bab i pendahuluan

 BAB I
PENDAHULUAN
1.1
Latar Belakang
Bahan bakar memiliki peran yang penting dalam kehidupan manusia. Krisis
energi yang terjadi di dunia dan peningkatan populasi manusia sangat kontradiktif
dengan kebutuhan energi bagi kelangsungan hidup manusia beserta aktivitas ekonomi
dan sosialnya.
Sejak delapan tahun terakhir, Indonesia mengalami penurunan produksi
minyak nasional akibat menurunnya cadangan minyak pada sumur-sumur produksi
secara alamiah, kenyataanya dengan pertambahan jumlah penduduk, meningkat pula
kebutuhan akan sarana transportasi dan aktivitas industri. Hal ini mengakibatkan
harga bahan bakar minyak (BBM) meningkat, dimana kondisi ini akan memicu
kenaikan biaya produksi yang berdampak pada kenaikan biaya hidup. Melihat kondisi
tersebut, pemerintah telah mengeluarkan Peraturan Presiden Republik Indonesia
Nomor 5 Tahun 2006 tentang Kebijakan Energi Nasional untuk mengembangkan
sumber energi alternatif sebagai pengganti BBM (Assegaf, 2009). Kebijakan tersebut
telah menetapkan sumber daya yang dapat diperbaharui seperti Bahan Bakar Nabati
(BBN) sebagai alternatif pengganti BBM. Bahan bakar berbasis nabati diharapkan
dapat mengurangi terjadinya kelangkaan BBM sehingga kebutuhan akan bahan bakar
dapat terpenuhi. Bioetanol merupakan salah satu bahan bakar nabati yang dapat
dijadikan alternatif pengganti BBM.
Bahan baku pembuatan bioetanol dibagi menjadi tiga kelompok yaitu bahan
bersukrosa seperti nira, tebu, nira nipah, nira sorgum manis, nira kelapa, nira aren,
dan sari buah mete, bahan berpati (bahan yang mengandung pati) seperti tepung ubi,
tepung ubi ganyong, sorgum biji, jagung, cantel, sagu, ubi kayu, ubi jalar, dan lain–
lain, serta bahan berserat selulosa/lignoselulosa (tanaman yang mengandung selulosa
dan lignin) seperti kayu, jerami, batang pisang, dan lain-lain (Komarayati, Sri dan
1
Bab I Pendahuluan
2
Gusmailina,2010). Bioetanol diproduksi dengan teknologi biokimia melalui proses
fermentasi
bahan baku kemudian hasil prosesnya yaitu etanol dipisahkan dari air
dengan proses destilasi dan dehidrasi.
Tanaman sorgum (Sorghum bicolor ,
L Moench) sangat berpotensi
sebagai bahan baku pada industri bioetanol. Sorgum merupakan tanaman yang
multifungsi karena semua bagian tanaman dapat dimanfaatkan sebagai bahan pangan,
pakan ternak
dan bioetanol. Umumnya produksi bioetanol ini memanfaatkan nira
sorgum manis sebagai bahan baku, kegiatan produksi ini telah banyak dilakukan oleh
pabrik-pabrik kecil di berbagai daerah. Selain pemanfaatan nira sorgum sebagai
bahan baku, dapat dimanfaatkan juga biji sorgum manisnya karena berpotensi untuk
dijadikan bahan baku pembuatan bioetanol dengan metode yang efisien sehingga
dalam pemanfaatan tanaman sorgum ini dapat optimal. Perbandingan potensi biji
sorgum sebagai bahan baku bioetanol dengan bahan baku lainnya dapat dilihat pada
Tabel 1.1
Tabel 1.1 Sumber, hasil panen dan rendemen alkohol sebagai hasil konversi
Sumber
karbohidrat
Singkong
Tetes tebu
Sorgum biji
Ubi jalar
Sagu
Tebu
Nipah
Sorgum manis
Perolehan alkohol
Hasil
panen
ton/ha/th liter/ton liter/ha/th
25
3,6
6
62,5
6,8
75
27
80
180
270
333,4
125
608
67
93
75
4500
973
2000
7812
4133
5025
2500
6000
Sumber: Anonim (2005) dan Assegaf ( 2009)
Berdasarkan Tabel 1.1 dapat dilihat bahwa potensi perolehan alkohol dari biji
sorgum pertahun lebih besar dibandingkan dengan tetes tebu, yaitu sebesar 2000
lt/ha/th, sedangkan dengan singkong perolehan alkohol dari biji sorgum lebih kecil.
Optimasi Proses Hidrolisis dan Fermentasi Tepung Sorgum (Sorghum bicolor, L. Moench) Sebagai Bahan Baku Pembuatan Bioetanol
Bab I Pendahuluan
3
Walaupun potensi perolehan alkohol biji sorgum lebih kecil dibandingkan singkong,
namun pemanfaatannya dalam industri pangan di Indonesia masih belum berkembang
sehingga penggunaan biji sorgum sebagai baku bioetanol tidak akan bersaing dengan
kebutuhan pangan.
Hasil penelitian yang telah dilakukan oleh Rahmi E. dan Tri P. (2009)
menunjukkan bahwa kandungan biji sorgum mempunyai karakteristik yang dapat
dilihat pada
Tabel 1.2.
Tabel 1.2 Hasil analisis kandungan biji sorgum
Zat
Komposisi (%)
Pati
Protein
Air
86,56
8,65
3,34
Sumber : Rahmi E. dan Tri P. (2009)
Tabel 1.2 menunjukkan bahwa kandungan pati di dalam biji sorgum mencapai 86,56
%. Hal ini memperlihatkan bahwa kandungan pati yang tinggi memiliki potensi yang
besar untuk dikonversikan menjadi bioetanol.
Metode hidrolisis bertujuan untuk memecah molekul amilum menjadi bagianbagian penyusunnya yang lebih sederhana seperti dekstrin, isomaltosa, maltosa dan
glukosa. Reaksi hidrolisis pada biji sorgum yang telah menjadi tepung sangat lambat
sehingga diperlukan katalisator untuk mempercepat reaksi. Asam-asam yang biasa
digunakan adalah asam klorida, asam asetat, asam fosfat, dan asam sulfat
(Machbubatul, 2008).
Reaksi hidrolisa yang terjadi dapat dilihat dibawah ini :
(C6H10O5)n + 1/2H2O
Pati
1/2n(C12H22O11) +1/2nH2O
Maltosa
1/2n(C12H22O11)
Maltosa
 1/2n(C6H12O6)
Glukosa
Optimasi Proses Hidrolisis dan Fermentasi Tepung Sorgum (Sorghum bicolor, L. Moench) Sebagai Bahan Baku Pembuatan Bioetanol
Bab I Pendahuluan
4
Pada saat fermentasi, glukosa dipecah menjadi etanol dan karbon dioksida.
Selanjutnya
dilakukan proses destilasi yang bertujuan untuk memperoleh etanol
dengan kemurnian yang lebih tinggi, biasanya dapat mencapai 95%. Untuk dapat
digunakan sebagai bahan bakar, etanol harus mempunyai kemurnian paling tidak
99%, yaitu dengan cara menggunakan zeolit untuk memisahkan air dan etanol
(Anonim).
Menurut Ojimori (2012) ragi roti atau yeast adalah mikroorganisme hidup
jenis khamir
yang sering disebut Saccharomyces cerevisiae, berkembang biak melalui
cara membelah diri atau budding. Saccharomyces cerevisiae mengubah glukosa
menjadi alkohol dengan memproduksi enzim zimase dan enzim invertase. Enzim
zimase mengubah sukrosa menjadi glukosa, enzim invertase mengubah glukosa
menjadi etanol. Melihat kemampuan Saccharomyces cerevisiae cukup baik dalam
mengkonversi glukosa menjadi etanol maka pada penelitian ini dilakukan pengolahan
biji sorgum menjadi bioetanol dengan metode hidrolisis asam dan fermentasi
menggunakan ragi roti.
Keberhasilan
riset
ini
akan
membawa
dampak
yang
luas
untuk
mendukung jaminan ketersediaan Bahan Bakar Nabati dan terciptanya peluang
kerja bagi masyarakat pedesaan (petani) sebagai penyedia bahan baku produksi
bioetanol.
1.2
Tujuan
Tujuan dilakukannya penelitian ini adalah :
1.
Menentukan pengaruh waktu pada proses hidrolisis terhadap kadar gula dan
glukosa yang dihasilkan.
2.
Menentukan pengaruh konsentrasi tepung sorgum berdasarkan %Dry Substrat
(%DS) pada proses hidrolisis terhadap kadar gula dan glukosa yang
dihasilkan.
Optimasi Proses Hidrolisis dan Fermentasi Tepung Sorgum (Sorghum bicolor, L. Moench) Sebagai Bahan Baku Pembuatan Bioetanol
Bab I Pendahuluan
5
3.
Menentukan pengaruh jenis katalis HCl 1% dan H2SO4 1% pada proses
hidrolisis terhadap kadar gula dan glukosa yang dihasilkan.
4.
Menentukan pengaruh volume katalis asam pada proses hidrolisis terhadap
kadar gula dan glukosa yang dihasilkan.
5.
Menentukan pengaruh waktu fermentasi terhadap kadar bioetanol yang
dihasilkan.
1.3
Ruang Lingkup
Ruang lingkup penelitian ini dibatasi pada :
1.
Tanaman sorgum diperoleh dari daerah Banjaran Kabupaten Bandung.
2.
Bagian sorgum yang digunakan adalah biji sorgum dengan usia 115 hari.
3.
Biji sorgum dihaluskan menjadi tepung sorgum dengan ukuran 100 mesh
(Rahmi E, S. & Tri P, A,2009).
4.
Analisis awal tepung sorgum meliputi kadar pati, dan kadar air.
5.
Hidrolisis tepung sorgum dilakukan pada temperatur 1000C. Variabel operasi
yang divariasikan adalah waktu hidrolisis pada menit ke- 80, 100, dan 120,
variasi konsentrasi tepung sorgum yaitu 10, 15, 20, 25, 30, dan 35% DS,
pengunaan jenis katalis asam seperti asam klorida (HCl) 1% dan asam sulfat
(H2SO4) 1%, dan pengaruh volume katalis asam sebanyak 0,4, 0,6, dan 0,8
ml/gram tepung sorgum kering (Endah, R, Phiong, S & Berta, 2007).
6.
Analisis glukosa dari hasil hidrolisis secara kualitatif dengan menggunakan
benedict dan kuantitatif menggunakan metode DNS serta analisis gula dengan
metode brix.
7.
Sterilisasi bubur sorgum yang telah dihidrolisis pada suhu 1210C selama 15
menit dengan menggunakan autoclave (Alamsyah, 2007).
8.
Pembuatan starter dari ragi roti dengan konsentrasi 3,5% terhadap substrat,
penambahan nutrien urea 0,15 gr/L, NPK 0,026 g/L dengan menggunakan
inkubator shaker pada suhu 30 0C ± 2 selama 24 jam (Alamsyah, 2007).
Optimasi Proses Hidrolisis dan Fermentasi Tepung Sorgum (Sorghum bicolor, L. Moench) Sebagai Bahan Baku Pembuatan Bioetanol
Bab I Pendahuluan
6
9.
Fermentasi dilakukan secara batch pada kondisi anaerob dengan suhu 30 0C ±
2, pH 4 - 5, dengan penggunaan konsentrasi starter 5% dan penambahan
nutrien urea 0,15 gr/L, NPK 0,026 g/L (Alamsyah, 2007) serta kecepatan
pengadukan 100 rpm (Retnowati dan Sutanti, 2009). Variabel operasi yang
divariasikan adalah waktu fermentasi pada 48, 72, 96 dan 120 jam
(Alamsyah,2007).
10.
Analisis kadar etanol dengan menggunakan khromatografi gas.
11.
Analisis sifat fisika terhadap bioetanol antara lain indeks bias, dan massa
jenis.
1.4
Tahap Penelitian
Penelitian Tugas Akhir ini dibagi ke dalam beberapa tahapan, yaitu :
1.
Tahap I adalah persiapan bahan baku berupa biji sorgum yaitu pelepasan kulit
biji dengan alat penyosoh yang dimiliki petani sorgum dan penggilingan biji
menjadi tepung sorgum .
2.
Tahap II adalah pembuatan tepung sorgum meliputi proses pengayakan
(sizing) untuk menyeragamkan ukuran partikel tepung sorgum,dan proses
pengeringan tepung sorgum dengan menggunakan oven secara gravimetri.
Dari tahap ini diperoleh tepung sorgum dengan ukuran partikel 100 mesh.
3.
Tahap III adalah proses hidrolisis tepung sorgum dengan
berbagai
variasi,yaitu variasi waktu hidrolisis, variasi konsentrasi tepung sorgum,
variasi jenis katalisator seperti asam klorida (HCl) dan asam sulfat (H2SO4),
dan variasi volume katalis asam. Hal ini dilakukan untuk menentukan kondisi
optimum proses hidrolisis, berdasarkan konsentrasi gula dan glukosa yang
dihasilkan.
4.
Tahap IV adalah analisis hasil hidrolisis yang terdiri dari analisis kualitatif
meliputi uji benedict, dan analisis kuantitatif meliputi metode brix
menggunakan
refraktrometer
dan
metode
DNS
menggunakan
spektrofotometer.
Optimasi Proses Hidrolisis dan Fermentasi Tepung Sorgum (Sorghum bicolor, L. Moench) Sebagai Bahan Baku Pembuatan Bioetanol
Bab I Pendahuluan
7
5.
Tahap V adalah proses pembuatan bioetanol yang meliputi proses sterilisasi
tepung sorgum dengan menggunakan autoclave, pembuatan strarter ragi roti
dengan penambahan nutrien (NPK dan Urea) dengan menggunakan inkubator
shaker, dan proses fermentasi dengan variasi waktu fermentasi yang
sebelumnya dilakukan purging dengan menggunakan gas N2.
6.
Tahap VI adalah pemurnian produk bioetanol dengan proses destilasi. Hal ini
dilakukan untuk memperoleh bioetanol dengan kadar yang lebih tinggi.
7.
Tahap VII adalah analisis produk yang terdiri dari analisis kimia yang
meliputi analisis kadar etanol, kadar gula dan glukosa sisa, dan analisis fisika
yang meliputi analisis indeks bias, dan berat jenis.
1.5
Sistematika Penulisan
Sistematika penulisan laporan Tugas Akhir adalah sebagai berikut :
1.
BAB I Pendahuluan
BAB I Pendahuluan berisi tentang latar belakang masalah, tujuan penelitian,
ruang lingkup masalah, tahap penelitian, dan sistematika penulisan Tugas
Akhir.
2.
BAB II Tinjauan Pustaka
BAB II Tinjauan Pustaka berisi tentang informasi yang diperoleh dari studi
literatur sebagai rujukan yang berkaitan dengan pelaksanaan Tugas Akhir.
3.
BAB III Metode Penelitian
BAB III Metode Penelitian berisi tentang spesifikasi alat dan bahan yang
digunakan, cara kerja penelitian,dan analisis yang akan dilakukan untuk
penelitian ini.
4.
BAB IV Hasil dan Pembahasan
BAB IV Hasil Analisis dan Pembahasan berisi tentang data dan hasil
penelitian yang telah diolah dan dianalisis serta pembahasan yang mengacu
pada tujuan penelitian.
Optimasi Proses Hidrolisis dan Fermentasi Tepung Sorgum (Sorghum bicolor, L. Moench) Sebagai Bahan Baku Pembuatan Bioetanol
Bab I Pendahuluan
8
5.
BAB V Kesimpulan dan Saran
BAB V Kesimpulan dan Saran berisi tentang kesimpulan hasil penelitian
Tugas Akhir dan saran yang dapat diberikan.
Optimasi Proses Hidrolisis dan Fermentasi Tepung Sorgum (Sorghum bicolor, L. Moench) Sebagai Bahan Baku Pembuatan Bioetanol