PEMBUATAN ETANOL DARI SAMPAH PASAR MELALUI PROSES PEMANASAN DAN FERMENTASI BAKTERI Zymomonas mobilis

Transkripsi

1 PEMBUATAN ETANOL DARI SAMPAH PASAR MELALUI PROSES PEMANASAN DAN FERMENTASI BAKTERI Zymomonas mobilis ETHANOL MAKING FROM GREENGROCER S SOLID WASTE THROUGH HEATING PROCESS AND FERMENTATION USING Zymomonas mobilis Ghani Arasyid* dan Wahyono Hadi** Jurusan Teknik Lingkungan-FTSP-ITS * arasyid@enviro.its.ac.id ** wahyonohadi@yahoo.com Abstrak Berdasarkan hasil yang didapatkan, dari hasi uji kadar etanol dapat disimpulkan bahwa variasi sampah dengan air 75:25 mempunyai kadar etanol yang lebih tinggi daripada variasi sampah dengan air 50:50. Pemanasan biasa dengan variasi sampah dengan air 75:25 setelah 5, 7, 9 dan 12 hari fermentasi adalah 6,30%; 8,43%; 9,51%; 10,21%. Pemanasan biasa dengan variasi sampah dengan air 50:50 setelah 5, 7, 9 dan 12 hari fermentasi adalah 6,15%; 8,05%; 10,05%; 10,13%. Pemanasan Autoclave dengan variasi sampah dengan air 75:25 setelah 5, 7, 9 dan 12 hari fermentasi adalah 7,05%; 9,20%; 9,57%; 10,35%. Pemanasan Autoclave dengan variasi sampah dengan air 50:50 setelah 5, 7, 9 dan 12 hari fermentasi adalah 6,92%; 8,97%; 9,56%; 10,17%. Kata kunci: Etanol, Fermentasi, Sampah, Zymomonas mobilis Abstract Based on the research result from ethanol grade analysis, composition of solid waste blends with water 75:25 have ethanol grade which higher than 50:50. Heating/boiling with composition of solid waste blends with water 75:25 after 5, 7, 9 and 12 fermentation days are 6,30%; 8,43%; 9,51%; 10,21%. Heating/boiling with composition of solid waste blends with water 50:50 after 5, 7, 9 and 12 fermentation days are 6,15%; 8,05%; 10,05%; 10,13%. Autoclave heating/boiling with composition of solid waste blends with water 75:25 after 5, 7, 9 and 12 fermentation days are 7,05%; 9,20%; 9,57%; 10,35%. Autoclave heating/boiling with composition of solid waste blends with water 50:50 after 5, 7, 9 and 12 fermentation days are 6,92%; 8,97%; 9,56%; 10,17%. Key words : Ethanol, Fermentation, Solid waste, Zymomonas mobilis 1

2 1. PENDAHULUAN 1.1. Latar Belakang Kelangkaan yang disertai tingginya harga bahan bakar minyak secara global beberapa tahun terakhir membuat banyak negara di dunia meningkatkan upayanya untuk menggunakan biofuel sebagai bahan bakar alternatif. Salah satu dari biofuel yang paling banyak digunakan adalah etanol, zat ini diekstrak antara lain dari tebu dan singkong (Prihandana et al., 2007) Berdasarkan fakta-fakta yang terdapat di atas, muncul sebuah gagasan dalam memanfaatkan sampah organik yang berasal dari pasar sayur dan buah untuk diekstrak menjadi sumber energi alternatif yaitu etanol. Konversi ini dilakukan melalui proses pemanasan yang kemudian difermentasikan dengan bakteri yang dipilih dengan studi literatur tentang efektifitas fermentasi etanol menggunakan bakteri. (Arasyid, 2010) 1.2. Perumusan Masalah Dari latar belakang masalah di atas, dapat dirumuskan beberapa permasalahan, sebagai berikut: 1. Apakah etanol terkandung pada sampel sampah dari Pasar Keputran Surabaya setelah melalui proses fermentasi menggunakan bakteri Zymomonas mobilis dan sebelumnya dilakukan pemanasan? 2. Berapa kadar etanol yang dihasilkan dan variasi dengan kadar etanol tertinggi dari fermentasi sampel sampah Pasar Keputran Surabaya? 3. Adakah perbedaan kandungan etanol pada sampel sampah Pasar Keputran Surabaya pada variasi komposisi sampah dengan air serta lama fermentasi? 1.3. Tujuan Penelitian Tujuan dari penelitian ini adalah: 1. Mengetahui apakah ada etanol yang terkandung dari sampel sampah Pasar Keputran Surabaya setelah pemanasan dan fermentasi menggunakan bakteri Zymomonas mobilis 2

3 2. Mengetahui kadar etanol dan variasi yang menghasilkan kadar etanol tertinggi dari pemanasan dan fermentasi sampel sampah Pasar Keputran Surabaya 3. Mengetahui perbedaan kandungan etanol pada sampel sampah Pasar Keputran Surabaya pada variasi komposisi sampah dengan air serta lama fermentasi 2. METODOLOGI Pada penelitian ini, sampel sampah diberi perlakuan pemanasan biasa dengan merebusnya dan pemanasan bertekanan-centrifuge dengan menggunakan Autoclave. Penelitian inti menggunakan variabel komposisi sampah dengan air 75:25 (750 gram sampah dengan 250 ml air) dan komposisi sampah dengan air 50:50 (500 gram sampah dengan 500 ml air). Variasi komposisi bubur sampah ini disilangkan dengan waktu pengamatan kadar etanol. Lama pengamatan masing-masing variasi adalah 5, 7, 9 dan 12 hari. Setelah melalui proses yang disebut dengan Simultaneous Saccharification and Fermentation (SSF), kadar etanol terbentuk. Kemudian dilakukan destilasi untuk mengetahui kadar etanol yang sesungguhnya setelah proses pemisahan etanol dengan campuran bubur sampah. 3. HASIL DAN PEMBAHASAN Sampah yang sudah menjalani proses pemanasan dengan dipanaskan dalam panci berisi air 1L dan Autoclave kemudian didinginkan. Langkah selanjutnya adalah penghalusan dengan menggunakan alat blender listrik. Maksud dari penghalusan sampah ini adalah agar media fermentasi hasil pemanasan yang masih terdapat padatan menjadi lunak sehingga proses fermentasi oleh bakteri Zymomonas mobilis nantinya lebih mudah. Selain itu juga bertujuan untuk mendapatkan variasi antara sampah dengan air. Bubur sampah yang diperoleh dari proses penghalusan sampah kemudian disaring untuk memisahkan antara padatan dengan cairannya, yang kemudian akan dilanjutkan pada proses 3

4 fermentasi. Hasil dari pemisahan cairan dari bubur sampah yang telah dihaluskan ini adalah cairan yang berwarna keruh kecoklatan. Ditampung ke dalam gentong plastik dengan ukuran 5 liter. Kemudian hasil saringan tadi dibagikan ke dalam 4 buah erlenmeyer untuk masing-masing variasi komposisi sampah dan pemanasan, dengan total erlenmeyer yang digunakan adalah 16 buah. Volume hasil saringan untuk setiap erlenmeyer adalah 150ml. Setiap erlenmeyer yang berisi cairan sampel di inokulasikan sebanyak lima kali jarum ose yang berisi biakan koloni bakteri Zymomonas mobilis. Dipilih sebanyak lima kali karena disesuaikan dengan volume sample dan pertimbangan bila terlalu banyak inokulan, hasil fermentasi akan terlalu cepat menjadi Asam Asetat (melewati masa terbentuknya etanol). Untuk variasi komposisi sampah dengan air 75:25 pemanasan biasa, kadar gula reduksi sebelum proses fermentasi adalah 11,21% dengan ph 4,76 dan kadar gula reduksi 11,97% dengan ph 5,07 untuk pemanasan dengan Autoclave. Sedangkan variasi komposisi sampah dengan air 50:50 pemanasan biasa, kadar gula reduksi sebelum proses fermentasi adalah 9,98% dengan ph 4,68 dan kadar gula reduksi 10,15% dengan ph 4,97 untuk pemanasan dengan Autoclave. Setelah melakukan proses inokulasi, tahap berikutnya adalah fermentasi. Fermentasi yang dilakukan dalam penelitian ini dilakukan di dalam inkubator untuk memperoleh pertumbuhan bakteri Zymomonas mobilis yang optimal sehingga proses fermentasi dapat berjalan dengan optimal pula. Setiap erlenmeyer diletakkan dalam inkubator dengan pengaturan suhu 30 o C selama proses fermentasi hingga masing-masing waktu pengambilan untuk diuji dan dianalisa; yaitu pada saat 5 hari, 7 hari, 9 hari dan 12 hari. Dari hasil pengukuran ph, didapatkan ph pada kisaran 2-4. Hal ini yang menyebabkan kadar etanol hasil fermentasi setelah diukur pada tahap selanjutnya tidak bisa tinggi, baik di pengukuran sebelum destilasi dan setelah destilasi akibat tidak optimumnya proses fermentasi yang pada Zymomonas mobilis adalah pada kisaran ph 4-7 (Gunasekaran et al., 1986). Hal ini disebabkan 4

5 karena hanya dilakukan sakarifikasi dalam proses pemanasan dan SSF pada tahap fermentasi tanpa adanya hidrolisis menggunakan asam kuat. Cairan sampel hasil fermentasi masih dalam keadaan keruh akibat tidak dilakukannya proses centrifuge sebelum fermentasi. Sehingga untuk mengetahui kandungan etanol secara lebih akurat, etanol dipisahkan dari campuran-campurannya yang terdapat dalam sampel. Prinsip destilasi sendiri adalah memisahkan zat-zat tertentu, dalam hal ini etanol/alkohol, melalui perbedaan titik didih. Proses destilasi ini menggunakan tipe Fractional Distillation. Peralatan destilasi sudah tersedia di Laboratorium Pengolahan Air Jurusan Teknik Lingkungan ITS dengan labu destilasi sebagai destilator, kompor listrik sebagai pemanas, panci Alumunium sebagai water bath dan erlenmeyer sebagai tempat sampel (berada pada panci Alumunium) dan hasil destilasi atau destilat. Proses destilasi ini membutuhkan waktu 4 jam dan dengan suhu di kisaran 81 0 C yang dijaga secara konstan. Berikut adalah hasil pengukuran kadar etanol pada cairan sampel setelah melalui proses destilasi yang juga dijelaskan secara visual dengan grafik (Arasyid, 2010). Grafik Waktu vs Kadar Etanol Etanol (% 51 50, , , , , Pengamatan (hari) Pemanasan 75:25 Pemanasan 50:50 Autoclave 75:25 Autoclave 50:50 Gambar 1. Grafik Waktu vs Kadar Etanol Setelah Destilasi Untuk Setiap Variasi 5

6 Dari grafik di atas, dapat disimpulkan bahwa peningkatan kadar etanol untuk pemanasan biasa maupun pemanasan Autoclave setelah destilasi ini adalah hasil dari fermentasi yang menyebabkan adanya penurunan pada kadar gula dalam penelitian ini. Sedangkan penurunan kadar etanol khusus untuk Pemanasan pemanasan pada hari ke-12 pada variasi sampah dengan air 50:50 disebabkan oleh sudah terjadinya proses perubahan dari etanol menjadi Asam Asetat akibat reaksi etanol dengan oksigen (O 2 ) saat proses destilasi berlangsung, yang menyebaban kadar etanol turun (Gunasekaran and Raj, 1999). 4. KESIMPULAN 1. Sampel dari Sampah Pasar Keputran mengandung etanol setelah melalui proses pemanasan dan fermentasi oleh bakteri Zymomonas mobilis 2. Kadar etanol setelah fermentasi untuk variasi hidrolisis dan komposisi sampah dengan air adalah sebagai berikut: a. Pemanasan biasa dengan variasi sampah dengan air 75:25 setelah 5, 7, 9 dan 12 hari fermentasi adalah 6,30%; 8,43%; 9,51%; 10,21%. b. Pemanasan biasa dengan variasi sampah dengan air 50:50 setelah 5, 7, 9 dan 12 hari fermentasi adalah 6,15%; 8,05%; 10,05%; 10,13% c. Pemanasan Autoclave dengan variasi sampah dengan air 75:25 setelah 5, 7, 9 dan 12 hari fermentasi adalah 7,05%; 9,20%; 9,57%; 10,35% d. Pemanasan Autoclave dengan variasi sampah dengan air 50:50 setelah 5, 7, 9 dan 12 hari fermentasi adalah 6,92%; 8,97%; 9,56%; 10,17% 3. Dari hasi uji kadar etanol, dapat disimpulkan bahwa variasi sampah dengan air 75:25 mempunyai kadar etanol yang lebih tinggi daripada variasi sampah dengan air 50:50. Sedangkan kadar etanol dari variasi hidrolisis tertinggi adalah dari pemanasan Autoclave yang disebabkan pemanasan biasa kurang sempurna akibat tidak adanya proses centrifuge yang 6

7 menyebabkan terjadi pemisahan antara kandungan air dengan sampah. Kadar etanol tertinggi pada masing-masing variasi didapatkan setelah hari ke-12 pengamatan kadar etanol secara batch DAFTAR PUSTAKA Arasyid, G Pembuatan Etanol Dari Sampah Pasar Melalui Proses Pemanasan dan Fermentasi Bakteri Zymomonas mobilis. Tugas Akhir Jurusan Teknik Lingkungan FTSP-ITS, Surabaya Gunasekaran, P., Karunakaran, T., Kasthuribai, M Fermentation Pattern of Zymomonas mobilis strains of different substrate-a comparative study. Department of Microbial Technology, School of Biological Sciences, Madurai Kamaraj University, India Gunasekaran, P. and Raj, K. C Ethanol Fermentation Technology Zymomonas mobilis. Current Science. Vol. 77, #1, Najafpour, G. D., Lim, J. K Fermentation of Ethanol, School of Chemical Engineering, Universiti Sains Malaysia Park, I et al Cellulose Ethanol Production From Waste Newsprint by Simultaneous Saccharification and Fermentation Using Saccharomyces cerevisiae KNU5377. Didownload pada 5 Februari 2010; WIB. URL: Senthilkumar, V. and Gunasekaran, P Influence of Fermentation on Levan Production by Zymomonas mobilis CT2. Indian Journal of Biotechnology Vol. 4, Oct 2005, pp Taherzadeh, M. and Karimi, K Acid-based Hydrolysis Processes for Ethanol from Lignosellulosic Material : A Review, Bioresources 2 (3), Trihadiningrum, Y. Pandebesie, E.S., Masduqi, A. dan Warmadewanthi, IDAA Program Pelatihan Sistem Pengolahan Sampah, Jurusan Teknik Lingkungan ITS, Surabaya 7