PROSPEK BUAH APEL AFKIR DI DAERAH TUMPANG KABUPATEN MALANG SEBAGAI SUMBER ENERGI ALTERNATIF TERBARUKAN

Transkripsi

1 PROSPEK BUAH APEL AFKIR DI DAERAH TUMPANG KABUPATEN MALANG SEBAGAI SUMBER ENERGI ALTERNATIF TERBARUKAN PROSPECTS CULLED APPLES IN TUMPANG REGION AN ALTERNATIVE RENEWABLE ENERGY Rini Kartika Dewi, Evy Hendriarianti, Boediyanto Jurusan Teknik Kimia Institut Teknologi Nasional Malang Jl. Bendungan Sigura-gura no. 2 Malang Telp rinikd@yahoo.co.id Abstrak. Daerah Poncokusumo Tumpang Kabupaten Malang, merupakan salah satu potensi besar penghasil apel selain Kota Batu. Dengan adanya curah hujan yang tinggi dan perubahan musim yang tidak menentu menjadikan apel yang dihasilkan tidak sesuai dengan kualitas yang diinginkan.. Peneliti mencoba menngunakan apel afkir ini untuk diproses menjadi sumber energi alternatif bahan bakar terbarukan dengan proses Reaksi Simultan Sakarifikasi dan Fermentasi (SSF) yang selanjutnya dilakukan proses destilasi. Waktu dalam Proses Fermentasi yang dilaksanakan selama 7 hari dengan kondisi temperatur 30 o C dan ph sedangkan temperatur destilasi yang digunakan mulai dari 50, 60, 70, 80 o C. Analisa yang dilakukan adalah analisa etanol dengan menggunakan Gas Kromatografi. Dari hasil didapatkan konsentrasi etanol tertinggi adalah sebanyak % dengan temperatur 80 o C. Kata kunci : Apel, Destilasi, Energi Terbarukan Abstract. Tumpang region is one of great potential producer apples another Batu city. High rainfall and seasonal changes that make the apples produced does not match the expected quality. Researches used salvage for processing apples into alternative energy renewable fuels with Sacarification Simultan of Reaction process and Fermentation, distillation process is the performed. Fermentation process carried out for 7 days with temperature 30 o C and ph 4-4.5, while the distillation temperature used ranging from 50, 60, 70 and 80 o C. Analysis was performed using analysis of ethanol by Gas Cromatography. Result obtained the highest ethanol concentration was % with temperature 80 o C. Keyword : Apples, Distillation, renewable energy PENDAHULUAN Kebutuhan bahan bakar minyak bumi semakin terus meningkat, sedangkan persediaannya terbatas. Oleh karena itu, kita sebagai peneliti perlu adanya upaya atau inovasi untuk mendapatkan sumber energi yang dapat diperbaruhi (renewable) sebagai B - 211

2 alternatif pengganti bahan bakar minyak. Untuk mengatasi hal tersebut, maka penelitian mengenai energi terbarukan harus selalu terus dikembangkan untuk mengurangi ketergantungan terhadap bahan bakar minyak maupun untuk mengurangi dampak terhadap lingkungan. Pada saat ini produk energi alternatif yang berpeluang untuk dikembangkan adalah bioethanol dengan menggunakan bahan biomassa. Tumpang merupakan daerah potensi penghasil apel yang terbesar selain batu, karena dengan adanya curah hujan yang tinggi akan menyebabkan merusaknya bunga yang akan menjadi buah, kerusakan yang terjadi sekitar 60 % dari sistem tanaman yang dilakukan oleh petani. Hal ini menyebabkan penurunan hasil panen yang sangat drastis, serta buah dihasilkan memiliki tekstur yang tidak baik, ukuran yang tidak standar, sehingga sangat merugikan petani. Selain itu kerusakan apel dapet juga disebabkan hama, sehingga mempengaruhi tampilan dan warna kulit dari apel. Pada penelitian ini peneliti mencoba memberikan solusi dari permasalahan diatas, dengan metode reaksi Simultan Sakarifikasi dan Fermentasi (SSF) menggunakan bahan baku dari buah apel afkir menjadi bahan bakar alternatif. BAHAN DN METODE PENELITIAN Alat Beberapa peralatan yang dipakai dalam penelitian ini adalah fermentor atau bioreaktor, ph meter, timbangan digital, gelas ukur, beaker glass, autoclave, pipet ukur, corong, blender, magnetic hot plate stirerr, spektrofotometer, Gas Kromatografi. Bahan Bahan-bahan yang digunakan dalam penelitian ini adalah apel afkir, aquadest, HCl, beaker yeast, NaOH, Asam sitrat, Na3PO4 pa, Etanol pa, larutan Luff school, KI, glukosa. Prosedur Penelitian A. Sterilisasi Peralatan Peralatan yang digunakan disterilkan terlebih dahulu menggunakan proses sterilisasi kering. Sterilisasi dilakukan dengan Hot Air Oven pada suhu 180 o C selama 2 jam. B. Tahap Penelitian - Mencuci buah apel sampai bersih dan menimbang sebanyak 500 gram. - Dipotong kecil-kecil dan ditambah dengan aqudest sebanyak 800 ml kemudian dihaluskan dengan mengunakan blender. B - 212

3 - Dilakukan penyaringan dan filtratnya dimasukkan ke dalam alat fermentor. - Menambahkan HCl sampai kondisi ph larutan berkisar 1 2 dengan temperatur 110 o C selama 1 jam. - Setelah 1 jam diambil sedikit sampel untuk dialukan analisa glukosa. - Temperatur kemudian diturunkan menjadi 30 o C. Setelah temperatur larutan telah tercapai di cek kembali phnya. ph yang dibutuhkan untuk proses fermentasi adalah 4 4,5 sehingga untuk mencapai ph tersebut ditambahkan HCl atau H2SO4. - Kemudian ditambahkan nutrisi dan yeast beaker. - Selama proses fermentasi kondisi adalah anaerob. Waktu proses fermentasi adalah selama 7 hari. Dimana sampel diambil setiap hari untuk dilakukan analisa etanol dengan menggunakan gas kromatografi. - Setelah proses fermentasi dilanjutkan ke proses destilasi dengan temperatur yang bervariasi. - Kemudian hasil destilatnya dilakukan analisa etanolnya. Analisa Glukosa 1. Persiapan kurva standard - Siapkan larutan glukosa standard (1 mg glukosa anhidrat / ml). - Encerkan larutan standard tersebut dalam labu ukur 50 ml, sehingga diperoleh larutan standard dengan kadar glukosa : 2, 4, 6, dan 8 mg/ 100 ml. - Siapkan 5 tabung reaksi yang bersih, masing-masing diisi sengan 2 ml larutan standard tersebut diatas. Satu tabung diisi 2 ml air suling sebagai blanko. - Masukkan tabung-tabung tersebut dalam pemanas air yang suhunya dijaga konstan pada 30 o C selama 5 menit. - Kemudian ke dalam tabung ditambahkan 1 ml larutan glocose test, catatlah wwktu saat penambahan larutan tersebut. Untuk ketepatan waktu dianjurkan selang waktu antara penambahan larutan glocose test pada satu tabung dengan tabung berikutnya dibuat waktunya sama misalnya 30 detik. Jadi mula-mula tabung pertama, 30 detik kemudian tabung kedua dan seterusnya. - Tabung-tabung tetap berada pada pemanas air selama 30 menit (inkubasi). B - 213

4 - Setelah 30 menit sejak saat penambahan larutan glocose test, reaksi dihentikan dengan menambahkan 10 ml larutan H 2 SO 4 (1+3). Selang waktu penambahan larutan asam sulfat pada satu tabung dengan tabung berikutnya juga dibuat sama seperti pada penambahan larutan glocose test di atas, sehingga lamanya inkubasi pada setiap tabung adalah sama yaitu 30 menit. - Bilas sampai homogen dan didinginkan sampai mmencapai suhu ruangan. - Teralah optical density (OD) larutan-larutan tersebut menggunakan tabung kuvet 1 cm pada panjang gelombang 540 nm. - Buatlah kurva standard yang menunjukkan hubungan antara konsentrasi glukosa dan OD. 2. Penentuan glukosa pada sampel - Siapkan larutan contoh yang mempunyai kadar glukosa sekitar 2,5-7,5 mg / 100 ml. Perlu diperhatikan bahwa larutan contoh ini harus jernih, karena itu bila dijumpai larutan contoh yang keruh atau berwarna, maka perlu dilakukan penjernihan terlebih dahulu dengan menggunakan Pb-asetat atau bubur Aluminium hidroksida. - Pipetlah 2 ml larutan contoh yang jernih tersebut ke dalam tabung reaksi yang bersih. - Masukkan tabung tersebut dalam pemanas air yang suhunya dijaga konstan pada 30 o C selama 5 menit dan selanjutnya diperlakukan sama seperti pada penyiapan kurva standard diatas. - Jumlah glukosa dapat ditentukan berdasarkan OD larutan contoh dan kurva standard larutan glukosa. Analisa Etanol Dengan menggunakan gas kromatografi. Yang terlebih dahulu dilakukan pembuatan kurva standar etanol. Pembuatan kurva standar menggunakan etanol merck dengan berbagai konsentrasi (% berat). HASIL DAN PEMBAHASAN Penelitian ini dilaksanakan di Laboratorium Mikrobiologi Industri dan Teknik Kimia ITN Malang. Dari penelitian ini, proses awal yang kami lakukan adalah analisa karbohidrat untuk mengetahui kadar karbohidrat dalam buah apel. Hasil yang didapatkan ternyata kandungan karbohidrat yang ada di buah B - 214

5 apel adalah sekitar 38,69%. Selanjutnya proses kami lanjutkan ke proses hidrolisa dengan menggunakan asam HCl. Tabel 1.Data Hasil Glukosa Dari Proses Hidrolisa Sampel Perbandingan 1 1:9 2 1:10 3 1:12 Konsentrasi asam Kadar glukosa 1% 80,256 3% 85,099 5% 86,386 7% 87,212 9% 87,212 1% 86,212 3% 80,256 5% 82,445 7% 84,512 9% 82,445 1% 77,792 3% 87,212 5% 86,386 7% 88,228 9% 89,845 Dari hasil penelitian yang kami lakukan, dapat diketahui bahwa dengan semakin banyak jumlah pelarut air (rasio perbandingan bahan dan air) yang digunakan dalam proses hidrolisa (proses dimana terjadi penguraian karbohidrat menjadi maltose dan glukosa) maka jumlah glukosa yang dihasilkan semakin tinggi. Hal ini dikarenakan dengan jumlah pelarut air yang semakin banyak akan menjadikan proses ekstraksi karbohidrat yang terkandung dalam buah apel afkir semakin cepat. Karbohidrat tersebut apabila dilakukan proses hidrolisa akan terurai menghasilkan glukosa. Proses penguraian karbohidrat dalam buah apel afkir dapat dihidrolisa membentuk glukosa, dimana proses tersebut dapat sangat lambat sekali prosesnya apabila tanpa perlakuan apapun. Sehingga untuk mempercepat terjadinya reaksi selain pengaruh jumlah pelarut yang ditambahkan seperti yang sudah dijelaskan diatas maka adanya penambahan katalisator juga merupakan faktor yang mempengaruhi proses hidrolisa. Katalisator yang kami gunakan pada penelitian ini adalah berupa larutan asam HCl, HCl merupakan asam yang bersifat paling kuat sehingga lebih mudah terionisasi dalam H 2 O selain itu HCl juga mempunyai sifat elektronegatifannya lebih besar, sehingga lebih memudahkan terlepasnya ion hidrogen. Karena mudah tidak terlepasnya H + dipengaruhi oleh sifat keelektronegatifan suatu bahan. Dilihat dari konsentrasi asam yang dipergunakan, maka dari hasil penelitian terlihat semakin tinggi konsentrasi asam yang ditambahkan semakin tinggi pula glukosa yang dihasilkan, hal ini dikarenakan dengan konsentrasi asam yang semakin tinggi akan mempercepat terjadinya reaksi, sehingga menyebabkan konversi karbohidrat menjadi glukosa semakin baik. Selain itu dengan bertambahnya konsentrasi asam sebagai katalis akan menyebabkan tumbukan antara molekul-molekul air dan molekul pati semakin cepat dan banyak sehingga B - 215

6 mengakibatkan energy aktivasi reaksi turun sehingga laju reaksinya semakin cepat. Tabel. 2. Data Pengamatan Kadar Etanol Hasil Fermentasi Rasio Bahan :Air HCl 1 % 3% 5% 7% 9% Jam Kadar Ethanol (%) 24 1,102 1,624 3,450 2,340 2, ,825 2,246 4,567 4,125 4,125 1:9 72 2,123 3,562 5,215 5,606 5, ,561 3,684 5,653 7,237 7, ,455 4,565 7,235 8,656 8, ,240 1,102 1,143 2,300 1, ,100 1,825 2,105 4,123 2,105 1: ,622 2,123 3,566 5,602 3, ,453 2,561 4,218 7,384 4, ,623 3,455 4,402 8,202 4, ,250 2,240 2,340 3,800 3, ,886 4,100 4,125 5,202 5,503 1: ,886 5,622 5,606 7,804 8, ,105 7,453 7,237 9,125 10, ,456 8,623 8,656 10,480 11,602 Berdasarkan hasil penelitian terlihat bahwa semakin besar jumlah glukosa yang dihasilkan didapatkan kadar ethanol yang besar pula. Sehingga bisa dikatakan konsentrasi asam meruapakan salah satu faktor yang mempengaruhi perubahan karbohidrat menjadi glukosa yang diproses lebih lanjut menjadi ethanol. Dilihat dari waktu fermentasi maka semakin lama semakin besar ethanol yang dihasilkan, hal ini dikarenakan mikroorganisme atau beaker yeast yang ditambahkan berkembang biak dengan baik dan mampu merombak glukosa yang ada dalam sampel menghasilkan produk ethanol. Di dalam proses fermentasi ethanol selain jenis mikroorganisme juga dipengaruhi oleh suhu, ph, waktu reaksi, nutrisi yang ada dalam bahan. Pada penelitian ini kondisi proses fermentasi dijaga pada suhu 30 o C dan ph 4,5 dengan kondisi anaerobik Jumlah beaker yeast yang ditambahkan dalam penelitian ini adalah 4,5 gram. Dikarenakan apabila jumlah beaker yeast yang ditambahkan terlalu sedikit, maka hanya sedikit glukosa yang dapat dirubah menjadi ethanol atau bisa juga substrat yang ada masih banyak sehingga produk ethanolnya kecil. Begitu juga apabila jumlah beaker yeast yang ditambahkan terlalu banyak tidak akan dihasilkan ethanol yang tinggi, karena akan menghambat perubahan glukosa menjadi ethanol. Sehingga jumlah beaker yeast yang ditambahkan pada penelitian sudah cukup yaitu apabila mikroorganisme yang ditambahkan tidak melebihi dari jumlah substrat yang ada maka hasil fermentasi akan terus meningkat hingga pada suatu titik optimum (jumlah mikroorganisme sama dengan substrat), karena kemudian hasil fermentasi akan turun setelah terjadi fase stasioner atau konstan yang kemudian fase kematian, hal ini sesuai dengan kurva pertumbuhan mikrrorganisme. B - 216

7 Reaksi yang terjadi dalam proses fermentasi adalah : C 6 H 12 O 6 2C 2 H 5 OH + 2CO 2 Pada penelitian ini hasil ethanol tertinggi yang didapatkan adalah 11,602 %. Dari hasil fermentasi yang tinggi kemudian dilanjutkan ke proses destilasi dengan berbagai variasi temperatur, ternyata didapatkan hasil yang paling optimal adalah pada 80 o C yaitu sebesar 30,066 %. KESIMPULAN Berdasarkan hasil penelitian dapat disimpulkan bahwa : 1. Perbandingan antara bahan dan air (jumlah pelarut) juga berpengaruh terhadap glukosa, hasil glukosa yang tinggi didapatkan pada perbandingan 1: Konsetrasi asam juga mempengaruhi hasil glukosa, semakin tinggi konsentrasi asam maka semakin tinggi pula glukosa yang dihasilkan. Glukosa tertinggi didapatkan pada konsentrasi asam 9%. 3. Pada proses fermentasi waktu fermentasi mempengaruhi hasil ethanol yang didapatkan.. 4. Pada proses destilasi temperature juga mempengaruhi etanol yang dihasilkan. UCAPAN TERIMA KASIH - Kami sangat bersyukur dengan adanya dana hibah desentralisasi 2014 dari DIKTI maka kami dapat melaksanakan penelitian ini. - Kepada Institut Teknologi Nasional (ITN) Malang - Kepada Jurusan Teknik Kimia ITN dan teman-teman Dosen - Serta Mahasiswa/I yang membantu kelancaran penelitian ini. DAFTAR PUSTAKA 1. D. Endah Retno, K.A. Enny, Fadilah, 2009, Studi Awal Reaksi Simultan Sakarifikasi dan Fermentasi Tepung Sorgum ( Sorghum Bicolor L. Moench) Dengan Katalis Enzim Glocoamylase dan Yeast (Saccharomyces cereviseae), Seminar Nasional Teknik Kimia Indonesia SNTKI, Bandung 2. Dewi, R.K., 2008, Kinetika Dehidrasi Ethanol Untuk Ethanol Sebagai Energi Alternatif Bahan Bakar, Seminar Nasional Universitas Diponegoro 3. Permatasari, Shella Pemanfaatan Kulit Singkong sebagai Bahan Baku Pembuatan Sodium Karboksimetil Selulosa. Jurnal Teknik Kimia Indonesia Vol. 11, No. 3, 2012, B - 217

8 4. Samsuri M. dkk, 2007, Pemanfaatan Sellulose Bagas Untuk Produksi Ethanol melalui Sakarifikasi Dan Fermentasi Serentak Dengan Enzim Xylanase, Makara Teknologi vol 11 No T. Neelakandan, G. Usharani, C. Sekar, 2010, Bioethanol Production From Cashew Juice Using Saccharomyces cerevisiae, International Journal of Current Research, vol.11, ISSN X Prosiding Seminar Nasional Kimia, ISBN : B - 218