PENGARUH PENGGUNAAN BAKTERI Zymomonas

PENGARUH PENGGUNAAN BAKTERI Zymomonas mobilis DAN RAGI TAPE
UNTUK FERMENTASI DALAM PEMBUATAN BIOETANOL DARI SAMPAH
BUAH TOMAT
THE EFFECTS OF THE USAGE OF Zymomonas mobilis BACTERIA AND TAPAI
YEAST FOR FERMENTATION IN THE PRODUCTION OF BIOETHANOL FROM
TOMATO WASTE
Nurul Faizah1) dan Wahyono Hadi2)
Teknik Lingkungan, ITS
Gedung Teknik Lingkungan Kampus ITS Sukolilo, Surabaya 60111
Email: 1)[email protected]; 2)[email protected]
ABSTRAK
Buah tomat dapat digunakan sebagai bahan baku bioetanol karena mengandung karbohidrat.
Bioetanol sendiri dapat digunakan sebagai bahan pengganti minyak bumi dalam memenuhi
kebutuhan energi dunia. Tujuan dari penelitian ini adalah menguji kadar bioetanol yang dihasilkan
dari fermentasi sampah buah tomat dan menentukan kondisi terbaik untuk menghasilkan kadar
bioetanol tertinggi dalam pembuatan bioetanol dari sampah buah tomat.
Penelitian ini dilakukan dengan memvariasikan konsentrasi asam sulfat yang digunakan
dalam proses hidrolisis (0%; 0,5%; 1% dan1,5%). Untuk proses fermentasi dilakukan dengan variasi
mikroba fermentasi (Zymomonas mobilis dan ragi tape) dan lama fermentasi yaitu 0 hari, 3 hari, 6
hari dan 9 hari.
Hasil dari penelitian ini didapatkan kadar bioetanol pada proses fermentasi dengan inokulum
Zymomonas mobilis berkisar antara 0,07-9,98%. Sedangkan untuk inokulum ragi tape berkisar
antara 0,13-6,30%. Sedangkan kondisi terbaik didapatkan dari perlakuan penambahan asam sulfat
konsentrasi 1%, menggunakan inokulum Zymomonas mobilis dan lama fermentasi 6 hari yaitu
dengan kadar bioetanol yang dihasilkan sebesar 9,68%.
Kata Kunci: Sampah buah tomat, bioetanol, Zymomonas mobilis, ragi tape
ABSTRACT
Tomatoes can be used as a raw material of bioethanol because it contains carbohydrates.
Ethanol itself can be used as a substitute for petroleum in the world's energy needs. The purpose of
this study was to test the levels of bioethanol produced from the fermentation of waste tomatoes and
determine the best conditions to produce the highest levels of bioethanol in the manufacture of
bioethanol from waste tomato fruit.
The research was conducted by varying the concentration of sulfuric acid used in the process
of hydrolysis (0%, 0,5%, 1% dan 1, 5%). For the fermentation carried out with variation of microbial
fermentation (Zymomonas mobilis and tapai yeast) and a long fermentation is 0 days, 3 days, 6 days
and 9 days.
The results of this study found levels of ethanol in the fermentation with Zymomonas mobilis
inoculum ranged from 0,07 to 9,98%. As for the tapai yeast inoculum ranged from 0,13 to 6,30%.
While the best conditions obtained from the addition of sulfuric acid treatment concentration of 1%,
using Zymomonas mobilis inoculum and duration of fermentation is 6 days with high levels of ethanol
that is produced by 9,68%.
Keyword: Rubbish tomatoes, bioethanol, Zymomonas mobilis, tapai yeast
PENDAHULUAN
Sampai saat ini permasalahan energi menjadi salah satu permasalahan utama di dunia. Hal ini
dikarenakan sumber utama energi dunia umumnya berasal dari energi-energi tak terbarukan seperti
minyak bumi dan gas alam. Pada tahun 2005, minyak memegang kendali sebesar 39,2% dari total
kebutuhan energi dunia. Proporsi ini jauh di atas gas (23,0%), bahan padat (27,6%), bahkan energi
terbarukan (10,2%) (Negara, 2011).
1
Di Indonesia, pasokan energi nasional juga sangat tergantung pada minyak bumi. Presentase
konsumsinya terhadap total pemakaian energi merupakan yang terbesar dan terus mengalami
peningkatan. Laju konsumsi bahan bakar minyak nasional cukup tinggi yaitu sekitar 6-7% per tahun
(Broto dan Richana, 2006). Padahal cadangan energi minyak bumi semakin menipis dan produksi
minyak bumi pun semakin menurun. Pada tahun 2000 produksi minyak bumi sebesar 517. 415.696
barel dan angka ini terus menurun hingga pada tahun 2007 produksi minyak bumi sebesar
347.493.172 barel. Sedangkan konsumsi rata-rata per tahun dari tahun 2000 sampai 2007 yaitu
sebesar 361. 969. 842,9 barel. Diperkirakan cadangan minyak bumi Indonesia hanya cukup untuk
memenuhi kebutuhan kurang dari 15 tahun (Indomigas, 2009). Untuk mengatasi masalah itu,
diperlukan suatu sumber energi alternatif terbarukan yang dapat menggantikan peranan minyak bumi
saat ini.
Salah satu energi alternatif yang menjanjikan adalah bioetanol. Bioetanol adalah etanol yang
bahan utamanya dari tumbuhan dan umumnya menggunakan proses farmentasi. Etanol atau ethyl
alkohol C2H5OH berupa cairan bening tak berwarna, terurai secara biologis (biodegradable),
toksisitas rendah dan tidak menimbulkan polusi udara yan besar bila bocor. Etanol yang terbakar
menghasilkan karbondioksida (CO2) dan air. Penggunaan bioetanol sebagai bahan bakar minyak
mempunyai banyak kelebihan dibandingkan dengan energi alternatif lain. Etanol merupakan bahan
bakar beroktan tinggi dan dapat menggantikan timbal sebagai peningkat nilai oktan dalam bensin.
Selain itu etanol memilki kandungan oksigen yang tinggi sehingga proses pembakaran yang terjadi
lebih sempurna yang menyebabkan emisi akibat karbonmonoksida pun berkurang (Rikana dan Risky,
2009).
Pada penelitian ini akan menggunakan sampah pertanian berupa tomat sebagai bahan baku
pembuatan bioetanol karena selama ini sampah pertanian tomat kurang begitu dimanfaatkan. Sampah
pertanian ini dihasilkan dari tanaman-tanaman yang terserang hama. Sehingga diharapkan setelah
dikonversi menjadi bioetanol memiliki nilai ekonomi yang lebih tinggi. Salah satu metode pembuatan
etanol yang paling terkenal adalah fermentasi. Untuk proses fermentasi ini akan menggunakan bakteri
Zymomonas mobilis dan ragi tape. Digunakan ragi tape karena sangat mudah ditemukan dipasaran.
Sedangkan penggunaan bakteri Zymomonas mobilis karena mikroba tersebut mampu menghasilkan
bioetanol lebih tinggi (5-10%) dari mikroba perfermentasi lain (Riyanti, 2009).
RUMUSAN MASALAH
Rumusan masalah dari penelitian ini adalah:
1. Berapa kadar bioetanol yang dihasilkan dari fermentasi sampah buah tomat baik yang
menggunakan inokulum Zymomonas mobilis maupun ragi tape.
2. Kondisi manakah yang dapat menghasilkan kadar bioetanol tertinggi.
TUJUAN PENELITIAN
Tujuan dari tugas akhir ini adalah:
1. Menguji kadar bioetanol yang dihasilkan dari fermentasi sampah buah tomat baik yang
menggunakan inokulum Zymomonas mobilis maupun ragi tape.
2. Menentukan kondisi terbaik untuk menghasilkan kadar bioetanol tertinggi dalam
pembuatan bioetanol dari sampah buah tomat.
MANFAAT PENELITIAN
Manfaat dari tugas akhir ini yaitu:
1. Memberikan informasi mengenai kadar bioetanol yang dapat dihasilkan dari sampah buah
tomat baik yang menggunakan inokulum Zymomonas mobilis maupun ragi tape.
2. Memberikan informasi mengenai kondisi yang paling efektif dalam pembuatan bioetanol
berbahan baku sampah buah tomat.
METODE PENELITIAN
Bahan dan Alat yang Digunakan
Bahan yang digunakan dalam penelitian ini adalah sampah buah tomat, asam sulfat dengan
konsentrasi 0%, 0,5%, 1% dan 1,5%, bakteri Zymomonas mobilis dan ragi tape. Alat yang digunakan
adalah reaktor fermentasi, blender, jarum ose, bunsen.
2
Prosedur Percobaan
Sampah buah tomat diblender bersama aquades dengan perbandingan 3:1. Selanjutnya
sampah buah tomat yang telah diblender ditambahkan asam sulfat dengan variasi konsentrasi asam
sulfat 0%, 0,5%, 1% dan 1,5% dan diautolave pada suhu 121oC selama 15 menit. Sampel-sampel
tersebut kemudian dikondisikan pada pH 4,5 dengan penambahan NaOH 1 N. Sampel-sampel tersebut
kemudian ditambahkan inokulum sesuai dengan variasi dalam penelitian ini yaitu bakteri Zymomonas
mobilis dan ragi tape. Kemudian sampel-sampel tersebut difermentasi yaitu selama 0 hari, 3 hari, 6
hari dan 9 hari. Analisa kadar etanol menggunakan metode AOAC.
Ekstrak Sampah Buat Tomat
Penambahan Asam
Sulfat 0%
Zymomonas
mobilis
0 hari, 3 hari,
6 hari dan 9
hari
Penambahan Asam
Sulfat 0,5%
Ragi Tape
Zymomonas
mobilis
0 hari, 3 hari,
6 hari dan 9
hari
0 hari, 3 hari,
6 hari dan 9
hari
Ragi
Tape
Penambahan Asam
Sulfat 1%
Zymomonas
mobilis
0 hari, 3 hari, 0 hari, 3 hari,
6 hari dan 9 6 hari dan 9
hari
hari
Ragi
Tape
Penambahan Asam
Sulfa 1,5%
Zymomonas
mobilis
0 hari, 3 hari,
6 hari dan 9
hari
0 hari, 3 hari,
6 hari dan 9
hari
Ragi Tape
0 hari, 3 hari,
6 hari dan 9
hari
Gambar 1 Skema Kerja Penelitian
HASIL DAN PEMBAHASAN
Analisa Kadar Etanol Setelah Fermentasi
Setelah proses fermentasi selesai, dilakukan uji kadar bioetanol menggunakan metode AOAC
(Association of Official Analytical Chemistry). Metode AOAC merupakan metode pengukuran berat
jenis dengan menggunakan alat piknometer. Untuk hasil Pengukuran kadar bioetanol disajikan pada
Gambar 2 untuk inokulum Zymomonas mobilis dan Gambar 3 untuk inokulum ragi tape.
Gambar 2 Pengaruh Lama Fermentasi Terhadap Kadar Bioetanol Inokulum Zymomonas mobilis
Dari Gambar 2 dapat dilihat bahwa kadar bioetanol untuk inokulom Zymomonas mobilis
berkisar antara 0,07-9,98%. Kadar bioetanol tertinggi pada perlakuan lama fermentasi 6 hari dengan
variasi asam sulfat 1,5%. Dan kadar terendah dengan perlakuan lama fermentasi 0 hari dengan variasi
penambahan asam sulfat 0% yaitu sebesar 0,07%. Untuk variasi asam sulfat 0%, kadar bioetanol
tertinggi dihasilkan pada t = 9 hari. Sedangkan untuk variasi asam sulfat 0,5%; 1% dan 1,5%
menghasilkan kadar bioetanol tertinggi pada t = 6 hari.
Selain itu dari Gambar 2 dapat diketahui bahwa kadar bioetanol yang dihasilkan dari
perlakuan dengan penambahan asam sulfat 1% dan 1,5% tidak jauh berbeda. Jika ditinjau dari segi
3
ekonomi, perlakuan sampel dengan variasi penambahan asam sulfat konsentrasi 1% akan memerlukan
biaya produksi yang lebih ringan dari pada dengan variasi penambahan asam sulfat 1,5% Oleh karena
itu, untuk inokulum yang menggunakan Zymomonas mobilis dipilih kondisi terbaik yaitu dengan
perlakuan penambahan asam sulfat dengan konsentrasi 1% dengan lama fermentasi 6 hari.
Gambar 3 Pengaruh Lama Waktu Fermentasi Terhadap Kadar Bioetanol Inokulum Ragi Tape
Berdasarkan Gambar 3 untuk fermentasi yang menggunakan ragi tape sebagai inokulumnya
menghasilkan kadar bioetanol antara 0,13-6,30%. Kadar bioetanol terendah untuk inokulum ragi tape
terjadi pada perlakuan dengan lama fermentasi 0 hari dengan variasi asam sulfat 0,5% dan kadar
bioetanol tertinggi terjadi dengan perlakuan lama fermentasi 6 hari dengan variasi penambahan asam
sulfat sebesar 1,5%. Untuk variasi penambahan asam sulfat 0%, kadar bioetanol tertinggi dihasilkan
pada hari ke-9. Sedangkan untuk variasi penambahan asam sulfat lain yaitu 0,5%; 1% dan 1,5% kadar
bioetanol tertinggi dicapai pada hari ke-6.
Selain itu dari Gambar 3 dapat diketahui bahwa kadar bioetanol yang dihasilkan dari
perlakuan dengan penambahan asam sulfat 0,5%, 1% dan 1,5% tidak jauh berbeda. Jika ditinjau dari
segi ekonomi, perlakuan sampel dengan variasi penambahan asam sulfat konsentrasi 0,5% akan
memerlukan biaya produksi yang lebih ringan dari pada dengan variasi penambahan asam sulfat 1%
dan 1,5%. Oleh karena itu, untuk inokulum menggunakan ragi tape dipilih kondisi terbaik yaitu
dengan perlakuan penambahan asam sulfat dengan konsentrasi 0,5% .
Dari Gambar 2 dan Gambar 3 dapat diketahui bahwa konsentrasi bioetanol yang dihasilkan
oleh inokulum Zymomonas mobilis lebih tinggi dari pada yang dihasilkan oleh ragi tape. Menurut
Riyanti (2009) Zymomonas mobilis menggunakan siklus Entner-Doudoroft (ED) Pathway dalam
menghasilkan bioetanol. Organisme dengan siklus ini menghasilkan produk (bioetanol) yang lebih
tinggi sekitar 5-10% dibandingkan dengan organisme yang menggunakan Emden-Meyerhoff-Pamas
(EMP) Pathway. Sedangkan ragi tape yang di dalamnya mengandung Saccharomycess cerevisae
menggunakan siklus EMP untuk menghasilkan bioetanol. Dari Gambar 4.5 dapat pula disimpulkan
bahwa kondisi terbaik untuk mendapatkan bioetanol dengan kadar tertinggi adalah dengan perlakuan
penambahan asam sulfat konsentrasi 1% dengan inokulum Zymomonas mobilis dan lama fermentasi 6
hari.
Analisa Kadar pH Setelah Fermentasi
Pada awal proses fermentasi telah ditetapkan bahwa pH medium awal adalah 4,5. Hal ini
didasarkan bahwa pH optimum proses fermentasi berkisar antara 4-5 (Samsuri dkk., 2007). Gambar 4
di bawah ini menunjukkan perubahan pH sebelum proses fermentasi baik untuk t = 0 hari, t = 3 hari, t
= 6 hari maupun t = 9 hari untuk inokulum yang menggunakan Zymomonas mobilis.
4
Gambar 4 Pengaruh Lama Fermentasi Terhadap Penurunan pH Inokulum Zymomonas mobilis
Dari Gambar 4 dapat diketahui bahwa terjadi penurunan pH medium selama proses
fermentasi. Penurunan pH berkisar antara 4,49-3,99 dari pH awal fermentasi 4,5. Dari Gambar 4 dapat
pula diketahui bahwa semakin lama waktu fermentasi maka penurunan pH semakin signifikan.
Penurunan tertinggi terjadi perlakuan penambahan asam sulfat 1% pada t= 9 hari yaitu menjadi 3,99.
Penurunan pH selama proses fermentasi mengindikasikan adanya aktivitas mikroorganisme dalam
medium karena selama proses fermentasi selain menghasilkan bioetanol sebagai produk utama juga
dihasilkan senyawa-senyawa metabolit lain berupa asam organik (Fardiaz, 1998). Proses pemecahan
gula menjadi bioetanol sendiri mengalami beberapa tahap reaksi. Dalam prosesnya, proses fermentasi
menghasilkan produk-produk intermediat berupa asam. Reaksi pembentukan bioetanol dari gula
adalah sebagai berikut:
C6H12O6
Gula
 2C3H4O3 + 2NADH + 2 ATP...(1)
Asam Piruvat
2C3H4O3
Asam Piruvat
 2CH3CHO + 2CO2.......................(2)
Asetildehide
2CH3CHO + 2NADH
Asetildehide
 2C2H5OH + 2NAD......................(3)
Etanol
Dari reaksi diatas dapat dilihat bahwa proses fermentasi sendiri menghasilkan produk-produk
intermediet berupa asam organik yiatu asam piruvat dan asetildehid. Produk-produk intermediet inilah
yang menyebabkan pH medium selama proses fermentasi menjadi asam.
Selain itu, penurunan pH ini dapat pula disebabkan karena Zymomonas mobilis selain
menghasilkan bioetanol sebagai produk metabolit utamanya, juga menghasilkan asam asetat sebagai
produk sampingan (Gunasekaran dan Raj, 1999). Semakin lama waktu fermentasi maka semakin
banyak pula gula yang dikonversi menjadi etanol, maka akan semakin banyak pula produk
intermediet (asam asam piruvat dan asetildehid) dan produk sampingan (asam astetat) yang
dihasilkan. Hal ini mengakibatkan pH medium semakin turun.
Gambar 5 menunjukkan penurunan pH untuk inokulum ragi tape selama waktu fermentasi
yang telah ditentukan yaitu t = 0 hari, t = 3 hari, t = 6 hari maupun t= 9 hari.
5
Gambar 5 Pengaruh Lama Fermentasi Terhadap Penurunan pH Inokulum Ragi Tape
Berdasarkan Gambar 5 dapat pula dilihat bahwa semakin lama waktu fermentasi maka
semakin turun pula nilai pH.Untuk medium yang menggunakan starter ragi tape penurunan pH
berkisar antara 4,21-3,57. Dengan penurunan pH tertinggi terjadi pada perlakuan penambahan asam
sulfat 1% pada t= 9 hari dan pada perlakuan penambahan asam sulfat 1,5% pada t=6 hari dan t=9 hari.
Penurunan pH selama proses fermentasi mengindikasikan adanya aktivitas mikroorganisme dalam
medium karena selama proses fermentasi selain menghasilkan bioetanol sebagai produk utama juga
dihasilkan senyawa-senyawa metabolit lain berupa asam organik (Fardiaz, 1998). Seperti dijelaskan
pada persamaan reaksi (1), (2) dan (3) bahwa proses fermentasi menghasilkan produk-produk
intermediet. Produk-produk intermediet ini berupa asam piruvat dan asetildehid. Produk-produk inilah
yang menyebabkan pH medium menurun.
KESIMPULAN
Kesimpulan yang dapat diambil dari penelitian ini yaitu Kadar bioetanol yang dihasilkaan
pada proses fermentasi dengan inokulum Zymomonas mobilis berkisar antara 0,07-9,98%. Sedangkan
untuk inokulum ragi tape berkisar antara 0,13-6,30%. Sedangkan kondisi terbaik dalam proses
fermentasi menggunakan sampah buah tomat adalah dengan perlakuan penambahan asam sulfat 1%,
menggunakan inokulum Zymomonas mobilis dengan lama fermentasi yaitu 6 hari. Kadar bioetanol
yang dihasilkan adalah 9,68%.
SARAN
Saran untuk penelitian selanjutnya yaitu perlu dilakukannya pengvariasian pH medium
fermentasi untuk menentukan pH optimum dalam pembuatan bioetanol dari sampah buah tomat.
Selain itu, untuk penelitian-penelitian selanjutnya, perlu dilakukan analisa kandungan mikroba untuk
mengetahui tingkat pertumbuhan selama proses fermentasi.
DAFTAR PUSTAKA
Broto W., dan Richana N. 2006. Inovasi Teknologi Proses Industri Bioetanol dari Ubi kayu Skala
Pedesaan. Malang: Balai Besar Penelitian dan Pengembangan Pascapanen Pertanian
Indomigas.
2009.
Sisa
Cadangan
Minyak
Indonesia
15
Tahun.
<URL:
http://www.indomigas.com/sisa-cadangan-minyak-indonesia-15-tahun/>,
didownload:
2011/08/25, 12:08
Gunasekaren P., dan Raj K. C. 1999. Fermentation Technology-Zymomonas mobilis. Department of
Microbial Technology, School of Biological Science
Negara
A.K.
2011.
Kebutuhan
akan
Minyak
Bumi
Dunia
Meningkat.
<URL:http://www.alpensteel.com/article/53-101-energi-terbarukan--renewable-energy/2846-kebutuhan-akan-minnyak-bumi-dunia-meningkat.html>, didownload: 2011/08/20, 16:13
Rikana H., dan Risky A. 2009. Pembuatan Bioetanol dari Singkong Secara Fermentasi
Menggunakan Ragi Tape. Universitas Diponegoro
Riyanti E.I. 2009. Biomassa Sebagai Bahan Baku Bioetanol. Balai Besar Penelitian dan
Pengembangan Bioteknologi dan Sumber Daya Genetik Pertanian
6