1 BAB I PENDAHULUAN 1.1. Latar Belakang Tongkol jagung merupakan limbah tanaman yang setelah diambil bijinya tongkol jagung tersebut umumnya dibuang begitu saja, sehingga hanya akan meningkatkan jumlah sampah (Hidayati,D.2006). Tongkol jagung dan biji jagung merupakan sumber karbohidrat potensial untuk dijadikan bahan pangan, sayuran, dan bahan baku sebagai industri makanan. Tongkol jagung mengandung xylan 31.1%, selulosa 34.3%, lignin 17.7%, dan abu 16.9%. Komposisi kimia tersebut membuat tongkol jagung dapat digunakan sebagai sumber energi, bahan pakan ternak, dan sebagai sumber karbon bagi pertumbuhan mikro organisme (Shofiyanto, 2008). Selulosa merupakan serat-serat panjang yang bersama-sama hemiselulosa, pektin dan protein membentuk struktur jaringan yang memperkuat dinding sel tanaman. Pada proses pematangan, penyimpanan atau pengolahan, komponen selulosa dan hemiselulosa mengalami perubahan sehingga terjadi perubahan struktur (Winarno,F.G.1992). Selulosa membentuk komponen serat dari dinding sel tumbuhan. Ketegaran selulosa disebabkan oleh struktur keseluruhannya. Molekul selulosa merupakan rantai-rantai dari D-glukosa sampai 14.000 satuan yang terdapat sebagai berkas-berkas terpuntir mirip tali yang terikat satu sama lain oleh ikatan hydrogen. Suatu molekul tunggal selulosa merupakan polimer lurus dari 1,4-β-Dglukosa. Hidrolisis lengkap HCl dalam air, hanya menghasilkan D-glukosa. Disakarida yang terisolasi dari selulosa yang terhidrolisis sebagian adalah selobiosa, yang dapat dihidrolisis lebih lanjut menjadi D-glukosa dengan suatu katalis asam atau dengan emulsi enzim (Fessenden, R.J. dan J.S.Fessenden.1986). 1 1
2 Glukosa juga dinamakan dekstrosa atau gula anggur, terdapat luas dialam dalam jumlah sedikit yaitu didalam sayur, buah, sirup jagung, sari pohn dan bersamaan dengan fruktosa dalam madu. Tubuh hanya dapat menggunakan glukosa dalam bentuk D-glukosa. Glukosa murni yang ada dipasar biasanya diperoleh dari hasil olahan pati. Glukosa memegang peranan penting dalam ilmu gizi. Glukosa merupakan hasil akhir pencernaan pati, sukrosa, maltose, dan laktosa pada hewan dan manusia. Glukosa difermentasi akan menghasilkan alkohol, fermentasi glukosa adalah proses biologi dimana glukosa diubah menjadi energi seluler dan juga menghasilkan bioetanol dan karbon dioksida sebagai produk sampingan. Karena proses ini tidak membutuhkan oksigen melainkan khamir yang melakukannya, maka fermentasi glukosa ini digolongkan respirasi anaerob (Almatsier, 2001). Bioetanol (C 2 H 5 OH) merupakan salah satu bahan bakar nabati yang saat ini menjadi primadona untuk menggantikan minyak bumi. Minyak bumi saat ini harganya semakin meningkat, selain kurang ramah lingkungan juga termasuk sumber daya yang tidak dapat diperbaharui. Bioetanol mempunyai kelebihan selain ramah lingkungan, penggunaannya sebagai campuran BBM terbukti dapat mengurangi emisi karbon monoksida dan asap lainnya dari kendaraan. Bioetanol dapat diproduksi dari berbagai bahan baku yang banyak terdapat di Indonesia, sehingga sangat potensial untuk diolah dan dikembangkan karena bahan bakunya sangat dikenal masyarakat. Tumbuhan yang potensial untuk menghasilkan bioetanol antara lain tanaman yang memiliki kadar karbohidrat tinggi, seperti tebu, nira, aren, sorgum, ubi kayu, jambu mete (limbah jambu mete), batang pisang, ubi jalar, jagung, bonggol jagung, jerami, dan bagas (ampas tebu) (Komarayati, S. dan Gusmailina, 2010). Manfaat umum yang dapat diperoleh dari bahan bakar bioetanol, antara lain digunakan untuk bahan baku industri turunan alkohol, campuran minuman keras, industry farmasi, sampai pada bahan baku campuran kendaraan. Tentu saja, pemanfaatan bioetanol ini harus disesuaikan dengan jenis kebutuhannya. 2
3 Misalnya, untuk kebutuhan industry diperlukan bioetanol berkadar 99,5-100%, atau bioetanol yang harus betul-betul kering dan anhydrous supaya tidak korosif (Abidin, R. 2009) Pada penelitian sebelumnya telah dilakukan pembuatan bioetanol dari hasil hidrolisis selulosa ampas tebu secara fermentasi dengan variasi penambahan ragi roti dan lama waktu fermentasi oleh Feri Susanto (2008), dimana kadar bioetanol tertinggi yaitu sebesar 5.12% pada penambahan ragi roti 2 gram dengan lama waktu 6 hari. Selain itu, Lisma Sari (2010) juga melakukan penelitian tentang pembuatan bioetanol dari hasil hidrolisis selulosa jerami padi secara fermentasi dengan variasi penambahan ragi roti dan lama waktu fermentasi, dimana kadar bioetanol tertinggi sebesar 7.43% pada penambahan ragi roti 6 gram dan lama waktu fermentasi 6 hari. Pada penelitian lainnya Annisa Suri (2008) melakukan penelitian tentang pembuatan bioetanol dari hasil hidrolisis selulosa tandan kosong kelapa sawit secara fermentasi dengan variasi penambahan ragi roti dan lama waktu fermentasi, dimana kadar bioetanol tertinggi sebesar 7.59% pada penambahan ragi roti 6 gram dan lama waktu fermentasi 6 hari. Pada penelitian tersebut hanya dibahas mengenai variasi penambahan ragi roti dan lama waktu fermentasi, tanpa membahas pengaruh lama waktu hidrolisis selulosa untuk menghasilkan larutan gula hasil hidrolisis. Berdasarkan uraian diatas maka penulis tertarik untuk melakukan penelitian tentang pengaruh lama hidrolisis terhadap glukosa hasil hidrolisis selulosa tongkol jagung dengan menggunakan HCl 1%, dimana akan dilihat kadar glukosa dari setiap variasi hidrolisis untuk menghasilkan bioetanol. 3
4 1.2. Permasalahan Permasalahan dalam penelitian ini adalah 1. Berapakah kadar glukosa yang diperoleh berdasarkan variasi waktu hidrolisis selulosa tongkol jagung? 2. Berapakah kemurnian bioetanol yang diperoleh? 1.3. Pembatasan Masalah Dalam penelitian ini masalah dibatasi pada : 1. Bahan baku fermentasi adalah glukosa hasil hidrolisis selulosa dari tongkol jagung 2. Mikroba yang digunakan berasal dari ragi roti dalam bentuk kemasan saf instan 3. Variasi lama waktu hidrolisis adalah 90, 120 dan 150 menit 4. Berat ragi roti yang digunakan dalam fermentasi adalah 3, 5, dan 7 gram 5. Lama fermentasi adalah 2, 4, dan 6 hari 6. Kadar glukosa ditentukan dengan metode Luff-Schroll 7. Pengukuran kemurnian bioetanol menggunakan Kromatografi gas. 1.4. Tujuan Penelitian 1. Untuk mengetahui kadar glukosa yang diperoleh berdasarkan variasi waktu hidrolisis selulosa tongkol jagung 2. Untuk mengetahui kemurnian bioetanol yang diperoleh 4
5 1.5. Manfaat Penelitian Hasil penelitian ini dapat dimanfaatkan sebagai sumber informasi yang berguna dalam upaya pemanfaatan limbah jagung, sehingga masyarakat setempat dapat memanfaatkannya, serta turut berpartisipasi dalam upaya mengurangi limbah jagung. 1.6. Lokasi Penelitian Penelitian ini dilakukan di Laboratorium Biokimia/ Kimia Bahan Makanan FMIPA-USU, dan Laboratorium Kimia Dasar FMIPA-USU. 1.7. Metodologi Penelitian Penelitian ini adalah eksperimental laboratorium dengan menggunakan tongkol jagung dimana metode penelitian dilakukan dengan cara sebagai berikut: Penelitian dilakukan dengan 4 tahapan yaitu: 1. Penyediaan selulosa tongkol jagung Bahan baku adalah tongkol jagung Proses isolasi selulosa dengan cara delignifikasi tongkol jagung 2. Peyediaan glukosa dari hidrolisis selulosa tongkol jagung Bahan baku adalah selulosa yang diisolasi dari tongkol jagung Proses konversi selulosa tongkol jagung menjadi glukosa adalah hidrolisis dengan menggunakan HCl 1% Kadar glukosa dianalisa dengan menggunakan metode Luff-Schroll 3. Fermentasi glukosa dari hidrolisis selulosa tongkol jagung untuk menghasilkan bioetanol Substrat yang digunakan pada fermentasi adalah glukosa hasil hidrolisis selulosa dari tongkol jagung Mikroba yang digunakan berasal dari ragi roti 5
6 Yield bioetanol yang dihasilkan dianalisa dengan menggunakan metode kromatografi gas. 4. Pemurnian bioetanol hasil fermentasi bioetanol dipisahkan dari sisa glukosa dengan menggunakan alat destilasi Yield bioetanol hasil pemisahan dianalisa dengan menggunakan metode kromatografi gas Adapun variable-variabel dalam penelitian adalah: 1. Variabel bebas adalah variabel yang mempunyai pengaruh terhadap kadar bioetanol, yaitu: Pengaruh variasi lama hidrolisis yaitu 90, 120 dan 150 menit terhadap kadar glukosa dan kadar bioetanol Pengaruh variasi lama fermentasi yaitu 2, 4, dan 6 hari terhadap kadar kadar bioetanol Pengaruh variasi berat ragi roti yaitu 3,5, dan 7 gram terhadap kadar kadar bioetanol 2. Variabel terikat adalah variabel yang terukur terhadap perubahan perlakuan. Dalam penelitian ini yang menjadi variabel terikat, yaitu: Kadar Bioetanol 3. Variabel tetap adalah variabel yang dibuat tetap sehingga tidak menyebabkan terjadinya perubahan variabel terikat. Dalam penelitian ini variabel tetap adalah: Berat Sampel ph fermentasi yaitu ph= 4-4,5 Temperature fermentasi Berat CaO 6