Pemanfaatan Limbah Pod Kakao Menjadi Bioetanol Dengan Metode Simultaneous Sacharification and Fermentation SSF

Download file ini  Pemanfaatan Limbah Pod Kakao Menjadi Etanol Menggunakan Metode SSF

JUDUL

“Pemanfaatan Limbah Pod Kakao sebagai Bahan Baku Alternatif Pembuatan Bioetanol Menggunakan Metode Simultaneous Sacharification and Fermentation (SSF)”

LATAR BELAKANG MASALAH

Umumnya bioetanol dibuat dari tanaman-tanaman berpati seperti singkong, ubi, sagu, jagung dan sorgum. Tetapi tanaman ini mempunyai nilai guna lain sebagai bahan pangan. Jika tanaman tersebut digunakan sebagai bahan baku dalam memproduksi etanol secara komersial maka akan meminbulkan persaingan antara bahan pangan dan energi.

Kakao merupakan salah satu komoditas perkebunan yang peranannya cukup penting bagi perekonomian nasional, khususnya sebagai penyedia lapangan kerja, sumber pendapatan dan devisa negara. Komoditas kakao menempati peringkat ketiga ekspor sektor perkebunan dalam menyumbang devisa negara, setelah komoditas karet dan CPO. Pada tahun 2009 ekspor kakao mencapai US$ 116,51 miliar atau meningkat 26,47% dibanding tahun 2005 (Mahendra, 2010).

Semakin meningkatnya produksi kakao akan meningkatkan jumlah limbah buah kakao. Komponen limbah buah kakao yang terbesar berasal dari kulit buahnya atau biasa disebut pod kakao, yaitu sebesar 75 % dari total buah. Jika dilihat dari data produksi buah kakao pada tahun 2009 yang mencapai 849.875 ton, maka limbah pod kakao yang dihasilkan sebesar 637,4 ribu ton. Apabila limbah pod kakao ini tidak ditangani secara serius maka akan menimbulkan masalah lingkungan.

Pod kakao merupakan limbah lignoselulosik yang mengandung lignin, selulosa dan hemiselulosa. Bahan selulosa pada limbah dapat dimanfaatkan sebagai sumber karbon untuk produksi etanol (C2H5OH) dengan  teknologi sakarifikasi dan fermentasi serentak atau Simultaneous Sacharification and Fermentation (SSF.

Berdasarkan fakta-fakta yang terdapat di atas, muncul sebuah ide dalam  melakukan penelitian tentang pemanfaatan limbah pod kakao (theobroma cacao) menjadi bioetanol dalam upaya mengurangi limbah organik di lingkungan juga  untuk menghindari persaingan bahan baku energi dengan pangan.

Perumusan Masalah

Meningkatnya produksi kakao menjadi hal yang membanggakan bagi Negara Indonesia akan tetapi produksi kakao yang semakin naik juga menyebabkan meningkatnya jumlah limbah buah kakao. Bila limbah tersebut tidak ditangani dengan tepat maka dapat menimbulkan masalah lingkungan.  Disisi lain, pada proses pembuatan bioetanol  dibutuhkan bahan baku alternatif yang murah dan tidak bersaing dengan bahan pangan. Dengan menghubungkan masalah diatas, maka penelitian ini perlu dilakukan untuk mengetahui potensi limbah pod kakao sebagai bahan baku alternatif  pembuatan bioetanol. 

Tujuan Penelitian

Tujuan dari penelitian ini adalah untuk :

  1. Memanfaatkan limbah pod kakao sebgai bahan baku pembuatan bioetanol.
  2. Mengetahui hubungan antara kadar enzim selulase yang digunakan dalam proses hidrolisis terhadap glukosa yang dihasilkan.
  3. Mengetahui pengaruh  waktu, kadar yeast  dalam proses fermentasi glukosa menjadi bioetanol.

G. TINJAUAN PUSTAKA

G.1 Kakao (Theobroma cacao)

Tanaman kakao bukan tanaman asli Indonesia tetapi tanaman tersebut diperkirakan berasal dari lembah hulu sungai Amazon, Amerika Selatan yang dibawa masuk ke Indonesia melalui Sulawesi Utara oleh Bangsa Spanyol sekitar tahun 1560. Kakao menjadi salah satu komoditas perkebunan yang peranannya cukup penting bagi perekonomian nasional, khususnya sebagai penyedia lapangan kerja, sumber pendapatan dan devisa negara. Disamping itu kakao juga berperan dalam mendorong pengembangan wilayah dan pengembangan agroindustri. Pada tahun 2002, perkebunan kakao telah menyediakan lapangan kerja dan sumber pendapatan bagi sekitar 900 ribu kepala keluarga petani yang sebagian besar berada di Kawasan Timur Indonesia (KTI) serta memberikan sumbangan devisa terbesar ke tiga sub sektor perkebunan setelah karet dan kelapa sawit dengan nilai sebesar US $ 701 juta.


Gambar 2.1. Buah Kakao Trinitario

 

G.2 Pod Kakao

Pod kakao merupakan bagian mesokarp atau dinding buah kakao yang mencakup kulit terluar sampai daging buah sebelum kumpulan biji, terlihat pada Gambar 2. Pod buah kakao merupakan bagian terbesar dari buah kakao. Komposisi bagian-bagian buah kakao dapat dilihat pada Tabel 1.

Tabel 1. Komposisi Buah Kakao

Komponen Presentase (DB)
Pod (kulit buah) 75.70
Biji dan pulp 21.68
Plasenta 2.62

Sumber : Ashadi, 1988

Pod kakao merupakan limbah lignoselulosik. Lignoselulosa merupakan serat kasar  yang memiliki komponen energi terbesar pada limbah. Limbah lignoselulosik dapat digunakan sebagai bahan baku pembuatan etanol, sehingga menghindari persaingan dengan bahan pangan. Lignoselulosa atau serat kasar terdiri atas tiga penyusun utama, yaitu selulosa, hemiselulosa, dan lignin, yang saling terikat erat membentuk satu kesatuan. Hasil penelitian Ashadi (1998) menunjukkan bahwa serat kasar pod kakao mengandung 20.11 % lignin, 31.25 % selulosa, dan 48.64 % hemiselulosa.

G.3. Bioetanol

Bioetanol adalah etanol yang dibuat dari biomass yang mengandung komponen monosakarida yang didapat dari pati atau selulosa. 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, dan khususnya karena kemampuannya sebagai bahan kimia intermediet untuk menghasilkan bahan kimia yang lain.

G.4. Pembuatan Etanol dengan Metode SSF

Dalam mengubah selulose menjadi etanol tidak dapat secara langsung difermentasi tetapi dengan menggunakan  teknologi sakarifikasi dan fermentasi serentak atau Simultaneous Sacharification and Fermentation (SSF). Teknologi ini  dapat mencakup 4 rangkaian proses yaitu, perlakuan awal, sakarifikasi, fermentasi dan destilasi (Hambali, 2008).

Berikut adalah tahapan proses pembuatan etanol :

  1. Perlakuan Awal

Sebelumnya, bahan baku yang mengandung selulosa harus dikecilkan ukuranya terlebih dahulu lalu dikeringkan agar kadar airnya minimum  (Setelah itu digunakan jamur pelapuk putih (white rot fungi) dan pemanasan pada suhu tinggi (steaming) yang bertujuan untuk meningkatkan konversi etanol dari bagas agar lebih optimal. Hal ini dikarenakan pretreatment dengan jamur pelapuk putih dan steaming dapat menghancurkan kandungan lignin pada pod kakao yang mempersulit kerja enzim dalam mengakses keberadaan selulosa.

  1. Sakarifikasi

Selulosa merupakan polimer glukosa dengan ikatanβ -1,4 glukosida dalam rantai lurus. Selulosa terdiri atas 15-14.000 unit molekul glukosa Rantai panjang selulosa terhubung secara bersama melalui ikatan hidrogen dan gaya van der Waals (Coughlan, 1989).

Ragi (saccharomyses cerevisiae) tidak dapat langsung memfermentasikan selulosa. Oleh karena itu diperlukan tahap hidrolisis, yakni perubahan selulosa menjadi glukosa dengan menggunakan enzim atau asam.

Hidrolisis dengan enzim merupakan proses pemecahan struktur selulosa menjadi satuan-satuan monomernya yaitu glukosa dengan bantuan enzim. Hidrolisis dengan enzim baik dibandingkan secara kimiawi (mengggunakan asam) karea menghasilkan % hasil yang lebih tinggi ,biaya produksi yang lebih murah , tidak menyebabkan korosi dan bersifat ramah lingkungan.

Dengan memanfaatkan enzim pengurai selulosa dari mikroorganisme, konversi selulosa untuk menghasilkan β -1,4 glukosida yang tidak terfermentasi terjadi karena hidrolisis enzimatis.

Secara keseluruhan terdapat tiga jenis reaksi yang dikatalisis oleh enzim selulase :

  1. Memotong interaksi nonkovalen dalam bentuk ikatan hydrogen yang ada dalam struktur Kristal selulosa oleh enzim endo-selulase
  2. Hidrolisis serat selulosa menjadi sakarida yang lebih sederhana oleh ekso-selulase
  3. Hidrolisis disakarida dan tetrasakarida menjadi glukosa oleh enzim β-glukosidase. Ketiga reaksi tersebut dijelaskan dalam gambar 5 (Fao,2005).
  1. Fermentasi

Tahap inti dari produksi bioetanol adalah fermentasi gula sederhana, baik yang berupa glukosa, sukrosa, maupun fruktosa dengan menggunakan ragi/yeast terutama Saccharomyces cerevisiae.

Saccharomyces merupakan mikroorganisme bersel tungal 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).

Dalam proses ini, gula akan dikonversi menjadi etanol dan gas karbon dioksida .

Persamaan reaksi fermentasinya:

C6H12O6   —>  2 CH3CH2OH + 2 CO2

glucose             etanol          carbon dioxide (Waller, 1981).

Fermentasi dapat didefenisikan sebagai perubahan gradual oleh enzim beberapa bakteri, ragi, dan jamur. Bahan dasar untuk kebutuhan fermentasi dapat berasal dari hasil pertanian, perkebunan, maupun limbah industri. Bahan dasar harus memenuhi syarat-syarat sebagai berikut: Mudah didapat, jumlahnya besar, murah harganya dan bila diperlukan ada penggantinya (Hidayat, 2006).

  1. Distilasi

Kadar etanol hasil fermentasi tidak dapat mencapai level diatas 18 – 21%, sebab etanol dengan kadar tesebut bersifat toxic terhadap ragi yang memproduksi etanol tersebut sehingga untuk memperoleh etanol dengan kadar yang lebih tinggi perlu dilakukan distilasi. Distilasi adalah proses pemanasan yang memisahkan etanol dan beberapa komponen cair lain dari substrat fermentasi sehingga diperoleh kadar etanol yang lebih tinggi (Archunan, 2004).

METODOLOGI PENELITIAN

Penelitian dilakukan menggunakan metode eksperimental dan dilakukan di laboratorium teknik kimia Universitas Diponegoro, dengan tahapan penelitian  sebagai berikut :

Gambar 3. Skema pembuatan bioetanol fuel grade

Rangkaian penelitian diawali dengan persiapan bahan, bahan berupa pod kakao dihaluskan untuk memperluas permukaan pod kakao sehingga memudahkan reaksi hidrolisis. Setelah itu, bahan dikeringkan agar kadar airnya berkurang. Lignin kemudian dipisahkan dengan menggunakan jamur pelapuk putih (white rot fungi).

Setelah bahan siap, dilakukan hidrolisis hingga dihasilkan glukosa. Glukosa ini kemudian difermentasi dengan bantuan Saccharomyces cerevisiae dan  menghasilkan bioetanol. Etanol yang dihasilkan kemudian di analisis dengan metode kromatografi gas (Gas Cromathography).

H.1. Variabel Percobaan

  1. Variabel Berubah
  • Kadar Enzim Selulase             : 4%, 6% dan 8%g
  • Waktu fermentasi                    : 48, 72 dan 96 jam
  • Kadar Yeast                            : 3%, 5%, dan 7%v
  1. Variabel Tetap
    1. Sakarifikasi/Hidrolisis
  • Serbuk pod kakao       : 100 gram
  • Aquadest                     : 1 Liter
  • pH                               : 5
  • Suhu hidrolisis             : 500C
  • Waktu Hidrolisis         :
  1. Fermentasi
  • S. cerevisiae                 : 5%v
  • Urea                             : 5.4%v
  • Medium Nutrient

(NH4)2PO4                 : 1,0 g/l

MgSO4.7H2O             : 0,05 g/l

  • pH fermentasi              : 4.5

H.2. Bahan dan Alat yang Digunakan

  1. Bahan
  • Pod kakao
  • Enzim selulase
  • Aquadest
  • Saccharomyces cerevisaiae
  • Urea
  • Medium Nutrient
  • H2SO4
  • NaOH
  • Jamur pelapuk putih
  1. Alat
  • Gelas ukur
  • Erlenmeyer
  • Beaker glass
  • Kawat osse
  • Autoclave
  • Pipet tetes
  • Piknometer
  • Thermometer
  • Indikator pH
  • Labu leher tiga
  • Buret, statif, klem
  • Pendingin liebig
  • Magnetic stirrer
  • Pengaduk
  • Kompor listrik
  • Labu ukur
  • Labu distilasi
  • Kolom adsorpsi
  1. Gambar Alat

Keterangan      :

  1. Reaktor
  2. Waterbath
  3. 4

    2

    1

    Magnetic stirrer

  1. 5

    Thermometer

  1. Heater

    3

                Gambar 3.2 Rangkaian alat sakarifikasi

H.5. Prosedur Percobaan

  1. Persiapan Bahan Baku

Bahan berupa pod kakao dihaluskan (kurang lebih 30-60 mesh) sehingga ukuran partikel lebih seragam, kemudian dikeringkan dengan oven selama 1 jam pada suhu 60-700C sehingga kadar air maksimal 10% dan disimpan di tempat yang kering. Bahan tersebut kemudian di-pretreatment dengan jamur pelapuk putih Lentinus edodes selam 4 minggu.

  1. Metode SSF

Pada tabung reaksi , dimasukkan secara berurutan 0,25 g sampel  , selulase 10 sesuai variabel  dan 2,5 ml yeast inokulum, 0,5 ml Na-citrate buffer pada pH 5.0, dan medium nutrient 2,5 ml. Sampel, medium nutrient, dan citrate buffer disterilisasi pada suhu 121 oC selama 20 menit dengan menggunakan autoclave, namun enzim ditambahkan tanpa sterilisasi. Medium nutrient terdiri dari 1,0 g l-1 (NH4)2PO4; 0,05 g l-1 MgSO4.7H2O dan 2 g l-1 yeast ekstrak. Kultivasi diambil dan dimasukan dalam test tube sebanyak 5.0 ml kemudian disentrifugasi menggunakan orbital shaker pada kecepatan 100 rpm selama 96 jam pada suhu 35 oC. Cairan bersih sampel diambil dengan sampling 48, 72 dan 96 jam dan diuji etanol yang dihasilkan.

  1. Analisa Produk

Penentuan Konsentrasi Etanol

Konsentrasi etanol ditentukan dengan metode kromatografi gas (Gas Cromathography) jenis SUPEL COWAX-10 (Supelco Inc., 0,53 mm i.d., 15 m, 0,5 mm, FID) pada temperatur 50oC. Sebelum pengujian, sampel diambil 50 μl dan ditambah 200 μl distilled water (5 kali pengenceran).

JADWAL PELAKSANAAN

Penelitian ini dilakukan selama lima bulan dengan rincian kegiatan sebagai berikut:

Tabel 3. Jadwal Kegiatan Program

Kegiatan

Bulan

1

2

3

4

5

Studi Literatur
Persiapan Bahan
Rancangan Alat
Eksperimen
Analisis dan Interpretasi Data
Penyusunan laporan
Categories: Teknik Kimia (Tekim), Umum | Tags: | Tinggalkan komentar

Navigasi pos

Tinggalkan Balasan

Isikan data di bawah atau klik salah satu ikon untuk log in:

Logo WordPress.com

You are commenting using your WordPress.com account. Logout / Ubah )

Gambar Twitter

You are commenting using your Twitter account. Logout / Ubah )

Foto Facebook

You are commenting using your Facebook account. Logout / Ubah )

Foto Google+

You are commenting using your Google+ account. Logout / Ubah )

Connecting to %s

Blog di WordPress.com.

%d blogger menyukai ini: