PRODUKTIVITAS ETANOL DARI MOLASES DENGAN PROSES

© FTI-ITS 2009
ISBN : 979-545-043-3
Prosiding Seminar Nasional XIV - FTI-ITS
Surabaya, 22 - 23 Juli 2009
PRODUKTIVITAS ETANOL DARI MOLASES DENGAN PROSES
FERMENTASI KONTINYU MENGGUNAKAN Zymomonas mobilis
DENGAN TEKNIK IMMOBILISASI SEL K-KARAGINAN DALAM
BIOREAKTOR PACKED-BED
Mulyanto 1, Tri Widjaja 2, Abdul Hakim M3, dan Eko Frastiawan4
Laboratorium Teknologi Biokimia
Jurusan Teknik Kimia FTI-ITS Kampus ITS Sukolilo, Surabaya 60111
Kontak Person:
Dr. Ir. Tri Widjaja, MEng
Jurusan Teknik Kimia FTI-ITS Kampus ITS Sukolilo
Surabaya 60111
Telp: (031) 5924448, Fax: (031) 5999282, E-mail: [email protected]
Abstrak
Teknik immobillisasi sel dapat digambarkan sebagai pembatasan gerak fisik atau
lokalisasi sel pada suatu ruang dengan preservasi aktivitas katalis yang diinginkan. Pada
penelitian ini digunakan metode penjebakan sel Zymomonas mobilis pada K-karaginan.
Penelitian ini bertujuan mempelajari pengaruh perubahan parameter konsentrasi
glukosa substrat dan konsentrasi immobillisasi sel K-Karaginan terhadap kinerja
produksi etanol dengan teknik immobilisasi sel di bioreaktor kontinyu packed bed.
Pada proses produksi etanol ini menggunakan bahan baku molases dan
mikroorganisme Zymomonas mobilis dengan proses fermentasi dalam bioreaktor packed
bed. Percobaan ini dilakukan dengan variabel konsentrasi glukosa substrat 117 g/L
(10%v/v), 173 g/L (14%v/v), 218 g/L (18%v/v) dan konsentrasi immobilisasi sel KKaraginan 1%w/v dan 2 %w/v. Percobaan dimulai dengan pembuatan starter, pretreatment molases, pengembangan kultur, pembuatan production medium, serta
pembuatan immobilisasi sel K-karaginan dengan ukuran diameter 2 mm. Setelah sel
immobillized tersedia maka dilakukan fermentasi dalam bioreaktor packed bed, dengan
mengalirkan molases menggunakan pompa peristaltik kondisi flow rate 0,06 L/jam,
dilution rate 1,2 jam-1. Produk etanol (broth) dianalisakan dengan menggunakan metode
Gas Chromatografi (GC).
Dari hasil penelitian diperoleh konsentrasi, yield dan produktivitas etanol maksimal
pada proses fermentasi dalam bioreaktor packed bed terjadi pada konsentrasi glukosa
substrat 218 g/L (18%v/v) dan 2%w/v K-Karaginan yaitu: 60,18 g/L (9,47%); 27,66 %
dan 72,22 g/L.jam, sedangkan proses fermentasi secara batch terjadi pada konsentrasi
glukosa substrat 218 g/L (18%) yaitu 46,65 g/L (5,91%) dan 0,91 g/L.jam sedangkan
untuk yield tertinggi 23,23% pada konsentrasi gluksa substrat 117 g/L (10%)
Kata kunci : etanol, molases, immobillisasi sel, bioreaktor packed-bed.
Abstract
Immobillized cell technique can be described as physical movement limitation or cell
localization in a room by catalyst activity preservation. This research used
immobillization technique by entrapment of Zymomonas mobilis in K-carrageenan as a
porous matrix. It intent to study the influence concentration of glucose substrat and Kcarrageenan immobilized cell to ethanol production activity by immobillized cell on
packed-bed bioreactor.
C12 - 1
Mulyanto, Tri Widjaja , Abdul Hakim M, dan Eko Frastiawan
This process used molasses as a raw material and Zymomonas mobilis by
fermentation process in packed-bed bioreactor. It was excuted with variable of glucose
substrat concentration (117 g/L (10%v/v), 173 g/L (14%v/v), 218 g/L (18%v/v)) and
Immobillized cell concentration (1w/v % K-carrageenan and w/v2% K-carrageenan) . It
was started by starter making, molasses pre-treatment, cultur growth, production medium
making, and K-Karaginan immobilization cell making. After immobillized cell has been
available, fermentation process can be excuted by flowing molasses using peristaltic
pump of 0,06 L/hr flow rate. Ethanol product (broth) is analyzed by Gas
Chromatography methode.
The result of packed-bed fermentation show that the maximum result of ethanol
concentration, yield and productivity (at 218 g/L glucose concentration (18v/v%) and
2%w/v K-carrageenan) are 60,18 g/L (9,47%); 27,66 % dan 72,22 g/L.hour, and for
batch fermentation (at 218 g/L glucose concentration (18%)) are 46,65 g/L (5,91%)
and 0,91 g/L.hour) and Yield is 23,23% at 117 g/L glucose concentration (10%)
Keywords: ethanol, molasses, immobillized cell, packed-bed bioreactor
1 PENDAHULUAN
1.1 Latar Belakang
Produksi bioetanol yang dikembangkan saat ini dapat dibuat dari bahan baku yang
mengandung glukosa, pati, dan selulosa. Glukosa dapat berasal dari kandungan molases yang
dikonversi secara langsung menjadi etanol. Penggunaan molases karena lebih ekonomis, ditinjau dari
harga bahan baku yang relatif murah yang merupakan hasil samping dari pembuatan gula. Seperti
diketahui bahwa molases mengandung kadar gula (sekitar 50% - 60%) dan sejumlah asam amino dan
mineral dapat diolah menjadi beberapa produk termasuk sebagai produk utama adalah etanol (Paturau,
1982).
Proses fermentasi merupakan salah satu cara yang banyak dilakukan untuk mendapatkan
etanol dalam dunia industri dengan memanfaatkan kemampuan mikroorganisme. Mikroorganisme
yang digunakan untuk memproduksi etanol dalam penelitian ini adalah bakteri Zymomonas mobilis,
karena memiliki toleransi suhu yang tinggi, dan lebih tahan terhadap kadar etanol yang tinggi yang
dihasilkan pada proses fermentasi apabila dibandingkan Saccaromices cerevisiae. Hal ini didasarkan
pertimbangan bahwa bakteri ini memiliki struktur hopanoid atau lipida membran yang kompleks
sehingga menyebabkan membran menjadi lebih stabil dan memiliki kerapatan yang baik, sehingga
molekul lain sulit untuk menembus sel tersebut, termasuk etanol.
Proses fermentasi konvensional yang umumnya dijalankan adalah dengan proses batch.
Fermentasi ini mempunyai kendala bahwa konsentrasi etanol yang dihasilkan sangat rendah karena
produksi etanol yang terakumulasi akan meracuni mikroorganisme pada proses fermentasi. Akumulasi
dari produk terlarut yang bersifat racun akan menurunkan secara perlahan-lahan dan bahkan dapat
menghentikan pertumbuhan serta produksi dari mikroorganisme. (Minier dan Goma, 1982). Untuk
mencari solusi terhadap kelemahan tersebut, maka pada produksi etanol dari molases ini dilakukan
proses fermentasi secara kontinyu dalam bioreaktor packed bed menggunakan teknik immobilized cell
dengan K-Karaginan sebagai supporting matrice.
Teknik immobilisasi sel dapat digambarkan sebagai pembatasan gerak fisik atau lokalisasi
dari sel pada suatu wilayah ruang dengan preservasi aktivitas katalis yang diinginkan. Keunggulan
Teknik immobilisasi sel yaitu dapat meningkatkan produktivitas volumetrik, meningkatkan
konsentrasi produk dalam aliran keluaran dan mencegah terjadinya wash out pada aliran keluar
produk. Dalam penelitian ini digunakan metode immobilisasi penjebakan dalam matriks berpori
(entrapment in porous matrix) yang dilakukan dengan menggunakan K-Karaginan, sebagai supporting
matrice.
Penelitian - penelitian terkait dengan produksi etanol dengan teknik imobilisasi sel dilakukan
antara lain oleh Grote dkk (1980). Pada penelitian ini digunakan sugar cane juice melalui proses
fermentasi dengan immobilisasi sel Zymomonas mobilis menggunakan Ca-Alginat dan K-Karaginan,
pada pH 5 dan suhu 30 oC. Konsentrasi mula-mula immobilisasi sel Zymomonas mobilis = 28.6 g/L
dan konsentrasi glukosa 150 g/L. Pada sel immobilisasi dengan Ca-Alginat, produktifitas maksimal =
C12 - 2
Produktivitas Etanol dari Molases dengan Proses Fermentasi Kontinyu menggunakan Zymomonas mobilis
dengan Teknik Immobilisasi Sel K-Karaginan dalam Bioreaktor Packed-Bed
44 g/L.jam pada dilution rate 0,85 jam-1. Sedangkan pada sel immobilisasi dengan K-Karaginan,
produktifitas maksimal = 53 g/L.jam pada dilution rate 0,80 jam-1.
Margaritis, dkk. (1981). Pada penelitian ini digunakan immobilisasi sel Zymomonas mobilis
pada Ca-Alginat yang berdiameter 1 mm untuk mendapatkan pembatasan transfer massa minimal dan
aktivitas sel immobilisasi maksimal. Kombinasi ukuran bead dengan konsentrasi sel 58 g berat kering.
Volume bead dihasilkan dalam produktivitas etanol tinggi menggunakan sistem bioreaktor packed
bed. Rate dilution antara 0,4 jam-1 sampai 3,9 jam-1 mampu menghasilkan produktivitas 102 g
etanol/L.jam untuk konsentrasi substrat 100 g glukosa/L dan konversi 87 %. Bioreaktor dijalankan
secara kontinyu dengan dilution rate yang tetap selama 384 jam dan treatment sesekali diberi CaCl2
untuk sementara waktu meningkatkan produktivitas maksimum menjadi 116 g etanol/L.jam.
Goksungur dan Zorlu (2001). Percobaan ini dilakukan untuk menaikan yield dan menurunkan
konsentrasi glukosa sisa. Dimana temperatur di jaga pada suhu 30°C, dilution rate 0,22 jam-1.
Maximum etanol (4,62%), yield teoritis (82,9%) dan Produktivitas volumetrik (10,16 g.L-1.jam-1)
didapat dari molases yang mengandung 10,90% glukosa total dengan immobilisasi sel Ca-Alginat
pada diameter bead 2 ,0-2,4 mm. Sedangkan pada continuous stirred bioreactor dengan dilution rate
konstan 0,22 jam-1 selama 25 hari didapatkan konsentrasi etanol (3,94%), yield teorities (70,7%) dan
produktivitas (8,67 gL-1jam-1).
1.2 Tujuan Penelitian
• Mengetahui pengaruh perubahan parameter kadar glukosa dan konsentrasi immobilisasi sel KKaraginan terhadap kinerja produksi etanol dengan teknik immobilisasi sel di bioreaktor kontinyu
packed bed.
• Mengetahui karakteristik kinerja sistem fermentasi kontinyu dalam bioreaktor packed-bed dengan
teknik immobilisasi sel dalam berbagai konsentrasi glukosa substrat dan konsentrasi K-Karaginan
yang tepat untuk menghasilkan produktivitas etanol yang paling tinggi.
2 METODE PENELITIAN
2.1 Production Medium
Production medium dibuat dengan mencampurkan 1 liter molases encer dengan 0,75 gram
Urea dan 0,15 gram NPK, kemudian larutan dijaga pada pH 4 – 5 dengan penambahan H2SO4
2.2 Immobilisasi Sel
Sebelum digunakan dalam pembuatan immobilisasi sel, bakteri Zymomonas mobilis
ditumbuhkan pada suhu 30oC selama 36 jam dalam inkubator shaker. Komposisi dari media
pertumbuhan (gram per liter) : Urea, 0,75 dan NPK, 0,15. κ-Karaginan sebanyak 1 gram dicampurkan
ke dalam 45 mL aquadest sehingga didapatkan larutan κ-Karaginan 2,2% (m/v). Larutan tersebut
dipanaskan sampai suhu 70oC kemudian didinginkan sampai suhu 40 oC. Selanjutnya media
pertumbuhan sebanyak 5 mL dicampurkan ke dalam 45 mL larutan κ-Karaginan 2,2% (m/v) sehingga
didapatkan konsentrasi larutan akhir 2%. Pembentukan bead berdiameter 2 mm dilakukan dengan
menginjeksikan larutan κ-Karaginan 2,2% (m/v) dengan nozzle ( 2 mm x 2 mm) ke dalam 1000 mL
larutan KCl 3,5% sampai bead mengeras. Kemudian bead dicuci dengan larutan NaCl 0,85 % untuk
mengurangi ion K+.
2.3 Prosedur Fermentasi
Fermentasi kontinyu dijalankan dengan menggunakan reaktor sistem packed-bed dengan
diameter bead K-Karaginan 2 mm. Karekteristik packed-bed reaktor diberikan pada tabel 1.
C12 - 3
Mulyanto 1, Tri Widjaja 2, Abdul Hakim M3, dan Eko Frastiawan4
Tabel 1. Karakteristik Bioreaktor Packed-Bed
Packing
:
Bead K-Karaginan
Diameter dalam
:
2,3 cm
Tinggi Kolom
:
62 cm
Volume total reaktor
:
258 mL
Volum Bed
:
116 mL
Volume Void
:
50 mL
Massa Packing
:
120 gram
Sebelum digunakan, bioreaktor disterilisasi menggunakan etil alkohol dan kemudian diisi dengan bead
K-karaginan. Molases substrat diumpankan dari bagian bawah fermentor secara kontinyu dengan
pompa peristaltik (Masterflex - Cole Palmer) melalui tubing silikon. Larutan Effluent overflow dari
titik keluaran di bagian atas fermentor. Untuk mencegah agar bead tidak terikut keluar, bead di tahan
dengan penahan berbentuk penyaring. Dillution rate sebesar 1,2 jam-1 selama proses fermentasi dan
sampel diambil untuk dianalisa setelah steady-state tercapai.
7
3 Keterangan
4 1 molases
2 pompa peristaltik
3 Bioreaktor Packed bed
4 Immobilisasi sel
2 6
5
1 5 Broth fermentor
6 Pembuangan CO2
7 statif
Gambar 1. Peralatan Bioreaktor Kontinyu Packed Bed
Untuk fermentasi sistem batch dilakukan dengan mencampurkan 1620 mL media nutrisi
dengan 180 mL starter bakteri ke dalam bioreaktor sistem batch yang dilengkapi dengan pengaduk
serta jaket pendingin. Fermentasi batch ini berlangsung selama 50 jam dimana setiap 8 jam dilakukan
pengambilan sampel untuk analisa.
Sampel hasil fermentasi kemudian dianalisa dengan metode DNS menggunakan
spektrofotometer untuk melihat konsentrasi glukosa sisa serta dianalisa dengan Gas Chromatografi
untuk melihat konsentrasi etanol yang dihasilkan dan analisa jumlah sel serta Optical density pada
fermentasi batch
a
d
e
f
g
b
h
c
Keterangan :
a
Motor pengaduk
b Tempat Sampel
c
Pengaduk
d Tempat Termometer
e
Tangki Fermentor
f
Jacket Air Pendingin
g Air masuk
h Air keluar
Gambar 2. Peralatan Bioreaktor Batch
C12 - 4
Produktivitas Etanol dari Molases dengan Proses Fermentasi Kontinyu menggunakan Zymomonas mobilis
dengan Teknik Immobilisasi Sel K-Karaginan dalam Bioreaktor Packed-Bed
Tabel 2. Data penelitian fermentasi secara kontinyu dan batch
Keterangan
Fermentasi Kontinyu
Fermentasi Batch
Bioreaktor
Packed bed
Reaktor batch stirrer
Volume reaktor
258 mL
1800 mL
Bead /carrier
K-Karaginan
Sel bebas
Berat bead
120 g
Residence time
0,83 jam
50 jam
Dilution rate
1,2 jam-1
3
HASIL DAN PEMBAHASAN
3.1 Pengaruh konsentrasi glukosa terhadap konsentrasi, yield dan produktivitas etanol
Pengaruh konsentrasi glukosa terhadap konsentrasi, yield dan produktivitas etanol bisa dilihat
pada Gambar 4 - 6. Konsentrasi etanol, yield etanol dan produktivitas etanol merupakan perhitungan
rata-rata yang diperoleh dari masing-masing variabel dengan pengambilan sampel setiap 15 menit
sebanyak 17 kali. Untuk konsentrasi etanol rata-rata tertinggi dicapai pada konsentrasi glukosa 218
g/L (18%v/v) dengan konsentrasi immobilisasi sel K-Karaginan 2 %w/v yaitu sebesar 48,326 g/L,
seperti yang terlihat pada gambar 4, dimana pada konsentrasi immobilisasi K-Karaginan 2 %, semakin
tinggi konsentrasi glukosa maka ketersediaan substrat tinggi sehingga konversi glukosa menjadi etanol
juga tinggi. Kecenderungan yang sama juga terlihat pada konsentrasi immobilisasi sel K-Karaginan 1
%. Pada konsentrasi glukosa 218 g/L masih dapat dicapai kadar etanol tertinggi dikarenakan bakteri
Zymomonas mobilis memiliki struktur hopanoid atau lipida membran yang kompleks sehingga
menyebabkan membran menjadi lebih stabil dan memiliki kerapatan yang baik, sehingga molekul lain
sulit untuk menembus sel tersebut, termasuk etanol. Ditinjau dari penelitian yang dilakukan oleh Grote
dkk (1980) dengan dilution rate 0,85 jam-1 menunjukkan pencapaian konsentrasi etanol tertinggi pada
konsentrasi glukosa 150 g/L dan konsentrasi immobilisasi 2 % sebesar 37,4 g/L. Pada penelitian yang
dilakukan oleh Margaritis (1981) menunjukkan pencapaian konsentrasi etanol tertinggi dengan
dilution rate 1,6 jam-1 pada konsentrasi glukosa 100 g/L dan konsentrasi immobilisasi 1,6 % sebesar
44,375 g/L Sedangkan penelitian yang dilakukan oleh Goksungur dan Zorlu (2001) menunjukkan
pencapaian konsentrasi etanol tertinggi dengan dilution rate 0,22 jam-1 pada konsentrasi glukosa 109
g/L dan konsentrasi immobilisasi 2 % sebesar 36,45 g/L.
Gambar 4. Konsentrasi etanol rata-rata (g/L) dan konsentrasi K-Karaginan (%) pada konsentrasi
glukosa 117, 173, dan 218 g/L
C12 - 5
Mulyanto 1, Tri Widjaja 2, Abdul Hakim M3, dan Eko Frastiawan4
Gambar 5. Yield etanol rata-rata (%) dan konsentrasi K-Karaginan (%) pada konsentrasi glukosa
117, 173, dan 218 g/L
Gambar 6. Produktivitas etanol rata-rata (%) dan konsentrasi K-Karaginan (%) pada konsentrasi
glukosa 117, 173, dan 218 g/L
Yield merupakan konsentrasi etanol yang dihasilkan dibandingkan dengan konsentrasi
glukosa yang terkonsumsi. Untuk yield etanol rata-rata tertinggi dicapai pada konsentrasi glukosa 218
g/L dengan konsentrasi K-Karaginan 2 % yaitu sebesar 22,21 %, seperti pada Gambar 5. Hal ini
menunjukkan bahwa semakin tinggi konsentrasi glukosa cenderung diiringi dengan semakin tingginya
% yield.
Dari Gambar 6, terlihat produktivitas etanol rata-rata tertinggi dicapai pada konsentrasi
glukosa 218 g/L dengan konsentrasi immobilisasi sel K-Karaginan 2 % yaitu sebesar 57,992 g/L.jam.
Hal ini menunjukkan bahwa semakin tinggi konsentrasi glukosa maka akan tinggi pula konsentrasi
dan produktivitas etanol yang dihasilkan. Produktivitas etanol merupakan konsentrasi etanol yang
dihasilkan tiap satuan waktu. Besarnya produktivitas etanol ini tergantung dari besarnya konsentrasi
etanol yang dihasilkan, semakin besar konsentrasi etanol yang dihasilkan maka semakin besar pula
produktivitas etanolnya.
3.2 Pengaruh konsentrasi K-Karaginan terhadap konsentrasi, yield dan produktivitas etanol
Berdasarkan gambar 7, terlihat bahwa pada konsentrasi immobilisasi sel K-Karaginan 2 %
merupakan konsentrasi optimal seiring dengan adanya penambahan konsentrasi glukosa, dimana
mampu menghasilkan konsentrasi etanol tertinggi yaitu 17,74 g/L untuk konsentrasi glukosa 117 g/L;
32,93 g/L untuk konsentrasi glukosa 173 g/L dan 48,33 g/L untuk konsentrasi glukosa 218 g/L. Hal ini
menunjukkan bahwa konsentrasi immobilisasi K-Karaginan berpengaruh terhadap produksi etanol.
Pada konsentrasi immobilisasi sel K-Karaginan 2 % mampu membentuk ikatan ionik antara karaginan
dengan substrat glukosa. Perpaduan yang sesuai antara karaginan dan konsentrasi glukosa
menyebabkan kestabilan ikatan antar molekul sehingga substrat mudah masuk ke dalam bead
immobilisasi sel dan pada akhirnya fermentasi bisa berjalan dengan baik.
C12 - 6
Produktivitas Etanol dari Molases dengan Proses Fermentasi Kontinyu menggunakan Zymomonas mobilis
dengan Teknik Immobilisasi Sel K-Karaginan dalam Bioreaktor Packed-Bed
Konsentrasi immobilisasi sel K-Karaginan 2 % secara umum juga merupakan kondisi
optimum untuk menghasilkan yield dan produktivitas etanol yang tinggi, dimana yield yang dihasilkan
15,10 % untuk konsentrasi glukosa 117 g/L, 19,03 % untuk konsentrasi glukosa 173 g/L dan 22,21 %
untuk konsentrasi glukosa 218 g/L seperti pada gambar 8. Sedangkan produktivitas etanol yang
dihasilkan 21,29 g/L.jam untuk konsentrasi glukosa 117 g/L; 39,52 g/L.jam untuk konsentrasi glukosa
173 g/L dan 57,99 g/L.jam untuk konsentrasi glukosa 218 g/L seperti pada gambar 9. Produktivitas
etanol berbanding lurus dengan konsentrasi etanol karena produktivitas etanol merupakan perkalian
antara konsentrasi etanol dengan dilution rate.
Gambar 7. Konsentrasi etanol rata-rata (g/L) dan konsentrasi glukosa (g/L) pada konsentrasi KKaraginan 1 % dan 2 %
Gambar 8. Yield etanol rata-rata (%) dan konsentrasi glukosa (g/L) pada konsentrasi K-Karaginan 1%
dan 2 %
Gambar 9. Produktivitas etanol rata-rata (g/L.jam) dan konsentrasi glukosa (g/L) pada K-Karaginan
1% dan 2 %
C12 - 7
Mulyanto 1, Tri Widjaja 2, Abdul Hakim M3, dan Eko Frastiawan4
3.3. Perbandingan hasil fermentasi kontinyu dengan fermentasi batch
Hasil fermentasi secara batch dari gambar 10 terlihat bahwa konsentrasi etanol tertinggi
dicapai pada konsentrasi glukosa 218 g/L yaitu sebesar 45,35 g/L, yield etanol tertinggi dicapai pada
konsentrasi glukosa 218 g/L yaitu sebesar 20,84 %, dan produktivitas etanol tertinggi dicapai pada
konsentrasi glukosa 218 g/L yaitu sebesar 0,91 g/L.jam
Konsentrasi Glukosa (g/L)
117
173
218
kadar etanol (g/L)
15,48
28,72
45,35
Yield (%)
13,18
16,59
20,84
0,31
0,57
0,91
Produktivitas (g/L.jam)
Gambar 10. Kadar etanol, Yield dan Produktivitas etanol pada fermentasi batch
Hal ini menunjukkan untuk konsentrasi etanol dan produktivitas etanol, semakin besar
konsentrasi glukosa maka semakin besar pula konsentrasi etanol dan produktivitas etanol yang
dihasilkan.
Perbandingan hasil fermentasi secara kontinyu packed bed dengan fermentasi secara batch
bisa dilihat pada Gambar 11 - 13. Secara keseluruhan hasil fermentasi secara kontinyu packed bed
lebih baik daripada hasil fermentasi secara batch, ditinjau konsentrasi, yield dan produktivitas etanol.
Gambar 11. Perbandingan konsentrasi etanol rata-rata (g/L) pada proses fermentasi kontinyu dengan
fermentasi batch
C12 - 8
Produktivitas Etanol dari Molases dengan Proses Fermentasi Kontinyu menggunakan Zymomonas mobilis
dengan Teknik Immobilisasi Sel K-Karaginan dalam Bioreaktor Packed-Bed
Gambar 12. Perbandingan yield etanol rata-rata (g/L) pada proses fermentasi kontinyu dengan
fermentasi batch
Gambar 13. Perbandingan produktivitas etanol rata-rata (g/L.jam) proses fermentasi secara kontinyu
dengan produktivitas etanol (g/L.jam) fermentasi batch
Perbandingan konsentrasi etanol yang dihasilkan proses fermentasi secara kontinyu dengan
proses fermentasi secara batch bisa dilihat pada Gambar 11. Konsentrasi etanol maksimal yang
dihasilkan pada proses fermentasi kontinyu sebesar 48,33 g/L dicapai pada konsentrasi glukosa 218
g/L dengan konsentrasi K-Karaginan 2 % dan proses fermentasi secara batch sebesar 45,35 g/L
dicapai pada konsentrasi glukosa 218 g/L. Untuk yield etanol yang dihasilkan proses fermentasi secara
kontinyu dengan proses fermentasi secara batch bisa dilihat pada Gambar 12. Yield etanol maksimal
yang dihasilkan pada proses fermentasi kontinyu sebesar 22,21 % dicapai pada konsentrasi glukosa
218 g/L dengan konsentrasi K-Karaginan 2 % dan proses fermentasi secara batch sebesar 20,84 %
dicapai pada konsentrasi glukosa 218 g/L. Sedangkan produktivitas etanol yang dihasilkan proses
fermentasi secara kontinyu dengan proses fermentasi secara batch bisa dilihat pada Gambar 13.
Produktivitas etanol maksimal yang dihasilkan pada proses fermentasi kontinyu sebesar 57,99 g/L.jam
dicapai pada konsentrasi glukosa 218 g/L dengan konsentrasi K-Karaginan 2 % dan proses fermentasi
secara batch sebesar 0,91 g/L.jam dicapai pada konsentrasi glukosa 218 g/L.
Perbedaan ini disebabkan pada proses kontinyu terdapat immobilisasi sel K-Karaginan dimana
bead yang menjebak bakteri membuat gradien glukosa, kemudian mengikuti konsentrasi glukosa yang
lebih rendah yang akan menjadi noninhibitor. (Baros dkk, 1986). Sedangkan pada fermentasi secara
batch bakteri Zymomonas mobilis dalam keadaan bebas (free cells) menyebabkan terjadinya
plasmolisis, terlepasnya membran plasma dari dinding sel ke lingkungannya, serta sifat substrat yang
inhibitor terhadap sel yang menyebabkan rate fermentasi turun. (Goksungur dan Zorlu, 2001)
C12 - 9
Mulyanto 1, Tri Widjaja 2, Abdul Hakim M3, dan Eko Frastiawan4
4 KESIMPULAN
1. Fermentasi kontinyu dalam bioreaktor packed bed lebih baik daripada fermentasi secara batch
dalam bioreaktor stirred ditinjau dari konsentrasi, yield dan produktivitas etanol yang dihasilkan
2. Konsentrasi glukosa dan konsentrasi immobilisasi sel K-Karaginan berpengaruh terhadap
konsentrasi, yield dan produktivitas etanol.
3. Hasil maksimal proses fermentasi kontinyu dengan dilution rate 1,2 jam-1 :
• konsentrasi etanol = 60,18 g/L (7,63 %) pada kondisi konsentrasi glukosa 218 g/L dengan
konsentrasi immobilisasi sel K-Karaginan 2 %
• yield etanol = 27,66 % pada kondisi konsentrasi glukosa 218 g/L dengan konsentrasi
immobilisasi sel K-Karaginan 2 %
• produktivitas etanol = 72,22 g/L.jam pada kondisi konsentrasi glukosa 218 g/L dengan
konsentrasi immobilisasi sel K-Karaginan 2 %
4. Hasil maksimal fermentasi batch dengan waktu tinggal 50 jam :
• konsentrasi etanol = 46,65 g/L (5,91%) dicapai pada kondisi konsentrasi glukosa 218 g/L
• yield etanol = 23,23 % dicapai pada kondisi konsentrasi glukosa 117 g/L
• produktivitas etanol = 0,91 g/L.jam dicapai pada kondisi konsentrasi glukosa 218 g/L
DAFTAR PUSTAKA
[1] Goksungur, Y. and N. Zorlu,.2001.Production of Ethanol From Beet Molasses by Ca-Alginate
Immobilized Yeast Cells in a Packed-Bed Bioreactor. Turk J. Biol., 25, page 265-275. Turkey.
[2] Grote, W. ,K.J Lee dan P.L Rogers. 1980. Continuous Ethanol Production By Immobilized Sels of
Zymomonas Mobilis, Biotechnology Letters vol 11, hal 481-486.
[3] Margaritis,A., P.K. Bajpai dan J. Wallace.1981.High Ethanol Productivities using Small CaAlginate Bead of Immobilized Sels of Zymomonas Mobilis. Biotechnology Letters. vol 3 no 11
hal 613 – 618.
[4] Minier, M, and Goma, G.1982).Etanol Production by Extractive Fermentation.J Biotechnology
and Bioengineering, 34, hal 1565-1579.
[5] Paturau, J, M.1982.By Product of Cane Sugar Industry. Elsevier Scientific Publishing Company,
Amsterdam – Oxford – New York.
C12 - 10