PEMBUATAN BIOETANOL DARI KULIT NANAS

Transkripsi

1 PEMBUATAN BIOETANOL DARI KULIT NANAS Cesar Jacob Pinto dan Fitri Julita Katerina JurusanTeknik Kimia Institut Sains & Teknologi AKPRIND Yogyakarta Anleypinto@yahoo.co.id INTISARI Bioetanol merupakan salah satu solusi untuk mengurangi eksploitasi energi fosil dihasilkan dari fermentasi biomassa. Pembuatan bioetanol dapat dilakukan terhadap tanaman berpati atau mengandung karbohidrat, glukosa dan selulosa. Salah satunya adalah kulit nanas. Penggunaan kulit nanas dapat menambah ragam bahan dasar pembuatan bioetanol ekonomis dan mudah diperoleh. Kulit nanas diperoleh diperkecil ukurannya kemudian dibersihkan. Kulit nanas dengan perbandingan berat divariasikan (: gram/l, : gram/l, :3 gram/l, :4 gram/l, :5 gram/l), kemudian dimasukkan ke dalam labu leher tiga ditambahkan 00 ml katalis H SO 4. Hidrolisis dilakukan pada suhu divarisikan (80 C, 90 C, 00 C, 0 C,0 C) dengan waktu 90 menit. Selanjutnya hidrolisat didetoksifikasi dengan Ca(OH) dan difermentasi dengan proses anaerob. Fermentasi dilakukan pada suhu ruang dalam waktu 3 hari. Hasil fermentasi disaring dan filtrat didistilasi pada suhu ±00 C sampai distilat tidak menetes lagi. Dari percobaan telah dilakukan diperoleh kondisi optimal pada variabel suhu hidrolisa 00 o C dengan kadar glukosa,44% dan kadar etanol 0,3% dan perbandingan bahan : gram/l dengan kadar glukosa,44% dan kadar etanol 0,989%. Kata kunci : kulit nanas, hidrolisa, bioetanol PENDAHULUAN Kebutuhan energi dari bahan bakar minyak bumi (BBM) di berbagai negara di dunia dalam tahun terakhir ini mengalami peningkatan tajam karena BBM sudah merupakan kebutuhan vital bagi manusia. Sebagian besar teknologi atau bahkan hampir semua alat transportasi menggunakan bahan bakar minyak bumi sebagai sumber energi. Tidak hanya pada negara-negara maju, tetapi juga di negara berkembang seperti Indonesia. Akan tetapi, BBM digunakan saat ini semakin langka. ini dikarenakan kuantitas minyak bumi pada lapisan bumi terus menipis akibat dari eksploitasi terusmenerus dan sifatnya tidak mudah untuk diperbaharui. Proses pembentukan minyak bumi membutuhkan waktu berjuta-juta tahun sehingga mengakibatkan minyak bumi semakin krisis dan harganya juga meningkat(simamora, 008). Untuk mengantisipasi terjadinya krisis tersebut, saat ini telah dikembangkan pembuatan sumber energi terbarukan. Salah satu sumber energi bisa dimanfaatkan sebagai energi terbarukan adalah bioetanol. Selain bisa menjadi pengganti BBM, bioetanol juga mampu sebagai Octane Booster, artinya zat mampu menaikkan nilai oktan dengan dampak positif terhadap efisiensi bahan bakar dan menyelamatkan mesin. Fungsi lain adalah oxigenating agent, yakni mengandung oksigen sehingga menyempurnakan pembakaran dengan efek positif meminimalkan pencemaran udara dan bahkan sebagai fuel extender, dapat menghemat bahan bakar fosil(prihandana, 007). Bioetanol merupakan etanol berasal dari sumber hayati, misalnya tebu, nira, sorgum, ubi kayu, garut, ubi jalar, jagung, jerami, dan kayu. Bahan baku pembuatan bioetanol terdiri dari bahanbahan mengandung karbohidrat, glukosa, dan selulosa. Akan tetapi, disisi lain penggunaan bahan baku tersebut secara besar-besaran dapat menggangu kebutuhan pangan karena bahan mengandung karbohidrat, glukosa, dan selulosa sebagian besar merupakan bahan pangan. Oleh karenanya, diperlukan bahan baku lain lebih efektif dan efisien tidak berfungsi sebagai bahan pangan saja, salah satunya adalah kulit nanas. Teori Dasar Limbah merupakan sisa pembuangan dari suatu proses kegiatan manusia dapat berbentuk padat, cair dan gas. Dari segi estetika sangat kotor, tidak enak dipandang dan juga dari segi bau sangat menggangu. Dengan demikian secara langsung maupun tidak langsung limbah menimbulkan ketidaknyamanan disekitarnya sebab pembuangan limbah ke lingkungan umumnya tidak diikuti dengan upaya penanganan dan pengolahan limbah baik, karena selalu dikaitkan dengan teknologi dan pengolahan relatif mahal. Saat ini, banyak industri memanfaatkan limbah untuk pembuatan produk baru bermanfaat bagi makhluk hidup lainnya seperti kulit

2 buah nanas dapat dimanfaatkan sebagai bahan baku pembuatan etanol, dimana dengan memanfaatkan kulit buah nanas dapat mengurangi pencemaran terhadap lingkungan. Pembuatan etanol diperlukan bahan baku dengan kadar gula cukup tinggi. Kulit buah nanas diketahui cukup banyak mengandung gula, sehingga bisa digunakan sebagai bahan baku dalam pembuatan bioetanol. Kandungan gizi kulit buah nanas dapat dilihat pada Tabel. Tabel. KandunganGiziKulit Nanas Kandungangizi Jumlah (%) Karbohidrat 7,53 Protein 4,4 Gulareduksi 3,65 Kadar air 8,7 Seratkasar 0,87 (Sumber: Wijana, dkk., 99) Proses pembuatan bioetanol terjadi dalam empat tahap. Tahap pertama adalah persiapan bahan baku, berupa proses hidrolisis sukrosa menjadi glukosa dengan cara enzimatis atau dengan asam encer atau pekat. Tahap kedua adalah proses detoksifikasi dilakukan untuk menekan dan mengurangi terbentuknya senyawa inhibitor. Tahap ketiga berupa proses fermentasi, yaitu mengubah glukosa menjadi etanol. Tahap keempat yaitu pemurnian hasil dengan distilasi. Hidrolisis asam adalah hidrolisis menggunakan asam dapat mengubah polisakarida menjadi glukosa. Hidrolisis asam biasanya menggunakan asam klorida (HCl)atauasamsulfat(H SO 4 ). Asamsebagai katalisator pemecah karbohidrat menjadi gula, dan pada saat fermentasi akan diuraikan dengan menggunakansacharomycescerevisiae (ragi) menjadi alkohol(anonim, 04). Reaksi hidrolisa menjadi glukosa sebagai berikut : (C 6 H 0 O 5 ) n + n H O katalisasam n C 6 H O 6 Faktor-faktor berpengaruh pada hidrolisis antara lain : a. Suhu Dari kinetikareaksi, semakintinggisuhureaksimakincepat pula jalannyareaksi. Akan tetapi,apabila proses berlangsungpadasuhu tinggi, konversiakanmenurun. inidisebabkanadanyaglukosa pecahmenjadiarang. b. Waktu Semakin lama waktuhidrolisis, konversi dicapaisemakinbesardanpadabataswaktutertentuaka ndiperolehkonversi relatifbaikdanapabilawaktutersebutdiperpanjang, pertambahankonversikecilsekali. c. Konsentrasikatalisator Penambahankatalisatorbertujuanmemperbesark ecepatanreaksi. Jadisemakinbanyakjumlahkatalisator dipakaimakincepatreaksihidrolisis. Dalamwaktutertentupati berubahmenjadiglukosajugameningkat. Proses detoksifikasimerupakanusaha dilakukanuntukmenekandanmengurangiterbentukny asenyawa inhibitor, dilakukandenganpenambahankatalisatausenyawa lain denganperlakuantertentupadahidrolisatasamsebelum digunakansebagaisubstratfermentasi. Proses detoksifikasidilakukanuntukmeningkatkankemampu anfermentasidenganmengkonversikanderifatif furan menjadisenyawa lain, danmengurangisenyawasenyawabersifattoksik. Metodedetoksifikasihidrolisatdapatdilakukansecara biologis, fisik, dankimiawi. Detoksifikasisecarakimiawidenganmenambahkanse nyawa alkali merupakanperlakuan umumdikerjakanuntukmenanganimasalahhidrolisata sam. Senyawa alkali ditambahkan (misalnyaca(oh), NaOH, dan KOH) denganmeningkatkan ph hidrolisat (Susmiati, 0). Fermentasi dapat terjadi karena adanya aktifitas mikroorganisme penyebab fermentasi pada substrat organik sesuai, terjadinya fermentasi ini menyebabkan perubahan sifat pangan sebagai akibat dari pemecahan kandungan-kandungan bahan pangan tersebut (Winarno, 980). Berikut ini merupakan diagram sukrosa oleh ragi (yeast) Saccharomyces carevisiae menghasilkan etanol (Fessenden dan Fessenden, 98). C H O + H O C 6 H O 6 (sukrosa) (glukosa) C 6 H O 6 C H 5 OH + CO (glukosa) (etanol) (karbondioksida) Distilasi adalah suatu proses penguapan dan pengembunan kembali, dimaksudkan untuk memisahkan campuran dua atau lebih zat cair ke dalam fraksi fraksinya berdasarkan perbedaan titik didih. Pada umumnya, pemisahan hasil fermentasi glukosa/dektrosa menggunakan sistem uap-cairan, dan terdiri dari komponen-komponen tertentu mudah tercampur. Umumnya destilasi berlangsung pada tekanan atmosfer, contoh dalam hal ini adalah sistem alkohol air, pada tekanan atmosfer memiliki titik didih sebesar 78 C (Tjokroadikoesoemo, 986).

3 Kadar Etanol (%) Kadar Glukosa (%) METODE PENELITIAN Percobaandiawalidengankulit nanas telahdihaluskan, bahan divariasikan (: gram/ml, : gram/ml, :3 gram/ml, :4 gram/ml, :5 gram/ml). Kulit nanas telahdihaluskanserta 00 mllarutan H SO 4 0,3 Ndimasukkanke dalam labulehertiga, pemanasdihidupkandanhidrolisisdilakukandenganse langwaktu30 menitpadasuhu divariasikan (80 C, 90 C, 00 C,0 C, 0 C). Setelahproses selesai,pemanasdimatikan, hasil diperolehdidinginkan, dandilakukananalisaglukosa. Hidrolisathasilhidrolisiskemudiandidetoksifikasime nggunakanca(oh).detoksifikasidilakukandengan menambahkanlarutanca(oh) hingga ph mencapai 8-. Setelahdidiamkanbeberapasaat, hidrolisatdisaringdandipanaskansampaisuhu 80 C. Kemudianditambahkan 8 gram tawasdandiadukhinggatawaslarut (suhudijagakonstan 80 C). Pemanasdimatikan, ditambahkan,5 gram arangaktif, dibiarkanselama 4 jam. Larutandisaringdanditambahkan H SO 4 hingga ph 4-5, sehinggahidrolisatsiapdifermentasi. Hasilhidrolisisdiambil 00 ml, dimasukkankedalambotoldanditambahkanyeastatau baker yeast. Fermentasidilakukanpadasuhuruangdalamwaktu 3 hari. Kemudianhasilfermentasididistilasi. Proses distilasidiawalidenganmenyaringlarutanhasilferment asidengankertassaring, kemudianmemasukkanfiltrat dihasilkankedalamlabudistilasidanmendistilasinya. Proses distilasiberlangsungpadasuhu ±00 o C sampaidistilattidakmeneteslagi (habis). Kemudianmenganalisakadaretanolhasildistilasi diperoleh. HASIL DAN PEMBAHASAN Suhuhidrolisa Pengaruhsuhuhidrolisaterhadapkadarglukosa dapatdilihatpadatabel dan Gambar. Kadar glukosadiperolehdarihasilhidrolisadenganmengguna kankatalish SO 4 0,3 N padawaktu 30 menit. Tabel. PengaruhSuhuHisdrolisavs KadarGlukosa Suhuhidrolisa ( C) Kadar glukosa (%) 80, 90,6 00,44 0,459 0,983,6,4,,8,6,4, Suhu Hidrolisa ( C) Gambar. SuhuHidrolisavs Kadar Glukosa DariTabeldan Gambar diperolehkadarglukosamaksimalpadasuhuhidrolisa 00 C denganpersentase,44% menujukkanbahwasemakintinggisuhuhidrolisamaka kadarglukosa didapatkansemakinbesar. inidisebabkankarenasemakintinggisuhumakageraka nmolekulakancepatsehinggareaksihidrolisisberjalan semakincepat.suhu tinggimenyebabkanpemakaianasam lebihsedikitdanwaktu lebihsingkat, namunsetelahsuhu 00 C kadarglukosamenurun. itudikarenakankecepatan reaksisudahmencapaititikpuncakdanglukosa berekasidengan air semakinberkurang. Namunpadasuhu 0 C kadarglukosa dihasilkannaik, tetapitidakmenunjukkanperubahan signifikan. Pengaruhsuhuhidrolisaterhadapkadaretanold apatdilihatpadatabel 3dan Gambar. Tabel 3. PengaruhSuhuHidrolisavs Kadar Etanol Suhuhidrolisa ( C) Kadar etanol (%) 80 0,9 90 0, ,3 0 0, ,80 0,35 0,30 0,5 0,0 0,5 0,0 0, Suhu Hidrolisa ( C) 3

4 Kadar Glukosa (%) Kadar Etanol (%) Gambar. HubunganantaraSuhuHidrolisavs Kadar Etanol Tabel3dan Gambardapatdilihatbahwasuhuhidrolisavskadareta nolhampirsamadengangambar suhuhidrolisavskadarglukosa. inimenujukkanbahwasemakinbanyakkadarglukosam akasemakinbanyak pula kadaretanol diperoleh, dikarenakansemakinbanyaknyaglukosa diubahmenjadietanolmelalui proses fermentasi. Proses fermentasiinimerupakanreaksibiokatalisator dapatmengubahgulasederhanamenjadietanol. Reaksiinidilakukandenganmenambahkan yeast ataubakteri dapatmenggunakangulasederhanasebagaisumberene rgisehinggadihasilkanetanoldankarbondioksida. PerbandinganBahan Pengaruhperbandinganbahanterhadapkadargl ukosadapatdilihatpadatabel 4danGambar 3. Kadar glukosadiperolehdarihasilhidrolisadenganmengguna kanwaktuhidrolisa 30 menitpadasuhu 00 C. Tabel 4. PengaruhPerbandinganBahanvs Kadar Glukosa Perbandinganbahan Kadar glukosa (%) :, :,44 :3,44 :4,40 :5,389,6,5,4,3,, Perbandingan Bahan Gambar 3.HubunganantaraPerbandinganBahanvs Kadar Glukosa BerdasarkanTabel 4dan Gambar3 menunjukkanbahwakadarglukosa diperolehhasilpersentase maksimaladalahpadaperbandinganbahan : (kulit nanas : aquadest) yakni,44%. Akan tetapi, padaperbandinganbahanselanjutnyayaitu :3, :4 dan :5 persentasekadarglukosacenderungmenurun. inidisebabkankarenajumlahaquadeslebihbanyakdiba ndingkandengankulit nanas sehinggakatalisator (H SO 4 ) berfungsisebagaipemecahkarbohidratberkurang. Pengaruhperbandinganbahanterhadapkadaret anoldapatdilihatpadatabel 5dan Gambar 4. Tabel 5. PengaruhPerbandinganBahanvsKadar Etanol Perbandinganbahan Kadar etanol (%) : 0,9 : 0,989 :3 0,465 :4 0,333 :5 0,3, 0,8 0,6 0,4 0, Perbandingan Bahan Gambar 4. HubunganantaraPerbandinganBahanvs Kadar Etanol BerdasarkanTabel5dan Gambar 4 didapatkanpersentasekadaretanol maksimumpadaperbandinganbahan : (kulit nanas : air) yakni 0,989%. Namunsetelahmencapaititik optimum, jumlahkadaretanol didapatkanmengalamipenurunandrastis. Menurut Sugiharto (99), faktor-faktor mempengaruhi fermentasi adalah lama fermentasi, suhu, ph medium, jumlah makro dan mikro nutrien ada dalam media fermentasi, konsentrasi media fermentasi, gula reduksi dan sebagainya. Larutan kulit nanas telah dihidrolisa merupakan gula reduksi. Salah satu berpengaruhterhadapkadaretanol dihasilkandalamfermentasiadalahgulareduksi. Semakinbesarkonsentrasiglukosa dihasilkan, makasemakinbanyak pula glukosaygdapatdiubahmenjadietanol. KESIMPULAN 4

5 Berdasarkanhasilpenelitiandanpembahasan, makadapatdisimpulkan :. Kulit nanas dapat dimanfaatkan sebagai bahan baku pembuatan bioetanol dengan proses hidrolisa, detoksifikasi, fermentasi dan distilasi.. Suhuhidrolisadanperbandinganbahandapatber pengaruhpadakadarglukosadankadaretanol dihasilkan. 3. Semakin tinggisuhuhidrolisa dan semakinbanyakaquades, maka persentase hasil glukosadanetanol didapatkan semakin besar, akan tetapi setelah tercapai kondisi optimum persentase hasil cenderung menurun. 4. Kondisi optimal diperolehpadasuhuhidrolisa 00 o C dandenganpersentasekadarglukosasebesar,44% dankadaretanolsebesar 0,3%. 5. Kondisi optimal diperolehpadaperbandinganbahan : gram/l dengankadarglukosasebasar,44% dankadaretanolsebasar 0,989%. DAFTAR PUSTAKA Fessenden, J.S dan Fessenden, R.J., 98,Kimia Organik,Edisi 3,Erlangga, Jakarta. Prihandana, R., 007,BioetanolUbiKayuBahanBakarMasa Depan, PT. AgromediaPustaka, Jakarta. Simamora, S., 008,Membuat Biogas penggantibahanbakarminyakdan Gas.PT. AgromediaPustaka, Jakarta. Susmiati, Y., 0,DetoksifikasiHidrolisatAsamdariUbi KayuUntukProduksiBioetanol, AGROINTEK Vol. 5, No., Maret. Tjokroadikoesoemo, S., 986,HFS danindustriubikayulainnya, PT GramediaPustakaUtama, Jakarta. Wijana, S., Kumalaningsih. A., Setyowati. U., dan N. Hidayat, 99,OptimalisasiPenambahanTepungKuli t Nanas dan Proses FermentasipadaPakanTernakterhadapPeni ngkatankualitasnutrisi,universitasbrawija ya, Malang. Winarno, F.G., 980,PengantarTeknologiPangan, PT. GramediaPustakaUtama, Jakarta. 5