BAB II
TINJAUAN PUSTAKA
2.1 Jagung
Jagung
merupakan tanaman semusim
(annual). Satu siklus hidupnya diselesaikan dalam 80-150 hari. Paruh pertama
dari siklus merupakan tahap pertumbuhan vegetatif dan paruh kedua untuk tahap
pertumbuhan generatif. Jagung memiliki bunga jantan dan bunga betina yang
terpisah (diklin) dalam satu tanaman (monoecious). Tiap kuntum bunga memiliki
struktur khas bunga dari suku Poaceae, yang disebut floret.
Pada jagung, dua floret dibatasi oleh sepasang glumae (tunggal: gluma). Bunga
jantan tumbuh di bagian puncak tanaman, berupa karangan bunga (inflorescence).
Serbuk sari berwarna kuning dan beraroma khas. Bunga betina tersusun dalam
tongkol. Tongkol tumbuh dari buku, di antara batang dan pelepah daun. Pada
umumnya, satu tanaman hanya dapat menghasilkan satu tongkol produktif meskipun
memiliki sejumlah bunga betina. Beberapa varietas unggul dapat menghasilkan
lebih dari satu tongkol produktif, dan disebut sebagai varietas prolifik. Bunga
jantan jagung cenderung siap untuk penyerbukan 2-5 hari lebih dini daripada
bunga betinanya (protandri) (anonim1 , 2011).
Tongkol pada jagung adalah bagian dalam organ betina tempat bulir duduk menempel. Istilah ini juga dipakai untuk menyebut seluruh bagian
jagung betina ("buah jagung"). Tongkol terbungkus oleh kelobot (kulit "buah jagung").
Secara morfologi, tongkol jagung adalah tangkai utama malai yang
termodifikasi. Malai organ jantan pada jagung dapat memunculkan bulir pada
kondisi tertentu. Tongkol jagung muda, disebut juga babycorn, dapat
dimakan dan dijadikan sayuran. Tongkol yang tua ringan namun kuat, dan menjadi
sumber furfural,
sejenis monosakarida dengan lima atom karbon. Tongkol jagung
tersusun atas senyawa kompleks lignin, hemiselulose dan selulose .
Masing-masing merupakan senyawa-senyawa yang potensial dapat dikonversi menjadi
senyawa lain secara biologi. Selulose merupakan sumber karbon yang dapat
digunakan mikroorganisme sebagai substrat
dalam proses fermentasi untuk mengahsilkan produk yang mempunyai nilai
ekonomi tinggi (Suprapto dan Rasyid, 2002).
Karakteristik kimia dan fisika dari tongkol jagung sangat
cocok untuk pembuatan tenaga alternative (bioetanol), kadar senyawa kompleks
lignin dalam tongkol jagung adalah 6,7-13,9%, untuk
hemiselulose 39,8% , dan selulose 32,3-45,6%.
Selulose hampir tidak pernah ditemui dalam keadaan murni di alam (Gambar 1.1),
melainkan selalu berikatan dengan bahan lain yaitu lignin dan hemiselulose.
Serat selulose alami terdapat di dalam dinding sel tanaman dan material
vegetatif lainnya. Seluose murni mengandung 44,4% C; 6,2% H dan 49,3% O. Rumus
empiris selulose adalah (C6H10O5)n,
dengan banyaknya satuan glukosa yang disebut dengan derajat polimerisasi (DP),
dimana jumlahnya mencapai 1.200-10.000 dan panjang molekul sekurang-sekurangnya
5.000 nm. Berat molekul selulose rata-rata sekitar 400.000 Mikrofibril selulose
terdiri atas bagian amorf (15%) dan bagian berkristal (85%). Struktur
berkristal dan adanya lignin serta hemiselulose disekeliling selulose merupakan
hambatan utama untuk menghidrolisa selulose (Sjostrom, 1995). Pada proses
hidrolisa yang sempurna akan mengahasilkan glukosa, sedangkan proses hidrolisa
sebagian akan menghasilkan disakarida selebiose.
Gambar
1.1. Struktur selulose
(Cole dan Fort, 2007).
Hemiselulose terdiri atas 2-7 residu gula yang berbeda
(Gambar 1.2). Hemiselulose berbeda dengan selulosa karena komposisinya teridiri
atas berbagai unit gula, disebabkan rantai molekul yang pendek dan percabangan
rantai molekul. Unit gula (gula anhidro) yang membentuk hemiselulosa dapat
dibagi menjadi kompleks seperti pentosa, heksosa, asam keksuronat dan
deoksi-heksosa (Fengel dan Wegener, 1995; Nishizawa, 1989). Hemiselulosa
ditemukan dalam tiga kelompok yaitu xylan, mannan, dan galaktan. Xylan dijumpai
dalam bentuk arabinoxylan, atau arabino glukurunoxylan. Mannan dijumpai dalam
bentuk glukomannan dan galaktomannan. Sedangkan galaktan yang relative jarang,
dijumpai dala bentuk arabino galaktan.
Gambar
1.2. Struktur hemiselulose
( Cole dan Fort, 2007).
Lignin adalah polimer aromatic kompleks yang terbentuk
melalui polimerisasi tiga dimensi dari sinamil alcohol (turunan fenil propane)
dengan bobot melekul mencapai 11.000 (Gambar 1.3). Dengan kata lain, lignin
adalah makromolekul dari polifenil. Polimer lignin dapat dikonversi ke
monomernya tanpa mengalami perubahan pada bentuk dasarnya. Lignin
yang melindungi selulose bersifat tahan terhadap hidrolisis karena adanya
ikatan arilalkil dan ikatan eter.
Gambar
1.3. Struktur lignin (
Cole dan Fort, 2007).
2.2
Bioetanol
Bioetanol adalah
etanol yang diproduksi dengan cara fermentasi menggunakan bahan baku hayati.
Etanol adalah ethyl alkohol (C2H5OH) yang dapat dibuat
dengan cara sintesis ethylen atau
dengan fermentasi glukosa. Etanol diproduksi melalui hidrasi katalitik dari etilen atau melalui proses fermentasi
gula menggunakan ragi Saccharomyces
cerevisiae. Beberapa bakteri seperti Zymomonas
mobilis juga diketahui memiliki kemampuan untuk melakukan fermentasi dalam
memproduksi etanol (Bambang
Prastowo, 2007).
Secara teoritis,
hidrolisis glukosa akan menghasilkan etanol dan karbondioksida. Perbandingan
mol antara glukosa dan etanol dapat dilihat pada reaksi berikut ini:
C6H12O6 → C2H5OH
+ 2 CO2
Satu
mol glukosa menghasilkan 2 mol ethanol
dan 2 mol karbondioksida, atau dengan perbandingan bobot tiap 180 g glukosa
akan menghasilkan 90 g etanol. Dengan melihat kondisi tersebut, perlu
diupayakan penggunaan substrat yang murah untuk dapat menekan biaya produksi
etanol sehingga harganya bisa lebih mudah. Penggunaan bioetanol di antaranya
adalah sebagai bahan baku industri, minuman, farmasi, kosmetika, dan bahan
bakar. Beberapa jenis etanol berdasarkan kandungan alkohol dan penggunaannya
adalah (1) Industrial crude (90-94,9%
v/v), rectified (95-96,5% v/v), (2)
jenis etanol yang netral, aman untuk bahan minuman dan farmasi (96-99,5% v/v),
dan (3) etanol untuk bahan bakar, fuel
grade etanol (99,5-100% v/v). Keuntungan penggunaan bioetanol sebagai bahan
bakar alternative pengganti minyak
bumi adalah tidak memberikan tambahan netto
karbondioksida pada lingkungan karena CO2 yang dihasilkan dari
pembakaran etanol diserap kembali oleh tumbuhan dan dengan bantuan sinar
matahari CO2 digunakan dalam proses fotosintesis. Di samping itu,
bahan bakar bioetanol memiliki nilai oktan tinggi sehingga dapat digunakan
sebagai bahan peningkat oktan (octane
enhancer) menggantikan senyawa eter dan logam berat seperti Pb sebagai
anti-knocking agent yang memiliki
dampak buruk terhadap lingkungan. Dengan nilai oktan yang tinggi, maka proses
pembakaran menjadi lebih sempurna dan emisi gas buang hasil pembakaran dalam
mesin kendaraan bermotor lebih baik. Bioetanol bisa digunakan dalam bentuk
murni atau sebagai campuran bahan bakar gasoline
(bensin). Dibanding bensin, etanol lebih baik karena memiliki angka research octane 108,6 dan motor octane 89,7, angka tersebut
melampaui nilai maksimum yang mungkin dicapai oleh gasolin, yaitu research octane 88 (Perry, 1999).
2.3
Hidrolisa Asam Sulfat
Hidrolisis asam adalah hidrolosis
yang menggunakan asam yang dapat mengubah polisakarida menjadi (pati) menjadi
glukosa. Hidrolisis asam biasanya menggunakan asam klorida (HCl) atau asam
sulfat H2SO4. Asam klorida bersifat sebagai katalisator
pemecah karbohidrat menjadi gula, dan pada saat fermentasi akan diuraikan
dengan menggunakan Sacharomyces
cerevisiae (ragi) menjadi alcohol (Anonim2, 2011).
2.4.
fermentasi
Fermentasi
adalah proses terjadinya dekomposisi gula menjdi alkohol dan karbondioksida.
Proses fermentasi ini dimanfaatkan oleh para pembuat bir, roti, anggur, bahan
kimia, para ibu rumah tangga dan lain
-lain. Alkohol dapat dibuat dari bahan penghasil karbohidrat apa saja yang
dapat difermentasi oleh khamir. Apabila padi-padian seperti jagung dan
karbohidrat kompleks yang lain dipergunakan
sebagai bahan mentah, maka pertama-tama bahan tersebut perlu dihidrolisis
menjadi gula sederhana yang dapat difermentasikan (Pelczar dan Chan, 1988).
Menurut
Rukmana dan Yuniarsih (2001), berdasarkan produk yang difermentasi digolongkan
menjadi dua macam yaitu sebagai berikut:
1. Fermentasi alkoholis yaitu fermentasi
yang menghasilkan alkohol sebagai produk akhir disamping produk lainnya,
misalnya pada pembuatan wine, cider dan tape.18
2. Fermentasi nonalkoholis yaitu
fermentasi yang tidak menghasilkan alkohol sebagai produk akhir selain bahan
lainnya, misalnya pada pembuatan tempe, antibiotika dan lain -lain.
Hasil
fermentasi dipengaruhi oleh teknologi yang dipakai. Pemilihan mikroorganisme biasanya didasarkan pada jenis
karbohidrat yang digunakan sebagai medium. Misalnya untuk memproduksi alkohol
dari pati dan gula dipergunakan Saccharomyces
cerevisiae dan kadang-kadang digunakan untuk bahan-bahan laktosa dari whey (air yang
ditinggalkan setelah susu dibuat keju) menggunakan Candida pseudotropicalis.
Seleksi tersebut bertujuan didapatkan mikroorganisme yang mampu ditumbuhkan dengan cepat dan mempunyai
toleransi terhadap konsentrasi gula yang tinggi, mampu menghasilkan alkohol
dalam jumlah banyak dan tahan terhadap alkohol tersebut (Said, 1987).
Sacharomyces cerevisiae
merupakan nama spesies yang termasuk khami berbentuk oval. Sacharomyces cerevisiae berfungsi dalam pembuatan roti dan bir,
karena Sacharomyces bersifat
fermentatif (melakukan fermentasi, yaitu memecah glukosa menjadi karbon
dioksida dan alkohol) kuat. Namun, dengan adanya oksigen, Sacharomyces juga dapat melakukan respirasi yatu mengoksidasi gula
menjadi karbon dioksida dan air (Wikipedia,2011).
Menurut
Schlegel (1994), produksi utama alkohol adalah ragi, terutama dari stram Saccharomyces cerevisiae. Ragi-ragi,
seperti yang juga kebanyakan fungi merupakan organisme yang bersifat aerob.
Dalam lingkungan terisolasi dari udara, organisme ini meragikan karbohidrat
menjadi etanol dan karbon dioksida. Ragi sendiri adalah organisme aerob pada
kondisi anaerob. Dengan mengalirkan udara, maka peragian dapat dihambat
sempurna dengan memasukkan banyak udara. Saccharomyces
cerevisiae merupakan khamir yang penting pada fermentasi yang utama dan
akhir, karena mampu memproduksi alkohol dalam konsentrat tinggi dan fermenasi
sepontan (Sudarmaji, 1982)
BAB
III
METODOLOGI
PENELITIAN
Penelitian eksperimental ini
dilakukan dengan menghancurkan terlebih dahulu tongkol jagung yang sudah
dibersihkan dan di keringkan, setelah itu di hidrolisis dengan menggunakan asam
(H2SO4 ) pekat,
hal ini bertujuan untuk mendapatkan glukosa yang tinggi (secara teoritik), dan
dengan demikian akan menghasilkan ethanol yang lebih tinggi (Hamelinck,
Hooijdonk, & Faaij, 2005). Selanjutnya glukosa di fermentasi menggunakan Sacharomyces cereviseae, filtrat dari
hasil filtrasi didistilasi dengan menggunakan larutan n-heksan.
3.1. Alat
Alat
yang digunakan dalam penelitian ini adalahseperangkat
alat distilasi, timbangan, blender, saringan, panci, digester (autoclave), corong buchner, propipet, pipet volume, labu takar, gelas ukur, gelas beaker, piknometer, oven, erlenmeyer,
pipet tetes, sendok, kertas saring, pH meter.
3.2. Bahan
Bahan-bahan
yang digunakan adalah sebagai berikut tongkol jagung, H2SO4, NaOH, n-heksan, Sacharomyces cereviseae, Aquadest,
Urea
3.3. Prosedur Penelitian
a. Proses Persiapan Bahan Baku
Perlakuan
fisika terhadap tongkol jagung meliputi pencucian, pengeringan, dan pengayaan.
Pencucian dilakukan untuk menghilangkan bahan-bahan yang terikut dalam tongkol
seperti tanah, cangkang dan kotoran lain. Pengeringan dilakukan pada suhu 100oC didalam oven selama 1 hari
dan dicapai kadar air 14,79 %. Pengeringan ini dilakukan untuk memudahkan dalam
proses penggilingan serat tongkol jagung, karena pada keadaan lembab tongkol
jagung sukar untuk dihancurkan. Tahap penghancuran bertujuan untuk memperkecil
ukuran tongkol jagung. Alat yang digunakan adalah blender. Tongkol yang
sudah dihancurkan kemudian diayak dengan ukuran berturut-turut adalah 25, 50,
dan 100 mesh.
b.
Proses Hidrolisis
Proses hidrolisis diawali dengan
memasukan 200 gram serbuk tongkol jagung yang sudah dikeringkan dan dihaluskan serta
1500 mL larutan H2SO4 pekat ke dalam digester yang dihidupkan seperti pada Gambar 1.dan hidrolisis dilakukan dengan temperatur (90oC,
100oC, 110oC, 120oC) selama 2 jam disertai
pengadukan kemudian digester dimatikan dan hasil yang diperoleh didinginkan.
c. Pembuatan Starter
Mengukur pH
dari larutan hasil hidrolisis tersebut dengan pH meter dan tambahkan H2SO4
sedikit demi sedikit, dihentikan penambahan sampai pH larutan mencapai 4,5 – 5,5.
Larutan hasil hidrolisis diambil 20 mL, dimasukkan ke dalam erlenmeyer dan
ditambahkan 0,01 gram urea dan Saccharomycescerevisiae sesuai dengan variasi yang diinginkan, erlenmeyer ditutup
dengan menggunakan kertas saring, dan diamkan pada suhu kamar selama 1 x 24
jam.
c.
Proses Fermentasi
Proses fermentasi pada penelitian
ini menggunakan seperangkat alat fermentasi seperti Gambar 2.dengan proses anaerob. Hasil
hidrolisis diambil 200 ml dan dimasukkan ke dalam botol, ditambahkan 0,09 gram
urea, starter ke dalam botol.Fermentasi
dilakukan pada suhu 30°C dan waktu yang divariasikan yaitu 24 jam dan48 jam. Kemudian mendistilasi hasil fermentasi.
d.Proses Distilasi
Proses distilasi pada penelitian ini menggunakan seperangkat alat
distilasi seperti Gambar 3. Proses distilasi diawali dengan menyaring
larutan hasil fermentasi dengan kertas saring, kemudian memasukkan filtrat yang
dihasilkan ke dalam labu leher tiga dan mendistilasinya dengan n-heksan . Proses distilasi berlangsung pada suhu ± 80oC
sampai distilat tidak menetes lagi. Kemudian menganalisa kadar etanol hasil
distilasi yang diperoleh.
3.4. Analisis Hasil Distilasi
a. Menentukan Kadar Bioetanol
Menggunakan Metode Berat Jenis
1. Pembuatan
larutan baku etanol.
Analisis diawali
dengan mengambil
4 mL etanol yang dihasilkan dari distilasi dengan pipet volume 5 ml dan
memasukkan ke dalam labu ukur 100 mL. Melakukan pengenceran dengan cara menambahkan
aquadest hingga volume 100 mL.
2. Pengukuran larutan baku etanol.
Pengukuran larutan baku etanol dilakukan dengan
mengisi piknometer dengan aquadest
secara hati-hati dan memasukkan termometer. Suhu aquadest dalam piknometer ditunggu hingga mencapai suhu percobaan
(± 15°C) dengan cara meletakan piknometer ke dalam ember yang telah berisi air
dan es batu. Kemudian membersihkan kelebihan aquadest pada puncak pipa kapiler. Menimbang piknometer yang berisi
aquadest segera dan mencatat beratnya
mencatat. Melakukan replikasi 3 kali. Melakukan cara yang sama juga untuk
larutan baku etanol. Menghitung berat jenis dengan rumus berikut:
Berat jenis larutan (pada suhu T)
=
(SNI 3565-2009).
3.4.
Deskripsi Alat
Gambar 1.4 Rangkaian alat hidrolisis
|
Gambar 1.5.
Rangkaian alat fermentasi
Gambar 1.6.
Rangkaian alat distilasi
3.5. Bagan Alur Penelitian
Proses
pengeringan dan penghalusan (resizing)
|
Gambar 1.7 Bagan Alur Penelitian
“Pembuatan Bioetanol dari Tongkol Jagung”
JADWAL KEGIATAN
Kegiatan ini
akan dilaksanakan selama delapan (8) bulan, yaitu dari bulan Oktober 2011
sampai Mei 2012, dengan pengaturan
jadwal sebagai berikut:
No
|
Kegiatan
|
Bulan ke-
|
1
|
2
|
3
|
4
|
5
|
6
|
7
|
8
|
1.
|
Persiapan bahan dan alat
|
X
|
|
|
|
|
|
|
|
2.
|
Diskusi dan persiapan teknis
|
X
|
|
|
|
|
|
|
|
3.
|
Proses Hidrolisis dan Analisa Kadar Etanol
|
|
X
|
X
|
X
|
X
|
|
|
|
4.
|
Penyusunan Laporan
|
|
|
|
|
|
X
|
X
|
|
5.
|
Pengumpulan Laporan Hasil Penelitian
|
|
|
|
|
|
|
|
X
|
RANCANGAN BIAYA
Dalam
kegiatan ini dianggarkan biaya sebesar Rp. 6.020.000,00 (enam juta dua puluh
ribu rupiah), dengan rincian anggaran sebagai berikut:
1.
Bahan Kimia
No.
|
Bahan
|
Jumlah
Satuan
|
Harga
Satuan
(Rp)
|
Jumlah
(Rp)
|
1.
|
Sampel
tongkol jagung
|
40 biji
|
1.000
|
40.000
|
|
Urea
|
250 g
|
50.000
|
50.000
|
3.
|
Saccharomyces cerevisiae
|
1 unit
|
500.000
|
500.000
|
4.
|
NaOH
|
1 kg
|
320.000
|
320.000
|
5.
|
H2SO4
|
1 L
|
1.000.000
|
1.000.000
|
6.
|
Aquadest
|
50 L
|
3.000
|
150.000
|
Jumlah
|
2.060.000
|
2.
Alat yang Digunakan
No.
|
Uraian
|
Jumlah (Rp)
|
1.
|
Sewa seperangkat alat hidrolisis
|
500.000
|
2.
|
Sewa seperangkat alat distilasi
|
500.000
|
3.
|
Blender
|
250.000
|
4.
|
Saringan
|
15.000
|
5.
|
Panci
|
35.000
|
6.
|
Sewa digester (autoclave)
|
50.000
|
7.
|
Sewa corong buchner
|
50.000
|
8.
|
Sewa
propipet, pipet volume, pipet tetes
|
50.000
|
9.
|
Sewa labu
takar
|
50.000
|
10.
|
Sewa gelas
ukur
|
50.000
|
11.
|
Sewa gelas
beaker
|
50.000
|
12.
|
Sewa
piknometer
|
100.000
|
13.
|
Sewa oven
|
100.000
|
14.
|
Kertas
saring
|
25.000
|
15.
|
pH meter
|
35.000
|
Total
|
1.860.000
|
3.
Rekapitulasi Anggaran Penelitian
No.
|
Uraian
|
Jumlah (Rp)
|
1.
|
Sewalaboratorium
per bulan @4000.000 x 4
|
1.600.000
|
2.
|
Bahan
yang habis pakai
|
2.060.000
|
3.
|
Sewa
peralatan dan analisis sampel
|
1.860.000
|
4.
|
Lain-lain
|
500.000
|
Total
|
6.020.000
|
DAFTAR PUSTAKA
Anonim1, 2011. Sacharomyces cerevisiae.
http://id.wikipedia.org/wiki/sacharomycescerevisiae
Diakses tanggal 27 September 2011
Anonim2 . 2011.
Asam sulfat.
http://id.wikipedia.org/wiki/
(diakses tanggal 27 September 2011).
Bambang Prastowo, (2007),
Potensi Sektor Pertanian Sebagai Hasil dan Pengguna Energi Terbarukan, Perspektif
Vol. 6 No. 2 / Desember 2007. Hal 84 – 92.
Cole,B. dan Fort, R, (2007). http:Chemistry_umeche_maine.edu/Fort/cole-Fort.html.
Diakses tanggal 25 september 2011.
Fengel, D. dan Wegener, G.,
(1995), Kayu: Kimia, Ultra Struktur, Reaksi, Gadjah Mada University Press, Yogyakarta.
Gozan, M., (2007), Sakarafikasi dan Fermentasi Bagas Menjadi Etanol Menggunakan Enzim
Sellulase dan Enzim Sellobiase, Jurnal Teknologi8: 43-47.
Nishizawa, K., (1989), Degradation of
cellulose and Hemicelluloses Biomass Handbook, Gordon & Breach
Science Publisher, New York.
Pelczar, M. dan Chan. 1988. Dasar- Dasar
Mikrobiolodgi. Jakarta : UI Press
Perry, R. H., (1999), Chemical Engineering Handbook, Mc. Graw
Hill, New York.
Prihandana, R. (2007), Bioetanol Ubi
Kayu Bahan Bakar Masa Depan, PT Agromedia Pustaka,
Jakarta.
Said, Gumbiro. 1987.
Bioindustri Penerapan Teknologi Fermentasi Edisi 1.
Jakarta : Mediatama Sarana Perkasa
Simamora, S., (2008), Membuat Biogas
Penggaanti Bahan Bakar Minyak Dan Gas, Agromedia, Jakarta.
Sjostrom, E., (1995), Kimia Kayu: Dasar-dasar dan Penggunaan,
Gadjah Mada University Press, Yogyakarta.
Suprapto, H.S. dan Rasyid, M.S.,
(2002), Bertanam Jagung, Penebar Swadaya, Jakarta.
Sudarmaji, Slamet. 1982. Prosedur Analisis Untuk Bahan
Makanan . Yogyakarta :
Liberty
oleh
a. Nama Lengkap : Laura Lianto
b. Tempat,
Tanggal Lahir : Martapura, 15 Maret 1991
c. NIM : H1D108041
d.
Jurusan/Angkatan : Teknik Kimia/2008
e. Universitas : Universitas Lambung Mangkurat
f.
Alamat Rumah dan No HP : Komplek Pangeran Antasari Blok 2D. Martapura.
08125095379
g. Alamat
email : laura_li@ymail.com
dan
a. Nama Lengkap : Manarul Millatil Hasanah
b. Tempat,
Tanggal Lahir : Bondowoso, 16 September 1990
c. NIM : H1D108056
d.
Jurusan/Angkatan : Teknik Kimia/2008
e. Universitas : Universitas Lambung Mangkurat
f.
Alamat Rumah dan No HP : Jalan S.Adam, Komp. Awang Sejahtera II, No. 4,
RT. 49, Banjarmasin. 70123. 085248180856
g. Alamat email :
shasa_prikitiw@yahoo.com