarkan Tabel1. Dapat dilihat
banyak
glukosa
yang
digunakan
dalam
bahwa hasil (yield) etanol meningkat pada
fermentasi, maka semakin meningkat kadar
nisbah ragi tape 10 % :ragi roti 5 % dengan
etanol sehingga semakin banyak yield yang
perolehan hasil 19,802 ± 0,809 % dengan
diperoleh.
pengadukan, sedangkan hasil etano lyang tidak diaduk pada semua nisbah lebih
Kadar Etanol
rendah. Hasil (yield) etanol dar inisbah ragi
Purata kadar etano ltongko ljagung hasil
tape 15 % :ragi roti 5% maupun ragi tape
distilasi (% ± SE) hasil interaksi nisbah ko-
20% :ragi roti 5% lebih sedikit karena kadar
kultur ragi dan pengadukan berkisar antara
etano llebih rendah. Rendahya kadar etanol
4,683 ± 0,121 sampai 8,190 ± 0,019 (Tabel
terkait dengan glukosa yang digunakan
2).
dalam
fermentasi
(Tabel
3).
Semakin
4
Meutia dkk., Optimasi Hasil dan Kadar Bioetanol
Tabel 2. Rataan Kadar Etanol Hasil Distilasi (% ± SE) Ditinjau dari Interaksi Antar Nisbah Ragi dan Proses Pengadukan NisbahRagi Tape : Ragi Roti (%)
Pengadukan 7,5 : 7,5 P1 W = 0,138 P2 W = 0,138
15 : 5
10 : 5
20 : 5
5,740 ± 0,062 (a) (b)
6,830 ± 0,073 (a) (c)
5,633 ± 0,065 (a) (b)
4,683 ± 0,121 (a) (a)
6,658 ± 0,087 (b) (b) W = 0,103
8,190 ± 0,019 (b) (d) W = 0,103
6,878 ± 0,200 (b) (c) W = 0,103
5,543 ± 0,081 (b) (a) W = 0,103
Keterangan : *W = BNJ 5% *P1 = TanpaPengadukan ; P2 = Pengadukan *Angka-angka yang diikutiolehhuruf yang sama antar baris atau lajur yang sama menunjukkan antar perlakuan tidak berbeda secara bermakna sebaliknya angka yang diikuti oleh huruf yang tidak sama antar baris atau lajur yang sama menunjukkan antar perlakuan berbeda bermakna.
Berdasarkan Tabel 2 dapat dilihat
pengadukan menghasilkan kadar etanol yang
bahwa kadar etanol meningkat pada nisbah
lebih tinggi dibandingkan tanpa pengadukan
ragi tape 10 % :ragi roti 5 % dengan
karena ragi dapat bekerja optimal. Hal itu
pengadukan sebesar 8,19 % maupun tanpa
dikarenakan pengadukan berfungsi untuk
pengadukan 6,830 %. Kadar etanol pada
meratakan kontak sel dan substrat, menjaga
nisbah ragi tape 10 % :ragi roti 5%
agar mikroorganisme tidak mengendap di
meningkat karena glukosa yang digunakan
bawah dan meratakan temperatur[8]. Kadar
untuk
etanol pada nisbah ragi tape 10 % :ragi roti
fermentasi
lebih
banyak
dibandingkan nisbah lainnya (Tabel 3).
5%
Namun, kadar etanol dengan perlakuantan
digunakan untuk fermentasi lebih banyak
papengadukan seluruhnya lebih rendah
dibandingkan nisbah lainnya.
dari
yang
diaduk.
Perlakuan
karena
glukosa
yang
dengan
Tabel 3. RataanGlukosaFermentasi ( Pengadukan Pengadukan
) Interaksi Berbagai Nisbah Ragi dan Proses
Nisbah Ragi Tape : Ragi Roti (%) 7,5 : 7,5
P1 W = 0,900 P2 W = 0,900
meningkat
15 : 5
10 : 5
20 : 5
7,143 ± 1,439 (a) (b)
15,023 ± 1,703 (a) (c)
4,969 ± 1,529 (a) (a)
4,426 ± 1,878 (a) (a)
9,977 ± 1,970 (b) (a) W = 0,672
17,974 ± 2,106 (b) (b) W = 0,672
8,308 ± 2,240 (b) (a) W = 0,672
7,531 ± 1,942 (b) (a) W = 0,672
Keterangan : *W = BNJ 5% *P1 = TanpaPengadukan ; P2 = Pengadukan *Angka-angka yang diikuti oleh huruf yang sama antar baris atau lajur yang sama menunjukkan anta rperlakuan tidak berbeda secara bermakna sebaliknya angka yang diikuti oleh huruf yang tidak sama antar baris atau lajur yang sama menunjukkan antar perlakuan berbeda bermakna.
Kadar etanol hasil penelitian ini lebih tinggi
dibandingkan
beberapa
penelitian
bioetano llainnya dengan substrat tongkol
v
jagung. Diperoleh kadar etanol 3,2 % ( /v) dari
tongko
ljagung
3
%
b
( /v)
yang
difermentasi dengan jamur Aspergillusniger
JURNAL KIMIA DAN PENDIDIKAN KIMIA (JKPK), Vol. 1, No. 2, Agustus 2016, hal. 1-6
5
dan Saccharomyces cerevisiae (dari ragi
Kesesuaian Hasil Bioetanol dengan SNI
roti) selama 96 jam [9].
7390:2012
Penelitiannya
lainnya, diperoleh kadar etanol sebesar 5,34
Hasil dan kadar bioetanol tongkol
% dari tongkol jagung yang dihidrolisis
jagung yang optimal diuji sesuai parameter
dengan H2SO4 2% dan difermentasi dengan
SNI 7390:2012. Bioetanol sudah memenuhi
S.cerevisiae selama 3 hari (72 jam) [6].
beberapa sebagai
parameter
seperti
CH3COOH,
keasaman
kandungan
sulfur,
tembaga (Cu), dan ion klorida (Tabel4).
Tabel 4. Kesesuaian Hasil Bioetanol dengan SNI 7390:2012, Bioetanol Terdenaturasi untuk Gasohol Parameter Uji
Satuan
Persyaratan
Bioetanol Uji
Status
ppm, maks
0,1
0
Memenuhi
mg/kg, maks
30
26,000 ± 1,664
Memenuhi
Kadar ion klorida
ppm, maks
20
0
Memenuhi
Kandungan belerang (S)
ppm, maks
50
16,000 ± 2,353
Memenuhi
Kadar tembaga (Cu) Keasamansebagai CH3COOH
Min/Maks
Pertanian. Manado: Universitas Sam
KESIMPULAN Berdasarkan
hasil
penelitian
Ratulangi.
dapat
disimpulkan bahwa hasil (yield) bioetanol
[3] Fachry, A. R., Astuti, P., dan Puspitasari, T.G. (2013). Pembuatan Bioetanol Dari
optimal adalah 19,802 ± 0,809 % dengan
Limbah Tongkol Jagung dengan Variasi
kadar etanol sebesar 8,190 ± 0,019 %
Konsentrasi Asam Klorida dan Waktu
dihasilkan pada nisbah ragi tape 10 % dan
Fermentasi. Jurnal Teknik Kimia 1 (19).
ragi roti 5% dengan perlakuan pengadukan.
[4] Arnata, I W., &Anggraeni, A. A. M. D., 2013,Rekayasa
DAFTAR RUJUKAN
Bioproses
Produksi
Bioetanol dari Ubi Kayu dengan Teknik Ko-Kultur
[1] Susilowati, 2011, Pemanfaatan Tongkol
Ragi
Jagung Sebagai Bahan Baku Bioetanol
Saccharomyces
Dengan Proses Hidrolisis H2SO4 dan
Agrointek 7 (1).
Fermentasi Saccharomyces cerevisae.
[5]
Sukumaran,
R.K.,
Tape
dan
cerevisae.
Jurnal
Singhania,
R.R.,
Jurusan Teknik Kimia, Fakultas Teknik.
Mathew, G.M., & Pandey, A., 2009,
Semarang: Universitas Diponegoro.
Cellulase Production Using Biomass
[2] Mailool, J. Ch., Molenaar R., Tooy, D., &
Feed Stock and its Application in
Longdong, Bioetanol
I.A., Dari
2013, Singkong
Produksi
Lignocellulose
(Manihot
Bioethanol
utilissima) dengan Skala Laboratorium. Jurusan
Teknik
Pertanian,
Fakultas
Saccharification
Production.
Energy 34 (2) : 421-424.
for
Renewable
6
Meutia dkk., Optimasi Hasil dan Kadar Bioetanol
[6] Yonas, M. I., Isa, I., & Iyabu, H., 2013, Pembuatan Bioetanol Berbasis Sampah Organik Batang Jagung. [7] Arnata, I Wayan., Dwi S., dan Richana N., 2009, Bioprocess Technology to Produce Bioethanol from Cassava by Co-Culture
Trichoderma
viride,
Aspergillus niger and Saccharomyces cerevisiae.
Prosiding.
Conference
on
International
Biotechnology
for
Sustainable Future. [8] Kurniawan, S., Juhanda, S., Syamsudin, R., & Lukman, M.A., 2011. Pengaruh Jenis dan Kecepatan Pengaduk pada Fermentasi Etanol Secara Sinambung dalam Bioreaktor Tangki Berpengaduk Sel Tertambat. Jurnal STU, ISSN: 16931750. [9] Oktavia, M., Mardiah, E., & Chaidir, Z., 2013, Produksi Bioetanol Dari Tongkol Jagung
dengan
Metoda
Simultan
Sakarifikasi dan Fermentasi. Jurnal Kimia Unand 2(1): 107-112.
