Download - MAKALAH 3R (1)
5/15/2018 MAKALAH 3R (1) - slidepdf.com
http://slidepdf.com/reader/full/makalah-3r-1 1/14
MAKALAH 3R
MENGOLAH LIMBAH INDUSTRI TAPIOKA MENJADI BIOETANOL
Disusun untuk memenuhi salah satu tugas mata kuliah 3RDiploma 4 Program Studi Teknik Kimia Produksi Bersih
Di Jurusan Teknik Kimia
Disusun Oleh :
Bismi Dzikri Fardina (08414003)
Elsa Listya Isdar (08414006)
Helmi Mauluddin A (084140
Muhammad Iqbal (084140
JURUSAN TEKNIK KIMIA
PRODI TEKNIK KIMIA PRODUKSI BERSIH
POLITEKNIK NEGERI BANDUNG
2011
5/15/2018 MAKALAH 3R (1) - slidepdf.com
http://slidepdf.com/reader/full/makalah-3r-1 2/14
BAB I
PENDAHULUAN
1.1 Latar Belakang
Semua jenis industry yang ada dapat dipastikan akan menghasilkan limbah. Limbah yang
dihasilkanpun seringkali mengotori lingkungan. Salah satu industry yang banyak
menghasilkan limbah adalah industry pembuatan tepung tapioca. Tepung tapioka
mempunyai banyak kegunaan, antara lain sebagai bahan pembantu dalam berbagai
industri. Dibandingkan dengan tepung jagung, kentang dan gandum atau terigu, komposisi
zat gizi tepung tapioka cukup baik. Namun tapioca yang berbahan dasar singkong banyak
menghasilkan limbah padat berupa ampas singkong (onggok) dan lindur yang menghasilkan
bau yang menyengat. Limbah kulit singkong diolah menjadi kompos dan pupuk organik.
Volume limbah yang dihasilkan industry tapioca relative tinggi, sehingga akan sangat
menguntungkan sekiranya limbah tersebut dapat dimanfaatkan menjadi produk yang lebih
berdaya guna. Dalam hal ini ampas singkong dan lindur dapat dimanfaatkan sebagai bahan
baku pembuatan etanol karena kandungan karbohidrat yang tersisa pada limbah tepung
tapioka tersebut masih banyak.
1.2 Tujuan
5/15/2018 MAKALAH 3R (1) - slidepdf.com
http://slidepdf.com/reader/full/makalah-3r-1 3/14
BAB II
DASAR TEORI
Salah satu jenis industri yang cukup banyak menghasilkan limbah adalah pabrik pengolahan
tepung tapioka. Dari proses pengolahan singkong menjadi tepung tapioka, dihasilkan limbah
sekitar 2/3 bagian atau sekitar 75% dari bahan mentahnya. Dimana limbah tersebut berupa
limbah padat yang biasa disebut onggok (ampas singkong) dan lindur. Limbah ini dapat
digunakan menjadi bahan dasar pembuatan bioetanol. Ampas singkong dan lindur yang telah
dikeringkan kemudian dihdrolisa terlebih dahulu untuk selanjutnya di fermentasi dengan
bakteri Saccharomyces cereviceae. Selain dengan menggunakan Saccharomyces cereviceae,
dapat juga digunakan cendawan Aspergillus sp. Cendawan ini akan menghasilkan enzim
alfaamilase dan glikoamilase yang akan berperan dalam mengurai pati menjadi glukosa atau
gula sederhana.
Singkong merupakan salah satu sumber pati. Pati merupakan senyawa karbohidrat yang
komplek. Sebelum difermentasi pati diubah menjadi glukosa, karbohidrat yang lebih sederhana.
Hidrolisa adalah reaksi zat organik atau anorganik dengan air. Air akan terdekomposisi menjadi
dua ion dan bereaksi dengan senyawa lain, ion hidrogen membentuk satu komponen, sedang
ion hidroksil membentuk senyawa lain. Hidrolisa dengan air murni berlangsung lambat dan hasil
reaksi tidak komplit, sehingga perlu ditambahkan katalis untuk mempercepat reaksi dan
meningkatkan selektifitas (Groggins, 1958).
Fermentasi alkohol merupakan pembentukan etanol dan CO2 dari piruvat hasil glikolisis
glukosa secara anaerobik (Lehninger, 1982). Pada tahun 1815, Gay-Lussac memformulasikan
konversi glukosa menjadi etanol dan karbondioksida. Dalam fermentasi alkohol, satu molekul
glukosa hanya dapat menghasilkan 2 molekul ATP, sedangkan dengan respirasi aerob satu
molekul glukosa mampu menghasilkan 38 molekul ATP
● Reaksi : glikolisis
1. Gula (C6H12O6) ————> asam piruvat (glikolisis)
2. Dekarbeksilasi asam piruvat yaitu piruvat yang dihasilkan dari pemecahan glukosa
kehilangan gugus karboksilat oleh kerja piruvat dekarboksilase (Lehninger, 1982). Reaksi
ini merupakan dekarboksilasi sederhana dan tidak melibatkan oksidasi total piruvat dan
5/15/2018 MAKALAH 3R (1) - slidepdf.com
http://slidepdf.com/reader/full/makalah-3r-1 4/14
tidak bersifat tidak balik dalam sel.
Asam piruvat ———————————> asetaldehid + CO2
piruvat dekarboksilase (CH3CHO)
3. Asetaldehid oleh alkohol dihidrogenase diubah menjadi alkohol (etanol).
2 CH3CHO + 2 NADH2 —————> 2C2H5OH + 2 NAD
Alcohol dehidrogenase enzim
Sehingga reaksinya menjadi:
C6H12O6———> 2 C2H5OH + 2 CO2 + 2 NADH2 + Energi
Mikroba Fermentasi
Mikroorganisme memerlukan media yang mengandung nutrisi tertentu untuk
tumbuh. Mikroorganisme yang ditumbuhkan pada media baru pada umumnya tidak
segera berkembang, tetapi memerlukan waktu penyesuaian. Jika faktor lingkungan
memungkinkan, maka mikroorganisme akan berkembang dengan kecepatan lambat,
kemudian meningkat menjadi cepat Syarat-syarat yang dipergunakan dalam memilih
ragi untuk fermentasi, adalah : cepat berkembang biak, tahan terhadap alkohol tinggi,
tahan terhadap suhu tinggi,mempunyai sifat yang stabil, cepat mengadakan adaptasi
terhadap media yang difermentasikan. Faktor-faktor yang mempengaruhi fermentasi
a. Nutrisi (zat gizi)
Dalam kegiatannya ragi memerlukan penambahan nutrisi untuk pertumbuhan dan
perkembangbiakan,misalnya:
Unsur C : ada pada karbohidrat
Unsur N : dengan penambahan pupuk yang mengandung nitrogen, ZA, Urea.
Unsur P : penambahan pupuk fospat dari NPK, TSP, DSp dll
b. Keasaman (pH)
Untuk fermentasi alkohol, ragi memerlukan media suasana asam, yaitu antara pH 4
– 5. Pengaturan pH dilakukan penambahan asam sulfat jika substratnya alkalis atau
natrium bikarbonat jika substratnya asam.
5/15/2018 MAKALAH 3R (1) - slidepdf.com
http://slidepdf.com/reader/full/makalah-3r-1 5/14
c. Temperatur
Temperature optimum untuk dan pengembangbiakan adalah 27 – 300C pada waktu
fermentasi, terjadi kenaikan panas karena ekstrem. Untuk mencegah agar suhu
fermentasi tidak naik, perlu pendinginan supaya suhu dipertahankan tetap 27 -
300C.
d. Volume starter
Pada umumnya volume starter yang digunakan sekitar 5% dari volume larutan
fermentasi. Hal ini dikarenakan pada volume starter yang lebih kecil dari 5% maka
kecepatan fermentasi kecil, sedangkan pada volume starter yang lebih besar dari 5%
kektifan yeast berkurang karena alkohol yang terbentuk pada awal fermentasi
sangat banyak sehingga fermentasi lebih lama dan banyak glukosa yang tidakterfermentasikan.
e. Udara
Fermentasi alkohol berlangsung secara anaerobik (tanpa udara). Namun demikian,
udara diperlukan pada proses pembibitan sebelum fermentasi, untuk
pengembangbiakan ragi sel.
5/15/2018 MAKALAH 3R (1) - slidepdf.com
http://slidepdf.com/reader/full/makalah-3r-1 6/14
BAB III
PROSES PEMBUATAN BIOETANOL
Seperti yang telah diuraikan bahwa limbah industry tapioka mengandung banyak pati
sehingga dapat dijadikan bahan baku alternative sebagai pembuat etanol. Bioetanol dapat
dibuat dengan melalui tiga tahap utama, yaitu likuifikasi, sakarifikasi dan kultivasi menggunakan
Sacharomyces cerevisiae. Proses likuifikasi dan sakarifikasi dengan untuk mendapatkan glukosa
dapat dilakukan dengan dua teknik yaitu secara asam dan secara enzimatis. Hidrolisis secara
asam dapat menghasilkan derajat konversi pati menjadi glukosa lebih tinggi dibandingkan
dengan hidrolisis secara enzimatis, namun demikian hidrolisis secara enzimatis dapat mencegah
kehilangan rasa.
3.1 Pembuatan Etanol dari onngok dan lindur
Katalis enzim yang digunakan adalah katalis enzim alfa amylase untuk proses likuifikasi dan
katalis enzim amiloglukosidase untuk proses sakarifikasi. Aktivitas enzim sangat dipengaruhi
oleh suhu dan pH lingkungannya dan umumnya setiap enzim mempunyai kisaran suhu dan pH
optimum yang berbeda-beda. Enzim Liquizyme mempunyai suhu optimum berturut-turut 103
oC dan 105 oC dengan pH aktivitasnya antara 5 –6,5 dan pH optimum 6,0 dan enzim ini stabil
pada kisaran pH 5,5 –9,5.
Pada proses liquifikasi, pembuatan suspensi ubi kayu dilakukan dengan mencampurkan 2
ton ubi kayu dengan 1.000 liter air dan diaduk sampai homogen pada tangki pencampuran.
Kemudian ke dalam tangki tersebut dimasukkan sejumlah enzim alfa amilase yang besarnya
tergantung pada nilai bobot kering substrat (Dried Substrat ), Sg (Spesific grafity ), volume dan
waktu proses liquifikasi yang diinginkan. Enzim tersebut berfungsi untuk menghidrolisis pati
secara acak memutus atom C agar tidak terjadi gumpalan pada waktu pemanasan. Suspensi ubi
kayu dalam tangki penampungan tersebut perlu diatur pHnya antara 6,2 –6,4 dengan
penambahan 21% NaOH dan 1% CaCl2 sebagai stabilisator pH. Kandungan Ca2+
dalam larutan
tersebut sebesar 60 –150 ppm. Pemasakan suspensi ubi kayu dilakukan pada suhu 105oC. Pada
5/15/2018 MAKALAH 3R (1) - slidepdf.com
http://slidepdf.com/reader/full/makalah-3r-1 7/14
pemasakan tersebut sudah terjadi proses dekstrinasi. Suspensi akan ditampung dalam tangki
retensi dan pada saat itu dilakukan uji iod untuk mengetahui apakah pati yang terkandung
sudah terdegradasi dengan sempurna atau belum.
Proses selanjutnya adalah proses sakarifikasi. Pati yang terkandung dalam suspensi ubi kayu
tersebut telah terdegradasi menjadi dekstrin selanjutnya diturunkan suhunya dari 105oC
menjadi 60oC. Larutan likuifikasi selanjutnya ditambah enzim amiloglukosidase untuk memecah
rantai dekstrin menjadi glukosa. Kerja enzim dikondisikan pada pH 4,0 –6,0, jika pH yang terjadi
pada proses sakarifikasi lebih besar daripada nilai yang diharapkan, maka perlu ditambahkan
18% HCl. Proses sakarifikasi membutuhkan waktu selama 48 –76 jam, tetapi waktu tersebut
dapat dipersingkat sesuai target dengan penambahan lebih banyak enzim ke dalam suspensi
sampai nilai Dx minimal 90,45%, DE minimal 98,0%,Cv (color value) minimal 60% transmitendan Bx 30 –35. Selama proses dilakukan pengadukan untuk menghomogenkan enzim. Untuk
produksi bioetanol diperlukan kadar glukosa yang tinggi, sehingga diharapkan rendemen
etanolnya tinggi. Kadar glukosa mencapai maksimalapabila proses likuifikasi sempurna dan
konsentrasi enzim optimum. Penambahan alfa amilase maupun amiloglukosidase optimum
sebanyak 1 ml/ kg pati atau sekitar 5 kg ubi kayu segar menghasilkan gula reduksi mencapai 76 –
89% (Richana et al . 2006).
Setelah proses sakarifikasi dan menghasilkan glukosa maka proses dilanjutkan denganfermentasi oleh isolat S. cerevisiae sebanyak 5% dari volume proses, yaitu 250 liter per batch.
Glukosa yang digunakan bervariasi antara 40 –60oBrix, dan dalam medium ditambah unsur
perunut (trace elements) dan mineral lain (Zn, Ca). Cara lain dapat dilakukan dengan
penambahan enzim Zymase Catalyst dan fermentasi selama tiga hari pada suhu 250 – 300oC
(Anonimous 2006c).
Hasil fermentasi selanjutnya didestilasi untuk memisahkan produk etanol dari komponen
lainnya. Prinsip proses destilasi yaitu penguapan etanol pada suhu di bawah titik didih air. Titik
didih etanol adalah 78,3oC, sedangkan titik didih air adalah 100
oC. Selain itu metode
pemisahan lain yang lebih efisien dalam pemisahan produk yaitu dengan menggunakan
penyaringan molekuler ultrafiltrasi. Dari dua ton ubi kayu basah diharapkan dapat diperoleh
330 liter bioetanol.
5/15/2018 MAKALAH 3R (1) - slidepdf.com
http://slidepdf.com/reader/full/makalah-3r-1 8/14
Diagram alir pembuatan etanol dari ubi kayu segar
3.2 Spesifikasi Proses Pembuatan Bioetanol
Langkah pertama adalah bahan yang berupa ampas singkong dan lindur yang telah
dikeringkan dihidrolisa dengan menggunakan HCl 0.5N. Berikutnya membuat starter dari
biakan murni Saccharomyces cereviceae dan diaerasi selama 24 jam. Menyiapkan media
fermentasi, 300 ml sampel. hasil hidrolisa diatur pHnya 4-5 ditambahkan starter 5% V,
untuk mendapatkan kadar etanol optimum sampel difermentasikan selama 9 hari pada
inkubator shaker, suhu fermentasi 27-30o
C, kecepatan pengadukan 100 rpm. Hasil
fermentasi dicentrifuge pada 3000 rpm selama 15 menit,selanjutnya sampel diambil untuk
5/15/2018 MAKALAH 3R (1) - slidepdf.com
http://slidepdf.com/reader/full/makalah-3r-1 9/14
analisa kadar etanol. Pengamatan dilakukan setiap hari untuk mengetahui kadar etanol
yang dihasilkan dan dianalisa dengan gas kromatografi. Respon yang didapat adalah kadar
etanol yang terkandung dalam media pada fermentasi hari ke 1 sampai hari ke 9
Adapun bahan yang digunakan yaitu limbah padat ampas singkong dan lindur,
Saccharomyces cereviceae, HCl, akuades, natrium karbonat, NaOH, amonium phospat, dan
dinitrosalisylic acid. Sedangkan alat yang digunakan antara lain : peralatan penggilingan
(blender), autoclaf, unit fermentasi, erlenmeyer, gelas ukur, dan inkubator shaker.Variabel
yang diuji dalam penelitian ini adalah kadar etanol yang dihasilkan oleh ampas singkong dan
lindur dengan waktu fermentasi selama 9 hari. Hasil dari fermentasi dituangkan dalam table
di bawah ini
5/15/2018 MAKALAH 3R (1) - slidepdf.com
http://slidepdf.com/reader/full/makalah-3r-1 10/14
Dari grafik di atas didapatkan kadar glukosa yang terkandung dalam lindur sebesar 0.898
gram. Sedangkan kadar glukosa yang terkandung dalam ampas sebesar 0.841 gram. Disini
kandungan glukosa lindur lebih besar dari ampas karena lindur merupakan limbah padat sisa
pengendapan dalam pembuatan tapioka. Sehingga dimungkinkan kandungan karbohidratnya
masih banyak sedangkan ampas merupakan bahan sisa pemerasan/ ekstraksi singkong yang
kandungan karbohidratnya lebih sedikit daripada lindur sehingga hasil hidrolisa yang didapat
kadar glukosa lindur lebih besar daripada ampas sigkong
Bahan dengan konsentrasi glukosa tinggi mempunyai efek negative pada yeast, baik
pada pertumbuhan maupun aktifitas fermentasinya. Kadar glukosa yang baik berkisar 10-
18%. Apabila terlalu pekat, aktifitas enzim akan terhambat sehingga waktu fermentasi
menjadi lama.Disamping itu terdapat sisa gula yang tidak terpakai dan jika terlalu encer maka
hasinya berkadar alkohol
5/15/2018 MAKALAH 3R (1) - slidepdf.com
http://slidepdf.com/reader/full/makalah-3r-1 11/14
Dari grafik dapat dilihat bahwa kadar etanol meningkat seiring bertambahnya waktu
fermentasi, sesuai dengan kurva pertumbuhan mikroba dimana fase deselarasinya
(pertumbuhan optimal) terjadi pada hari ke 7 fermentasi dengan kadar etanol pada lindur
1.84% berat dan ampas singkong 1.66% berat. disini kadar etanol yang dihasilkan lindur lebih
besar daripada kadar etanol ampas singkong karena konsentrasi glukosa lindur lebih besar.
5/15/2018 MAKALAH 3R (1) - slidepdf.com
http://slidepdf.com/reader/full/makalah-3r-1 12/14
BAB IV
PEMBAHASAN
Bioetanol adalah etanol atau etil alkohol (C2H5OH), berbentuk cair, bening tidak berwarna,
biodegradable, dan tidak menyebabkan korosi (Anonimous 2006a). Bioetanol diproduksi
dengan cara fermentasi menggunakan bahan baku hayati, sedangkan etanol dapat dibuat
dengan cara sintesis melalui hidrasi katalitik dari etilen atau bisa juga dengan fermentasi gula
ataupun ubi kayu yang mengandung banyak pati menggunakan ragi Saccharomyces cerevisiae.
Industry bioetanol dari ubi kayu dan ampasnya (dari industry tapioca) memiliki peluang
yang besar dalam menaikkan ekonomi masyarakat. Limbah industry tapioca selain dapat diolah
menjadi bioetanol, dapat juga diolah menjadi kompos, pupuk organic, ataupun dijadikan
tepung onggok walaupun keuntungannya tidak sebanyak bila dijadikan bioetanol.
Untuk memperoleh etanol dalam jumlah banyak lebih baik digunakan ubi kayu segar,
karena zat pati yang terdapat di dalamnya lebih banyak. Namun pada intinya proses pembuatan
bioetanol dengan menggunakan ubi kayu segar ataupun onggok dan lindur memiliki proses
yang sama.
Proses yang dilakukan pertama – tama adalah proses pengeringan dan hidrolisis. Proses
pengeringan ini bertujuan agar onggok, lindur, ataupun ubi kayu lebih awet sehingga dapat
digunakan sewaktu – waktu sebagai bahan baku cadangan. Selanjutnya dilakukan hidrolisis
dengan menggunakan katalis asam ataupun enzim sebelum difermentasi. proses hidrolisis Ada
beberapa bakteri yang dapat dijadikan sebagai fermentor, diantaranya aspergillus niger sp,
saccaromycces cerevissiae, dan Zymomonas mobilis. Namun pada umumnya digunakan
saccaromycces cerevisiae.
5/15/2018 MAKALAH 3R (1) - slidepdf.com
http://slidepdf.com/reader/full/makalah-3r-1 13/14
BAB V
PENUTUP
5.1 SARAN
5.2 KESIMPULAN
DAFTAR PUSTAKA
1. Retnowati, Dwi dan Sutanti, Rini. Pemanfaatan Limbah Padat Ampas Singkong dan
Lindur Sebagai Bahan Baku Pembuatan Etanol (online) Tersedia: http://world-
energi.blogspot.com/2010/07/limbah-tapioka-bisa-jadi-ethanol.html
2. Broto, Wisnu dan Richana, Nur. Inovasi Teknologi Proses Industri Bioetanol Dari Ubi
Kayu Skala Perdesaan (online) Tersedia :
http://balitkabi.bimasakti.malang.te.net.id/PDF/05-BB%20Pascapanen.Bioetanol.pdf
3. Anonym. Mengolah Singkong Menjadi Bioetanol (online) Tersedia : http://world-
energi.blogspot.com/2010/07/mengolah-singkong-menjadi-etanol.html
5/15/2018 MAKALAH 3R (1) - slidepdf.com
http://slidepdf.com/reader/full/makalah-3r-1 14/14
4.