Transcript Document
OPTIMASI FERMENTASI HASIL HIDROLISIS AMPAS TEBU MENJADI BIOETANOL MENGGUNAKAN RAGI TAPE OLEH Cahyaning Rini U., Evi Susanti Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam Universitas Negeri Malang LATAR BELAKANG Solusi BIOETANOL (energi alternatif terbarukan) Kebutuhan BBM meningkat krisis energi ETANOL Bioetanol dr AMPAS TEBUmelalui thp sakarifikasi&Fermentasi Penelitian ini Optimasi fermentasi hasil hidrolisis ampas tebu menjadi bioetanol menggunakan ragi tape + Optimalisasi “Potensi ragi tape dlm produksi bioetanol” Suhu raksi Konsentrasi katalis Susanti et al. (2011) menggunakan S.cerevisiae dalam fermentasi Green Chemistry Produksi Bioetanol (FERMENTASI ALKOHOL) Fermentasi alkohol menggunakan Biakan murni Contohnya S.cerevisiae (Susanti et al., 2011) Fermentasi alkohol menggunakan Biakan campuran Contohnya Ragi Tape Kelebihan: Kelebihan : Tahan terhadap glukosa tinggi& produk yg dihasilkan lebih murni Kelemahan: Kondisi steril dan biaya mahal Kondisi fermentasi tidak perlu steril, mengurangi resiko bila mikroba lain tidak aktif (Hidayat, 2006), Murah, mudah didapat, feasible POTENSI RAGI TAPE Mikroba dalam ragi tape mampu melakukan fermentasi alkohol FAKTA Sejak lama ragi tape digunakan dalam fermentasi untuk membuat tape. Fermentasi bubur ubi jalar putih menjadi bioetanol menggunakan ragi tape menghasilkan rendemen bioetanol 12,35 mL/Kg tepung ubi jalar (Anjarwati, 2009). Produksi bioetanol dari singkong yang telah dikukus menggunakan ragi tape menghasilkan rendemen 5,33 mL/Kg singkong (Rikana& Adam, 2009) Ragi Tape adalah starter untuk membuat tape (Rochintaniawati, 2009) Ragi Tape berbentuk bulatan putih dengan diameter 4-6 cm dan ketebalan 0,5 cm, memiliki tekstur padat dan berbau khas seperti roti. Terdiri dari beberapa campuran mikroba seperti Amylomyces rouxii, Mucor sp., dan Rhizopus sp., Saccharomycopsis fibuligera, Saccharomycopsis malanga, Pichia burtonii, Saccharomyces cerevisiae, Candida utilis, Pediococcus sp. dan Bacillus sp (Barnett et al. 2002). PERANAN MIKROBA DALAM RAGI TAPE PADA FERMENTASI • Saccharomyces cereviceae, Candida dan Hansenulla berfungsi menguraikan glukosa menjadi etanol (Dwidjoseputro, 2005). • Aspergillus berfungsi menguraikan amilum menjadi glukosa. • Acetobacter berfungsi menguraikan etanol menjadi asam asetat 1 Mengetahui jumlah ragi tape dan waktu optimum fermentasi hasil hidrolisis ampas tebu menjadi bioetanol 2 Mengetahui rendemen bioetanol yang dihasilkan pada jumlah ragi tape dan waktu optimum 3 4 Mengidentifikasi senyawa yang terbentuk dari hasil fermentasi tersebut FERMENTASI Pengertian Biokimia aktivitas mikroba untuk memperoleh energi yang diperlukan melalui pemecahan atau katabolisme senyawa-senyawa organik Menurut Tao F. et al (2005) Fermentasi etanol proses metabolisme pada kondisi anaerob dg bantuan khamir tertentu sehingga dapat mengubah glukosa melalui proses glikolisis menghasilkan asam piruvat, kemudian menjadi etanol. Reduksi asam piruvat menjadi asetaldehida dan CO2 oleh enzim piruvat dekarboksilase. CO2 CH3 – CO – COOH CH3 – CHO piruvat dekarboksilase Piruvat Asetaldehida Reduksi asetaldehida menjadi etanol oleh enzim alkohol dehidrogenase dengan koenzim NADH. NADH + H+ NAD+ CH3 – CHO CH3 – CH2 – OH Alkohol dehidrogenase FAKTOR YANG MEMPENGARUHI FERMENTASI Jenis mikroba Suhu Ketersediaan oksigen Derajat keasaman (pH) Lama fermentasi Konsentrasi glukosa 1 Hidrolisis Ampas Tebu Menggunakan Ekstrak Kasar Sistem Selulase Bacillus circulans 2 Penentuan Waktu dan Jumlah Ragi Tape optimum Fermentasi Hasil Hidrolisis Ampas Tebu 3 Identifikasi Bioetanol yang Dihasilkan 6 State University of Malang Isolasi dan Karakterisasi Sistem Selulase Bacillus circulans Biakan murni Bacillus circulans - Diinokulasi pada media padat - Diinkubasi pada suhu 37 oC selama 3 hari Biakan hasil peremajaan -Diinokulasi 3 ose ke dalam media cair - Diinkubasi pada suhu 37 oC selama 24 jam Starter Bacillus circulans - Diinokulasi 2 mL ke dalam 100 mL media Berg pH 9 -Diinkubasi pada suhu 37 oC selama 5 hari - Disentrifugasi 3000rpm selama 20 menit Ekstrak kasar Selulase Bacillus circulans Aktivitas Avicelase dan CMC-ase State University of Malang Perlakuan awal ampas tebu 100 g Ampas Tebu - Dicuci - Diautoklaf suhu 121°C selama 90 menit - Didinginkan - Dicampur dengan 255mL H2SO4 encer - Ditutup dalam wadah plastik - Dibiarkan 48 jam Ampas tebu siap hidrolisis State University of Malang Hidrolisis Ampas Tebu menggunakan ekstrak kasar selulase Bacillus circulans 10 g Ampas tebu Ditambah 50 mL ekstrak kasar enzim selulase dari B.circulans - Diencerkan dengan buffer fosfat pH 5 hingga 500 mL - Diinkubasi pada suhu 45º C selama 12 jam disertai pengadukan - Campuran Glukosa Kadar Glukosa - Disaring - Ditentukan kadar glukosa menggunakan samogy-nelson Optimasi Kondisi Fermentasi dan Identifikasi bioetanol Filtrat Hasil Hidrolisis - ditambah ragi tape dengan variasi: 2, 5, 10, 15 dan 20% (b/v) dalam toples - masing-masing diinkubasi pada suhu 37oC dengan variasi lama fermentasi : 12 jam, 1, 2, 3,4 dan 5 hari Hasil Fermentasi - disaring - didestilasi selama 24 jam Destilat - diukur volume dan kadar - diuji CAN, FeCl3, Lucas, nyala dan GC-MS Rendemen dan Identifikasi 1 Kondisi Optimum Produksi Bioetanol dari Ampas tebu menggunakan Ragi Tape 2 Rendemen Bioetanol yang Dihasilkan 3 Identifikasi Etanol Dalam Hasil Fermentasi State University of Malang Grafik Optimasi Kondisi Optimum Fermentasi 200 Rendemen bioetanol (mL/Kg) 180 160 140 120 100 80 60 40 20 0 0 1 2 3 4 5 6 Waktu (hari) 2% ragi tape 5% ragi tape 15% ragi tape 20% ragi tape 10% ragi tape • Peningkatan rendemen bioetanol pada konsentrasi ragi tape tinggi (10%, 15%, 20%) mempunyai profil berbeda dengan konsentrasi ragi tape rendah (2% dan 5%). • Rendemen bioetanol yang dihasilkan setelah mencapai rendemen tertinggi mengalami penurunan. Rendemen Bioetanol (mL/Kg) Rendemen Bioetanol Optimum yang dihasilkan 180 160 140 120 100 80 60 40 20 0 2% 5% 10% 15% 20% Jumlah ragi tape Rendemen hasil penelitian sebesar 175 mL/Kg > Susanti et al. (2011) sebesar 160 mL/Kg Efisiensi penggunaan ragi tape dengan S.cereviceae untuk 500 mL fermentasi hasil hidrolisis ampas tebu menjadi bioetanol, masing-masing pada kondisi optimum Jenis Mikroba Waktu fermentasi 1 hari Saccharomyces cerevisiae 50 mL kultur fasa akhir logarithmic 3 hari Hasil ( Rendemen) 175 mL/Kg 160 mL/Kg Alkohol primer Alkohol primer Rp. 4.500,00 Rp. 88.500,00 Oven inkubator dan laminar Peralatan gelas Laminar Autoklaf Oven inkubator Shaker inkubator Jumlah mikroba Uji kualitatif Perkiraan harga mikroba Alat penunjang yang diperlukan untuk fermentasi Ragi Tape 50 g State University of Malang Identifikasi Bioetanol Uji Kualitatif No. 1. 2. Jenis Sampel Aquades (kontrol (-)) Uji Seri Amonium Nitrat (CAN) Uji Besi (III) Klorida Uji Lucas Uji Nyala - - Tidak menyala - - Tidak Menyala Hidrolisat ampas tebu 3. Bioetanol hasil fermentasi dengan ragi tape 4. Etanol 70% ((kontrol (+) alkohol primer) 5. 2-propanol (kontrol positif alkohol sekunder) - t-butanol (kontrol positif alkohol tersier) - 6. 7. Fenol (kontrol positif alkohol siklik) - Pola Fragmentasi bioetanol hasil fermentasi H3C H2 C -H OH H2C m/z 46 OH m/z 45 m/z 46 H2 H3C C H2 C . OH -CH3 H2C OH m/z 31 H2C OH m/z 31 1. Banyaknya ragi tape optimum fermentasi hasil hidrolisis ampas tebu menjadi bioetanol adalah 10%(b/v) dengan waktu fermentasi selama 1 hari. 2. Rendemen bioetanol yang dihasilkan pada banyaknya ragi tape dengan waktu fermentasi optimum sebesar 175 mL/Kg. Hasil tersebut lebih baik dari fermentasi menggunakan Saccharomyces cerevisiae yang besarnya 160 mL/Kg yang dilakukan Susanti et al. (2011). 3. Uji kualitatif (CAN, FeCl3 serta Lucas) dan GC-MS menunjukkan hasil fermentasi pada kondisi optimum mengandung senyawa tunggal, berupa etanol. Terima kasih TAHAPAN PENELITIAN SECARA KESELURUHAN AMPAS TEBU (100 gram) • Diautoklaf 121 º C, 90 menit Dibiarkan kering Direndam dng H2SO4 0,01 M selama 2 hari Dicuci dengan aquades panas “ Starter Bacillus circulans “HYDROLIZABLE” AMPAS TEBU (10 gram) Ditambah 50 mL ekstrak kasar enzim selulase dari B.circulans Diencerkan dengan buffer fosfat pH 5 hingga 500 mL Diinkubasi pada suhu 45º C selama 12 jam disertai pengadukan CAMPURAN GLUKOSA Diuji kadar glukosa dengan samogy-nelson Ditambah ragi tape dengan variasi penambahan (2,5,10,15, 20% (b/v)) Diinkubasi pada suhu 37 º C dengan variasi waktu (1/2, 1, 2, 3, 4, 5 hari) Didestilasi dengan suhu 75-78 º C DESTILAT Diukur volume dan kadar destilat Diuji kualitatif (CAN, FeCl3, Lucas serta nyala) dan GC-MS RENDEMEN DAN IDENTIFIKASI BIOETANOL Diinokulasi ke media berg Diinkubasi selama 5 hari suhu 37 º C Diendapkan dengan sentrifugasi Ekstrak kasar selulase KADAR GLUKOSA Perbandingan Data Aktivitas Sistem Selulase Hasil Isolasi Penelitian dengan Susanti (2011) Aktivitas Enzim (U/mL) pH 9 Parameter Peneliti Susanti Avicelase 55,55 59,03 CMC-ase 104,16 111,81