PEMANFAATAN HIDROLISAT PATI SAGU (Metroxylon sp.) SEBAGAI SUMBER KARBON PADA FERMENTASI ETANOL OLEH Saccharomyces cerevisiae

Transkripsi

1 PEMANFAATAN HIDROLISAT PATI SAGU (Metroxylon sp.) SEBAGAI SUMBER KARBON PADA FERMENTASI ETANOL OLEH Saccharomyces cerevisiae Oleh ISRA DHARMA SUYANDRA F DEPARTEMEN TEKNOLOGI INDUSTRI PERTANIAN FAKULTAS TEKNOLOGI PERTANIAN INSTITUT PERTANIAN BOGOR

2 FAKULTAS TEKNOLOGI PERTANIAN INSTITUT PERTANIAN BOGOR PEMANFAATAN HIDROLISAT PATI SAGU (Metroxylon sp.) SEBAGAI SUMBER KARBON PADA FERMENTASI ETANOL OLEH Saccharomyces cerevisiae SKRIPSI Sebagai salah satu syarat untuk memperoleh gelar SARJANA TEKNOLOGI PERTANIAN Pada Departemen Teknologi Industri Pertanian Fakultas Teknologi Pertanian Institut Pertanian Bogor Oleh ISRA DHARMA SUYANDRA F DEPARTEMEN TEKNOLOGI INDUSTRI PERTANIAN FAKULTAS TEKNOLOGI PERTANIAN INSTITUT PERTANIAN BOGOR

3 Isra Dharma Suyandra. F Pemanfaatan hidrolisat pati sagu (Metroxylon sp.) sebagai sumber karbon pada fermentasi etanol oleh Saccharomyces cerevisiae. Di bawah bimbingan Liesbetini Hartoto dan Dwi Setyaningsih RINGKASAN Sagu (Metroxylon sp.) merupakan tumbuhan asli Indonesia. Indonesia memiliki luas areal sagu terbesar di dunia dengan luas sekitar juta hektar atau 51.2% dari luas areal sagu dunia. Namun, pemanfaatan sagu di Indonesia masih belum optimal yaitu baru sekitar 11% dari total cadangan pati sagu Indonesia (Abner dan Miftahurrohman, 2002). Sagu memiliki kandungan pati yang tinggi (Surapradja et al., 1980). Berdasarkan hasil penelitian Akyuni (2004) sagu dapat dihidrolisis menjadi hidrolisat pati sagu. Hidrolisat pati sagu memiliki kandungan gula yang tinggi dengan kandungan gula pereduksi 35.8 (b/v), Ekuivalen Dektrosa (DE) 98.99% dan Derajat Polimerisasi 1.4 sehingga berpotensi dijadikan sumber karbon pada fermentasi etanol. Permintaan etanol dewasa ini terus meningkat seiring dengan digunakannya etanol sebagai bahan bakar nabati. Pemerintah Indonesia menargetkan pada tahun 2025 substitusi bahan bakar nabati terhadap bahan bakar minyak mencapai 5% (Instruksi Presiden Nomor 1 Tahun 2006 tentang pemanfaatan bahan bakar nabati (biofuel) sebagai bahan bakar alternatif). Produktifitas fermentasi etanol dipengaruhi antara lain oleh jenis inokulum khamir dan konsentrasi substrat. Khamir yang biasa digunakan sebagai inokulum pada fermentasi etanol adalah Saccharomyces cerevisiae. Saccharomyces cerevisiae tersedia dalam bentuk kultur murni dan ragi roti. Pembuatan inokulum ragi roti lebih sederhana dibandingkan pembuatan inokulum kultur murni Saccharomyces cerevisiae. Disamping itu, konsentrasi substrat yang optimum akan menghasilkan etanol yang maksimum. Penelitian ini terdiri dari dua tahap yaitu penelitian pendahuluan dan penelitian utama. Peneletian utama terdiri dari penentuan jenis konsentrasi substrat dan jenis inokulum terbaik dan fermentasi pada fermentor 2 liter. Pada penelitian pendahuluan dilakukan karakterisasi pati, produksi hidrolisat pati sagu, dan penyiapan inokulum. Analisa terhadap hidrolisat pati sagu yang dilakukan adalah total gula, kadar gula pereduksi, Ekuivalen Dekstrosa (DE) dan derajat Polimerisasi (DP). Pada fermentasi utama dilakukan fermentasi menggunakan dua jenis inokulum khamir berbeda (Saccharomyces cerevisiae dan ragi roti) dan tiga tingkat konsentrasi substrat (8, 14, 20% b/v). Pada fermentasi utama dilakukan analisa kadar etanol, kadar gula pereduksi akhir, ph dan volume CO 2. Selanjutnya hasil terbaik pada fermentasi utama dijadikan acuan pada fermentasi pada fermentor 2 L. Analisa yang dilakukan pada fermentasi menggunakan fermentor 2 L adalah etanol, biomassa, kadar gula pereduksi akhir dan volume CO 2. Selanjutnya dilakukan perhitungan kinetika fermentasi. Hasil penelitian pendahuluan memperlihatkan bahwa hidrolisat pati sagu memiliki kandungan gula total 49.69% (b/v), kadar gula pereduksi % (b/v), Ekuivalen Dekstrosa (DE) 98.8 % (b/v), dan Derajat Polimerisasi (DP) 1.4. Dari analisa hidrolisat pati sagu ini dapat dilihat bahwa hidrolisat pati sagu mengandung glukosa dan maltosa yang tinggi. Penelitian pendahuluan juga

4 menghasilkan kesimpulan bahwa inokulum ragi roti yang digunakan adalah sebanyak 0.1 gram/20 ml media air bersuhu 30 o C. Hasil penelitian pada fermentasi utama memperlihatkan sagu berpotensi digunakan sebagai sumber karbon pada fermentasi etanol. Hasil penelitian juga menunjukkan bahwa kultur murni Saccharomyces cerevisiae menghasilkan kadar etanol yang lebih tinggi dibanding ragi roti. Analisa sidik ragam menunjukkan bahwa kadar gula, jenis khamir dan interaksi keduanya berpengaruh nyata terhadap kadar etanol, kadar gula pereduksi, efisiensi pemanfaatan substrat, ph, dan CO 2 yang dihasilkan. Kadar etanol yang dihasilkan berkisar antara 2.32%- 4.66% v/v dengan nilai gula pereduksi akhir antara g/l, efisiensi pemanfaatan substrart 53.2%-94.71%, dan nilai ph Perlakuan terbaik adalah fermentasi menggunakan Saccharomyces cerevisiae dengan konsentrasi substrat 14% (b/v) yang menghasilkan kadar etanol sebesar 4.66% (v/v). Fermentasi pada fermentor 2 L menggunakan inokulum kultur murni Saccharomyces cerevisiae dengan konsentrasi substrat 14% (b/v) menghasilkan kadar etanol 4.91% (v/v). biomassa 4.2 g/l, dan kadar gula pereduksi akhir g/l. Saccharomyces cerevisiae selama 54 jam. Data kinetika yang dihasilkan adalah laju pertumbuhan spesifik maksimum (µ maks ) 0.18 jam -1, waktu ganda sel (t d ) 3.36 jam, P maks 4.91% v/v, X maks 4.4 g/l, nilai Y p/x = 6.27 g produk/g biomassa, Y p/s = 0.25 gram produk/gram substrat, dan Y x/s = 0.04 gram biomassa/gram substrat.

5 Isra Dharma Suyandra. F Utilization of Sago Starch as Carbon Sources in Etanol Fermentation by Saccharomyces cerevisiae. Supervised by Liesbetini Hartoto and Dwi Setyaningsih SUMMARY Sago (Metroxylon sp) is indigenous to Indonesia. It has the biggest sago area in the world, with total area of million hectare or 51.2 % of the world sago area. Sago utilization in Indonesia is limited about 11% (Abner dan Miftahurrohman, 2002). Sago contains high starch (Surapradja et al., 1980). Based on Akyuni (2004) sago can be hydrolysised to sago starch hydrolysate. Sago starch hydrolysat contains of high sugar whith total reducing sugar of 35.8 % (b/v), dextrose equivalent (DE) of % and polymerization degree 1.4, so this substance potential to be used as carbon source of ethanol fermentation. Nowadays, ethanol demands is increasing as biofuel use. Indonesian government is aiming for 5 % oil fuel substitution to biofuel in Ethanol fermentation productivity is influenced yeast type and substrate concentration. Saccharomyces cerevisiae is usually used as inokulum of ethanol fermentation and available in pure culture and bread yeast. Preparation of bread yeast inokulum is simpler than pure culture Saccharomyces cerevisiae. Besides that, optimum substrate concentration will produce maximum ethanol. This research consisted of two level, there were preliminary research and primary research. Primary research was conducted to find type of substrate concentration and the best inokulum. Starch characterization, production of sago starch hydrolysate and inokulum preparation done in preliminary reseach. Different type of inokulums (Saccharomyces cerevisiae and bread s yeast) were used in primary fermentation with different concentration of substrate (8 %, 14 %, 20 % w/v). Analysis in primary research as follows : ethanol content, sugar reduction content, ph, and Volume CO 2. Furthermore, the best result from primary research is used to fermentation with 2 L fermentor. Analysis in this step as follows : ethanol content, biomass, last sugar reduction content, and CO 2 volume. Using data from this stage, fermentation kinetics calculation is done. Pre research result showed that total sugar content was % (w/v), reducing sugar % (w/v), dextrose equivalent (DE) value 98.8 % (w/v), and polymerization degree 1.4. Hydrolysate sago starch analysis showed that it contains high glucose and maltose. Preliminary research result concluded that 0.1 gram/20 ml water bread yeast inokulum was used with temperature 30 C. Primary research result showed that sago can be used in ethanol fermentation. This result also showed that pure culture Saccharomyces cerevisiae produce higher ethanol content than bread s yeast. Analysis varian show that sugar content and type of yeast gave significant influence to ethanol content, reducing sugar, substrate efficiency, ph, and production of CO 2. Ethanol content produced was 2.32 % % v/v with final sugar reduction content g/l, substrate efficiency 53.2 % % and ph The best treatment was fermentation with Saccharomyces cerevisiae with 14 % (w/v) substrate concentration that produce 4.66 % v/v ethanol content.

6 Fermentation with 2 L fermentor produced 4.91 % (v/v) ethanol content, 4.2 g/l biomass, and final sugar reduction content g/l. Saccharomyces cerevisiae need 54 hours fermentation sugar to ethanol. Kinetic data show maximum specific grow rate /hour, double time (td) 3.36 hour, P max 4.91 % v/v, X max 4.4 g/l, Y p/x value = g product/g biomass, Y p/s = gram product/g substrate, and Y x/s = gram biomass/gram substrate.

7 SURAT PERNYATAAN Saya yang bertanda tangan di bawah ini menyatakan dengan sebenarbenarnya bahwa skripsi dengan judul Pemanfaatan Hidrolisat Pati Sagu (Metroxylon sp.) Sebagai Sumber Karbon pada Fermentasi Etanol oleh Saccharomyces cerevisiae adalah hasil karya asli saya sendiri dengan arahan dosen pembimbing akademik, kecuali dengan jelas ditunjukkan rujukannya. Bogor, September 2007 Yang membuat pernyataan, Isra Dharma Suyandra F

8 RIWAYAT HIDUP Penulis dilahirkan di Dangung-Dangung Kabupaten Limapuluh Kota, Sumatera Barat pada tanggal 29 April 1984 dari ayah Dharmawan Dt. Bijo dan Ibu Suryati SPdI. Riwayat pendidikan penulis dimulai pada tahun 1990 di TK Restu Ibu Ketinggian. Pada Tahun 1991 penulis melanjutkan pendidikan ke Sekolah Dasar Negeri 44 Ompek Diateh dan lulus pada tahun Tahun 1997 sampai 2000 penulis melanjutkan pendidikan di Madrasah Tsanawiyah Negeri Dangung-Dangung, kemudian melanjutkan ke Sekolah Menengah Umum Negeri I Guguk dari tahun 2000 sampai Tahun 2003 penulis melanjutkan pendidikan pada Departemen Teknologi Industri Pertanian, Fakultas Teknologi Pertanian, Institut Pertanian Bogor melalui jalur USMI. Selama menjalankan masa studi penulis aktif berorganisasi baik organisasi kampus maupun organisasi luar kampus. Oganisasi kampus yang diikuti penulis adalah Himpunan Mahasiswa Teknologi Industri (HIMALOGIN-FATETA IPB) dan Dewan Perwakilam Mahasiswa (DPM FATETA IPB). Pada periode 2005/2006 penulis menjabat sebagai Kepala Departemen HRD (Human Resources Development) HIMALOGIN. Organisasi luar kampus yang diikuti adalah Organisasi Mahasiswa Daerah (OMDA) yaitu Ikatan Kekeluargaan Mahasiswa Payakumbuh (IKMP Bogor) dan Ikatan Pelajar Mahasiswa Minang Bogor (IPMM Bogor). Penulis menjabat sebagai Ketua Ikatan Kekeluargaan Mahasiswa Payakumbuh (IKMP Bogor) pada masa bakti 2006/2007. Selain itu penulis juga aktif di Himpunan Mahasiswa Islam Cabang Bogor (HMI Cabang Bogor). Tahun 2006 penulis melakukan praktek lapang di perusahaan permen Perfetti van Melle Indonesia Cibinong, Jawa Barat. Penulis mengakhiri masa studi di IPB setelah menyelesaikan skripsi yang berjudul Pemanfaatan Hidrolisat Pati Sagu (Metroxylon sp.) Sebagai Sumber Karbon pada Fermentasi Etanol oleh Saccharomyces cerevisiae.

9 KATA PENGANTAR Puji syukur penulis panjatkan kehadirat Allah SWT karena dengan rahmat dan tuntunan-nya penulis dapat menyelesaikan penulisan skripsi yang berjudul Pemanfaatan Hidrolisat Pati Sagu (Metroxylon sp.) Sebagai Sumber Karbon pada Fermentasi Etanol oleh Saccharomyces cerevisiae ini dengan baik. Penulis sepenuhnya menyadari bahwa penulisan skripsi ini tidak akan selesai tanpa adanya bimbingan dan dukungan yang penuh ketulusan baik secara moril maupun materil dari semua pihak. Oleh karena itu, dalam kesempatan ini penulis mengucapkan terimakasih kepada: 1. Dr. Ir. Liesbetini Hartoto, MS selaku dosen pembimbing I dan Dr. Ir. Dwi Setyaningsih, MSi sebagai dosen pembimbing II atas bimbingan dan saran-saran yang diberikan selama penulis menyelesaikan skripsi. 2. Dr. Ir. Ika Amalia Kartika, MT, selaku dosen penguji yang telah memberikan masukan dan saran kepada penulis. 3. Surfactan and Bioenergy Research Center (SBRC) yang telah menyediakan dana penelitian ini. 4. Kedua orang tua penulis atas doa, kasih sayang dan dukungan yang sangat berarti bagi penulis. 5. Adik-adikku; Yandri, Febri dan Ridha atas kasih sayang dan doanya. 6. Teman-teman anggota Rumah Qita dengan segala kehangatan dan persahabatan yang tak pernah terlupakan. 7. Teman-teman TIN angkatan 40 atas segala dukungannya. 8. Keluarga Besar Ikatan Kekeluargaan Mahasiswa Payakumbuh (IKMP Bogor). Penulis menyadari laporan penelitian ini masih jauh dari sempurna. Oleh karena itu penulis mengharapkan saran dan kritik yang membangun. Akhir kata, penulis berharap skripsi ini dapat bermanfaat bagi semua pihak yang memerlukan. Penulis,

10 DAFTAR ISI Halaman KATA PENGANTAR... iii DAFTAR ISI... iv DAFTAR TABEL... vi DAFTAR GAMBAR... vii DAFTAR LAMPIRAN... viii I. PENDAHULUAN A. LATAR BELAKANG... 1 B. TUJUAN... 2 II. TINJAUAN PUSTAKA A. SAGU... 3 B. HIDROLISAT PATI SAGU... 5 C. FERMENTASI ETANOL... 7 D. KINETIKA FERMENTASI III. BAHAN DAN METODE A. BAHAN DAN ALAT B. METODE PENELITIAN Penelitian Pendahuluan a. Penyiapan Media Fermentasi b. Penyiapan Inokulum Penelitian Utama a. Penentuan Konsentrasi Substrat dan Jenis Inokulum Terbaik b. Perlakuan c. Fermentasi Pada Fermentor 2 L Rancangan Percobaan... 21