Mencoba berkreasi (pembuatan bioetanol dari tongkol jagung)

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  100^oC 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 (90^oC, 100^oC, 110^oC, 120^oC) 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 ± 80^oC 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

Etanol (bioetanol)

Larutan etanol

Selulosa

Proses pengeringan dan penghalusan (resizing)

Penyaringan

Hidrolisis

Glukosa

Fermentasi

CO2

n-heksan

Destilasi

Tongkol Jagung

Larutan H2SO4

Starter

 

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
2.	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