BAB I PENDAHULUAN A. Latar Belakang Ethanol banyak dipergunakan dalam berbagai aspek kehidupan, baik industri maupun untuk keperluan sehari-hari. Ethanol merupakan salah satu produk industri yang penting di Indonesia, mengingat cakupan penggunaannya yang sangat luas sebagai bahan baku industri kimia, pelarut, dan desinfektan. Ethanol juga banyak digunakan dalam bidang kedokteran, laboratorium, farmasi/obat-obatan, kosmetik, dan penerapan kimia lainnya. Di samping itu ethanol kini juga sudah digunakan sebagai sumber energi alternatif yang ramah lingkungan. Saat ini banyak negara maju telah mengalihkan perhatiannya pada beberapa sumber energi alternatif selain minyak. Penggunaan ethanol sebagai sumber energi bukanlah merupakan hal baru karena teknologi ini telah dicoba oleh beberapa negara seperti Amerika Serikat, Brazil, Thailand, Philiphina, India, dan Indonesia. Dalam krisis kelangkaan bahan bakar minyak yang terjadi di seluruh daerah di Indonesia belakangan ini, kini cukup banyak perhatian dialihkan pada kemampuan serta optimasi produk ethanol sebagai salah satu sumber energi alternatif. Pembuatan ethanol dapat dilakukan dengan dua cara yaitu secara kimiawi (sintetis) dan secara biologis. Sintesis ethanol secara kimiawi diantaranya dengan reaksi substitusi nukleofilik, reaksi Grignard, reduksi senyawa karbonil, dan hidrasi
alkena. Produksi ethanol yang umum dilakukan dan ditemui dalam industri adalah melalui fermentasi karbohidrat oleh mikroorganisme atau yang sering disebut sebagai fermentasi ethanol. Ethanol merupakan produk fermentasi yang dapat dibuat dari substrat karbohidrat yang berasal dari berbagai bahan hasil pertanian. Secara umum bahan-bahan tersebut dapat dibagi dalam 3 golongan : (a) golongan pertama antara lain; molase (tetes), gula tebu, gula bit, dan sari buah yang umumnya adalah sari buah anggur, (b) golongan kedua adalah bahan-bahan yang mengandung pati seperti biji-bijian (gandum misalnya), pisang, kentang, dan tapioka, (c) golongan yang terakhir adalah yang mengandung selulosa seperti kayu dan beberapa limbah pertanian. Proses fermentasi ethanol melibatkan beberapa tahap yaitu penyiapan substrat, penyiapan starter, fermentasi, pengunduhan produk (destilasi). Proses penyiapan substrat sangat menentukan berjalannya proses selanjutnya, hal ini disebabkan oleh mikroorganisme yang digunakan membutuhkan substrat dengan komposisi dan keadaan fisiko-kimiawi yang spesifik. Ethanol umumnya dibuat dengan menggunakan bahan baku molase yang merupakan hasil samping atau limbah produksi gula. Tingginya kandungan gula dan bahan organik lainnya serta harganya yang murah menyebabkan molase banyak digunakan sebagai sumber karbon dan sumber energi yang paling ideal untuk proses fermentasi ethanol oleh dunia industri.
Mikroorganisme yang dipakai pada fermentasi ethanol adalah S. cereviseae, yang sering pula dikenal sebagai baker yeast. Mikroorganisme ini akrab dengan industri besar penting seperti industri pembuatan roti dan minuman beralkohol, juga pada produksi protein sel tunggal (PST). Khamir yang digunakan pada penelitian ini diperoleh dari laboratorium Pabrik Spiritus Madukismo yang merupakan strain dari Jerman Timur (Saccharomyces cerevisiae D-01). Khamir tersebut telah digunakan selama bertahun-tahun dan selalu mengalami peremajaan setiap tiga bulan. Proses produksi ethanol di PS Madukismo telah berjalan puluhan tahun, namun usaha-usaha pengembangan ataupun penelitian-penelitian pada sistem maupun proses produksi serta pengembangan strain belum banyak dilakukan. Penelitian-penelitian yang dapat dikembangkan antara lain mencari bahan baku alternatif yang tersedia dalam jumlah berlimpah, optimalisasi proses fermentasi, atau memanipulasi mikroorganisme yang berperan dalam proses fermentasi ethanol. Penelitian ini dilakukan sebagai upaya untuk meningkatkan produk ethanol yang dihasilkan. Beberapa contoh manipulasi dalam upaya peningkatan produk ethanol yang diharapkan, antara lain dengan imobilisasi S. cerevisiae D-01, rekayasa genetika S. cerevisiae D-01, dan rekayasa terhadap proses produksi ethanol. Proses fermentasi ethanol oleh S. cerevisiae D-01 diawali dengan tahapan glikolisis, kemudian piruvat yang dihasilkan dari proses glikolisis didekarboksilasi dengan katalis enzim piruvat dekarboksilase menjadi asetaldehid, lalu senyawa intermediet ini (asetaldehid) direduksi menjadi ethanol dengan bantuan enzim alkohol
dehidrogenase. S. cerevisiae D-01 merupakan mikroorganisme anaerob fakultatif sehingga keberadaan oksigen dalam medium dapat menyebabkan efek pasteur yang dapat mengarah pada jalur respirasi yaitu siklus Krebs dan fosforilasi oksidatif. Jalur respirasi lebih diprioritaskan oleh khamir karena energi yang dihasilkan lebih besar sehingga biomassa khamir dapat bertambah banyak. Pada penelitian ini proses produksi ethanol akan dimanipulasi dengan menambahkan senyawa sodium azide dalam medium fermentasi. Sodium azide sebagai inhibitor rantai respirasi diharapkan akan menghambat metabolisme S.cerevisiae D-01 yaitu pada fosforilasi oksidatif tepatnya dalam sitokrom oksidase (Page, 1985) sehingga proses transport elektron akan terhambat dan khamir dipaksa melewati jalur fermentasi sehingga produksi ethanol semakin besar. Sodium azide (NaN 3 ) adalah zat kimia yang berbentuk padat, berwarna putih, dan tidak berbau. Apabila zat ini bereaksi dengan air atau asam maka sodium azide dapat menjadi suatu gas yang beracun dengan bau yang tajam. Sodium azide merupakan inhibitor jalur metabolisme yang melibatkan sitokrom seperti pada rantai respirasi. Seperti halnya sianida dan karbonmonoksida, senyawa ini sering digunakan pada penelitian-penelitian tentang penghambatan metabolisme. Azide menghambat khamir pada sitokrom a+a 3 atau sitokrom oksidase sehingga elektron yang disalurkan pada jalur ini tidak sampai bereaksi dengan oksigen dan sebagai alternatif penyaluran elektron yang dihasilkan dari oksidasi NADH menjadi NAD + yaitu melalui proses fermentasi.
Pada penelitian ini penambahan azide pada proses fermentasi ethanol dicobakan dengan dua cara yaitu pada proses fermentasi mengikuti prosedur PS Madukismo yaitu dengan starter yang diadaptasikan pada medium molase dengan konsentrasi yang bertingkat dan pada cara kedua starter langsung difermentasikan pada medium molase dengan konsentrasi 16 o Brix (±17%) selanjutnya akan diteliti dan dikaji pula pengaruh penambahan azide terhadap produksi ethanol, pertumbuhan khamir, serta konsumsi substrat/gula reduksinya. Dapat ditarik hipotesis bahwa penambahan sodium azide berpengaruh positif terhadap peningkatan produk ethanol pada proses fermentasi oleh khamir S. cerevisiae D-01 selama 48 jam. B. Tujuan Tujuan penelitian ini adalah untuk mengetahui pengaruh penambahan azide pada proses fermentasi ethanol oleh S. cerevisiae D-01 C. Manfaat Diharapkan penelitian ini dapat membuka peluang untuk merumuskan proses fermentasi ethanol yang lebih produktif.