FERMENTASI GLISEROL HASIL SAMPING PABRIK BIODIESEL MENJADI 1,3-PROPANADIOL DENGAN MENGGUNAKAN BAKTERI ENTEROBACTER AEROGENES SKRIPSI

Transkripsi

1 FERMENTASI GLISEROL HASIL SAMPING PABRIK BIODIESEL MENJADI 1,3-PROPANADIOL DENGAN MENGGUNAKAN BAKTERI ENTEROBACTER AEROGENES SKRIPSI Oleh DEWI ANGGRAINI DEPARTEMEN TEKNIK KIMIA FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS SUMATERA UTARA SEPTEMBER

2 FERMENTASI GLISEROL HASIL SAMPING PABRIK BIODIESEL MENJADI 1,3-PROPANADIOL DENGAN MENGGUNAKAN BAKTERI ENTEROBACTER AEROGENES SKRIPSI Oleh DEWI ANGGRAINI SKRIPSI INI DIAJUKAN UNTUK MELENGKAPI SEBAGIAN PERSYARATAN MENJADI SARJANA TEKNIK DEPARTEMEN TEKNIK KIMIA FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS SUMATERA UTARA SEPTEMBER

3 PERNYATAAN KEASLIAN SKRIPSI Saya menyatakan dengan sesungguhnya bahwa skripsi dengan judul: FERMENTASI GLISEROL HASIL SAMPING PABRIK BIODIESEL MENJADI 1,3-PROPANADIOL DENGAN MENGGUNAKAN BAKTERI ENTEROBACTER AEROGENES dibuat untuk melengkapi sebagian persyaratan menjadi Sarjana Teknik pada Departemen Teknik Kimia Fakultas Teknik. Skripsi ini adalah hasil karya saya kecuali kutipan-kutipan yang telah saya sebutkan sumbernya. Demikian pernyataan ini diperbuat, apabila dikemudian hari terbukti bahwa karya ini bukan karya saya atau merupakan hasil jiplakan maka saya bersedia menerima sanksi sesuai dengan aturan yang berlaku. Medan, Agustus 2014 Dewi Anggraini NIM i

4 PENGESAHAN Skripsi dengan judul : FERMENTASI GLISEROL HASIL SAMPING PABRIK BIODIESEL MENJADI 1,3-PROPANADIOL DENGAN MENGGUNAKAN BAKTERI ENTEROBACTER AEROGENES dibuat untuk melengkapi persyaratan menjadi Sarjana Teknik pada Departemen Teknik Kimia Fakultas Teknik. Skripsi ini telah diujikan pada sidang ujian skripsi pada 27 Agustus 2014 dan dinyatakan memenuhi syarat/sah sebagai skripsi pada Departemen Teknik Kimia Fakultas Teknik. Mengetahui, Medan, 18 September 2014 Koordinator Skripsi Dosen Pembimbing Ir. Renita Manurung, MT Dr. Ir. Fatimah, MT NIP NIP Dosen Penguji I, Dosen Penguji II, Ir. Bambang Trisakti, MT Ir. Renita Manurung, MT NIP NIP ii

5 PRAKATA Puji dan syukur kehadirat Tuhan Yang Maha Esa atas limpahan rahmat dan karunia-nya sehingga skripsi ini dapat diselesaikan. Tulisan ini merupakan skripsi dengan judul Fermentasi Gliserol Hasil Samping Pabrik Biodiesel Menjadi 1,3-Propanadiol dengan Menggunakan Bakteri Enterobacter Aerogenes, berdasarkan hasil penelitian yang penulis lakukan di Departemen Teknik Kimia Universtas Sumatera Utara. Skripsi ini merupakan salah satu syarat untuk mendapatkan gelar Sarjana Teknik. Melalui penelitian ini diperoleh 1,3-Propanadiol dari hasil fermentasi gliserol hasil samping biodiesel dengan bantuan bakteri Enterobacter aerogenes, sehingga hasil yang diperoleh dapat dimanfaatkan untuk berbagai industri kimia seperti polimer, kosmetik, makanan, obat-obatan, serta meningkatkan nilai ekonomis crude gliserol hasil samping biodiesel yang bernilai rendah menjadi produk yang lebih potensial. Selama melakukan penelitian hingga penulisan skripsi ini, penulis banyak mendapat pengarahan dan bimbingan dari dosen pembimbing penulis. Untuk itu secara khusus penulis mengucapkan terima kasih dan penghargaan yang sebesarbesarnya kepada Ibu Dr. Ir. Fatimah, MT. Penulis menyadari bahwa skripsi ini masih jauh dari sempurna, oleh karena itu penulis mengharapkan saran dan masukan demi kesempurnaan skripsi ini. Semoga skripsi ini memberikan manfaat bagi pengembangan ilmu pengetahuan. Medan, 7 Agustus 2014 Penulis, Dewi Anggraini iii

6 DEDIKASI Penulis mendedikasikan skripsi ini kepada : 1. Kedua orang tua penulis tercinta, Alm. HR. Haryono dan Dina Ria yang telah menjadi inspirasi dan selalu memberi semangat dalam penulisan skripsi ini. 2. Jekky Bahagia Ginting atas kerjasamanya yang baik hingga akhir selama melakukan penelitian dan penulisan skripsi ini. 3. Abang dan Kakakku tercinta, Alm. Stevanus dan Sri Apri Yanti yang selalu memberi dukungan dalam penulisan skripsi ini. 4. Mama tercinta, Mariana, yang selalu memberi semangat dalam penulisan skripsi ini. 5. Keluarga besar tercinta, Nek Pinem, Om Julius, Tante Ida, Ma Tua yang selalu memberi dukungan dalam penulisan skripsi ini. 6. Keponakan-keponakan tersayang, Gabriella, Gilberto, Geraldine, dan Graciella yang memberi semangat dalam penulisan skripsi ini. 7. Herbert yang memberikan dukungan dan semangat kepada penulis. 8. Teman-teman terbaikku di Teknik Kimia, Deril Clinton, Margareth Nainggolan, Ruben Simangunsong, Popphy Prawati, Agnes Sartika, Agus Mangiring, Rap Leanon, dan semua stambuk 2010 serta senior-senior yang memberikan banyak dukungan dan semangat kepada penulis. iv

7 RIWAYAT HIDUP PENULIS Nama : Dewi Anggraini NIM : Tempat, tanggal lahir : Tangerang, 12 Maret 1993 Nama orang tua : Alm. HR. Haryono dan Dina Ria Alamat orang tua : Jl. Raya Taman Golf Blok AG 7 No 9 Modernland, Tagerang Asal Sekolah: SD Shalom II BK3 Tangerang SMP Strada Santa Maria 2 Tangerang tahun SMA Negeri 10 Tangerang tahun Beasiswa yang diperoleh: 1. Beasiswa PPA Tahun 2010/ Beasiswa PPA Tahun 2012/ Beasiswa PPA Tahun 2013/2014 Pengalaman Kerja dan Organisasi: 1. Himpunan Mahasiswa Teknik Kimia (HIMATEK) FT USU periode 2012/2013 sebagai Anggota Bidang Minat dan Bakat (Bakmi) 2. Asisten Laboratorium Operasi Teknik Kimia Departemen Teknik Kimia FT USU tahun modul Tray Dryer, Heat Exchanger, Kolom Absorpsi Gas, dan Ball Mill. Artikel yang akan dipublikasikan dalam seminar internasional: 1. Fermentation of Glycerol from Biodiesel Waste to 1,3-Propanadiol by Enterobacter Aerogenes pada seminar 5 th Sriwijaya Internasional Semonar On Energy Enviromental Science and Technology (SISEEST 5 th ) 2014 yang akan berlangsung di Palembang, pada September Fermentation of Glycerol from Biodiesel Waste to 1,3-Propanadiol by Klebsiella Pneumoniae pada seminar 5 th Sriwijaya Internasional Semonar On Energy Enviromental Science and Technology (SISEEST 5 th ) 2014 yang akan berlangsung di Palembang, pada September v

8 ABSTRAK Penelitian ini bertujuan untuk menghasilkan senyawa 1,3-propanadiol melalui fermentasi gliserol hasil samping produksi biodiesel oleh bakteri Enterobacter aerogenes. Penelitian ini dilakukan di Laboratorium Bioproses Pusat Penelitian Kelapa Sawit, Medan. Penelitian ini diawali dengan melakukan pemurnian crude gliserol untuk menghasilkan gliserol murni serta melakukan analisa terhadap gliserol hasil pemurnian yang akan digunakan. Kemudian dilakukan proses pengembangbiakan bakteri yang akan digunakan pada proses fermentasi. Fermentasi dilakukan dengan volume gliserol tetap 50 ml dengan variabel uji yaitu waktu fermentasi (1, 2, dan 3 hari), volume inokulum (5, 7, dan 10 % dari volume gliserol yang difermentasi), serta suhu fermentasi (25 dan C). 37 Hasil fermentasi kemudian dianalisa dengan menggunakan Kromatografi Gas. Dari hasil analisa gliserol didapatkan warna gliserol bening dengan densitas 1,2777 gr/ml, FFA 7,83 %, kadar air 1,298 %, kadar abu 6 % dan kadar gliserol sebesar 83,2572 %. Analisa Kromatografi Gas menunjukkan kemurnian 1,3-propanadiol yang terbentuk dari hasil fermentasi, lalu dari data tersebut dihitung konsentrasi yang terbentuk. Hasil fermentasi terbaik didapatkan pada waktu fermentasi 1 hari dengan konsentrasi 1,3-Propanadiol yang tinggi sebesar 6,196 mol/ml, rasio inokulum : substrat 0,07 dengan konsentrasi 1,3-Propanadiol yang tinggi sebesar 4,251 mol/ml, dan suhu 25 C dengan konsentrasi 1,3 -Propanadiol yang tinggi sebesar 6,433 mol/ml. Kata Kunci : Gliserol, enterobacter aerogenes, 1,3-Propanadiol, kromatografi gas vi

9 ABSTRACT The purpose of this study is to produce 1,3-Propanediol from fermentation of glycerol as a byproduct of biodiesel production using Enterobacter aerogenes. This study was done at the Laboratory of Bioprocess Research Center of Oil Palm, Medan. This study was began with a purification of crude glycerol to produce pure glycerol and the results of purification were analyzed. And the process was continued with culture of bacteria for fermentation. Fermentation of glycerol was done with volume of glycerol was setted 50 ml where variables such fermentation time (1, 2, and 3 days), volume of inoculum (5, 7, and 10 % from the volume of glycerol was fermented) and temperature of fermentation (25 and 37 C) were studied. The results of fermentation were analyzed using Gas Chromatography (GC). The results of glycerol was obtained that the color of glycerol was clear, the density of glycerol was 1,2777 g / ml, FFA was 7,83 %, moisture content was 1,298 %, ash content was 6 % and level of glycerol was 83,2572 %. Analysis of GC showed the purity of 1,3-Propanediol from fermentation of glycerol, and then the concentration of 1,3-Propanediol was calculated from that data. The best results of fermentation was obtained in fermentation 1 day with concentration of 1,3-Propanediol was 6,196 mol/ml, ratio inoculum : substrate 0,07 with concentration of 1,3-Propanediol was 4,251 mol/ml, and temperature 25 C with concentration of 1,3-Propanediol was 6,433 mol/ml. Keywords : glycerol, enterobacter aerogenes, 1,3-Propanediol, gas chromatography vii

10 DAFTAR ISI Halaman PERNYATAAN KEASLIAN SKRIPSI i PENGESAHAN ii PRAKATA iii DEDIKASI iv RIWAYAT HIDUP PENULIS v ABSTRAK vi ABSTRACT vii DAFTAR ISI viii DAFTAR GAMBAR xi DAFTAR TABEL xiii DAFTAR LAMPIRAN xiv DAFTAR SINGKATAN xvi DAFTAR SIMBOL xvii BAB I PENDAHULUAN LATAR BELAKANG PERUMUSAN MASALAH TUJUAN PENELITIAN MANFAAT PENELITIAN RUANG LINGKUP PENELITIAN 4 BAB II TINJAUAN PUSTAKA GLISEROL PURIFIKASI GLISEROL FERMENTASI GLISEROL INOKULASI BAKTERI ENTEROBACTER AEROGENES SINTESIS 1,3-PROPANADIOL SEPARASI HASIL FERMENTASI KROMATOGRAFI GAS (GAS CHROMATOGRAPHY) Bagian-Bagian Alat Kromatografi Gas 18 viii

11 Fase Mobil (Gas Pembawa) Sistem Injeksi Sampel Kolom Detektor Pencatat (Recorder) Prinsip Kerja Alat Kromatografi Gas Kelebihan dan Kekurangan Kromatografi Gas ANALISA EKONOMI 20 BAB III METODOLOGI PENELITIAN LOKASI PENLITIAN BAHAN Bahan Baku Bahan Purifikasi Gliserol Bahan Pembuatan Media Kultur Stok Bahan Media Perhitungan Jumlah Bakteri Bahan Analisa Bahan Analisa Kadar Glisrol Bahan Analisa Densitas Gliserol Bahan Analisa Kadar Abu Bahan Analisa Free Fatty Acid (FFA) Analisa GC PERALATAN PROSEDUR PENELITIAN Prosedur Purifikasi Gliserol Prosedur Analisa Gliserol Penentuan Kadar Free Fatty Acid (FFA) Penentuan Densitas Gliserol Penentuan Kadar Air Gliserol Penentuan Kadar Abu Gliserol Pembuatan Media Pertumbuhan Pembuatan Kultur Stok Perhitungan Jumlah Bakteri 28 ix

12 Prosedur Fermentasi Analisa 1,3-Propanadiol dengan Kromatografi GC FLOWCHART PENELITIAN Purifikasi Gliserol Penentuan Kadar Gliserol Penentuan Kadar Free Fatty Acid (FFA) Penentuan Densitas Gliserol Penentuan Kadar Air Gliserol Penentuan Kadar Abu Gliserol Pembuatan Media Pertumbuhan Pembuatan Kultur Stok Perhitungan Jumlah Bakteri Fermentasi Gliserol 38 BAB IV HASIL DAN PEMBAHASAN PEMURNIAN GLISEROL ANALISA GLISEROL FERMENTASI GLISEROL Konversi Gliserol Pengaruh Waktu Fermentasi Terhadap Konsentrasi 1,3-Propanadiol Terbentuk Pengaruh Rasio Inokulum : Substrat Terhadap Konsentrasi 1,3-Propanadiol Terbentuk Pengaruh Suhu Fermentasi Terhadap Konsentrasi 1,3-Propanadiol Terbentuk 48 BAB V KESIMPULAN DAN SARAN KESIMPULAN SARAN 51 DAFTAR PUSTAKA 53 x

13 DAFTAR GAMBAR Halaman Gambar 2.1 Bakteri Enterobacter Aerogenes 13 Gambar 2.2 Biokonversi Gliserol menjadi 1,3-Propanadiol 15 Gambar 2.3 Perombakan Gliserol menjadi 1,3-Propanadiol 15 Gambar 3.1 Flowchart Purifikasi Gliserol 31 Gambar 3.2 Flowchart Penentuan Kadar Gliserol 31 Gambar 3.3 Flowchart Penentuan Kadar FFA 32 Gambar 3.4 Flowchart Penentuan Densitas Gliserol 33 Gambar 3.5 Flowchart Penentuan Kadar Air Gliserol 34 Gambar 3.6 Flowchart Penentuan Kadar Abu Gliserol 35 Gambar 3.7 Flowchart Pembuatan Media Pertumbuhan 36 Gambar 3.8 Flowchart Pembuatan Kultur Stok 37 Gambar 3.9 Flowchart Perhitungan Jumlah Bakteri 37 Gambar 3.10 Flowchart Fermentasi Gliserol 38 Gambar 4.1 Proses Pengasaman Crude Gliserol dengan Asam Phospat 39 Gambar 4.2 Garam Yang Terbentuk Setelah Pemanasan 40 Gambar 4.3 Gliserol Hasil Pemurnian 41 Gambar 4.4 Kultur Stok Setelah Pembiakan dan Sesudah Pembiakan 42 Gambar 4.5 Gambar 4.6 Perhitungan Jumlah Enterobacter Aerogenes dengan Counter Coloni 43 Kadar Gliserol Terhadap Variasi Waktu dan Volume Bakteri Pada Fermentasi Suhu 25 Maupun Gambar 4.7 Hasil Analisa GC untuk 1,3-Propanadiol Standar 45 Gambar 4.8 Hubungan Waktu Fermentasi terhadap Konsentrasi 1,3-Propanadiol 46 Gambar 4.9 Hubungan Rasio Inokulum : Substrat terhadap Konsentrasi 1,3-Propanadiol 47 Gambar 4.10 Hubungan Suhu Fermentasi terhadap Kadar 1,3-Propanadiol 49 Gambar L1.1 Hasil Kromatografi GC Crude Gliserol 60 Gambar L1.2 Hasil Kromatografi GC Gliserol Murni 60 xi

14 Gambar L1.3 Hasil Fermentasi Gliserol 1 hari, 37, 10% 61 Gambar L1.4 Hasil Fermentasi Gliserol 3 hari, 25, 10% 61 Gambar L1.5 Hasil Fermentasi Gliserol 2 hari, 37, 10% 62 Gambar L1.6 Hasil Fermentasi Gliserol 3 hari, 37, 5% 62 Gambar L1.7 Hasil Fermentasi Gliserol 3 hari, 37, 10% 63 Gambar L1.8 Hasil Fermentasi Gliserol 3 hari, 37, 7% 63 Gambar L3.1 Crude Gliserol 72 Gambar L3.2 Hasil Penambahan Asam Phospat 72 Gambar L3.3 Garam Yang Terbentuk Pada Proses Pemurnian Crude Gliserol 73 Gambar L3.4 Gliserol Murni 73 Gambar L3.5 Autoclave 73 Gambar L3.6 Proses Sterilisasi Media Pertumbuhan 74 Gambar L3.7 Proses Inokulasi Bakteri 74 Gambar L3.8 Pembiakan Bakteri Dalam Water Batch 74 Gambar L3.9 Pengenceran Gambar L3.10 Perhitungan Jumlah Koloni Dengan Coloni Counter 75 Gambar L3.11 Hasil Titrasi Penentuan Kadar Gliserol 75 Gambar L3.12 Proses Distilasi 76 Gambar L3.13 1,3-Propanadiol Setelah dan Sebelum Proses Distilasi 76 xii

15 DAFTAR TABEL Halaman Tabel 1.1 Produksi dan Konsumsi Minyak Diesel 1 Tabel 1.2 Penelitian Yang Menggunakan Crude Gliserol sebagai Bahan Baku 2 Tabel 1.3 Daftar Peneliti Terdahulu 3 Tabel 2.1 Sifat Fisika dan Sifat Kimia Gliserol 7 Tabel 2.2 Karakteristik dari Gliserol Kasar dan Gliserol yang Dimurnikan dari Residu Gliserol Hasil Samping Biodiesel Berbahan Baku Minyak Kelapa Sawit Serta Gliserol Komersial Oleh Mokhtar pada tahun Tabel 2.3 Daftar Sifat Komponen Yang Terdapat pada Proses Fermentasi 16 Tabel 3.1 Program Pengatur GC 24 Tabel 4.1 Perbandingan Sifat Fisika Crude Gliserol dengan Gliserol Murni 41 Tabel L2.1 Hasil Titrasi Sampel Hasil Fermentasi 69 Tabel L2.2 Hasil Perhitungan Konsentrasi 1,3-Propanadiol dari Fermentasi Gliserol Pada Suhu 37 dan Rasio Inokulum : Substrat 0,1 71 Tabel L2.2 Hasil Perhitungan Konsentrasi 1,3-Propanadiol dari Fermentasi Gliserol Pada Suhu 37 dan Waktu Fermentasi 3 Hari 71 Tabel L2.2 Hasil Perhitungan Konsentrasi 1,3-Propanadiol dari Fermentasi Gliserol Waktu Fermentasi 3 Hari dan Rasio Inokulum : Substrat 0,1 71 xiii

16 DAFTAR LAMPIRAN Halaman Lampiran 1 HASIL ANALISA 60 L1.1 CRUDE GLISEROL 60 L1.2 GLISEROL MURNI 60 L1.3 HASIL FERMENTASI 61 L1.4 KADAR GLISEROL SETELAH FERMENTASI 64 Lampiran 2 CONTOH PERHITUNGAN 65 L2.1 CRUDE GLISEROL 65 L2.1.1 Densitas 65 L2.1.2 Kadar Air 65 L2.1.3 Kadar Abu 66 L2.1.4 Kadar Free Fatty Acid 66 L2.2 GLISEROL HASIL PEMURNIAN DENGAN H 3 PO 4 66 L2.2.1 Densitas 66 L2.2.2 Kadar Air 67 L2.2.3 Kadar Abu 68 L2.2.4 Kadar Free Fatty Acid 68 L 2.3 KADAR GLISEROL SETELAH FERMENTASI 68 L 2.4 PERHITUNGAN KONSENTRASI 1,3- PROPANADIOL 70 Lampiran 3 DOKUMENTASI PENELITIAN 72 L3.1 FOTO CRUDE GLISEROL 72 L3.2 FOTO CRUDE GLISEROL DENGAN PENAMBAHAN H 3 PO 4 72 L3.3 FOTO GARAM HASIL PEMURNIAN GLISEROL 73 L3.4 FOTO GLISEROL MURNI 73 L3.5 FOTO AUTOCLAVE 73 L3.6 FOTO STERILISASI MEDIA PERTUMBUHAN 74 L3.7 FOTO INOKULASI BAKTERI 74 L3.8 FOTO PEMBIAKAN BAKTERI DALAM WATER BATCH 74 xiv

17 L3.9 FOTO PROSES PENGENCERAN L3.10 FOTO PERHITUNGAN KOLONI DENGAN COLONI COUNTER 75 L3.11 FOTO HASIL TITRASI PENENTUAN KADAR GLISEROL 75 L3.12 FOTO DISTILASI HASIL FERMENTASI 76 L3.13 FOTO 1,3-PROPANADIOL 76 xv

18 DAFTAR SINGKATAN 1,3-PDO BM et al CPO FFA GC PTT 1,3-Propanadiol Berat Molekul et alia Crude Palm Oil Free Fatty Acid Gas Chromatography Polytrimethylene Terephtalate xvi

19 DAFTAR SIMBOL Simbol Keterangan Dimensi T Suhu ºC T 1 Volume titrasi ml T 2 Volume titrasi blanko ml M Konsentrasi mol/ml N Normalitas NaOH N m Massa gram W Bobot contoh gram ρ Massa jenis gr/ml xvii