ISSN 1907-9850

155

PEMBUATAN BIOETANOL DARI KUPASAN KENTANG (Solanum tuberosum L.)DENGAN PROSES FERMENTASI

Devi Esteria Hasianna Purba*, Iryanti Eka Suprihatin, dan A.A.I.A. Mayun Laksmiwati

Jurusan Kimia FMIPA Universitas Udayana, Bukit Jimbaran, Bali*E-mail : deviiesteria@gmail.com

ABSTRAK

Etanol dari kupasan kentang merupakan salah satu bahan energi alternatif yang disebut dengan bioetanol.Pada penelitan ini bioetanol dihasilkan melalui tahapan-tahapan hidrolisis, detoksifikasi, fermentasi, dan destilasi.Proses hidrolisis dilakukan dengan asam sulfat pada suhu 100°C selama 1 jam. Detoksifikasi dilakukan denganmenambahkan NH4OH ke dalam hidrolisat sebelum difermentasi. Destilasi dilakukan pada suhu 100°C dan distilatdengan TD 78°-84C ditentukan kadar etanolnya dengan kromatografi gas. Hasil penelitian menunjukkan bahwakadar gula reduksi dengan dan tanpa penambahan NH4OH adalah 15,85% dan 15,58%. Kadar etanol yang dihasilkandari 5 gram kupasan kentang kering dengan proses fermentasi selama 4, 5, 6, dan 7 hari adalah 3.54%; 4,85%;5,35%; dan 6.15%

Kata kunci : kupasan kentang, hidrolisis asam, detoksifikasi, fermentasi, etanol, bioetanol

ABSTRACT

Ethanol fermented from potato peels is proposed as one alternative source of renewable energy calledbioethanol. In this research bioethanol was produced through four stages namely acid hydrolysis, detoxification,fermentation and distillation. The acid hydrolysis process was carried out using sulphuric acid at 100oC for 60minutes. The detoxification process was carried out by adding NH4OH into the hydrolyzate prior to fermentation.Distillation was performed up to 100oC and the distillate with the BP of 78-84oC was determined for its ethanolcontent using gas chromatography. The ethanol produced from 5 grams of dried potato peels through fermentationfor 4, 5, 6, and 7 days 3.54%; 4,85%; 5,35%; and 6.15% respectively.

Keywords : potato peels, acid hydrolysis, detoxification, fermentation, ethanol, bioethanol

PENDAHULUAN

Energi merupakan salah satu kebutuhanmakhluk hidup yang terusmeningkat seiringdengan meningkatnya jumlah penduduk. Sumberutama energi adalah minyak mentah yang berasaldari bahan baku fosil yang tidak terbaharukan.Pada saat ini, bahan baku fosil tersebut semakinmenipis, maka dari itu diperlukan suatu alternatifuntuk memecahkan permasalah kebutuhan energitersebut (Saud, 1990). Ada banyak jenis energiyang dapat dikembangkan dan diperbaharui,contohnya pemanfaatan tumbuh-tumbuhan yangmengandung pati, gula, serat, dan limbah organik.

Kupasan kentang adalah salah satu contohlimbah organik yang dapat digunakan sebagaibahan energi. Selama ini kupasan kentangumumnya digunakan sebagai makanan ternak,pupuk organik, dan terkadang hanya dibuangbegitu saja menjadi sampah. Untuk menambahnilai ekonomisnya, kupasan kentang dapatdigunakan sebagai sumber energi dengan caradiolah menjadi bioetanol. Kandungan kimia yangterdapat dalam kupasan kentang belum diketahuisecara spesifik, namun dari penelitian yang telahdilakukan oleh Tima, (2011) kandungankarbohidrat yang terdapat dalam kupasan kentangcukup tinggi. Karbohidrat yang terdapat pada

JURNAL KIMIA 10 (1), JANUARI 2016: 155-160

156

kupasan kentang dipecah menjadi monomernyadengan proses hidrolisis. Proses hidrolisis yangdilakukan dengan penambahan asam sehinggakarbohidrat pecah menjadi molekul glukosa.Glukosa dapat diubah menjadi produk etanolmelalu proses fermentasi. Pada proses fermentasidibutuhkan bantuan dari mikroorganisme berupaSaccharomyces cerevisiae. PenggunaanSaccharomyces cerevisiae dalam pembuatanbioetanol telah banyak dilakukan dalam penelitian-penelitian sebelumnya (Daniel et al., 2012;Supriyanto, 2006; Subekti, 2006).

Penelitian ini dilakukan untuk menentukankadar gula reduksi dari kupasan kentang dan lamawaktu fermentasi untuk meningkatkan kadar etanolsebagai bioetanol tertinggi. Pembuatan bioetanoldihasilkan dengan beberapa tahapan yaitu proseshidrolisis, detoksifikasi, proses fermentasi danpemurnian etanol dengan distilasi.

MATERI DAN METODE

BahanBahan-bahan yang digunakan dalam

penelitian ini adalah sampel kupasan kentang,asam sulfat (H2SO4), ragi NKL, ammoniumhidroksida (NH4OH), standar glukosa, pereaksiNelson, pereaksi Arnsenomolibdat, reagenBenedict, dan glukosa.

PeralatanAlat-alat yang digunakan dalam penelitian

ini adalah neraca analitik, seperangkat alat gelaslaboratorium, bola hisap, cawan porselen, botolfermentasi (botol kaca), kertas saring, kertasindikator pH, Shaker, termometer, hotplate,inkubator, autoklaf, desikator, aluminium foil,clippark, pisau, oven, spatula, pengaduk magnetik,botol semprot, seperangkat alat destilasi, danseperangkat alat kromatografi gas.

Cara KerjaPersiapan sampel kupasan kentang

Sampel kupasan kentang dibersihkandengan air dari pengotornya, kemudiandikeringkan dibawah sinar matahari sampai keringselama ±5 hari. Sampel kupasan kentang yangtelah kering dihaluskan menjadi tepung kupasankentang dengan menggunakan blender.

Penentan kadar gula reduksi (Metode Nelson-Semogyi)

Sebanyak 1,0 mL filtrat jernih yangdisaring dari hasil hidrolisis kupasan kentangdimasukkan ke dalam tabung reaksi, ditambah 1mL reagen nelson dan dipanaskan pada penangasair yang mendidih selama 20 menit. Selanjutnyalarutan didinginkan di dalam gelas beker yangtelah diisi air dingin sehingga suhu larutan tersebut25°C. Kemudian larutan tersebut ditambah 1 mLreagen arsenomolibdat dan diaduk sampai semuaendapat Cu2O yang terbentuk larut kembali.Larutan tersebut ditambah 7 mL akuades dandivortex sampai homogen. Absorbansi campurangselanjutnya diukur dengan spektrofotometer UV-Vis pada panjang gelombang 540 nm (Sudarmadjiet al., 1997).Pembuatan inokulum untuk fermentasi

Sebanyak 0,5 gram ragi tape merk NKLditambah 25 mL larutan glukosa 1% dalamErlenmeyer 50 mL, diisolasi pada kondisianaerobik ditutup rapat dengan clippark,aluminium foil, dan plastik. Labu Erlenmeyer yangberisi ragi dan glukosa 1% diletakkan diatas shakerselama 48 jam dengan temperatur ruang 25-30°.Hidrolisis kupasan kentang untuk fermentasi

Serbuk kupasan kentang ditimbangmasing-masing sebanyak 5 gram untuk semuajenis perlakuan. Masing-masing sampeldimasukkan ke dalam Erlenmeyer dan ditambah200 mL H2SO4 3,5%, kemudian dipanaskan padasuhu 100°C dan diaduk dengan pengadukmagnetik dengan kecepatan 200 rpm selama 1 jam.Hidrolisis menghasilkan 200 mL hidrolisat yangmemrupakan substrat fermentasi. Dari 200 mL inidiambil 50 mL untuk difermentasiDetoksifikasi

Suspensi kupasan kentang ditambahNH4OH 25% sedikit demi sedikit hingga pH 5 dandiaduk dengan pangaduk magnetik selama 15menit pada suhu 25°C (Yuana, 2011).Fermentasi

Masing-masing media fermentasiditambah inokulum sebanyak 4% dari 50 mLsubstrat fermentasi. Penambahan inokulumdilakukan secara aseptik diatas bunsen. Fermentasidilakukan di dalam inkubator pada suhu 25-30°C.Seluruh media diinkubasi selama 4,5,6, dan 7 hari(Fardiaz, 1992).

ISSN 1907-9850

157

Penentuan kadar bioetanolCairan hasil fermentasi diukur volumenya,

kemudian dimasukkan ke dalam labu destilasi 250mL dan ditambahkan beberapa butir batu didih.Sampel didestilasi pada suhu 78-84°C. Destilatdiukur volumenya dan kadar bioetanolnyaditentukan dengan kromatografi gas.

HASIL DAN PEMBAHASAN

Kadar Gula ReduksiHidrolisis merupakan pemecahan kimiawi

suatu polisakarida menjadi monomer yang lebihsederhana. Hidrolisis pada kupasan kentang,komponen yang dipecah adalah polisakaridaberupa pati menjadi glukosa dengan katalis asam.

Gula pereduksi yang diperoleh pada proseshidrolisis menyatakan tingkat konversi daripolisakarida menjadi gula sederhana akibat adanyaperombakan pati menjadi glukosa.

Analisis kadar gula reduksi pada kupasankentang dilakukan dengan spektrofotometer UV-Vis diukur pada panjang gelombang 540 nmmenunjukkan bahwa kadar gula reduksi padakupasan kentang dengan penambahan NH4OHdengan metode Nelson-Somogyi adalah 15,85%.Kadar gula reduksi tersebut cukup baik untukproses fermentasi. Hal ini sesuai dengan penelitianAmerine dan Cruess (1960), yang menyatakan

bahwa glukosa dapat difermentasi dengan baikpada kadar gula pereduksi 15-20%.

Menurut Alriksson et al. (2005) NH4OHmerupakan alkali yang dapat digunakan sebagaialternatif detoksifikasi hidrolisat dibandingkanCa(OH)2. Hal ini karena penggunaan Ca(OH)2

akan membentuk endapan gypsum, sedangkanpenggunaan NH4OH selain menjadi pendetoksidapat juga digunakan sebagai sumber nitrogenpada proses fermentasi. Nitrogen yang tersisadalam substrat dapat menambah nutrisi bagipertumbuhan mikroba sehingga produksi etanolpun meningkat.

Hidrolisis kupasan kentang menggunakanasam sulfat berupa hidrolisat asam dengan pHyang sangat rendah yaitu 2 dan mengandungtoksikan seperti senyawa turunan furan atau HMF(hidroksi metil furfural). Kondisi pH yang rendahtersebut tidak dapat digunakan sebagai substratfermentasi karena pH yang baik untuk prosesfermentasi adalah pada pH 3-5 sehinggadiperlukanan perlakuan untuk pmeningkatkan pHhidrolisat. Untuk meningkatkan pH dilakukandengan proses detoksifikasi dengan menambahkanNH4OH. Proses detoksifikasi ini dilakukan denganmenambahkan larutan NH4OH 25% sehinggahidrolisat mencapai pH 5 maka hidrolisat dapatdigunakan sebagai substrat fermentasi dan mampumenghilangkan senyawa-senyawa toksik yangmengganggu proses fermentasi.

Gambar 1. Mekanisme reaksi hidrolisis karbohidrat dengan katalis H2SO4 (Humprey, 1979)

JURNAL KIMIA 10 (1), JANUARI 2016: 155-160

158

FermentasiFermentasi glukosa merupakan salah satu

jenis fermentasi anaerob atau tanpa menggunakanoksigen pada prosesnya. Substrat yang digunakandalam penelitian ini adalah hidrolisat kupasankentang. Fermentasi glukosa pada kupasan kentangdilakukan menggunakan ragi tape merk NKLsebagai sumber Saccharomyces cerevisiae yangdapat hidup secara anaerob dalam mediafermentasi. Fermentasi ini dilakukan denganvariasi waktu yaitu 4, 5, 6, dan 7 hari. Pemilihanwaktu fermentasi tersebut didasarkan padapenelitian Prescott dan Dunn (1959) yangmenyatakan bahwa fermentasi etanol memerlukanwaktu 4-7 hari.

Pada proses fermentasi glukosa, khamirakan memetabolisme glukosa dan fruktosamembentuk asam piruvat melalui tahapan reaksipada jalur Embden-Meyerhorf-Parnas (EMP) atauglikolisis. Jalur Embden-Meyerhof-Parnas (EMP)terdiri dari beberapa tahap, masing-masingdikatalisis oleh enzim tertentu. Jalur tersebutditandai dengan pembentukan fruktosa difosfat,dilanjutkan dengan pemecahan fruktosa difosfatmenjadi dua molekul gliseraldehida fosfat. Reaksiini dikatalisis oleh enzim aldolase. Kemudianterjadi reaksi dehidrogenasi gliseraldehida fosfat(fosfogliseraldehida) yang merupakan reaksioksidasi yang menghasilkan energi dalam bentukATP (adenin-tri-phosphat). Reaksi ini dikatalisisoleh enzim gliseraldehida fosfat dehidrogenase.Atom hidrogen yang terlepas akan ditangkap olehnikotinamida-adenin-dinukleotida (NAD), mem-bentuk NADH2. Proses fermentasi dapatberlangsung terus jika NADH2 dapat dioksidasikembali pada tahap kedua fermentasi sehinggamelepaskan atom hidrogen kembali. Jadi, NADberfungsi sebagai pembawa hidrogen dalam prosesfermentasi (Fardiaz, 1992). Asam piruvat yangdihasilkan kemudian didekarboksilasi menjadiasetaldehida, lalu mengalami dehidrogenasisehingga terkonversi menjadi bioetanol (Amerineet al., 1987).

Kadar bioetanol hasil fermentasiKadar bioetanol setelah proses fermentasi selama4, 5, 6, dan 7 hari ditentukan dengan kromatografigas (GC). Perhitungan kadar bioetanol denganmembandingkan pendekatan luas areanya denganluas area standar. Tabel 1. menunjukkan luas

puncak area bioetanol dan hasil perhitungan kadarbioetanol dari hari ke-4 sampai hari ke-7.

Tabel 1. Luas puncak etanol dan kadar etanolWaktu

Fermentasi(hari)

LuasPuncak

KadarBioetanol

(%)4 1087 0,785 1387 0,976 1534 1,077 1763 1,23

Keempat komposisi media fermentasiyang sama dengan variasi waktu yang berbedamenghasilkan bioetanol dengan kadar yangberbeda. Tabel 1. menunjukkan bahwa terjadipeningkatan kadar bioetanol sampai hari ke-7. Darihasil penelitian ini kadar bioetanol dari kupasankentang sebagai bioetanol adalah pada hari ke-7yaitu 1,23%. Hal ini disebabkan dari pertumbuhandan aktivitas Saccharomyces cerevisiae beradapada pertumbuhan cepat yang mengubah glukosamenjadi bioethanol.

Gambar 2. Grafik Hubungan Antara WaktuFermentasi Dengan Kadar Bioetanol

Grafik pada Gambar 2. menunjukkanbahwa kadar etanol sebagai bioetanol dari hari ke-4 sampai hari ke-7 mengalami peningkatan. Tidakterjadi penurunan kadar bioetanol sesuai denganlaporan Prescott dan Dunn (1959) yangmenyatakan waktu fermentasi untuk bioetanoladalah 4-7 hari. Pada penelitian ini tidak dilakukanfermentasi hari ke-7 karena diduga kadar bioetanolyang terbentuk akan menurun, hal ini disebabkangula berfungsi sebagai substrat telah habis

ISSN 1907-9850

159

(Widayanti, 2013; Mira dkk, 2013; Sukaryo,2013). Kadar bioetanol yang dihasilkan secarakeseluruhan masih kecil. Hal ini diduga karenapada penentuan kadar gula reduksi metode yangdiigunakan kurang maksimal, faktor lain yangmempengaruhi adalah sumber mikroba yangdigunakan tidak lagi fresh dan ketersediaanoksigen untuk mikroba yang belum mencukupikarena ketiadaan oksigen menyebabkan jumlah selkhamir menjadi terbatas sehingga kemampuanmikroba untuk melakukan pertumbuhan kurangmaksimal.

Hasil penelitian yang sama dilakukan olehWidayanti (2013) menunjukkan bahwa fermentasidengan media yang berbahan rumput lautGlacilaria sp. 5 gram menghasilkan kadar gulareduksi 17,14% dan kadar bioetanol 0,96%; danKarta (2012) menunjukkan bahwa fermentasidengan media yang berbahan alga Codiumgeppiorum 25 gram tanpa penambahan ammoniumhidroksi menghasilkan etanol rata-rata 3.03%.Semakin banyak jumlah kupasan kentang yangdigunakan, maka ketersediaan sumber C akansemakin banyak. mmmBerdasarkan Grafik 2, faselogaritmik berlangsung dengan cepat yang ditandaidengan peningkatan jumlah bioethanol.

SIMPULAN DAN SARAN

SimpulanBerdasarkan hasil penelitian dan pemba-

hasan dapat disimpulkan bahwa :1. Kadar gula reduksi yang terkadung dalam

kupasan ketang dengan penambahan NH4OHsebagai pendetoksi adalah 15,85%.

2. Waktu optimum yang diperlukan mikrobauntuk menghasilkan bioetanol dengan kadarbioetanol tertinggi adalah pada hari ke-7 dengankadar 1,23%.

SaranSesuai dari hasil penelitian, dapat diberi-

kan saran sebagai berikut:1. Perlu dilakukan penelitian lebih lanjut terhadap

jenis pendetoksi lain yang mampu meningkat-kan produksi bioetanol.

2. Perlu dilakukan penelitian lebih lanjutmengenai jenis mikroba lain yang mampu

memfermentasi kupasan kentang dengan kadarbioetanol yang lebih optimal.

UCAPAN TERIMA KASIH

Dalam kesempatan ini penulismengucapakan terimakasih kepada ibu Dra. NiMade Puspawati, M.Sc., Ph.D., ibu I.A. GedeWidihati, S.Si., M.Si., dan ibu Ir. I.G.A. Made DwiAdhi S., M.Si. atas saran dan masukannya, sertapihak-pihak lain yang telah membatu dalampenyelesaian penelitian ini.

DAFTAR PUSTAKA

Alriksson, B., Hovarth, IS., Sjode, A.,Nilvebrantdan, NO., and Jonsson, LJ.,2005, Ammonium hydroxidedetoxificationof spruce acid hydrolysates, J.ApplBiochem and Biotechnol, 121-124

Amerine, M.A. and Cruess, W.V., 1960, TheTechnology of Wine Making, The AVIPublishing Company, Inc., Connecticut

AOAC, 1970, Official Methods of Analysis of theAssosiation of Official AnalyticalChemists, Assosiation of OfficialAnalytical Chemists, Washington, DC.

Chaplin, M.F. dan Bucke, C., 1990, EnzymeTechnology, Cambridge University Press,New York

Fardiaz, S., 1992, Mikrobiologi Pangan I,Gramedia Pustaka Utama, Jakarta

Fessenden dan Fessenden, 1997, “ Kimia Organikedisi ketiga “, PT Erlangga, Jakarta

Hambali, E., Mujdalipah, S., Tambunan, A.W.,dan Hendoroko, R., 2007.TeknologiBioenergi, Agromedia, Jakarta

Juara, Saud R., 1990, Detoksifikasi HidrolisatAsam dari Ubi Kayu dengan MetodeArang Aktif untuk Produksi Bioetanol

Junk, W.R. dan Pancoast, H., 1980, Handbook ofSugar, The Avi Publishing CompanyInc.,Westport-Connenticut

Karta, I.W., 2012, Pembuatan Bioetanol dari AlgaCodium gerpiorum dan pemanfaatan BatuKapur Nusa Penida Teraktivasi untukMeningkatkan Kualitas Bioetanol Tesis,Bali, Program Studi Kimia Terapan,

JURNAL KIMIA 10 (1), JANUARI 2016: 155-160

160

Program Pascasarjana, UniversitasUdayana, Denpasar

Prescott, Samuel G., and Cecil G Dunn, 1959,Industrial Microbiology, third ed.McGraw-Hill Company, New York

Purwanto, 2007, Peningkatan ProduktivitasSingkong Dengan Teknologi MukibatSebagai Sumber Bahan Baku Bioethanol.Tugas Makalah Mata Kuliah MasalahKhusus Agronomi. Program Pasca SarjanaUniversitas Gadjah Mada, Yogyakarta

Susmiati, Yuana, 2011, Hidrolisis DetoksifikasiHidrolisat Asam dari Ubi Kayu untukProduksi Bioetanol, Agro-Techno, 5 (1) :

Tima M.T., 2011, Optimasi Hidrolisis Pati DalamLimbah Kulit Kentang oleh Aspergillusniger untuk Produksi Bioetanol, UM,Malang

Widayanti, Ni Putu., 2012., Pengaruh KonsentrasiAmmonium Sulfat (NH4)2SO4 SebagaiSumber Nitrogen Terhadap ProduksiBioetanol Berbahan Baku Glacilaria sp.,Skripsi, Jurusan Kimia, UniversitasUdayana, Bukit Jimbaran