PERBANDINGAN PENGGUNAAN RAGI TAPE dan Zymomonas mobilis SEBAGAI FERMENTOR DALAM PEMBUATAN BIOETANOL dengan BAHAN BAKU SAMPAH ORGANIK PROPOSAL

Transkripsi

1 PERBANDINGAN PENGGUNAAN RAGI TAPE dan Zymomonas mobilis SEBAGAI FERMENTOR DALAM PEMBUATAN BIOETANOL dengan BAHAN BAKU SAMPAH ORGANIK PROPOSAL diajukan untuk memenuhi tugas Mata Kuliah Metodologi Penelitian oleh : Ervi Afifah PROGRAM STUDI BIOLOGI JURUSAN PENDIDIKAN BIOLOGI FAKULTAS PENDIDIKAN MATEMATIKA DAN IPA UNIVERSITAS PENDIDIKAN INDONESIA 2013

2 A. Judul Perbandingan Penggunaan Ragi Tape dan Zymomonas mobilis Sebagai Fermentor dalam Pembuatan Bioetanol dengan Bahan Baku Sampah Organik. B. Pendahuluan 1. Latar Belakang Sampah merupakan masalah besar di Negara Indonesia. Indonesia merupakan negara yang menghasilkan tumpukan sampah terbesar di dunia. Hal itu disebabkan karena Indonesia memiliki pengelolaan sampah yang kurang baik. Sampah biasanya hanya di kumpulkan, kemudian diangkut dan barulah dibuang. Padahal pengelolaan sampah seperti ini tidak menuntaskan masalah, masalah yang lain akan timbul terutama terhadap dampak lingkungan yang cukup besar. Sampah di negara ini, sudah seharusnya memiliki sistem pengelolaan yang baik. Salah satunya yaitu dengan cara mendaur ulang dan kesulitan yang terjadi di negara ini sampah yang dibuang tidak dibedakan mana yang termasuk sampah organik dan mana yang non organik. Karena dalam pendaurulangan sampah pengelompokkan kedua sampah tersebut sangatlah penting. Menurut Pramono (2006), Indonesia berdasarkan data Bank Dunia tahun 1999, komposisi sampah organiknya sampai 70,2 % sedangkan untuk Kota Bandung sendiri sampah organik yang dihasilkan sebesar 63,5 %. Oleh karena itu, sampah organik yang merupakan komposisi sampah terbesar alangkah baiknya jika sampah ini didaur ulang dengan baik. Bukan hanya dijadikan sebagai kompos, tetapi sampah ini dapat didaur ulang dan dijadikan sebagai bioetanol melalui proses fermentasi. Bioetanol ini berfungsi tidak hanya untuk menanggulangi sampah saja, melainkan dapat dijadikan

3 sebagai energi alternatif pengganti BBM, yang dimana sedang terjadi krisis BBM di negara ini. Penelitian tentang pemanfaatan sampah organik sebagai Bioetanol telah dilakukan oleh para peneliti dengan menggunakan berbagai macam agen untuk mempercepat proses fermentasi. Seperti yang telah dilakukan oleh Kusnadi dkk (2009), dalam pembuatan bioetanol menggunakan inokulum ragi tape dan sampah organik sebagai bahan bakunya. Hasil dari penelitian tersebut didapatkan kadar bioetanol tertinggi sebesar 31% dengan perlakuan yaitu penggunaan inokulum jenis ragi tape dengan konsentrasi 3% (b/v) dengan lama fermentasi 4-6 hari dan suhu inkubasi 30 0 C. Namun, penelitian ini terdapat kekurangan yaitu hasil (rendemen) dan produktivitas yang dihasilkan masih rendah. Sehingga diperlukan penelitian lebih lanjut agar mendapatkan hasil yang optimal. Oleh karena itu, untuk mendapatkan hasil yang lebih tinggi diperlukan agen lain sebagai fermentor. Aulia (2011) telah melakukan penelitian dengan menggunakan inokulum Zymomonas mobilis untuk proses fermentasi bioetanol dan diperoleh hasil sebesar 10,52% dengan penggunaan ekstrak sampah buah sebagai bahan baku, penggunaan 1,5 ml H2SO4 6 N untuk proses hidrolosis dengan lama fermentasi 9 hari. Untuk penelitian kali ini, peneliti akan membandingkan penggunaan kedua fermentor yaitu ragi tape dan Zymomonas mobilis dengan perlakuan yang sama terhadap objek yang sama pula yaitu sampah organik berupa sayurmayur. Diharapkan dengan penelitian ini, peneliti mengetahui agen mana yang tepat untuk digunakan sebagai fermentor sehingga memperoleh kadar bioethanol yang cukup tinggi. Maka dengan itu peneliti memilih judul yaitu Perbandingan Penggunaan Ragi Tape dan Zymomonas mobilis Sebagai Fermentor dalam Pembuatan Bioetanol dengan Bahan Baku Sampah Organik.

4 2. Rumusan Masalah Berapa kadar bioetanol yang dihasilkan dari fermentasi sampah organik baik yang menggunakan inokulum ragi tape maupun Zymomonas mobilis? 3. Batasan Masalah 1. Sampah organik yang dipakai yaitu campuran sampah sayurmayur yang diperoleh dari Pasar Ciroyom Kota Bandung 2. Sampah sayuran yang dipakai terutama sampah sayuran basah yang kadar airnya cukup tinggi yakni kubis, sawi putih, sawi hijau, dan wortel. 3. Jenis ragi tape dengan merk dagang yang sama. 4. Jenis bakteri Zymomonas mobilis berasal dari kultur yang sama. 5. Konsentrasi ragi yang dipakai adalah 0%, 3%, 6% dan 9% b/v. 6. Konsentrasi Zymomonas mobilis yang digunakan adalah 0%, 3%, 5%, dan 7% v/v. 7. Persamaan langkah kerja pada keduanya. 8. Parameter yang diamati yaitu kadar etanol yang dihasilkan. C. Tujuan Menguji kadar bioetanol yang dihasilkan dari fermentasi sampah organik baik yang menggunakan inokulum ragi tape maupun Zymomonas mobilis. D. Kegunaan Penelitian Memberikan informasi mengenai kadar bioetanol yang dapat dihasilkan dari sampah organik baik yang menggunakan inokulum ragi tape maupun Zymomonas mobilis.

5 E. Sampah Organik Sebagai Bahan Bioetanol Melalui Proses Fermentasi Oleh Ragi Tape atau Zymomonas mobilis 1. Sampah Organik Sampah adalah semua material yang dibuang dari kegiatan rumah tangga, perdagangan, industri dan kegiatan pertanian. Atau dengan kata lain sampah adalah bagian dari sesuatu yang tidak dipakai, tidak disenangi atau sesuatu yang harus dibuang, yang umumnya berasal dari kegiatan yang dilakukan manusia (termasuk kegiatan industri), tetapi bukan yang bersifat biologis. (Fachrurozi, 2012) Berdasarkan jenisnya sampah dibagi menjadi dua yaitu sampah organik (dapat terurai) dan sampah anorganik (tidak dapat terurai). Berdasarkan penelitian tentang sampah yang dilakukan oleh Pramono (2006) Indonesia menghasilkan sekitar 70% sampah organik dan sisanya merupakan sampah anorganik. Keberadaan sampah tersebut terkadang menimbulkan masalah yang cukup besar, dikarenakan sistem pengelolaan yang kurang baik. pengelolaan sampah selama ini adalah dikumpulkan, ditampung di tempat pembuangan sementara (TPS) dan akhirnya dibuang ke tempat pembuangan akhir (TPA) (Kusniaty dkk, 2011). Oleh karena itu, masalah seperti semakin sempitnya ruang untuk TPA atau jauhnya jarak dari kota ke tempat TPA maka terkadang sampah tidak diangkut dan hal ini menyebabkan pencemaran lingkungan di daerah warga sekitar. Oleh sebab itu, pengelolaan sampah haruslah diperbaiki. Sistem pembuangan TPA semestinya sydah mengalami perbaikan dan sistem pengelolaan yang lebih baik. Sebagaimana yang terjadi di negara ini, sampah dibuang tidak dikelompok-kelompokan sesuai jenisnya. Jadi, sudah semestinya pemisahan antar sampah organik dan anorganik dilakukan dengan konsisten. Sehingga mempermudah pengelolaannya.

6 Pengelolaan sampah, khususnya sampah organik dapat dijadikan sebagai bahan baku bioethanol. Sampah organik menurut Pramono (2006), sekitar 60% merupakan sayur-sayuran dan 40% merupakan daun-daunan, kulit buahbuahan dan sisa makanan. Melihat tingginya persentasi sampah sayuran yang ada maka dapat dijadikan sebagai bioethanol. Menurut Nugroho (2008) dalam Kusnadi (2009) menyatakan bahwa sampah organik terutama sampah sayuran dan buah-buahan banyak mengandung pati, gula, dan hemiselulosa, sehingga sangat potensial untuk dijadikan sebagai bahan baku pembuatan bioethanol. 2. Bioetanol Bioetanol adalah etanol yang dihasilkan melalui bantuan agen biologis. Etanol secara luas telah digunakan di Brazilia sejak tahun 2000 sebagai bahan bakar kendaraan bermotor, baik dalam bentuk etanol murni ataupun dalam bentuk campuran dengan bensin. Etanol dapat dibuat dari berbagai bahan hasil pertanian yang mengandung turunan gula seperti molase, gula tebu, gula bit, dan sari buah, bahan yang mengandung pati seperti biji bijian, umbi, dan ubi. Disamping itu juga bahan yang mengandung selulosa seperti kayu. (Hill, et.al., 2006 dalam Widyastuti, ) Proses pembuatan bioetanol meliputi dua tahap yang pertama yaitu hidrolisis dan yang kedua yaitu dengan tahap fermentasi. Hidrolisis adalah proses konversi pati menjadi glukosa. Pati merupakan homopolimer glukosa dengan ikatan a-glikosidik. Prinsip dari hidrolisis pati pada dasarnya adalah pemutusan rantai polimer pati menjadi unit-unit dekstrosa (C 6 H 12 O 6 ) (Musanif, 2012). Pembuatan bioetanol dari sampah organik dengan jenis sayuran tidaklah mudah. Pada tahap hidrolisis ini, sayuran mengandung lignin dan selulosa sehingga diperlukan tahap pre-treatment. Berdasarkan penelitian Kusnadi (2009), proses pretreatment yakni tahap perlakuan awal untuk menghilangkan kandungan lignin dalam lignoselulosa dan menghidrolisis selolusa dan hemiselulosa itu sendiri menjadi gula sederhana yang selanjutnya dikonversi menjadi etanol. Proses pretreatment yang dilakukan bisa dengan

7 tiga cara, yakni secara fisik dengan panas dan tekanan tinggi, secara kimia dengan menggunakan asam encer, secara biologis dengan menggunakan agen biologis. Tahap kedua yaitu fermentasi untuk mengkonversi glukosa (gula) menjadi etanol dan CO 2 (Musanif, 2012). Fermentasi mengubah glukosa menjadi etanol dan CO 2 dengan proses yaitu glukosa akan dipecah menjadi asam piruvat dengan melalui jalur glikolisis. Lalu setelah dipecah menjadi asam piruvat dilanjutkan dengan proses fermentasi secara anaerob. Menurut Campbell (2008), pada fermentasi alkohol, piruvat diubah menjadi etanol (etil alkohol) dalam dua langkah. Langkah pertama melepaskan karbon dioksida dari piruvat, yang diubah menjadi senyawa berkarbon-dua, asetildehid. Langkah kedua, asetaldehid direduksi menjadi etanol oleh NADH. Gambar 1. Skema Fermentasi Alkohol Sumber gambar : Untuk memurnikan kadar bioetanol maka dilakukan destilasi. Destilasi dilakukan dengan cara larutan hasil fermentasi dialirkan ke kolom distilator untuk memurnikan bioethanol. Dan etanol pun siap digunakan (Kusnadi, 2009).

8 Bioetanol dimanfaatkan sebagai energi alternatif pengganti bensin. Kelebihan bioetanol dibandingkan energi alternatif lainnya adalah pembakaran lebih sempurna, gas buang menjadi lebih bersih, Irit bahan bakar sampai dengan 20 %, ramah lingkungan, dan nilai Oktan lebih tinggi (Anonim, 2012). 3. Ragi Tape Ragi tape atau yang sering disebut sebagai ragi adalah starter untuk membuat tape ketan atau tape singkong. Di dalam ragi ini terdapat mikroorganisme yang dapat mengubah karbohidrat (pati) menjadi gula sederhana (glukosa) yang selanjutnya diubah lagi menjadi alkohol. Beberapa jenis mikroorganisme yang terdapat dalam ragi adalah Chlamydomucor oryzae, Rhizopus oryzae, Mucor sp., Candida sp., Saccharomyces cerevicae, Saccharomyces verdomanii, dan lain-lain (Rochintaniawati, ) Meskipun banyak spesies yang ditemukan pada ragi tape, untuk mempelajari metabolismenya maka dilihatlah proses metabolisme yang dilakukan oleh Saccharomyces cerevicae. Spesies pada ragi ini, menggunakan jalur EMP (Embden-Meyerhof Pathway) pada metabolisme glukosa dengan kondisi ph netral atau tidak terlalu asam dan kondisi anaerob (Albert, et, al., 2002). EMP biasa digunakan oleh Saccharomyces untuk memproduksi etanol dan CO 2. Jalur ini digunakan oleh bakteri asam homolaktat dan digunakan oleh bakteri lainnya untuk memproduksi berbagai macam asam lemak, alkohol dan gas. Beberapa produk akhir dari fermentasi EMP adalah komponen penting yang terdapat pada makan, minuman, bahan bakar dan pelarut industri (Todar, ).

9 Gambar 2. Jalur EMP dalam proses oksidasi glukosa menjadi 2 asam piruvat Sumber gambar : Gambar 3. Jalur EMP dalam proses fermentasi yang dilakukan oleh Saccharomyces Sumber gambar :

10 4. Zymomonas mobilis Zymomonas mobilis adalah bakteri gram negatif dan bersel tunggal. Sepasang atau beberapa filamennya tidak motil. Memilki alat gerak berupa flagela yang berjumlah empat buah. Zymomonas mobilis pada umumnya ditemukan kontaminan di tempat pembuatan bir. Bakteri ini memiliki karakter khusus yaitu memiliki kempampuan mengkonversi glukosa atau fruktosa menjadi etanol dan CO 2 melalui jalur Entner-Doudoroff. pertumbuhannya akan terhambat dalam keadaan etanol 8%. Ia juga dapat mati dalam tekanan suhu 60 0 C (Kallmeyer, 2004). Gambar 4. Bakteri Zymomonas mobilis Sumber gambar : biotechnologyadvance.blogspot.com Zymomonas adalah bakteri yang hidup dipermukaan tanaman, yaitu pada tanaman sekulen seperti kaktus atau pada tempat pembuatan anggur yang difermentasi menjadi wine. Di Meksiko, kaktus mengalami fermentasi oleh bakteri ini menjadi bir kaktus, saat didestilasi bir ini dijadikan sebagai minuman tequila. Fermentasi yang dilakukan oleh Zymomonas berbeda dengan yang dilakukan oleh Saccharomyces, namun keduanya dapat dipilih sebagai fermentor. Kelebihan dari Zymomonas memilki potensi yang lebih besar dibandingkan ragi dalam memproduksi alkohol. Notabenenya Zymomonas memiliki jalur Entner- Doudoroff sebagai jalur fermentasinya, jalur ini digunakan untuk mendegradasi karbohidrat. Jalur Entner-Doudoroff menghasilkan 2 asam piruvat dari glukosa (sama dengan jalur EMP) tetapi sama dengan jalur phosphoketolase, oksidasi

11 terjadi sebelum terbagi dan hasilnya yaitu 1 mol ATP per 1 mol glukosa (Todar, ). Gambar 5. Entner-Doudoroff Pathway dalam fermentasi yang dilakukan oleh Zymomonas. Reaksi menghasilkan 2 ethanol + 2 CO2 + 1 ATP Sumber gambar :

12 F. Metode Penelitian 1. Metode Penentuan Daerah dan Waktu Penelitian Penelitian akan dilakukan di Laboratorium Mikrobiologi Jurusan Pendidikan Biologi FPMIPA UPI Jalan Dr. Setiabudi No Pada waktu Desember Metode Pengumpulan Data Jenis penelitian yang dilakukan adalah penelitian eksperimental. Teknik penelitiannya adalah observasi. 3. Metode Pengambilan Sampel Sampel yang digunakan yakni sampah organik berupa sayur-mayur yang diperoleh dari pasar Ciroyom. Jenis ragi yang diperoleh dengan merk dagang yang sama dan bakteri Zymomonas mobilis dari kultur yang sama. 4. Alat dan Bahan Alat No. Nama Alat Jumlah Unit 1. Alat Destilasi 1 2. Blender 1 3. Panci Penangas 1 4. Autoklaf 1 5. Kompos gas 1 6. Shaker 1 7. Hot Plate 1 8. Cawan petri 1 9. ph meter Botol fermentasi skala laboratorium dan kelengkapannya. 1

13 Tabel 1. Alat-alat untuk penelitian Gambar 6. Alat fermentasi Sumber gambar: jurnal.pdii.lipi.go.id Gambar 7. Alat Destilasi Sumber gambar: dc261.4shared.com Bahan

14 No. Nama Bahan Jumlah 1. Sampah Organik Sesuai yang dibutuhkan 2. Aquades 1 Liter 3. Gula Pasir 1 Kg 4. Ragi Tape ½ Kg 5. Kultur Zymomonas mobilis 2 kultur 6. Alkohol ½ Liter 7. Agar-agar 2 sachet Tabel 2. Bahan-bahan untuk penelitian 5. Prosedur Kerja Langkah kerja yang akan dilakukan dalam penelitian ini, yaitu sebagai berikut: Pembuatan Sari sampah dan perlakuan awal (Pretreatment) Sampel sampah berupa sayuran dan buah-buahan dicuci dengan air bersih, kemudian diblender sampai menjadi bubur sampah,. Selanjutnya disaring dengan kain untuk mendapatkan sari sampah. Perlakuan awal dilkuan unutk hidrolisis selulosa menjadi gula sederhana, dilakuan secara fisik dengan mendidihkan bubur dan sari sampah Proses Fermentasi etanol sari sampah Sari sampah yang sudah diberi perlakuan awal, selanjutnya diferementasi dengan penambahan inokulum ragi tape, serta kultur murni Zymomonas mobilis dengan variasi konsentrasi, lama inkubasi dan penambahan kadar gula awal yang berbeda. Fermentasi dilakuan dengan metode kultur curah pada fermentor sederhana dengan suhu inkubasi rata-rata 30 oc pada kondisi anaerobik. Fermentasi dilakukan selama 6 hari. Proses Destilasi dilakukan untuk pemurnian bioetanol. Proses ini menggunakan alat detilator dengan mengalirkan hasil cairan fermentasi ke dalamnya.

15 6. Metode analisa Data Untuk menganalisa data digunakan tahapan sebagai berikut: 1) Dari setiap perlakuan akan ditentukan jumlah destilat (V) dan kadar alkohol (% A) dalam destilat. 2) Berdasarkan nilai BJ destilat terukur ditentukan kadar etanol dengan menggunakan tabel 3-20 Perry Chemical Engineer s Handbook. 3) Kemudian dihitung rendemen proses dengan rumus perhitungan sebagai berikut : Rendemen = V x A x 100% Total gula reduksi 4) Rendemen rata-rata dari perlakuan pertama dibandingkan dengan rendemen rata-rata dari perlakuan ke dua untuk waktu fermentasi yang sama. 5) Kondisi optimum masing-masing perlakuan dibaca dari grafik hubungan antara rendemen hasil dan waktu fermentasi (Widyastuti, ). G. Alur penelitian

16 Pretreatment Sampah Organik Fermentasi di Laboratorium Fermentasi dengan ragi tape Fermentasi dengan Zymomonas mobilis Destilasi Bioetanol Pengolahan Data Hasil H. Jadwal Penelitian No. Kegiatan Minggu ke :

17 Penyusunan Proposal 2. Penyusunan Instrumen 3. Seminar proposal 4. Pengajuan validitas dan reliabilitas instrumen 5. Penentuan Sampel 6. Pengumpulan data 7. Analisi Data 8. Pembuatan draft skripsi 9. Seminar skripsi 10. Penyempurnaan skripsi 11. Penggandaan skripsi Tabel 3. Jadwal Penelitian I. Anggaran Dana

18 No. Nama Barang Jumlah Harga 1. Sampah Organik Sesuai yang dibutuhkan - 2. Aquades 1 Liter Rp Gula Pasir 1 Kg Rp Ragi Tape 5 gandu Rp Kultur Zymomonas 2 kultur mobilis Rp Alkohol ½ Liter Rp Agar-agar 2 sachet Rp Penyewaan peralatan Sesuai yang Lab. dibutuhkan Rp Total Harga Rp Tabel 4. Anggaran Dana DAFTAR PUSTAKA

19 Albert. et al. (2002). Microbial Physiology. [Online]. Tersedia: Moat_microbial_physiol/cap_11.pdf (3 Januari 2013) Anonim. (2012). Manfaat Bioetanol. [Online]. Tersedia: (1 Januari 2013) Fachrurozi. (2012). Sampah Organik dan Anorganik. [Online]. Tersedia: (2 Januari 2013) Kallmeyer. (2004). Brewery Bacterial Contaminants. [Online]. Tersedia: (2 Januari 2013) Kusnadi, dkk. (2009). Pemanfaatan Sampah Organik Sebagai Bahan Baku Produksi Bioetanol Sebagai Energi Alternatif. LAPORAN PENELITIAN STRATEGIS NASIONAL TAHUN ANGGARAN 2009 (ENERGI TERBARUKAN). [Online]. Tersedia: KUSNADI/Laporan_akhir_HIBAH_STranas2009.pdf (1 Januari 2013) Musanif, Jamil. ( ). Bio-Eetanol. [Online]. Tersedia: Lingkungan/BioEnergiPerdesaan/BIOFUEL/Bioetanol/Bioethanol.pdf (2 Januari 2013) Rochintiawati. ( ). Pembuatan Ragi Tape. [Online]. Tersedia: _ROCHINTANIAWATI/BIOLOGY_TERAPAN/PEMBUATAN_RA GI_TAPE_%26_TAPE.pdf (2 Januari 2013) Todar, Kenneth. ( ).Diversity of Metabolism in Procaryotes. [Online]. Tersedia: (3 Januari 2013)

20 Widyastuti. ( ). Pembuatan Bioetanol Dari Limbah Buah Pisang (Musaceae) Dengan Proses Hidrolisis dan Fermentasi. Jurnal Kimia dan Teknologi. ISSN X. [Online]. Tersedia: 3X.pdf (2 Januari 2013) Sumber Gambar Anonim 2. (2010). Fermentasi. [Online]: Tersedia: (3 Januari 2013) Anonim3. ( ). Alat Destilasi. [Online]. Tersedia: dc261.4shared.com (3 Januari 2012) Chrisnasari. (2010). Optimization of Ethanol Production from Palmyra Sap by Zymomonas mobilis ZM4 using Response Surface Methodology (RSM). [Online]. Tersedia: (4 Januari 2013) Todar, Kenneth. ( ). Diversity of Metabolism in Procaryotes. [Online]. Tersedia: (3 Januari 2013)