BAB II

BAB II
TINJAUAN PUSTAKA
1.1 Jagung
Jagung merupakan tanaman yang banyak dijadikan sebagai bahan baku
indutri. Pemanfaat jagung dalam bidang industri selain sebagai sumber
karbohidrat, jagung juga ditanam sebagai pakan ternak, diambil minyaknya
(dari biji), dibuat tepung (dari biji, dikenal dengan istilah tepung jagung atau
maizena), Tongkol jagung kaya akan pentosa, yang dipakai sebagai bahan
baku pembuatan furfural, dan juga dibuat menjadi etanol sebagai salah satu
bahan bakar nabati. Jagung yang telah direkayasa genetika juga sekarang
ditanam sebagai penghasil bahan farmasi.
Biji jagung kaya akan karbohidrat. Sebagian besar berada pada
endospermium. Kandungan karbohidrat dapat mencapai 80% dari seluruh
bahan kering biji. Karbohidrat dalam bentuk pati umumnya berupa campuran
amilosa dan amilopektin. Pada jagung ketan, sebagian besar atau seluruh
patinya merupakan amilopektin. Perbedaan ini tidak banyak berpengaruh pada
kandungan gizi, tetapi lebih berarti dalam pengolahan sebagai bahan pangan.
jagung mempunyai kandungan karbohidrat yang lebih rendah, namum
mempunyai kandungan protein yang lebih banyak. Sekitar 50% penggunaan
jagung untuk peternakan digunakan sebagai pakan ternak, khususnya unggas.
(Mejaya .,2006).
3
Tabel 1. Komposisi Kimia Jagung ( % Bobot Kering )
No.
Komponen
Lapisan Luar
Lembaga Endosperm
1
Protein
6,2
21,0
11,0
2
Minyak
1,5
32,0
1,5
3
Karbohidrat
74,1
34,0
86,5
4
Serat (Bebas N) Kasar
17,0
2,9
0,0
5
Mineral
1,2
10,1
0,5
Sumber : Kent – Jones dan Amos (19670 dalam SS Antarlina, dkk. (1994)
Salah satu kelebihan pembuatan etanol dari jagung yaitu jagung
memiliki efisiensi tertinggi dibandingkan komoditas lain (tetes tebu, ubi kayu,
sagu, dan ubi jalar) dalam proses pembuatan bioetanol, hal ini didukung oleh
kandungan pati jagung yang mencapai 60-70% , dan jumlah rendemen ethanol
yang dapat diperoleh sekitar 40% dari berat biomassa. Prinsip pembuatan
ethanol yang berasal dari biji jagung sama dengan pembuatan etanol dari
bahan berbahan baku pati lainnya, Subekti (2006).
1.2 Bioetanol
Bioetanol C2H5OH, merupakan cairan yang tidak berwarna, larut
dalam air, eter, aseton, benzen dan semua pelarut organik, serta memiliki bau
khas alcohol. Terbuat dari proses fermentasi gula dari sumber karbohidrat
menngunakan mikroorganisme.
Etanol dapat dipandang sebagai turunan dari etana, C2H6, dengan salah
satu atom H digantikan dengan gugus hidroksil. Gugus hidroksil akan
membangkitkan polaritas pada molekul dan menimbulkan ikatan hidrogen
antar molekul. Sifat-sifat kimia dan fisik etanol sangat tergantung pada gugus
hidroksil. Studi spektroskopi inframerah menunjukkan bahwa pada keadaan
cair, ikatan-ikatan hidrogen terbentuk karena tarik menarik antara hidrogenhidroksil satu molekul dengan oksigen-hidroksil dari molekul yang lain.
4
Ikatan hidrogen mengakibatkan etanol cair sebagian besar terdimerisasi.
Dalam keadaan uap, molekul-molekul etanol bertabiat monomeric (Logsdon,
1994).
Etanol banyak digunakan sebagai pelarut, germisida, minuman, bahan
anti beku, bahan bakar, dan senyawa antara untuk sintesis senyawa-senyawa
organik lainnya. Etanol sebagai pelarut banyak digunakan dalam industri
farmasi, kosmetika, dan resin maupun laboratorium. Di Indonesia, industri
minuman merupakan pengguna terbesar etanol, disusul berturut-turut oleh
industri asam asetat, rumah sakit dan industri lainnya. Sebagai bahan baku,
etanol digunakan untuk pembuatan senyawa asetaldehid, butadiena, dietil eter,
etil asetat, asam asetat, dan sebagainya (Anonim, 1992).
Penggunaan etanol sebagai bahan bakar, mempunyai prospek yang
cerah. Etanol dapat digolongkan sebagai bahan yang dapat diperbarukan,
karena dapat dibuat dari bahan baku yang berasal dari tumbuh-tumbuhan.
Etanol murni (100%) dapat digunakan sebagai cairan pencampur pada
bensin. Etanol mempunyai angka oktan yang cukup tinggi, sehingga dapat
digunakan untuk menaikkan angka oktan, (Anonim 2009).
Secara industrial etanol dapat diproduksi dengan metode; (1) secara
sintetik dari etilen, yaitu dengan hidrasi secara langsung dan tidak langsung;
(2) diproduksi dari bahan material tertentu seperti dengan hidrokarbonilasi
metanol dan karbonilasi metanol dan metil asetat; (3) dengan fermentasi baik
menggunakan ragi atau mikroba. Pembuatan etanol dengan reaksi hidrasi
langsung etilen dengan menggunakan katalis asam phosphat yang didukung
5
oleh tanah diatomik. Katalis yang lain yang dapat digunakan adalah asam
oksida seperti tugsten trioksida pada silika, asam phosphat pada silikaallumonium. Metode
pembuatan
etanol
yang
paling
terkenal
adalah
fermentasi. Bahan mentahnya adalah karbohidrat yang langsung dapat
difermentasi, yaitu mono/disakarisa seperti glukosa, fruktosa, dan sukros,
(Bailey, 1996).
Tabel 2. Standar Nasional Indonesia Bioetanol
2.3 Proses Produksi Bioetanol
Teknologi produksi bioethanol berikut ini diasumsikan menggunakan
jagung sebagai bahan baku, tetapi tidak menutup kemungkinan digunakannya
biomassa yang lain, terutama molase. Secara umum, produksi bioethanol ini
mencakup 3 (tiga) rangkaian proses, yaitu: Persiapan Bahan baku, Fermentasi,
dan Pemurnian.
6
1.3.1 Persiapan Bahan Baku
Bahan baku yang digunakan untuk pembuatan bioetanol adalah
karbohidrat, baik sebagai gula (sakarida) yang terdiri dari satu atau dua
gugus sakarosa maupun senyawa lebih komplek dalam bentuk pati dan
selulosa.
Menurut Garba et al. (2006), segala jenis tanaman
mengandung pati dapat dimanfaatkan sebagai bahan baku.
Contoh
bahan baku bioetanol bersumber gula meliputi nira tebu, nira kelapa, nira
aren, beet, sweet sorghum, molases (hasil samping industri gula), buahbuahan. Keuntungan penggunaan nira gula dan molases dalam industri
etanol, yaitu tidak memerlukan proses pendahuluan karena bentuk
senyawa karbohidratnya sudah siap diubah oleh enzim (Kosaric dkk,
1981; Maiorella dkk, 1981). Adapun bahan baku bioetanol bersumber
pati diantaranya meliputi biji-bijian (gandum, jagung, beras, dll),
kacang-kacangan dan umbi-umbian (kentang, ubi jalar dan ubi kayu).
Proses produksi etanol untuk bahan baku pati harus dihidrolisa terlebih
dahulu menjadi glukosa. Jumlah alkohol yang dapat diproduksi dari
bahan baku adalah sekitar setengah (berat/berat) dari kandungan pati dan
gula (Mathewson,1980).
Persiapan bahan baku beragam bergantung pada bahan bakunya,
tetapi secara umum terbagi menjadi beberapa proses, yaitu:
a. Tebu dan Gandum manis harus digiling untuk mengektrak gula.
b. Tepung dan material selulosa harus dihancurkan untuk memecahkan
susunan tepungnya agar bisa berinteraksi dengan air secara baik.
7
c. Pemasakan, Tepung dikonversi menjadi gula melalui proses
pemecahan menjadi gula kompleks (liquefaction) dan sakarifikasi
(Saccharification) dengan penambahan air, enzyme serta panas
(enzim hidrolisis). Pemilihan jenis enzim sangat bergantung terhadap
supplier untuk menentukan pengontrolan proses pemasakan.
1.3.2 Fermentasi
Proses perubahan glukosa menjadi ethanol paling banyak
dilakukan
dengan
memanfaatkan
aktivitas
khamir dari
spesies
Saccharomyces cerevisiae. Proses fermentasi diawali dengan kondisi
aerob kemudian dilanjutkan dengan kondisi anaerob. Hal ini diperlukan
karena jika kondisi anaerob dimulai terlalu dini maka sel yang ada tidak
cukup banyak untuk melakukan fermentasi dengan baik. Sehingga,
untuk mewujudkan kondisi aerob perlu diadakan aerasi meskipun hanya
dalam waktu singkat agar nantinya tidak banyak kehilangan hasil.
Selanjutnya, metabolisme khamir berlangsung pada kondisi anaerob.
Hal ini karena pada kondisi aerob (ada oksigen) akan menjadikan S.
cerevisiae berkembang dengan baik akan tetapi etanol sebagai salah satu
produk metabolismenya yang diharapkan hanya akan terbentuk sedikit
(Crueger, 1984).
Fermentasi merupakan tahap paling kritis dalam produksi etanol,
semua sumber bahan baku yaitu sumber gula, pati dan serat, setelah
menjadi gula, prosesnya sama yaitu fermentasi. Fermentasi merupakan
proses biokimia dimana mikroba yang berperan dalam fermentasi akan
8
menghasilkan enzim yang mampu mengonversi subsrat menjadi etanol.
Subsrat yang digunakan adalah bahan bergula dengan 6 atom C.
Penggunaan subsrat yang berlebih dapat menghambat kerja khamir.
Paturau ( 1982).
Proses fermentasi etanol perlu aktivitas mikroba agar dapat
mengubah pati, gula menjadi etanol. Mikroba itu sendiri tidak secara
langsung berperan dalam proses fermentasi alkohol, tetapi menghasilkan
enzim yang kompleks dimana enzim tersebut berperan dalam konversi
gula menjadi alkohol dan gas karbondioksida. Jenis mikroba yang
digunakan adalah strain khamir, kapang dan bakteri, dan dipilih yang
mampu berproduktivitas tinggi. Selain itu jenis mikroba yang digunakan
dalam fermentasi alkohol adalah yang toleran terhadap variasi suhu dan
resisten terhadap alkohol. Dalam proses fermentasi, kondisi lingkungan
tempat tumbuhnya mikroba tersebut harus terus dijaga seperti
pengontrolan suhu dan pemberian nutrisi yang cukup agar mikroba
tersebut dapat bekerja dengan sempurna dalam proses fermentasi.
(Mathewson,1980).
Ada dua tahapan penting yang terjadi selama proses pembuatan
etanol berbahan dasar pati, yaitu proses hydrolisis dan proses fermentasi.
Awalnya biji jagung dihancurkan untuk mendapatkan ukuran yang lebih
kecil, kemudian dilakukan proses liquifikasi dan pemasakan, pada tahap
ini ditambahkan enzim Alfa-Amilase kemudian dilanjutkan dengan
proses sakarafikasi dengan penambahan enzim beta glukosidase. Proses
9
selanjutnya yaitu proses fermentasi yang dilakukan oleh Saccaromyces
Cerevisiae pada ph 5. Hasil fermentasi tersebut kemudian di destilasi
untuk memisahkan antara kandungan air dan etanol yang terbentuk.
(Prihandana., dkk, 2007).
1.3.3 Proses Penyaringan
Tahapan selanjutnya adalah melakukan penyaringan untuk
memisahkan antara etanol yang terbentuk dengan sludge. Hal ini
diperlukan untuk menghindari terjadinya clogging selama proses distilasi
berlangsung. Rasio sludge yang diperoleh dari hasil fermentasi etanol
mencapai 70 % dan pada umumnya masih mengandung larutan gula
hingga kadar 18%. Etanol yang terbentuk dengan konsentrasi 8-12%
dialirkan untuk diproses lebih lanjut ke tahapan distilasi. Salah satu
pemanfaatan limbah sludge yaitu sebagai pupuk atau pakan ternak.
1.3.4 Pemurnian/Destilasi
Tahapan berikutnya pada proses pembuatan ethanol adalah
distilasi, dimana alkohol hasil proses fermentasi yang berkonsentrasi 8 12% dipisahkan dan dipekatkan untuk dapat dipakai sebagai bahan bakar
ataupun kebutuhan lain. Distilasi adalah proses pemisahan dua atau lebih
cairan dalam larutan dengan berdasarkan relative volatilitynya dan
perbedaan titik didihnya. Distilasi fraksinasi merupakan pemisahan atau
pengambilan uap dari setiap tingkat yang berbeda dalam kolom distilasi.
Titik didih etanol murni adalah 78 oC sedangkan air adalah 100 oC.
Dengan memanaskan larutan pada suhu rentang 78 - 100 oC akan
mengakibatkan sebagian besar etanol menguap. Produk yang lebih berat
10
diperoleh di bagian bawah, sedangkan yang lebih ringan akan keluar dari
bagian atas kolom. Hasil distilasi alkohol berkisar 95-96% (v/v), dan pada
kondisi tersebut campuran membentuk azeotrope, dimana campuran
alkohol dan air sukar untuk dipisahkan. Agar diperoleh konsentrasi yang
lebih tinggi dari kadar tersebut haruslah ditempuh dengan cara lain (Alico,
1982).
Residu atau sisa distilasi yang tertinggal dalam kolom bagian
bawah dan masih bercampur dengan air disebut stillage. Residu tersebut
masih
banyak
mengandung
bahan-bahan
organik
yang
tidak
terfermentasikan. Jika stillage tidak dimanfaatkan sebagai hasil samping,
bahan tersebut menjadi limbah yang harus ditangani lebih lanjut. Limbah
tersebut mempunyai beban BOD (Biological Oxygen Demand) tinggi
sampai 40.000 ppm. Beberapa metode seperti anaerobic digestion,
activated sludge dan metode lain dapat dilakukan untuk mengolahnya.
Namun pengolahan dengan berbagai cara tersebut perlu biaya tinggi
(Alico, 1982).
Proses destilasi dapat berjalan sempurna jika digunakan system
destilasi bertingkat dengan refluks, yang terdiri dari dua atau lebih kolom
destilasi. Masing-masing kolom tersebut memurnikan etanol secara
bertahap. Hasil fermentasi didestilasi dalam kolom penyuling dan alkohol
diproduksi dalam kolom rectifying. Baik pada kolom penyuling maupun
kolom rectifying.( Paturau, 1982).
11