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
TEBUmelalui 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