Praktikum Ipa Terapan Bioethanolllll.docx

PRAKTIKUM IPA TERAPAN PEMBUATAN BIOETHANOL

Kelompok7 : Bella DwiUtami

16312241038

RishaKurniaDwi H

16312241039

MuktiSyarifah

16312241040

Vita Kumala Dewi

16312241041

PROGRAM STUDI PENDIDIKAN IPA FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM UNIVERSITAS NEGERI YOGYAKARTA 2019

HALAMAN PENGESAHAN PRAKTIKUM PEMBUATAN BIOETANOL

Oleh : Kelompok VII

Yogyakarta, 26 Februari 2019

Anggota : Nama

NIM

Tanda Tangan

Bella Dwi Utami

16312241035

Risha Kurnia Dwi Hartanti

16312241039

Mukti Syarifah

16312241040

Vita Kumala Dewi

16312241041

Diserahkanpadatanggal 27 Februari 2019 pukul ....................

Mengetahui, DosenPembimbing

(Ir. Ekosari Roektiningrum)

A. Judul Pembuatan Bioethanol B. Tujuan Mengetahui cara pembuatan bioethanol dari singkong C. DasarTeori Bioetanol (C2H5OH) adalah cairan biokimia pada proses fermentasi gula dari sumber karbohidrat yang menggunakan bantuan mikroorganisme. Dalam perkembangannya, produksi alkohol yang paling banyak digunakan adalah metode fermentasi dan distilasi. Bahan baku yang dapat digunakan pada pembuatan etanol adalah nira bergula (sukrosa): nira tebu, nira nipah, nira sorgum manis, nira kelapa, nira aren, nira siwalan, sari buah mete; bahan berpati: tepung,tepung sorgum biji, sagu, singkong, ubi jalar, ganyong, garut, umbi dahlia; bahan berselulosa (lignoselulosa): kayu, jerami, batang pisang, bagas dan lain-lain (Maggy, 1990). Bioetanol dapat dibuat dari singkong. Singkong (Manihot utilissima) sering juga disebut sebagai ubi kayu atau ketela pohon, merupakan tanaman yang sangat populer di seluruh dunia, khususnya di negara-negara tropis. Di Indonesia, singkong memiliki arti ekonomi terpenting dibandingkan dengan jenis umbi-umbian yang lain Selain itu kandungan pati dalam singkong yang tinggi sekitar 25-30% sangat cocok untuk pembuatan energi alternatif. Dengan demikian, singkong adalah jenis umbi-umbian daerah tropis yang merupakan sumber energi paling murah sedunia. Potensi singkong di Indonesia cukup besar maka dipilihlah singkong sebagai bahan baku utama. (Dwiari, 2008) Klasifikasi tanaman ketela pohon adalah sebagai berikut: Kingdom

: Plantae atau tumbuh-tumbuhan

Divisi

: Spermatophyta atau tumbuhan berbiji

Sub Divisi

: Angiospermae atau berbiji tertutup

Kelas

: Dicotyledoneae atau biji berkeping dua

Ordo

: Euphorbiales

Famili

: Euphorbiaceae

Genus

: Manihot

Spesies : Manihot utilissima Pohl

Pati yang berasal dari singkong memiliki suhu gelatinasi yang lebih rendah dibandingkan dengan pati yang berasal dari tumbuhan yang lainnya. Suhu gelatinasi pati singkong berkisar antara 49-64 °C sampai 62-73 °C. Tatapi menurut Kofler, suhu gelatinasi pati singkong adalah 68-92 °C. Pati singkong memiliki viskositas paling tinggi bila dibandingkan dengan pati-pati yang lainnya. Karakteristik viskositas ini dipengaruhi oleh perbedaan varietas, faktor lingkungan, laju pemanasan, dan bahan-bahan lain yang terdapat di dalam sistem (Samsuri, 2008). Secara alamiah pati merupakan campuran dari amilosa dan amilopektin. Komposisi amilosa dan amilopektin berbeda-beda pada tiap tumbuhan. Untuk pati yang berasal dari jagung memiliki kadar amilosa 28% dan kadar amilopektin 72%, sedangkan pati yang berasal dari singkong dan beras memiliki kandungan amilosa dan amilopektin yang sama, yaitu secara berturutturut 17% dan 83% (Samsuri, 2008). 1. Bahan Pembantu Pada Proses Pembuatan Bioetanol a. Ragi (Saccharomyces cerevisiae) Ragi atau fermen merupakan zat yang menyebabkan fermentasi. Ragi

biasanya

mengandung

mikroorganisme

yang

melakukan

fermentasi dan media biakan bagi mikroorganisme tersebut. Media biakan ini dapat berbentuk butiranbutiran kecil atau cairan nutrien. Ragi umumnya digunakan dalam industri makanan untuk membuat makanan

dan minuman hasil fermentasi seperti acar, tempe, tape, roti, dan bir. (Rhonny, 2003) Saccharomyces cerevisiae merupakan salah satu spesies ragi yang memiliki daya konversi gula menjadi bioetanol dengan baik. Mikroba ini biasanya dikenal dengan baker’s yeast dan metabolismenya telah dipelajari dengan baik. Produk metabolik utama adalah bioetanol, CO2, dan air sedangkan beberapa produk lain dihasilkan dalam jumlah sangat sedikit. Ragi ini bersifat fakultatif anaerobik. Saccharomyces cerevisiae memerlukan suhu 30oC dan pH 4,0-4,6 agar dapat tumbuh dengan baik. Ragi tumbuh optimum pada suhu 25-30oC dan 9 maksimum pada 35-47oC. Nilai pH untuk pertumbuhan ragi yang baik antara 3-6. Perubahan pH dapat mempengaruhi pembentukan hasil samping fermentasi. Pada pH tinggi maka konsentrasi gliserin akan naik dan juga berkorelasi positif antara pH dan pembentukan asam piruvat. Pada pH tinggi maka lag phase akan berkurang dan aktivitas fermentasi akan naik (Rhonny, 2003).

2. Proses Produksi Bioetanol Proses produksi bioetanol pada dasarnya sama untuk semua jenis bahan baku, seperti hidrolisis, fermentasi, dan destilasi. Namun, pada pengolahan awal sebelum difermentasi setiap bahan baku mengalami proses yang berbeda-beda. Sebagai contoh, proses produksi bioetanol yang berasal dari bahan yang mengandung pati dapat dibagi menjadi empat tahap, yaitu: a. Gelatinisasi: dalam proses gelatinasi, bahan baku seperti ubi kayu, ubi jalar atau jagung dihancurkan dan dicampur air sehingga menjadi bubur yang diperkirakan mengandung pati 27-30 %.(Pudjaatmaka dan Qodratillah, 2002) b. Hidrolisis: proses ini bertujuan untuk memecah molekul karbohidrat polimer menjadi bentuk gula sederhana seperti glukosa. Proses ini

dilakukan untuk bahan baku yang mengandung pati dan selulosa. Pati dan selulosa merupakan suatu polisakarida, sehingga untuk memperoleh gula yang dapat digunakan pada proses fermentasi harus melalui tahap hidrolisis dengan menggunakan asam atau enzim. Namun, biasanya enzim lebih banyak digunakan. Proses ini melibatkan pengionan molekul air ataupun peruraian senyawa yang lain (Pudjaatmaka dan Qodratillah, 2002). Karena reaksi antara pati dengan air berlangsung sangat lambat, maka untuk memperbesar kecepatan reaksinya diperlukan penambahan katalisator. Penambahan katalisator ini berfungsi untuk memperbesar keaktifan air, sehingga reaksi hidrolisis tersebut berjalan lebih cepat. Katalisator yang sering digunakan adalah asam sulfat, asam nitrat, dan asam klorida. Dalam reaksi ini menggunakan katalis asam klorida sehingga persamaan reaksi yang terbentuk sebagai berikut. (C6H10O5)n+ nH2O

n(C6H12O6)

(Poedjadji, 1994) c. Fermentasi Fermentasi adalah suatu proses oksidasi karbohidrat anaerob jenih atau anaerob sebagian. Dalam suatu proses fermentasi bahan pangan seperti natrium klorida bermanfaat untuk membatasi pertumbuhan organisme pembusuk dan mencegah pertumbuhan sebagian besar organisme yang lain. Suatu fermentasi yang buruk biasanya adalah fermentasi yang mengalami kontaminasi, sedangkan fermentasi yang normal adalah perubahan karbohidrat menjadi alkohol. proses fermentasi bertujuan untuk mengubah glukosa menjadi etanol dengan menggunakan ragi (saccharomyces cereviseae). Jenis mikroba ini mampu mengubah cairan yang mengandung gula menjadi alcohol dan gas CO2 secara cepat dan efisien (Poedjadji, 1994). Alkohol yang

diperoleh dari proses fermentasi biasanya mengandung kadar alkohol sebesar 8-10 % volume. Fermentasi bioethanol

dapat didefenisikan sebagai

proses

penguraian gula menjadi bioethanol dan karbondioksida yang disebabkan enzim yang dihasilkan oleh massa sel mikroba. Perubahan yang terjadi selama proses fermentasi adalah perubahan glukosa menjadi bioethanol oleh sel-sel saccharomyces cereviseae. C6H12O6 + Saccharomyces cereviseae Glukosa

C2H5OH + 2CO2

enzim zimosa

etanol

karbondioksida (Poedjadji, 1994) 3. Faktor-Faktor yang Mempengaruhi Fermentasi Bioethanol a. Media Pada umumnya bahan dasar yang mengandung senyawa organik terutama glukosa dan pati dapat digunakan sebagai substrat dalam proses fermentasi bioethanol (Prescott and Dunn, 1959) b. Suhu Suhu optimum bagi pertumbuhan saccharomyces cereviseae dan aktivitasinya adalah 25-35oC. Suhu memegang peranan penting karena secara langsung dapat mempengaruhi aktivitas saccharomyces cereviseae dan secara tidak langsung akan mempengaruhi kadar bioethanol yang dihasilkan (Prescott and Dunn, 1959). c. Nutrisi Selain memerlukan

sumber sumber

karbon, nitrogen,

saccharomyces vitamin

dan

cereviseae mineral

juga dalam

pertumbuhannya. Pada umumnya sebagian besar saccharomyces cereviseae memerlukan vitamin seperti biotin dan thiamin yang diperlukan untuk pertumbuhannya. Beberapa mineral juga harus ada

untuk pertumbuhan Saccharomyces cereviseae seperti phospat, kalium, sulfur, dan sejumlah kecil senyawa besi dan tembaga (Prescott and Dunn,1959). d. pH pH substrat atau media fermentasi merupakan salah satu faktor yang menentukan kehidupan Saccharomyces cereviseae. Salah satu sifat Saccharomyces cereviseae adalah bahwa pertumbuhan dapat berlangsung dengan baik pada kondisi pH 4 – 6 (Prescott and Dunn, 1959). e. Volume starter Volume starter yang ditambahkan 3-7% dari volume media fermentasi. Jumlah volume starter tersebut sangat baik dan efektif untuk fermentasi serta dapat menghasilkan kadar alkohol yang relative tinggi. Volume starter yang terlalu sedikit akan mengakibatkan produktivitas menurun karena menjadi lelah dan keadaan ini memperbesar terjadinya kontaminasi. Peningkatan volume starter akan mempercepat terjadinya fermentasi terutama bila digunakan substrat berkadar tinggi. Tetapi jika volume starter berlebihan akan mengakibatkan hilangnya kemampuan bakteri untuk hidup sehingga tingkat kematian bakteri sangat tinggi. f. Waktu fermentasi Waktu fermentasi yang normal yaitu 3-14 hari, jika waktunya terlalu cepat, bakteri Saccharomyces cerevisiae masih dalam masa pertumbuhan, dan jika terlalu lama maka bakteri akan mati dan etanol yang dihasilkan tidak maksimal. (Arbianto, 1994) g. Konsentrasi gula Konsentrasi gula yang cocok adalah 10-18 %, jika konsentrasi gulanya rendah menyebabkan fermentasi tidak optimal sedangkan apabila konsentrasi gulanya terlalu tinggi akan menyebabkan

terhambatnya perkembangan Saccharomyces cereviseae. (Arbianto, 1994)

d. Destilasi Distilasi merupakan suatu metode pemisahan bahan kimia berdasarkan perbedaan

titik didih atau kemudahan menguap

(volatilitas). Faktor yang berpengaruh pada proses distilasi adalah jenis bahan yang didistilasi, temperatur, volume bahan dan waktu distilasi. Namun faktor yang paling berpengaruh adalah temperatur Dalam penyulingan, campuran zat dididihkan sehingga menguap, dan uap ini kemudian didinginkan kembali ke dalam bentuk cairan. Zat yang memiliki titik didih lebih rendah akan menguap lebih dulu. Metode ini merupakan termasuk unit operasi kimia jenis perpindahan massa. Penerapan proses ini didasarkan pada teori bahwa pada suatu larutan, masing-masing komponen akan menguap pada titik didihnya. Proses perpindahan massa merupakan salah satu proses yang cukup penting (Poedjadji, 1994) Distilasi dilakukan untuk memisahkan etanol dari beer (sebagian besar adalah air dan etanol). Titik didih etanol murni adalah 78oC sedangkan air adalah 100oC (kondisi standar). Dengan memanaskan larutan pada suhu rentang 78 - 100oC akan mengakibatkan sebagian besar etanol menguap, dan melalui unit kondensasi, akan bisa dihasilkan etanol dengan konsentrasi 95% volume (Poedjadji, 1994).

Gambar 1. Alat Destilasi Sederhana D. Metodologi 1. WaktudanTempat TempatPraktikum : Laboratorium IPA, FMIPA, UNY WaktuPraktikum : 6 Februari 2019-20 Februari 2019 2. AlatdanBahan a. Alat b. Bahan 1) Pisau 1) Singkong 2) Parutan 2) HCL 3) Baskom 3) NaOH 4) Panci 4) Saccharomycess 5) Kompor gas cerevisiae (ragi tape) 6) Pengaduk sayur 7) Kain penyaring 8) Plastik dan karet 9) Lampu neon panjang 10) Pipa paralon 11) Papan triplek 12) Kawat 13) Selotip 14) Plastisin 15) Selang 16) Botol kaca kecil 17) Kaleng susu bekas 18) Termometer

19) Filter air 3. Langkah Kerja a. Merangkai alat destilasi sederhana 1) Membongkar lampu LED yang panjang sehingga dihasilkan seperti pipa kaca yang akan digunakan sebagai pengganti kondensor. 2) Membuat rangkaian alat dari paralon untuk menyangga pipa lampu LED, kemudian rekatkan dengan menggunakan selotip. 3) Memasang selang di kedua ujung lambu sebagai jalur keluar masuknya air dingin saat proses destilasi dan memasukkan selang lain sepanjang pipa sebagai jalan uap panas hasil penguapan dari mendidihkan cairan yang didestilasi, kemudian menutup rapat kedua ujung lampu dengan selotip dan dirangkap plastisin agar tidak bocor. 4) Memasang botol kaca di ujung selang bagian bawah dan memacang kaleng bekas susu yang bertutup di bagian atas. 5) Alat destilasi sederhana siap digunakan b. Membuat bioetanol 1) Mengupas singkong menggunakan pisau. 2) Mencuci singkong yang telah dikupas hingga benar-benar bersih. 3) Memarut singkong yang telah dicuci menggunakan parutan kelapa. 4) Memeras singkong yang telah diparut dengan menggunakan air tipis. 5) Tambahkan HCL sebanyak 7 ml ke dalam air perasan singkong untuk proses hidrolisis kemudian memanaskannya diatas kompor gas. 6) Menambahkan 6 ml NaOH untuk proses netralisasi. 7) Menambahkan Saccharomycess cerevisisae (ragi tape) setelah cairan menjadi dingin. 8) Melakukan fermentasi cairan perasan singkong yang telah ditambahkan ragi selama 5-7 hari. 9) Melakukan proses destilasi hingga dihasilkan bioetanol.

E. Data HasilPraktikum No

Lama fermentasi

Hasil

Ujinyala

1.

5 hari

Sangat sedikit bioethanol

Tidak bisa menyala

F. Pembahasan Dalam pratikum kali ini kami mengangkat sebuah judul yaitu mengenai “Pembuatan Bioetanol dari Singkong”, ini mengandung serat kasar dengan karbohidrat yang tinggi yaitu, senyawa selulosa. Bioetanol ini dibuat melalui proses anaerob dengan bantuan mikroba yaitu Saccharomyses cereviseae dengan teknik fermentasi. Hasil fermentasi diproses dengan menggunakan alat destilasi sederhana yang terbuat dari bekas lampu LED, paralon, dan selang untuk memisahkan etanol dari fermentasi berdasarkan perbedaan titik didihnya. Proses pembuatan etanol ini dilakukan dengan beberapa tahap yaitu yang pertama tahap pengambilan pati dari singkong tersebut, dimana singkong sebanyak 3 kg dipotong kecil-kecil dan kemudian ditambahkan air untuk diblender, lalu diambil filtratnya. Selanjutnya tahap kedua yaitu hidrolisis pati dari singkong. Hidrolisis merupakan suatu reaksi kimia antara air dengan suatu zat lain. Dalam reaksi ini menggunakan katalis asam klorida sehingga persamaan reaksi yang terbentuk sebagai berikut. (C6H10O5)n+ nH2O Pati

air

n(C6H12O6) glukosa

(Poedjadji, 1994) Setelah proses hidrolisis, selanjutnya pati singkong direbus. Rebusan pati singkong yang sudah dingin kemudian dilakukan proses fermentasi dengan menambah ragi tape yang mengandung bakteri Saccharomyces cereviseae. Pati

singkong ditutup rapat menggunakan plastik agar udara tidak masuk ke dalam pati. Proses fermentasi berlangsung selama empat hari. Pada awal fermentasi, belum terlihat perubahan pada singkong. Setelah mengalami fermentasi, singkong tersebut mengalami perubahan, menghasilkan cairan yang mengandung alkohol, bentuknya berubah dan baunya pun menjadi khas. Hal ini terjadi karena ditambahkannya ragi pada singkong tersebut. Ragi merupakan mikroorganisme yang berperan mengubah glukosa menjadi alkohol disamping menghasilkan air. Perubahan yang terjadi selama proses fermentasi adalah perubahan glukosa menjadi bioetanol oleh sel-sel Saccharomyces cereviseae. Reaksinya pada proses fermentasi sebagai berkut: C6H12O6 + Saccharomyces cereviseae

C2H5OH + 2CO2

Glukosa

etanol

enzim zimosa

karbondioksida

(Poedjadji, 1994) Hasil fermentasi kemudian diproses dengan pemisahan destilasi. Distilasi dilakukan untuk memisahkan etanol dari beer (sebagian besar adalah air dan etanol). Proses destilasi dilakukan pada destilat sederhana yang telah dibuat. Hasil destilasi selanjutnya diuji nyala apinya. Berdasarkan praktikum yang telah dilakukan, praktikan hanya dapat menghasilkan bioetanol dengan jumlah yang sangat sedikit. Uji nyala yang dilakukan tidak berhasil menghasilkan nyala api karena jumlah bioetanol yang dihasilkan sangat sedikit. Pembuatan bioetanol dari singkong didapatkan hasil yang kurang sesuai dikarenakan beberapa faktor seperti pada proses fermentasi, pH dan suhu kurang sesuai. pHnya harus antara 5-6, sedangkan untuk suhunya antara 30oC sampai 40oC. Dalam percobaan pH dan suhu kurang dikontrol. Selain itu singkong yang difermentasi, disimpan dalam wadah yang kurang tertutup rapat sehingga mempengaruhi kualitas hasil fermentasi. Proses fermentasi harus

berjalan secara anaerob yang artinya tidak boleh terkena oksigen sama sekali, di samping itu jangan sampai terkontaminasi. Harus demikian dikarenakan apabila terkena oksigen atau terkontaminasi, proses fermentasi dapat gagal. Faktor waktu selama fermentasi berpengaruh terhadap kualitas bioetanol yang dibuat. Waktu fermentasi yang digunakan praktikan hanya empat hari sehingga hasilnya pun kurang optimal. Waktu fermentasi yang normal yaitu 3-14 hari, jika waktunya terlalu cepat, bakteri Saccharomyces cerevisiae masih dalam masa pertumbuhan, dan jika terlalu lama maka bakteri akan mati dan etanol yang dihasilkan tidak maksimal (Arbianto, 1994). Bioetanol dalam kehidupan sehari-hari bermanfaat sebagai bahan bakar alternatif yang ramah lingkungan karena memiliki bilangan oktan yang cukup tinggi. Gas buang bioetanol lebih sedikit polusinya. Hal ini karena gas buang bioetanol melepas karbondioksida lebih banyak daripada karbonmonoksida. Selain itu bioetanol dimanfaatkan sebagai bahan baku beralkohol. G. Kesimpulan Berdasarkan praktikum yang telah dilakukan dapat disimpulkan bahwa, proses pembuatan bioethanol berbahan dasar singkong ialah dengan mengambil sari singkong yang kemudian diberi HCl, NaOH dan ragi, setelah itu difermentasikan selama 5 hari dan tahap terakhir didestilasi.

H. Daftar Pustaka Arbianto, Purwo. 1994. Dasar-Dasar Biokimia. Jakarta: Depdikbud.

Dwiari, S. R. 2008. Teknologi Pangan. Jakarta: Pusat Perbukuan Departemen Pendidikan Nasional. Maggy, Themawidjaja. 1990. Bioteknologi. Jakarta: Erlangga. Poedjadji, A. 1994. Dasar-Dasar Biokimia. Jakarta: UI. Pudjatmaka, A.H dan Qodratillah,M.T. 2002. Kamus Kimia. Jakarta: Balai Pustaka. Prescott and Dunn. 1959. Industrial Microbiology. USA : McGraw-Hill. Rhonny dan Danang. 2003. Laporan Penelitian Pembuatan Bioethanol dari Kulit Pisang. Yogyakarta: Universitas Pembangunan Nasional. Samsuri, Bilal. 2008. Penggunaan Pragelatinasi. Jakarta : FMIPA UI.

I. Lampiran

Gambar : rangkaian alat destilasi

Gambar : kompor dan panci

Gambar : bahan-bahan Bioethanol

Gambar : Proses penghalusan ragi

Gambar : Sari singkong diberi HCl

Gambar : sari singkong diberi NaCl