PRODUKSI BIOETANOL DARI JERAMI PADI (ORYZA
SATIVA L) DENGAN MENGGUNAKAN MIKROORGANISME
Oleh :
Melika Simbolon (4112210006)
Melika Simbolon (4112210006)
Jurusan Kimia, FMIPA, UNIMED
PENDAHULUAN
Meningkatnya
jumlah penduduk telah meningkatkan kebutuhan sarana transportasi dan aktivitas
industri yang berakibat pada peningkatan kebutuhan dan konsumsi bahan bakar
minyak (BBM). Untuk memenuhi kebutuhan dan konsumsi BBM harus mencari sumber
energi alternatif yang terbarukan,
alternatif tersebut adalah pemanfaatan jerami padi menjadi bioetanol. Kemajuan
bidang teknologi menggerakkan masyarakat untuk memanfaatkan bahan-bahan
yang tidak bermanfaat menjadi produk
baru yang bermutu. Salah satunya adalah memanfaatkan limbah jerami padi. Jerami
Bioetanol
adalah etanol yang bahan utamanya dari tumbuhan dan umumnya menggunakan proses
fermentasi dengan bantuan mikroorganisme. Etanol atau etil alkohol (C2H5OH)
merupakan cairan tak berwarna dengan karakteristik antara lain mudah menguap,
mudah terbakar, larut dalam air, terurai secara biologis (biodegradable),
toksisitas rendah dan tidak menimbulkan polusi
udara yang besar bila bocor. Bioetanol memiliki kelebihan dibanding
dengan BBM, diantaranya mengurangi emisi mesin, meningkatkan performa mesin, menstimulasi
ekonomi, terbuat dari berbagai bahan
terbarukan dan ada kesetimbangan energi yang positif. Disamping itu, etanol
juga lebih ramah lingkungan dari pada buster
oktan yang lain seperti
timah dan metil
tertier butil eter (MTBE).
Bahan
baku untuk proses produksi bioetanol diklasifikasikan menjadi tiga kelompok,
yaitu gula, pati dan selulosa. Sumber gula yang berasal dari gula tebu, gula
bit, molase dan buah-buahan dapat langsung dikonversi menjadi etanol. Sumber
dari bahan berpati seperti jagung,
singkong, kentang dan akar tanaman harus dihidrolisis terlebih
dahulu menjadi gula. Sumber selulosa yang berasal dari kayu, limbah pertanian,
limbah pabrik pulp dan kertas, semuanya harus dikonversi menjadi gula dengan
bantuan asam mineral
Proses sintesis bioetanol meliputi perlakuan awal,
hidrolisis, fermentasi dan distilasi. Bahan yang mengandung gula dapat langsung
difermentasi, akan tetapi bahan yang mengandung pati dan selulosa harus
dihidrolisis terlebih dahulu menjadi komponen yang sederhana. Hidrolisis yang paling
sering digunakan untuk menghidrolisis selulosa adalah hidrolisis secara asam.
Beberapa asam yang umum digunakan untuk hidrolisis asam antara
lain adalah asam sulfat (H2SO4), asam perklorat dan HCl.
Keuntungan dari penggunaan asam ini mengandung konversi gula hingga mencapai
konversi 90%. Kemudian glukosa difermentasi dengan menggunakan bakteri atau ragi
yang dapat mengkonversi gula menjadi bioetanol.
Bila
dilihat dari jenisnya, maka terdapat beberapa jenis mikroorganisme yang banyak
digunakan dalam proses
fermentasi diantaranya adalah
khamir, kapang dan bakteri, tetapi tidak semua mikroorganisme tersebut dapat
digunakan secara langsung masih diperlukan seleksi untuk menjamin
berlangsungnya proses fermentasi. Pemilihan
mikroorganisme biasanya didasarkan pada jenis
substrat (bahan) yang digunakansebagai medium,
misalnya untuk menghasilkan bioetanol digunakan khamir Saccharomyces cereviseae untuk
mengoksidasi alkohol menjadi asam
asetat digunakan bakteri
Acetobacter. Seleksi ini
bertujuan untuk mendapatkan mikroorganisme yang mampu
tumbuh dengan cepat dan
mempunyai toleransi tinggi
terhadap konsentrasi gula yang tinggi.
Sehingga dapat menghasilkan kadar
bioetanol yang dikehendaki. Kadar etanol dalam ubi kayu sebesar 95,9%, kadar
etanol ini dapat
tercapai dengan penambahan massa ragi (Saccharomyces
cereviseae) sebesar 45 gr.
Ragi
atau fermen merupakan zat yang menyebabkan fermentasi. Mikroorganisme yang digunakan di dalam ragi umumnya terdiri atas berbagai bakteri
dan fungi (khamir dan kapang), yaitu Rhizopus,
Aspergillus, Mucor, Amylomyces, Endomycopsis, Saccharomyces, Hansenulaanomala,
Lactobacillus, Acetobacter, dan sebagainya. Ada tiga jenis ragi yang umum
dikenal, yaitu ragi tapai yang berbentuk padatan bulat pipih berwarna putih,
ragi roti berbentuk butiran, dan ragi
tempe berbentuk bubuk. Umumnya, mikroorganisme pada ragi
dibiarkan tumbuh pada bahan pengisi berupa beras/tepung beras/bahan lain yang
mengandung karbohidrat tinggi, kemudian dikeringkan. Ragi roti dan
ragi tapai mengandung khamir yang sama,
yaitu saccharomyces cereviciae. Bedanya,
ragi tapai dibuat dengan
menambahkan bumbu-bumbu dan mikroorganisme lain sehingga tidak hanya khamir
tapi ada juga beberapa jenis bakteri lain.
Ada
2 jenis ragi yaitu:
1. Ragi
kering
Berbentuk
butiran kecil-kecil dan bubuk halus. Jenis ragi yang butirannya halus dan
berwarna kecokelatan ini umumnya digunakan dalam pembuatan roti.
2. Ragi
padat
Berbentuk
bulat pipih, beraroma tajam dengan aroma alkohol yang sangat khas.
METODE
PENELITIAN
Tahap-tahap
pada produksi biotanol dari jerami padi yaitu, persiapan bahan
baku jerami padi
jerami padi yang digunakan berasal dari varietas ciherang
sebelum digunakan sebagai substrat, jerami padi terlebih dahulu dibersihkan
dari sisa daun dan kotoran kemudian dijemur lalu dipotong ± 2 cm. selanjutnya,
jerami dikecilkan ukurannya menggunakan disk mill kemudian dioven selama 1 jam
serta diseragamkan ukurannya dengan ayakan 100 mesh. Kemudian dilakukan proses
pretreatment dimana pada proses pretreatment dilakukan untuk merusak struktur
lignoselulosa agar selulosa menjadi lebih mudah untuk dikonversi menjadi
glukosa. Pretreatment dilakukan dengan menambahkan NaOH 0,5 N pada jerami padi
berukuran 100 mesh dengan perbandingan 1:10 (10 gram jerami:100 ml NaOH 0,5 N)
kemudian dipanaskan dengan microwave selama 40 menit. Sludge yang dihasilkan
kemudian di keringkan pada suhu 105°C selama 24 jam. Bubuk jerami hasil
pretreatment inilah yang dipakai dalam proses hidrolisis enzimatik.
Selanjutnya
proses produksi enzim selulase dimana Enzim selulase diproduksi dari mikrofungi
Trichoderma reseei dan Aspergillus niger. Dari hasil produksi
tersebut diperoleh cairan enzim yang akan digunakan pada tahap hidrolisis
enzimatik, dimana Jerami padi hasil pretreatment, diseragamkan ukurannya
menjadi 100 mesh. Selanjutnya sebanyak 5 gram jerami ditimbang dan dimasukkan
ke dalam beaker glass. Ditambahkan larutan buffer sitrat pH 5 sebanyak 50 ml
dengan volume enzim sesuai perlakuan. Setelah itu, Perbandingan volume enzim
Trichoderma reesei dan Aspergillus niger ditambahkan sesuai
perlakuan yaitu 1:0, 0:1, 1:1, 2:1, 1:2, 3:1, 1:3. Selanjutnya, dimasukkan ke dalam waterbath
shaker selama 72 jam dengan suhu 50°C dan kecepatan pengadukan 75 rpm (Sampel
diambil sebanyak 2 ml setiap 8 jam selama 72 jam. Pada setiap pengambilan sampel,
pengadukan dihentikan selama 1 menit untuk mengendapkan bubuk jerami.
Fermentasi etanol
Substrat
fermentasi yaitu sirup gula dari jerami padi ataupun alang-alang sebanyak 100
ml dimasukkan dalam botol fermentasi, kemudian ditambahkan pupuk NPK dan ZA
masing-masing sebanyak 0,04 g dan 0,15 g, pH cairan substrat diatur 4,8
menggunakan NaOH dan HCl kemudian
dipasteurisasi pada suhu 85 0C selama 5 menit setelah
itu didinginkan hingga 30 0C. Sebanyak 10% volume substrat
stater khamir Saccharomyces serevisiae
yang sudah disiapkan, dimasukkan
ke dalam media fermentasi
berupa substrat gula dari
jerami padi dan
alang-alang dalam kondisi anaerob. Fermentasi dilakukan pada suhu kamar selama 0, 3, 6 dan
9 hari. Hasil fermentasi kemudian dianalisa. Kemampuan fermentasi etanol oleh
khamir S. cerevisiae dari ekstrak gula alang-alang dan jerami padi.
Proses
fermentasi dilakukan dengan mengambil sebanyak 100 mL filtrat dari proses
hidrolisis dimasukkan ke dalam erlenmeyer dan ditambah NaOH 6 M sampai pH menjadi 5. Kemudian ditambah dengan 6 gram ammonium sulfat
dan 6 gram urea sebagai nutrisi. Selanjutnya di pasteurisasi pada suhu 80°C
selama 15 menit lalu didinginkan. Ditambahkan ragi tape (Saccharomyces
cereviseae) 7 gram dan variasi waktu fermentasi yaitu 5, 7, 9, 11 dan 13
hari. Selanjutnya dilakukan
inkubasi dengan cara menutup
rapat labu erlenmeyer pada suhu berkisar antara 27-30 0C. Kemudian
disaring dan diambil filtratnya untuk proses distilasi.
HASIL
PENELITIAN
Pada
fermentasi glukosa ini digunakan ragi Saccharomyces
cerevisiae, karena merupakan sumber mikroorganisme unggul yang digunakan dalam
proses fermentasi dalam usaha menghasilkan etanol. Saccharomyces cerevisiae memerlukan media dan lingkungan yang
sesuai untuk pertumbuhan dan perkembangannya. Mikroba Saccharomyces cerevisiae memfermentasi glukosa menjadi etanol
menggunakan jalur EMP. Adapun reaksi yang terjadi adalah sebagai berikut:
.png)
Gambar
1. Skema jalur fermentasi alkohol oleh ragi
Kadar
etanol jerami padi yang dihasilkan selama fermentasi oleh khamir S. cerevisiae
pada hari ke 0, 3, 6 dan 9 adalah
sebesar 0 %; 0,77%; 0,64 %; 0,37 %, sedangkan pada alang-alang adalah sebesar 0
%; 0,73 %; 0,64 %; 0,55%. Hal ini
terjadi karena pada hari tersebut, khamir mengalami peningkatan jumlah sel
sebesar 16,10x107 pada substrat jerami
padi dan 17,46x107 pada
alang-alang. Peningkatan jumlah sel khamir diikuti peningkatan enzim yang dihasilkan untuk merombak gula menjadi
etanol. Kemampuan fermentasi etanol oleh khamir S. cerevisiae dari ekstrak gula
alang-alang dan jerami padi Kadar etanol jerami padi yang dihasilkan selama
fermentasi oleh khamir S. cerevisiae pada hari ke 0, 3, 6 dan 9 adalah sebesar 0 %; 0,77 %;
0,64 %; 0,37 %, sedangkan pada alang-alang
adalah sebesar 0 %; 0,73 %; 0,64 %;
0,55 %.
Perbandingan
enzim selulase Aspergillus niger : Trichoderma
reseei = 1:2 dimungkinkan menghasilkan jumlah endo-1.4-β-D-glukanase dan
ekso-β-1.4-glukanase yang lebih banyak
dibandingkan dengan perbandingan yang lainnya sehingga menghasilkan selobiosa
yang banyak pula. Adapun penambahan Aspergillus niger yang menghasilkan β-glukosidase
bereaksi memotong rantai selobiosa menjadi glukosa. Hal ini juga didukung oleh
penelitian Eva Palmqvist, (1996) dalam Arias dkk (2008) yang menyatakan pada
perbandingan pencampuran A.niger : T.reesei = 1:2 mampu menghasilkan endo dan
eksoglukanase yang akan merubah
jerami padi menjadi
selobiosa dengan sedikit
penambahan β-glukosidase dari
A.niger yang kemudian selobiosa
beraksi dengan β-glukosidase untuk menghasilkan glukosa. Penambahan A.niger
yang cukup banyak akan
menurunkan konsentrasi dari
glukosa dikarenakan selobiosa
yang dihasilkan sangat sedikit sehingga glukosa yang akan di
hasilkan akan sedikit.
KESIMPULAN
1.
Pada Pemanfaatan Enzim Selulase dari Trichoderma Reseei dan
Aspergillus Niger sebagai Katalisator Hidrolisis Enzimatik Jerami Padi dengan Pretreatment
Microwave disimpulkan bahwa:
·
Enzim selulase yang dihasilkan dari
mikrofungi Aspergillus niger dan Trichoderma reseei dapat dimanfaatkan sebagai
katalis dalam proses hidrolisis enzimatik jerami padi dimana produk akhir yang
dihasilkan berupa glukosa.
·
Kondisi operasi yang mempengaruhi proses
hidrolisis adalah perbandingan enzim selulase
dari Aspergillus niger
dan Trichoderma reseei
serta waktu hidrolisis enzimatik. Dimana
Kombinasi perlakuan terbaik
yaitu pada perbandingan 1 Aspergillus niger : 2 Trichoderma reseei
dengan waktu hidrolisis 64
jam menghasilkan glukosa sebesar 12.169 g/L.
2.
Pada Proses Fermentasi Hidrolisat Jerami
Padi Untuk Menghasilkan Bioetanol disimpulkan bahwa: Jerami padi yang banyak
dianggap masyarakat sebagai limbah
pertanian ternyata dengan perlakuan khusus dapat dimanfaatkan sebagai
bioetanol, yaitu energi alternatif dengan melibatkan bantuan mikroba ragi,
sedangkan pada proses pemurniannya menggunakan distilasi vakum pada kondisi
suhu set point 500 0C dan tekanannya 200 mmHg. Perlakuan akhir pada
proses ini adalah menganalisa produk bioetanol yang dihasilkan dengan menggunakan
alat gas kromatografi.
3.
Berdasarkan penelitian yang telah
dilakukan Produksi Bioetanol Dari Jerami Padi (Oryza Sativa L) maka dapat disimpulkan bahwa dihasilkan kadar glukosa
terbanyak pada konsentrasi HCl 21 % dengan kadar glukosa 70,85 ppm. Kadar
etanol paling banyak sebesar 6,405 % dengan waktu fermentasi 13 hari.
Kromatogram senyawa etanol hasil fermentasi muncul pada waktu retensi 1,901 dan
pembacaan pada Mass Spectroscopy muncul Mr senyawa etanol yaitu Mr = 46.
4.
Pemanfaatan Jerami Padi Dan Alang-Alang
Dalam Fermentasi Etanol Menggunakan Kapang Trichoderma Viride Dan Khamir
Saccharomycess Cerevisiae Etanol dapat dihasilkan dari jerami padi dan
alang-alang melalui proses
fermentasi secara bertahap (tahap 1 fermentasi gula
dengan menggunakan kapang T.
viride dan tahap 2 fermentasi etanol dengan menggunakan khamir S. cerevisiae). Kadar
gula sederhana yang dihasilkan secara fermentasi oleh kapang T. viride lebih
tinggi pada substrat jerami padi yaitu
sebesar 12% dibandingkan dari alang-alang yaitu sebesar 11,39 %. Jerami
padi dan alang-alang memiliki
potensi yang sama sebagai
substrat dalam fermentasi etanol. Kadar etanol tertinggi yang dihasilkan
secara fermentasi oleh khamir S.
cerevisiae pada jerami padi
adalah sebesar 0,77% dan alang-alang sebesar 0,73%.
DAFTAR
PUSTAKA
Asyeni
Miftahul Jannah. 2010. Proses Fermentasi
Hidrolisat Jerami Padi Untuk Menghasilkan Bioetanol. Jurusan Teknik Kimia
Fakultas Teknik Universitas Sriwijaya
Bambang
Dwi Argo, Rini Yulianingsih. 2013. Pemanfaatan
Enzim Selulase Dari Trichoderma Reseei Dan Aspergillus Niger Sebagai
Katalisator Hidrolisis Enzimatik Jerami
Padi Dengan Pretreatment Microwave. Jurusan Keteknikan Pertanian, Fakultas Teknologi Pertanian. Universitas
Brawijaya
Iris
Mustika Sari, Noverita Dan Yulneriwarni. 2008. Pemanfaatan Jerami Padi Dan Alang-Alang Dalam Fermentasi Etanol
Menggunakan Kapang Trichoderma Viride Dan Khamir Saccharomycess Cerevisiae.
Fakultas Biologi Universitas Nasional, Jakarta
Endang
Ariyani, Ersanghono Kusumo Dan Supartono. 2013. Produksi Bioetanol Dari Jerami Padi (Oryza Sativa L). Jurusan Kimia
Fmipa Universitas Negeri Semarang
Puspita Wahyuningtyas. 2013. 1Studi Pembuatan Enzim Selulase Dari
Mikrofungi Trichoderma reesei Dengan
Substrat Jerami Padi Sebagai Katalis Hidrolisis Enzimatik Pada Produksi
Bioetanol. Jurusan
Keteknikan Pertanian - Fakultas Teknologi Pertanian - Universitas Brawijaya
