DAFTAR ISI HALAMAN HALAMAN JUDUL... i LEMBAR PENGESAHAN... ii KATA PENGANTAR... iii DAFTAR ISI... v DAFTAR GAMBAR... vii DAFTAR TABEL... viii DAFTAR LAMPIRAN... ix BAB I PENDAHULUAN 1.1 Latar Belakang... 1 1.2 Rumusan Masalah... 5 1.3 Tujuan Penelitian... 5 1.4 Manfaat Penelitian... 5 BAB II TINJAUAN PUSTAKA 2.1 Glacilaia sp.... 6 2.2 Polisakarida... 7 2.2.1 Pati... 8 2.2.2 Selulosa... 9 2.3 Hidrolisis... 11 2.3.1 Hidrolisis Asam... 11 2.3.2 Hidrolisis Enzim... 12 2.4 Fermentasi... 14 2.5 Khamir (yeast)... 19 2.6 Bioetanol... 21 2.7 Destilasi... 24 2.8 Spektrofotometri UV-Vis... 25 2.9 Kromatografi Gas... 27 BAB III METODE PENELITIAN 3.1 Bahan dan alat penelitian... 29 3.1.1 Bahan penelitian... 29 3.1.2 Bahan kimia... 29 3.1.3 Alat penelitian... 29 3.2 Tempat penelitian... 30 3.3 Rancangan penelitian... 30 3.4 Prosedur kerja... 30 3.4.1 Persiapan sampel rumput laut... 30 3.4.2 Proses delignifikasi pada sampel rumput laut... 31 A. Perlakuan pada sampel rumput laut secara kimia... 31 B. Perlakuan pada sampel rumput laut secara fisik... 31 C. Perlakuan pada sampel rumput laut secara biologi... 31
3.4.3 Penentuan pengaruh konsentrasi katalis enzim dan asam terhadap produksi bioetanol berbahan baku Glacilaria sp.... 32 A. Hidrolisis rumput laut untuk fermentasi dengan asam sulfat (H2SO4)... 32 B. Hidrolisis rumput laut untuk fermentasi dengan enzim selulase... 32 3.4.4 Penentuan kadar gula reduksi... 33 A. Pembutan kurva standar glukosa... 33 B. Persiapan sampel pada analisis kadar gula reduksi (metode Nelson)... 33 3.4.5 Fermentasi... 34 A. Pembuatan inokulum... 34 B. Fermentasi sampel rumput laut... 35 C. Perhitungan total inokulum... 35 3.4.6 Penentuan kadar etanol... 35 A. Pembuatan kurva standar etanol... 35 B. Penentuan kadar etanol... 36 BAB IV Hasil dan Pembahasan... 38 4.1 Kadar gula reduksi... 38 4.2 Hasil kadar gula reduksi rumput laut dihidrolisis dengan asam sulfat (H2SO4) dan enzim selulase... 39 4.2.1 Hasil kadar gula reduksi rumput laut dengan perlakuan awal secara fisik dihidrolisis dengan asam sulfat (H2SO4) dan enzim selulase... 39 4.2.2 Hasil kadar gula reduksi rumput laut dengan perlakuan awal secara kimia dihidrolisis dengan asam sulfat (H2SO4) dan enzim selulase... 43 4.2.3 Hasil kadar gula reduksi rumput laut dengan perlakuan awal secara biologi dihidrolisis dengan asam sulfat (H2SO4) dan enzim selulase... 47 4.3 Fermentasi sampel rumput laut... 49 4.4 Jumlah total inokulum... 51 4.5 Kadar etanol... 51 DAFTAR PUSTAKA... 53 LAMPIRAN... 58
RINGKASAN Indonesia merupakan negara kepelauan yang sebagian besar wilayahnya terdiri atas perairan dan juga ribuan pulau. Panjang garis pantai 80.791 km menyebabkan Indonesia kaya dengan sumber daya alam, salah satunya adalah rumput laut. Rumput laut sudah mulai dibudidayakan oleh masyarakat Indonesia, sehingga hasil panen rumput laut semakin melimpah. Namun pengolahan rumput laut dari Indonesia belum memenuhi permintaan pasar di dunia, karena kualitasnya masih dinilai rendah. Glacilaria sp. ini memiliki kandungan karbohidrat yang cukup tinggi, sehingga cocok digunakan sebagai bioetanol. Penelitian ini bertujuan untuk menentukan kadar gula reduksi dan pati pada Glacilaria sp. serta mengetahui pengaruh perlakuan awal secara fisik, kimia, dan biologi dalam produksi bioetanol berbahan baku Glacilaria sp. Pati adalah suatu jenis polisakarida yang terkandung dalam karbohidrat pada tumbuhan. Glacilaria sp. merupakan rumput laut yang termasuk golongan alga dan termasuk dalam jenis alga merah dengan ciri fisik yaitu: mempunyai thallus yang licin dan silindris. Polisakarida yang terdapat pada Glacilaria sp. dapat dihidrolisis dengan asam dan enzim sehingga pecah menjadi molekul glukosa. Glukosa dapat diperoleh dari reaksi hidrolisis polisakarida menggunakan asam (H2SO4 dan HCl) atau enzim selulase. Glukosa (gula reduksi) merupakan salah satu turunan karbohidrat yang terdiri atas satu unit monomer (monosakarida). Glukosa (gula reduksi) diubah menjadi produk etanol (C2H5OH) melalui suatu proses fermentasi dengan bantuan mikroorganisme berupa khamir jenis Saccharomyces cereviceae. Metode yang digunakan dalam penelitian ini untuk menentukan kadar pati serta kadar gula reduksinya menggunakan metode Anthrone. Alat yang digunakan dalam penentuan kadar etanol adalah kromatografi gas dan alat spektrofotometer UV- Vis untuk mengukur kadar gula reduksi dalam campuran. Tahapan dalam penelitian ini adalah perlakuan awal secara kimia, fisika dan biologi, hidrolisis rumput laut untuk fermentasi dengan asam sulfat (H2SO4), hidrolisis rumput laut untuk fermentasi dengan asam klorida (HCl), hidrolisis rumput laut untuk fermentasi dengan enzim selulase, penentuan gula reduksi, pembuatan inokulum, fermentasi alkohol, perhitungan inokolom, pembuatan kurva standar, pengukuran ph akhir, dan penentuan kadar etanol. Kata kunci : Glacilaria sp., hidrolisi asam dan enzim, bioetanol.
BAB 1 PENDAHULUAN 1.1 Latar Belakang Indonesia merupakan negara kepulauan yang sebagian besar wilayahnya terdiri atas perairan dan juga ribuan pulau (Gautam et al., 2000). Panjang garis pantai 80.791 km menyebabkan Indonesia kaya dengan sumber daya alam, salah satunya adalah rumput laut. Rumput laut sudah mulai dibudidayakan oleh masyarakat Indonesia, sehingga hasil panen rumput laut semakin melimpah. Rumput laut diekspor dalam dua bentuk yakni bahan mentah dan olahan. Bahan mentah berupa rumput laut kering, sedangkan olahan berupa agar-agar, karagienan, dan alginat. Namun pengolahan rumput laut dari Indonesia belum memenuhi permintaan pasar di dunia, karena kualitasnya masih dinilai rendah. Rumput laut yang ada di perairan pulau Serangan sangat beragam. Penelitian rumput laut sudah banyak dilakukan, namun topik penelitiannya mengarah ke identifikasi makronutrien. Salah satu jenis rumput laut yang tumbuh di perairan pulau Serangan adalah Glacilaria sp. Rumput laut Glacilaria sp. termasuk dalam jenis alga merah (Rhodophyta). Glacilaria sp. punya ciri yaitu berwarna hijau, hijau kuning, abu-abu, dan merah. Selain itu, rumput laut ini juga memiliki thallus yang licin dan silindris. Alga ini juga memliki alat perekat berupa cakram untuk melekat pada
substrat (Atmadja dkk, 1996). Alga ini memiliki kandungan karbohidrat yang cukup tinggi yakni 68,48 % (Wiratmaja, 2011). Karbohidrat yang terdapat pada Glacilaria sp. dapat dimanfaatkan sebagai bahan baku pembuatan etanol. Menurut Suriawiria (1985) hidrolisis enzimatik dengan enzim selulase yang berasal dari isolasi jamur tiram (Pleurotusostreatus) dan hidrolisis kimiawi menggunakan HCl dapat meningkatkan hasil bioetanol. Katalis HCl menghasilkan glukosa lebih tinggi dibandingkan H2SO4. Hal ini terjadi karena H2SO4 bersifat membakar selulosa sedangkan HCl tidak. Dalam hal ini, asam berfungsi sebagai katalisator yaitu untuk mempercepat terjadinya proses hidrolisis. Fermentasi akan dilakukan setelah proses hidrolisis selesai. Proses fermentasi dilakukan dengan penambahan khamir (Saccharomyces cerevisiae). Saccharomyces cerevisiae adalah salah satu spesies ragi yang dikenal mempunyai daya konversi gula menjadi etanol, yang menghasilkan enzim zimase dan invertase. Enzim zimase memiliki fungsi sebagai pemecah sukrosa menjadi monosakarida (glukosa dan fruktosa), sedangkan enzim invertase mengubah glukosa menjadi etanol (Judoamidjojo et al., 1992). Etanol atau etil alkohol merupakan suatu cairan yang memiliki banyak kegunaan selain sebagai pelarut. Etanol juga berguna sebagai bahan baku industri farmasi, industri kimia, mikrobiologi, serta dapat dijadikan bahan bakar. Etanol merupakan senyawa yang memiliki gugus hidroksil (-OH) yang terikat pada atom karbon, dengan rumus kimia C2H5OH. Etanol yang dihasilkan dari sumber daya alam terbarukan disebut bioetanol.
Bioetanol adalah jenis bahan bakar cair dari tumbuhan atau sering disebut biofuel. Bioetanol adalah fermentasi glukosa menjadi etanol yang dimurnikan dengan proses destilasi. Proses destilasi adalah suatu teknik untuk memisahkan suatu zat yang memiliki perbedaan titik didih. Etanol yang didapat dengan destilasi menghasilkan kadar 95 % volume, sedangkan etanol yang dijadikan bahan bakar harus mencapai kadar murni 95 % atau sering disebut fuel grade ethanol (FGE). Molekul bioetanol mengandung oksigen yang menghasilkan pembakaran bahan bakar dalam mesin menjadi lebih sempurna, sehingga dapat mengurangi emisi gas buang. Dengan begitu, bioetanol turut berperan menekan polusi udara (Bukit, 2008). Bahan baku untuk proses produksi bioetanol diklasifikasikan menjadi tiga kelompok, yaitu gula, pati, dan selulosa. Sumber gula yang berasal dari gula tebu, gula bit, molase, dan buah-buahan dapat langsung dikonversi menjadi etanol. Sumber dari bahan berpati seperti jagung, singkong, kentang, dan akar tanaman harus dihidrolisis terlebih dahulu menjadi gula. Sumber selulosa yang berasal dari kayu, limbah pertanian, limbah pabrik pulp, dan kertas, semuanya harus dikonversi menjadi gula (Lin dan Tanaka, 2006). Salah satu hal yang belum menarik banyak orang dalam bidang penelitian tentang pengolahan Glacilaria sp. menjadi etanol adalah adanya senyawa lignin yang membungkus selulosa di dalam matriks Glacilaria sp. Adanya lignin dalam bahan berselulosa ini akan menghambat aktivitas enzim yang terdapat di dalam ragi dalam proses pengkonversian gula sederhana menjadi etanol. Jadi untuk meningkatkan proses hidrolisis, perlu dilakukan proses delignifikasi untuk mendegradasi lignin dari
struktur selulosa dengan menggunakan bantuan katalis, salah satu caranya adalah dengan menggunakan katalis kimia berupa senyawa NaOH. Dari hasil penelitian Samsul (2005), penambahan konsentrasi katalis NaOH hingga 8% ternyata mampu meningkatkan kandungan selulosa dalam produksi pulp dari jerami, sehingga diperoleh hasil produksi optimum selulosa sekitar 91,4 % dengan sisa lignin dalam pulp yang hanya mencapai sekitar 1,2 % saja. Sementara itu, Nathan (2005) membuat bioetanol dengan bahan baku Makroalga S. duplicatum (alga coklat). Makroalga S. duplicatum (alga coklat) dihidrolisis dengan asam dan dilanjutkan dengan fermentasi menghasilkan produksi optimum kadar glukosa sebanyak 28,051 mg/ml dengan dikonsentrasi H2SO4 0,4 M selama 120 menit, sedangkan pada fermentasi kadar bioetanol maksimum dicapai pada waktu inkubasi 72 jam yaitu 0,0451%. Taherzadeh et al. (2008) melakukan penelitian mengenai pembuatan bioetanol dari alga merah untuk mengetahui kadar etanol yang tinggi. Hasil menunjukkan alga merah jenis Eucheuma spinosum dengan proses fermentasi tahap sakarifikasi diperoleh kadar etanol terbanyak 14% dan 15,25% dengan lama fermentasi 3 hari. Pada tahap fermentasi tanpa sakarifikasi diperoleh kadar etanol terbanyak 6,99% dengan lama fermentasi 2 hari. Pada penelitian ini, mencakup hidrolisis enzimatik dengan enzim selulase yang berasal dari isolat Saccharomyces cerevisiae S-14 dan hidrolisis kimiawi menggunakan HCl dan NaOH.
1.2 Rumusan Masalah Berdasarkan hal-hal yang diungkapkan di atas, dirumuskan permasalahan sebagai berikut : Bagaimana perbedaan hasil hidrolisis Glacilaria sp. dengan perlakuan awal secara fisik, kimia dan biologi yang menghasilkan rendemen bioetanol yang paling tinggi? 1.3 Tujuan Masalah Tujuan yang ingin dicapai pada penelitian ini adalah: Mengetahui perbedaan hasil hidrolisis Glacilaria sp. dengan perlakuan awal secara fisik, kimia dan biologi yang menghasilkan rendemen bioetanol yang paling tinggi. 1.4 Manfaat penelitian Manfaat yang ingin dicapai pada penelitian ini adalah memberi alternatif energi yang ramah lingkungan sebagai pengganti bahan bakar minyak (BBM) dan mendorong peningkatan budidaya alga merah Glacilaria sp. pada masyarakat.