PEMBUATAN ETANOL DARI SAMPAH PASAR MELALUI PROSES HIDROLISIS ASAM DAN FERMENTASI BAKTERI Zymomonas mobilis ETHANOL PRODUCTION FROM MARKET WASTES THROUGH ACID HYDROLYSIS AND FERMENTATION BY Zymomonas mobilis Ari Kurniawan Prasetyo dan Wahyono Hadi Jurusan Teknik Lingkungan-FTSP-ITS Abstrak Dari hasil penelitian, pada variasi komposisi sampah dan air 50%:50% dengan H 2 SO 4 sebagai penghidrolisis, kadar etanol maksimal setelah proses fermentasi adalah 9,35%. Variasi komposisi sampah dan air 50%:50% dengan HCl sebagai penghidrolisis, kadar etanol maksimal setelah proses fermentasi adalah 9,20%. Variasi komposisi sampah dan air 75%:25% dengan H 2 SO 4 sebagai penghidrolisis, kadar etanol maksimal setelah proses fermentasi adalah 10,13%. Waktu fermentasi yang digunakan dalam penelitian ini adalah 3 hari,5 hari,7 hari dan 9 hari. Kata kunci : hidrolisis, fermentasi, etanol, zymomonas mobilis Abstract Based on the research result, maximum concentration of ethanol for waste composition and water combination 50%:50% with H 2 SO 4 as a hydrolysis agent is 9,35%. For waste composition and water combination 50%:50% with HCl as a hydrolysis agent is 9,20%. Ffor waste composition and water combination 75%:25% with H 2 SO 4 as a hydrolysis agent is 10,13%. In this research, variation of fermentation time are 3 days,5 days, 7 days,and 9 days. Keywords : hydrolisis, fermentation,ethanol,zymomonas mobilis
1. PENDAHULUAN 1.1. Latar Belakang Akhir-akhir ini sumber daya alam semakin berkurang, terutama bahan bakar fosil. Hal ini bisa dilihat dari semakin langkanya cadangan minyak bumi di Indonesia. Seperti diketahui, cadangan bahan bakar fosil seperti minyak bumi untuk cadangan nasional di prediksi hanya tersedia untuk 23 tahun mendatang. Untuk mengatasi masalah ini, perlu adanya sumber energi alternatif yang dapat menggantikan peran bahan bakar fosil di masa depan. Sumber energi alternatif yang baru juga di harapkan dapat mengurangi polusi udara yang sebelumnya ditimbulkan oleh penggunaan bahan bakar fosil ( Delima, 2008). Limbah berupa sisa buah-buahan dan sayur-sayuran yang sudah membusuk biasanya dihasilkan pasar sayur dan buah. Karakteristik limbah ini tersusun atas bahan organik seperti protein, karbohidrat, dan lemak. Limbah padat yang mengandung bahan organik yang tinggi ini bila langsung dibuang ke tanah atau badan air akan menyebabkan pencemaran. Berdasarkan hal tersebut, timbul ide untuk memanfaatkan limbah pasar sayur dan buah untuk dikonversi menjadi sumber energi alternatif yaitu Bioetanol melalui proses fermentasi bakteri. Fermentasi adalah semua proses bioenergetik atau katabolisme yang menggunakan senyawa organik sebagai akseptor elektron terakhirnya(trihadiningrum, 1995). 1.2. Perumusan Masalah Dari latar belakang masalah di atas, dapat dirumuskan beberapa permasalahan, sebagai berikut:
1. Apakah terkandung etanol pada sampah sayur dan buah melalui hidrolisis asam sulfat dan fermentasi bakteri Zymomonas mobilis. 2. Adakah perbedaan kandungan etanol pada sampah Pasar Keputran Surabaya pada variasi komposisi sampah dan air serta jenis asam sebagai penghidrolisis. 1.3. Tujuan Penelitian Tujuan dari penelitian ini adalah: 1. Mengetahui adanya kandungan etanol pada sampah sayur dan buah melalui fermentasi oleh bakteri Zymomonas mobilis setelah proses hidrolisis menggunakan asam sulfat dan asam klorida. 2. Mengetahui variasi kandungan etanol yang terkandung pada sampah pasar keputran surabaya pada variasi komposisi sampah dan air serta variasi asam kuat sebagai penghidrolisis. 1.4. Teori Alkohol adalah senyawa hidrokarbon berupa gugus hydroxyl (-OH) dengan 2 atom karbon (C). Spesies alkohol yang banyak digunakan adalah CH 3 CH 2 OH yang disebut metil alkohol (metanol), C 2 H 5 OH yang diberi nama etil alkohol (etanol), dan C 3 H 7 OH yang disebut iso propil alkohol (IPA) atau propanol-2. Dalam dunia perdagangan yang disebut alkohol adalah etil alkohol atau metil karbinol dengan rumus kimia C 2 H 5 OH. Sifat etanol adalah jernih tak berwarna,beraroma khas,berfasa cair pada temperatur kamar. Sifat Etanol mudah terbakar dengan nyala berwarna biru dan tidak berasap (Rama P,2007).
Alkohol berbobot molekul rendah larut dalam air,sedangkan alkil halida padanannya tidak larut. Kelarutan dalam air ini langsung disebabkan oleh ikatan hidrogen antara alkohol dan air. Bagian hidrokarbon suatu alkohol bersifat hidrofob yakni menolak molekulmolekul air. Makin panjang bagian hidrokarbon ini, makin rendah kelarutan alkohol dalam air.(fessenden,1986). Fermentasi merupakan proses perubahan dari glukosa menjadi alkohol ( Lee,1992).Peruraian dari kompleks menjadi sederhana dengan bantuan mikroorganisme sehingga menghasilkan energi. Bakteri Zymomonas mobilis merupakan bakteri gram negatif yang dapat ditemukan pada tumbuh-tumbuhan yang kaya gula. Pada umumnya mempunyai panjang 2-6 µm dan lebar 1-1.4 µm. Zymomonas mobilis merupakan bakteri anaerob fakultatif, yang mampu memanfaatkan sukrosa, glukosa dan fruktosa sebagai sumber energinya, mempunyai laju pertumbuhan yang tinggi dan tahan terhadap konsentrasi etanol sekitar 14%. Zymomonas mobilis adalah kandidat mikroorganisme terbaik untuk industri alkohol Proses fermentasi etanol menggunakan Zymomonas mobilis dilakukan dalam kondisi anaerob. Zymomonas mobilis akan menguraikan glukosa, fruktosa atau sukrosa (sumber karbon) melalui jalur metabolik Entner Doudoroff. Jalur metabolisme ini hanya menghasilkan 1 mol ATP tiap mol glukosa atau fruktosa, sehingga Zymomonas mobilis menguraikan gula dengan kecepatan tinggi supaya menghasilkan cukup energi untuk pertumbuhannya. Hal ini menyebabkan jumlah biomassa yang dihasilkan rendah karena sebagian besar karbon dari substrat digunakan untuk menghasilkan etanol Pemakaian bakteri Zymomonas mobilis untuk industri pembuatan etanol mempunyai beberapa keuntungan antara lain: kemampuan untuk tumbuh secara anaerob,
hasil produksi lebih tinggi dan kemampuan fermentasi lebih spesifik dibandingkan dengan ragi. PH optimum untuk fermentasi Zymomonas mobilis adalah ph 4,5 (Ismail,dkk,2009). 2. METODOLOGI Pada penelitian ini, dilakukan penghalusan sampah pasar dengan variasi komposisi sampah 50% :50% air dan variasi komposisi sampah 75% :25% air. Jenis asam kuat yang digunakan sebagai penghidrolisis adalah H 2 SO 4 dan HCl. Lama waktu fermentasi yang digunakan adalah 3 hari, 5 hari, 7 hari, dan 9 hari. Fermentasi menggunakan mikroorganisme Zymomonas mobilis. Setelah proses fermentasi, dilanjutkan dengan destilasi untuk meningkatkan kadar etanol. 3. HASIL DAN PEMBAHASAN Proses fermentasi dengan larutan H 2 SO 4 dan HCl sebagai penghidrolisis menghasilkan etanol dengan konsentrasi yang bervariasi antara 5%-10%. Pengujian kadar etanol menggunakan metode berat jenis. Berikut adalah hasil pengukuran kadar etanol dengan larutan H 2 SO 4 sebagai penghidrolisis untuk variasi komposisi sampah 50%:50% air. waktu fermentasi(hari) kadar etanol (%) 3 5.05 5 6.9 7 7.74 9 9.35 (Prasetyo,A.K,2010 ) Untuk larutan H 2 SO 4 sebagai penghidrolisis,variasi komposisi sampah 75%:25% air
waktu fermentasi(hari) kadar etanol (%) 3 5.42 5 7.5 7 8.8 9 10.13 (Prasetyo,A.K,2010 ) Untuk larutan HCl sebagai penghidrolisis,variasi komposisi sampah 50%:50% air waktu fermentasi(hari) kadar etanol (%) 3 4.56 5 7.28 7 8.6 9 9.2 (Prasetyo,A.K,2010 ) Waktu fermentasi optimal menurut tinjauan pustaka (Jumari,A.2009) adalah 10 hari. Sedangkan pada penelitian ini, lama waktu fermentasi maksimal dari rentang waktu penelitian adalah 9 hari. Waktu fermentasi ini belum optimal karena belum ada penurunan kadar etanol yang disebabkan oleh mikroba Zymomonas mobilis mulai memasuki fase kematian akibat etanol yang dihasilkan bersifat toksin. Proses destilasi dari cairan hasil fermentasi dilakukan untuk meningkatkan kadar etanol yang terbentuk dari hasil fermentasi. Prinsip destilasi adalah memisahkan zat-zat melalui perbedaan titik didih. Proses destilasi ini menggunakan labu destilasi sebagai destilator, kompor listrik sebagai pemanas dan erlenmeyer sebagai tempat hasil destilasi atau destilat. Proses destilasi ini membutuhkan waktu 4 jam dan dengan suhu 81 0 C yang dijaga konstan. Berikut adalah kadar etanol yang didaptkan setelah destilasi : o Variasi komposisi sampah 50% : 50 % air, dengan larutan H 2 SO 4 sebagai penghidrolisis: a. Waktu fermentasi 3 hari : Kadar etanol setelah destilasi = 42,28 %
b. Waktu fermentasi 5 hari : Kadar etanol setelah destilasi = 44,25 % c. Waktu fermentasi 7 hari : Kadar etanol setelah destilasi = 48,07 % d. Waktu fermentasi 9 hari : Kadar etanol setelah destilasi = 55,01 % o Variasi komposisi sampah 75% : 25 % air, dengan larutan H 2 SO 4 sebagai penghidrolisis : a. Waktu fermentasi 3 hari : Kadar etanol setelah destilasi = 46,02 b. Waktu fermentasi 5 hari : Kadar etanol setelah destilasi = 43,22 % c. Waktu fermentasi 7 hari : Kadar etanol setelah destilasi = 58,02 % d. Waktu fermentasi 9 hari : Kadar etanol setelah destilasi = 57,02 %
o Variasi komposisi sampah 50% : 50 % air, dengan larutan HCl sebagai penghidrolisis: a. Waktu fermentasi 3 hari : Kadar etanol setelah destilasi = 38,12 % b. Waktu fermentasi 5 hari : Kadar etanol setelah destilasi = 40,30 % c. Waktu fermentasi 7 hari : Kadar etanol setelah destilasi = 46,84 % d. Waktu fermentasi 9 hari : Kadar etanol setelah destilasi = 47,10 % Tinggi rendahnya kadar etanol yang diperoleh disebabkan oleh besarnya kandungan etanol yang terkandung dalam cairan sampel setelah fermentasi. Jika kandungan etanolnya sedikit, maka setelah proses destilasi, kandungan etanol yang terkandung dalam cairan sampel juga akan tetap sedikit, namun jika kandungan kandungan etanol setelah proses fermentasi sedikit, maka setelah proses destilasi, kandungan etanol yang terdapat pada cairan sampel juga sedikit (Munadjim,1990). 4. KESIMPULAN 1. Cairan sampel hasil proses fermentasi sampah pasar Keputran mengandung etanol. 2. Kadar etanol tertinggi setelah proses fermentasi dengan larutan H 2 SO 4 sebagai penghidrolisis untuk variasi komposisi sampah 75 %: 25 % air dengan larutan adalah 10,13 %, untuk variasi komposisi sampah 50 %: 50 % air kadar etanol yang tertinggi
adalah 9,35 %. Sedangkan larutan HCl sebagai penghidrolisis untuk variasi komposisi sampah 50 %: 50 % air dengan kadar etanol yang tertinggi adalah 9,20 % 3. Kadar etanol tertinggi setelah proses destilasi dengan larutan H 2 SO 4 sebagai penghidrolisis untuk variasi komposisi sampah 75 %: 25 % air adalah 58,02 %, kadar etanol tertinggi setelah proses destilasi untuk variasi komposisi sampah 50 %:50 % air adalah 55,01 %. Sedangkan kadar etanol tertinggi setelah proses destilasi dengan larutan HCl sebagai penghidrolisis untuk variasi komposisi sampah 50 %: 50 % air adalah 47,10 % 4. Waktu fermentasi berpengaruh pada peningkatan kadar etanol, dari lama waktu fermentasi, di dapatkan kesimpulan bahwa semakin lama waktu fermentasi, maka kadar etanol yang dihasilkan juga semakin besar. Hal ini dikarenakan selama proses berjalannya fermentasi, mikroba Zymomonas mobilis memasuki fase pertumbuhan sehingga etanol yang dihasilkan semakin meningkat. Kadar etanol yang terbentuk dengan penambahan larutan HCl sebagai penghidrolisis lebih kecil dibandingkan penambahan larutan H 2 SO 4 sebagai penghidrolisis. DAFTAR KEPUSTAKAAN Fessenden, R.J. dan Fessenden, J.S. 1986. Kimia Organik. Jilid 1 Edisi Ketiga.Erlangga. Jakarta Hasri, D, 2008. Makalah Seminar Pengembangan Industri Biofuel. Bogor Imanah, A,. 2006. Pemanfaatan Sari Buah Pisang Sebagai Substrat Untuk Pembuatan Etanol Dengan Menggunakan Zymomonas mobilis.laporan Tesis (S2).Jurusan Kimia Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam ITS.Surabaya
Tontowi,I.Iksanti,L.Jayanti N.D.2009.Etanol Dari Molasses Menggunakan Zymomonas Mobilis Yang Diamobilisasi Dengan k-karaginan Pada Reaktor Kontinyu. Jurnal Fakultas Teknik Kimia ITS.Surabaya Jumari, A, Wibowo,W.A.,Handayani, Ariyani,A.2009. Pembuatan etanol dari jambu mete dengan metode fermentasi.jurnal Fakultas Teknik Kimia UNS Solo Lee, M.J. 1992. Biochemical Engineering. Prentice-Hall, Inc.New Jersey. Munadjim.1990. Cara-cara analisis kimia.balai Penelitian dan pengembangan industri departemen perindustrian. Surabaya.Jawa Timur. Prihandana,R.,Noerwijari,K.,Gamawati,P.,Adinurani,Setyonigsih,D.,Setiadi,S., Hendroko,R. 2007. Bioetanol Ubi Kayu Bahan Bakar Masa Depan.Agromedia.Jakarta. Prasetyo,A.K,.2010. Pembuatan Etanol dari Sampah Pasar Melalui Proses Hidrolisis Asam Dan Fermentasi Bakteri Zymomonas mobilis. Tugas Akhir Jurusan Teknik Lingkungan FTSP-ITS Surabaya Trihadiningrum,Y. 1995.Mikrobiologi Lingkungan.Jurusan Teknik Lingkungan ITS.Surabaya.