Pembuatan Ethanol dari Ubi Kayu

PEMBUATAN ETHANOL DARI UBI KAYU SEBAGAI SUMBER ALTERNATIF BAHAN BAKU UNTUK SARANA PENGGANTI BBM DAN INDUSTRI MENGGUNAKAN BANTUAN SACCHAROMYCES CEREVISIAE

Abstrak

Ethanol merupakan senyawa Hidrokarbon dengan gugus Hydroxyl (-OH) dengan 2 atom karbon (C) dengan rumus kimia C2H5OH. Secara umum Ethanol lebih dikenal sebagai Etil Alkohol berupa bahan kimia yang diproduksi dari bahan baku tanaman yang mengandung karbohidrat (pati) seperti ubi kayu,ubi jalar,jagung,sorgum,beras,ganyong dan sagu yang kemudian dipopulerkan dengan nama Bioethanol

Secara umum ethanol biasa digunakan sebagai bahan baku industri turunan alkohol,seperti desinfektan,hand sanitizer,antiseptik,campuran untuk minuman, bahan dasar industri farmasi, kosmetika dan kini sebagai campuran bahan bakar untuk kendaraan bermotor (BBM).

 Mengingat pemanfaatan ethanol beraneka ragam, sehingga grade ethanol yang dimanfaatkan harus berbeda sesuai dengan penggunaannya. Untuk ethanol yang mempunyai grade 90-92% biasa digunakan pada industri, sedangkan ethanol/bioethanol yang mempunyai grade 95-96% atau disebut alkohol teknis dipergunakan untuk keperluan laboratorium dan sebagai bahan dasar industri farmasi. 

Sedangkan grade ethanol/bioethanol yang dimanfaatkan sebagai campuran bahan bakar untuk kendaraan bermotor harus betul-betul kering dan anhydrous supaya tidak menimbulkan korosif, sehingga ethanol/bio-ethanol harus mempunyai grade tinggi antara 99,6-99,8 % (Full Grade Ethanol = FGE). Perbedaan besarnya grade akan berpengaruh terhadap proses konversi karbohidrat menjadi gula (glukosa) larut air.

Kata kunci: etanol, sacharomyses cerevisiceae, singkong fermentasi

Abstrak

Ethanol is a hydrocarbon compound with a hydroxyl group (-OH) with 2 carbon atoms (C) with the chemical formula C2H5OH. In general, Ethanol is better known as Ethyl Alcohol in the form of chemicals produced from plant raw materials that contain carbohydrates (starch) such as cassava, sweet potato, corn, sorghum, rice, canna and sago which was later popularized under the name Bioethanol. 

In general, ethanol is commonly used as a raw material for alcohol-derived industries, such as disinfectants, hand sanitizers, antiseptics, mixtures for beverages, basic ingredients for the pharmaceutical industry, cosmetics and now as a mixture of fuel for motor vehicles (BBM). Given the use of ethanol varies, so the grade of ethanol used must be different according to its use. For ethanol which has a grade of 90-92% is commonly used in industry, while ethanol / bioethanol which has a grade of 95-96% or called technical alcohol is used for laboratory purposes and as a basic ingredient for the pharmaceutical industry. While the grade of ethanol / bioethanol used as a mixture of fuel for motor vehicles must be completely dry and anhydrous so as not to cause corrosiveness, so ethanol / bio-ethanol must have a high grade between 99.6-99.8% (Full Grade Ethanol = FGE). The difference in the magnitude of the grade will affect the process of converting carbohydrates into water-soluble sugar (glucose).

Keywords:ethanol,sacharomyses cerevisiceae,fermented cassava

PENDAHULUAN

Ubi kayu (Manihot Esculenta Crantz) berasal dari daerah tropika sekitar Amerika Tengah dan Amerika Selatan. Bangsa Spanyol membawa ubi kayu dari Amerika Utara ke Filipina antara abad ke-16 dan ke-17, dan yang berkembang di Indonesia sebagian besar berasal dari Filipina (Van Der Eng 1998). Meskipun ubi kayu bukan tanaman asli Indonesia, tetapi telah berkembang luas di hampir seluruh wilayah. Ubi kayu terbukti berperan penting sebagai penyangga pangan bagi masyarakat pedesaan di Pulau Jawa pada jaman colonial, dan saat ini berperan penting dalam sistem perekonomian Indonesia, khususnya sebagai bahan baku berbagai industri pangan dan non-pangan untuk keperluan dalam negeri maupun ekspor.

Secara umum Ethanol lebih dikenal sebagai Etil Alkohol berupa bahan kimia yang diproduksi dari bahan baku tanaman yang mengandung karbohidrat (pati) seperti ubi kayu,ubi jalar,jagung,sorgum,beras,ganyong dan sagu yang kemudian dipopulerkan dengan nama Bioethanol. Bahan baku lain-nya adalah tanaman atau buah yang mengandung gula seperti tebu,nira,buah mangga,nenas,pepaya,anggur,lengkeng,dll. Bahan berserat (selulosa) seperti sampah organik dan jerami padi pun saat ini telah menjadi salah satu alternatif penghasil ethanol. Bahan baku tersebut merupakan tanaman pangan yang biasa ditanam rakyat hampir di seluruh wilayah Indonesia,sehingga jenis tanaman tersebut merupakan tanaman yang potensial untuk dipertimbangkan sebagai sumber bahan baku pembuatan bioethanol. Namun dari semua jenis tanaman tersebut, ubi kayu merupakan tanaman yang setiap hektarnya paling tinggi dapat memproduksi bioethanol. Selain itu pertimbangan pemakaian ubi kayu sebagai bahan baku proses produksi bioethanol juga didasarkan pada pertimbangan ekonomi. Pertimbangan ke-ekonomian pengadaan bahan baku tersebut bukan saja meliputi harga produksi tanaman sebagai bahan baku, tetapi juga meliputi biaya pengelolaan tanaman, biaya produksi pengadaan bahan baku, dan biaya bahan baku untuk memproduksi setiap liter ethanol.

LANDASAN TEORI

Singkong (ubi kayu)

Ubi kayu merupakan tanaman "multiguna" karena umbi, batang dan daunnya bermanfaat. Umbi ubi kayu kaya gizi, mengandung karbohidrat 34%, protein 1,2%, lemak 0,3%, fosfor 40%, berbagai unsur mineral, dan bahkan vitamin. Bagian kulit umbi dan limbah industri pati (onggok) digunakan sebagai bahan pakan ternak. Di pedesaan, batang muda dan daun banyak dimanfaatkan sebagai bahan pakan ternak, dan batang ubi kayu kering sebagai bahan bakar. Daun ubi kayu merupakan sumber protein (6,8%), mineral serta vitamin A dan C. Sebagai sumber karbohidrat, ubi kayu banyak dimanfaatkan sebagai bahan baku berbagai industri. Melalui berbagai proses dehidrasi, hidrolisis, sakarifikasi, dan fermentasi ubi kayu dapat diproses menjadi glukose, dekstrose, sorbitol, bioetanol, lem, bahan kertas dan lain-lain. Selain untuk pengganti nasi, ubi kayu juga kerap diolah menjadi berbagai olahan makanan, mulai dari keripik ubi kayu, tape ubi kayu, getuk, gatot, tiwul instan dan masih banyak olahan lainya.

   

   Gambar 1.singkong / ubi kayu

Saccharomyses cerevisiaea

Saccharomyces cerevisiae adalah eukariota yang paling baik dipelajari dan alat yang berharga untuk sebagian besar aspek penelitian dasar tentang organisme eukariotik. Hal ini disebabkan oleh sifat uniselulernya, yang sering menyederhanakan masalah, menawarkan kombinasi fakta bahwa hampir semua fungsi biologis yang ditemukan pada eukariota juga ada dan terpelihara dengan baik di S. Cerevisiae. Selain itu, juga mudah menerima manipulasi genetik. Selain itu, tidak seperti organisme model lainnya, S. Cerevisiae secara bersamaan sangat penting untuk berbagai aplikasi bioteknologi, beberapa di antaranya berasal dari beberapa ribu tahun. S.  Kegunaan bioteknologi cerevisiae terletak pada karakteristik biologisnya yang unik, yaitu kapasitas fermentasinya, disertai dengan produksi alkohol dan CO2 dan ketahanannya terhadap kondisi osmolaritas dan pH rendah yang merugikan.

Gambar 2.Saccharomyces cerevisiae

Manfaat ethanol/bioethanol untuk kehidupan sehari hari:

pemanfaatan  bioetanol sebagai sumber energy alternative,  perlu mendapat perhatian serius dalam mengatasi masalah bahan bakar minyak di saat ini maupun untuk waktu yang akan datang.

Etanol dapat digunakan sebagai pilihan untuk diversifikasi energi. Etanol merupakan energi terbarukan dan bahan bakar ramah lingkungan yang digunakan sebagai alternatif energi di sektor transportasi dapat mengurangi konsumsi bensin.

Berbagai produk pembersih rumah banyak menggunakan bahan etanol.zat ini akan membantu membunuh berbagai organisme yang membahayakan manusia. Organisme tersebut mencakup jenis mikro layaknya bakteri ataupun virus. 

 dimanfaatkan sebagai bahan untuk sterilisasi benda medis dan benda lainnya seperti meja. Tidak hanya itu, banyak digunakan sebagai bahan campuran untuk obat.

Dimanfaatkan untuk bahan campuran kosmetik,hal ini mencakup parfume atau deodorant.jenis kosmetik yang banyak menggunakan ethanol yaitu astrigent,lotion dan juga hairspray.

1.Persiapan Bahan Baku

Bahan baku untuk produksi biethanol bisa didapatkan dari berbagai tanaman, baik yang secara langsung menghasilkan gula sederhana semisal Tebu (sugarcane), gandum manis (sweet sorghum) atau yang menghasilkan tepung seperti jagung (corn), singkong (cassava) dan gandum (grain sorghum) disamping bahan lainnya. Persiapan bahan baku beragam bergantung pada jenis bahan bakunya, sebagai contoh kami menggunakan bahan baku Singkong (ubi kayu). Singkong yang telah dikupas dan dibersihkan lalu dihancurkan untuk memecahkan susunan tepungnya agar bisa berinteraksi dengan air secara baik.

   

Singkong (ubi kayu)Penghancuran singkong

II. Liquifikasi dan Sakarifikasi

Kandungan karbohidrat berupa tepung atau pati pada bahan baku singkong dikonversi menjadi gula komplex menggunakan Enzym Alfa Amylase melalui proses pemanasan (pemasakan) pada suhu 90 derajat celcius (hidrolisis). Pada kondisi ini tepung akan mengalami gelatinasi (mengental seperti Jelly). Pada kondisi optimum Enzym Alfa Amylase bekerja memecahkan struktur tepung secara kimia menjadi gula komplex (dextrin). Proses Liquifikasi selesai ditandai dengan parameter dimana bubur yang diproses berubah menjadi lebih cair seperti sup. Sedangkan proses Sakarifikasi (pemecahan gula kompleks menjadi gula sederhana) melibatkan tahapan sebagai berikut :

-Pendinginan bubur sampai mencapai suhu optimum Enzym Glukosa Amylase bekerja.

-Pengaturan kondisi yang terjadi dapat mempengaruhi pH optimum yang ada di dalam enzim.

-Penambahan Enzym Glukosa Amilase secara tepat dan mempertahankan pH serta temperatur pada suhu 60 derajat celcius hingga proses Sakarifikasi selesai (dilakukan dengan melakukan pengetesan kadar gula sederhana yang dihasilkan).

   

pemasakan bahan bakuLiquefikasi dan Sakarifikasi

III. Fermentasi

Pada tahap ini, tepung telah telah berubah menjadi gula sederhana (glukosa dan sebagian fruktosa) dengan kadar gula berkisar antara 5 hingga 12 %. Tahapan selanjutnya adalah mencampurkan ragi (yeast) pada cairan bahan baku tersebut dan mendiamkannya dalam wadah tertutup (fermentor) pada kisaran suhu optimum 27 s/d 32 derajat celcius selama kurun waktu 5 hingga 7 hari (fermentasi secara anaerob). Keseluruhan proses membutuhkan ketelitian agar bahan baku tidak terkontaminasi oleh mikroba lainnya. Dengan kata lain,dari persiapan baku,liquifikasi,sakarifikasi,hingga fermentasi harus pada kondisi bebas kontaminan. Selama proses fermentasi akan menghasilkan cairan etanol/alkohol dan CO2.

Hasil dari fermentasi berupa cairan mengandung alkohol/ethanol berkadar rendah antara 7 hingga 10 % (biasa disebut cairan Beer). Pada kadar ethanol max 10 % ragi menjadi tidak aktif lagi,karena kelebihan alkohol akan beakibat racun bagi ragi itu sendiri dan mematikan aktifitasnya.

Fermentasi bahan baku bioethanol

IV. Distilasi.

Distilasi atau lebih umum dikenal dengan istilah penyulingan dilakukan untuk memisahkan alkohol dalam cairan hasil fermentasi. Dalam proses distilasi, pada suhu 78 derajat celcius (setara dengan titik didih alkohol) ethanol akan menguap lebih dulu ketimbang air yang bertitik didih 95 derajat celcius. Uap ethanol didalam distillator akan dialirkan kebagian kondensor sehingga terkondensasi menjadi cairan ethanol. Kegiatan penyulingan ethanol merupakan bagian terpenting dari keseluruhan proses produksi bioethanol. Dalam pelaksanaannya dibutuhkan tenaga operator yang sudah menguasai teknik penyulingan ethanol. Selain operator, untuk mendapatkan hasil penyulingan ethanol yang optimal dibutuhkan pemahaman tentang teknik fermentasi dan peralatan distillator yang berkualitas.

Penyulingan ethanol dapat dilakukan dengan 2 (dua) cara :

1. Penyulingan menggunakan teknik dan distillator tradisional (konvensional). Dengan cara ini kadar ethanol yang dihasilkan hanya berkisar antara antara 20 s/d 30 %.

2. Penyulingan menggunakan teknik dan distillator model kolom reflux (bertingkat). Dengan cara dan distillator ini kadar ethanol yang dihasilkan mampu mencapai 90-95 % melalui 2 (dua) tahap penyulingan.

V. Dehidrasi

Hasil penyulingan berupa ethanol berkadar 95 % belum dapat larut dalam bahan bakar bensin. Untuk substitusi BBM diperlukan ethanol berkadar 99,6-99,8 % atau disebut ethanol kering. Dalam proses pemurnian ethanol 95 % akan melalui proses dehidrasi (distilasi absorbent) menggunakan beberapa cara,antara lain : 1. Cara Kimia dengan menggunakan batu gamping 2. Cara Fisika ditempuh melalui proses penyerapan menggunakan Zeolit Sintetis 3 angstrom. Hasil dehidrasi berupa ethanol berkadar 99,6-99,8 % sehingga dapat dikatagorikan sebagai Full Grade Ethanol (FGE),barulah layak digunakan sebagai bahan bakar motor sesuai standar Pertamina. Alat yang digunakan pada proses pemurnian ini disebut Dehidrator.

Penyulingan ethanol menggunakan distillator model kolom reflux

    

Cairan ethanol dari proses distilasiPengukuran kadar ethanol (alkohol)   

Bioethanol kadar 95-96 % (alkohol teknis)

Vl. Hasil samping penyulingan ethanol.

Akhir proses penyulingan (distilasi) ethanol menghasilkan limbah padat (sludge) dan cair (vinase). Untuk meminimalisir efek terhadap pencemaran lingkungan, limbah padat dengan proses tertentu dirubah menjadi pupuk kalium,bahan pembuatan biogas,kompos,bahan dasar obat nyamuk bakar dan pakan ternak. Sedangkan limbah cair diproses menjadi pupuk cair. Dengan demikian produsen bioethanol tidak perlu khawatir tentang isu berkaitan dengan dampak lingkungan.

    

Limbah padat (sludge)Limbah cair (Vinase)

METODE PENELITIAN

Metode analisis

 Penelitian ini merupakan penelitian yang bersifat hidrolisis enzimatis produksi bioetanol dari ubi kayu pada umunya dilakukan dengan hidrolisis enzimatis karena enzim bersifat spesifik dan tidak menghasilkan produk samping yang mengganggu pertumbuhan mikroorganisme Secara singkat teknologi proses produksi ethanol/bioethanol tersebut dapat dibagi dalam tiga tahap, yaitu Persiapan Bahan Baku,Liquefikasi dan Sakarifikasi,Fermentasi,Distilasi,dan Dehidrasi.

ALAT DAN BAHAN YANG DIGUNAKAN

Alat yang digunakan:

1. baskom

2. ember

3. galon

4. gas

5. dehidrator

6. panci 

7. kuali 

8. botol kaca

9. gelas kimia

10. pipet ukur

11. termometer

Bahan yang digunakan:

1. saccharomycess cerevisiae

2. air

3. ubi kayu

Pembuatan ethanol/alkhol

a. Proses pembuatan ubi kayu

1. cuci bersih ubi kayu menggunakan air

2. lalu ubi kayu dikupas dari kulitnya

3. setelah dikupas dan dibersihkan lalu dihancurkan menggunakan alat

b. Pembuatan ethanol dari fermentasi ubi kayu

1. ubi kayu dipanaskan pada suhu 90 derajat celsius (hidrolisis) menggunakan kompor dengan tambahan air 

2. setelah itu terjadi proses liquifikasi dan sakarifikasi

3. liquifikasi adalah proses dimana bubur menjadi lebih cair seperti sup

4. sakarifikasi adalah proses pemecahan dari pati menjadi gula kompleks

5. pati yang menjadi gula kompleks selanjutnya berubah menjadi gula sederhana

6.mencampurkan ragi pada cairan bahan baku (gula sederhana) tersebut dan mendiamkannya dalam wadah tertutup (fermentor)

7. fermentasi secara anaerob dilakukan pada kisaran suhu optimum 27 s/d 32 derajat celsius selama kurun waktu 5 hingga tujuh hari

8. selama proses fermentasi akan mengghasilkan cairan ethanol/alkohol dan CO2 

9. dalam proses distilasi pada suhu 78 derajat celsius ethanol akan terjadi proses penguapan

10. penyulingan menggunakan teknik dan distilator model kolom reflux

11. setelah proses distilasi selanjutnya pengukuran kadar ethanol(alkohol) menggunakan termometer

12. untuk dapat dikategorikan full grade ethanol harus menggunakan beberapa cara yakni,cara kimia,fisika,dan angstrom.

c. Melakukan pengamatan fisik pada ethanol yang dihasilkan 

pengamatan yang dilakukan adalah bagaimana proses ubi kayu menjadi gula sederhana dan fermentasi menggunakan ragi(saccharomyces cerevisiae) setelah melalui beberapa tahapan hingga menjadi ethanol.

   HASIL DAN PEMBAHASAN

Kandungan pati yang tinggi pada ubi kayu merupakan substrat yang baik untuk menghasilkan glukosa sebagai produk antara pada pembuatan ethanol.sebagai bahan baku,ubi kayu dapat digunakan dalam bentuk segar atau chips.pada dasarnya proses pengolahan ubi kayu menjadi ethanol meliputi fermentasi,distilasi,dehidrasi,dan proses penyulingan dengan bantuan ragi (sacharomyces cerevisiae).

    Proses pembuatan ethanol 

Oleh karena itu, proses pembuatan ethanol sangat dipengaruhi oleh jenis ubi kayu yang digunakan,terutama kandungan patinya dan kemudahannya secara kimia dan biokimia.

Pada proses fermentasi glukosa menjadi ethanol kemungkinan terbentuknya senyawa -- senyawa lain dapat saja terjadi.senyawa -- senyawa tersebut merupakan produk antara atau produk akhir bila kondisi media (ph,suhu,adanya kontaminasi dari mikroba lain,terutama bakteri penghasil asam) kurang mendukung untuk berlangsungnya proses fermentasi ethanol.hal ini menyebabkan jumlah ethanol yang dihasilkan menjadi lebih sedikit dari pada yang diharapkan karena tidak semua glukosa yang tersedia dapat diubah menjadi ethanol.

  

   KESIMPULAN DAN SARAN

1. upaya pemanfaatan bahan nabati sebagai alternatif sumber energi terbarukan(bioetanol dan biodiesel)perlu dilakukan secara serius oleh pemerintah mengingat besarnya kebutuhan dan subsidi BBM,melunjaknya harga BBM di pasara dunia dan menipisnya cadangan BBM asal fosil yang diperkirakan akan habis.

2. Ditinjau dari aspek bahan baku,aspek teknologi,aspek lingkungan,dan aspek komersil,ubi kayu lebih menjanjikan sebagai bahan baku industri bioetanol di banding komiditas lain berdasarkan kadar gula total,pati dan ratio fermentasinya.

3. Program pengembangan industri bioethanol berbahan baku ubi kayu perlu dukungan semua stake holder yang terkait terrmasuk pengusaha/industri.selain industri skala besar,pengembangan bioethanol juga dapat dilakukan melalui usaha skala kecil/mikro tingkat pedesaan.

DAFTAR PUSTAKA

Anonim,2004.Bioethanol-a source of renewable energy.www.vogelbush.com/tecnology/bioethanol.htm(ac-cessed on july 6,2005)

Balat,M.,H.Balat,and c.oz.2008.progress in bio-ethanol processing.progress in energy and combution sci.34:551-573

Broto,W.dan N.Richana.2006.inovasi teknologi proses industri bioethanol dari ubi kayu skala pedesaan.hlm.60-73.Dalam D.Harnowo,subandi,dan N.saleh (ed).prospek,strategi dan teknologi pengembangan ubi kayu untuk Agroindustri dan ketahanan pangan.Poslitbang tanaman pangan.Bogor.

Ditjen perkebunan,2005.laporan kemajuan program Energi Alternatif.penyediaan Bahan Baku Biofuel.Direktorat jenderal perkebunan.Departemen pertanian.jakarta.7 hlm.

Wargono,j.,A.Hasanuddin dan suyamto.2006.teknologi produksi ubi kayu mendukung industri bioethanol.Puslitbang Tanaman Pangan.Bogor.42 hlm.