Bioetanol.pptx

7/25/2019 Bioetanol.pptx

1/46

Teknologi EnergibioBioetanol 1

(7)

Oleh

Sri Sukadarti


2/46

Bioetanol :Etanol yang dibuat dari sumberdaya hayatidengan proses fermentasi.

Reaksi !"#1$O" $!$#%O# & $!O$& $" kkal

'pakah etanol dapat dibuat tidak dengan fermentasi !#$!#$ (g)& #$*(g) !#+,!#$,O#(g)

Energi yang dikandung etanol $1-$ /0liter.

Etanol mempunyai angka Oktan 1* ( angka oktan

adalahperbandingan komposisi antara iso oktan terhadap

heptana dalam bakar ) - Semakin tinggi angka oktan

semakin mudah terbakar.

Etanol 22-23 bisa digunakan sebagai bahan bakar mesindengan 4ara di4ampur bensin yang disebut gasohol

( 2*3

Bensin & 1*3 etanol)

H3PO4

Enzym


3/46

Bahan baku

1. Bahan bergula Tetes (molases)- 5ira- sari

buah- gula bit$. Bahan berpati singkong- ketela- sorgum-beras- 6agung-

gandum dll

+. Bahan berselulosa (lignoselulosa biomassa)/erami- ampas tebu- batang pisang dll

ati dan selulosa adalah polimer glukosa-

sehingga dapatdiuraikan 0dipe4ah men6adi glukosa dengan

proses hidrolisis.

#idrolisis tanpa katalis berlangsung sangat

lambat . 8atalis


4/46

BAHAN BAKU BIOMASSA

Biomassa (lignoselulosa) terdiri dari Selulosa-hemiselulosa - lignin .

Selulosa adalah polimer rantai lurus dari glukosa ( $***,

$7*** unit glukosa) terdapat pada sel dinding tanaman.

Selulosa bersifat tidak larut dalam air- asam- maupun basa

pada suhu kamar. Struktur selulosa terdiri dari "*,7* 3

kristalin dan +*,* 3 amorphous-Selulosa tidak mudah

dihidrolisis terutama yang bersifat kristalin.

#emiselulosa polimer dari beberapa monosakharida

seperti >ilosa (terbanyak)- manosa-glukosa- galaktosa -

arabinosa terdapat pada sel dinding tanaman se6alan

dengan selulosa. #emiselulose lebih mudah dihidrolisis .


5/46

?ignin adalah polimer komplek dari fenylpropanayang

strukturnya + dimensi. ?ignin berfungsi

mengikat selulosa

dan hemiselulosa. ?ignin sangat tahan terhadapdegradasi

bahan kimia maupun en9im.


6/46


7/46

Selulose :lukoseEtanol

#emiselulose entose @ heksoseEtanol

Hidoli!i! "ementa!i

Hidoli!i!"ementa!i

Bio #


8/46


9/46

Hidoli!i! li$no!elulo!e den$an katali!a!am .

'sam yang banyak digunakan #$SO- #!l

#idrolisis dengan katalis asam dibagi men6adi $golongan

1. 'sam pekat

$. 'sam en4er.

erbandingan antara keduanya adalah sebagaiberikut

%A&AHI'&O(ISIS KEUN)UN*AN KE&U*IAN

8atalis'sam ekat(+*,7*3)

-Beroperasi padasuhu rendah (*o!)-endapatkan Aield

gula tinggi ( 2*3)

-/umlah 'sam ygdigunakan banyak-8orosi peralatan-

8onsumsi Energi C untukre4o=ery asam-Daktu reaksi lama ( $,"6am)

8atalis

'sam En4er( *-% 3)

,/umlah 'sam yg

dibutuhkan sedikit, Daktu tinggal

-Temperatur operasi tinggi-Aield gula rendah

-8orosi peralatan


10/46

#idrolisa dengan asam pekat membutuhkan biaya in=estasi

dan pera


11/46

8elemahan proses hidrolisis se4ara kimia adalah embutuhkan energi yang 4ukup besar.

enghasilkan hasil samping berupa furfural.

emerlukan proses netralisasi.

embutuhkan peralatan yang tahan korosi.

enambahan #$O akan melepaskan molekul

glukosa dan proton.


12/46

Hidoli!i! den$an enzim

En9im untuk menghidrolisis selulose disebutselulase-

sedangkan en9im untuk menghidrolisis hemiseluloseadalah 4ampuran beberapa en9im 1, Fylanase-

G,H Fylosidase- '4etyl Fylan esterase- 'rabinase.

Enzym !elula!e En9ym ini diproduksi olehmikrobia a.l

Trichoderma reesei- Trichoderma viride-Aspergilusniger-

Aspergilus orizae- eni4illium - Humicola - Bakteri-Bacilli,

Pseudomonas, Cellulomonas, Clostridium .

erupakan en9ym ekstraseluleryangdapat diisolasi

se4ara langsung.


13/46

#idrolisis lignoselulose se4ara en9imatik memerlukan

pretreatment terhadap bahan yaitu penghilangan lignin.

?ignin tidak dapat menyerab en9im selulase sehinggaen9im

terhalang untuk berkontak dengan selulose.

Hegradasi lignin dapat dilakukan dengan beberapa 4ara

- Se4ara mekanik dengan penggilingan danpemanasan .

- Se4ara kimia


14/46

Mekani!me eak!i hidoli!i! enzimatik

Reaksi en9imatis se4ara umum

S & E ES & E

'da tiga en9im yang berperan di dalamperombakan selulosa men6adi glukosa- yaitu1. En9im endoglukanase- yang berfungsi

memotong rantai glukosa yang pan6ang men6adirantai yang lebih pendek se4ara a4ak.$. En9im cellobiohydrolase, yang berfungsimemotong setiap dua rantai glukosa (selobiose)-

dimulai dari rantai nomor satu (rantai terakhir)glukosa.+.En9im K,glukosidase- yang berfungsi memotongselobiose men6adi molekul,molekul glukosa.


15/46

#asil hidrolisis lignoselulose adalah glukosa - >ylosa ( darihemiselulosa) .

#asil hidrolisis asam en4er akan menghasilkan hasil

samping seperti furfural -# yang dapat menghambatpertumbuhan yeast accharomyces cereviceae. Lntuk

mengurangi efek inhibisi- konsentrasinya harus rendah

yaitu dengan 4ara dien4erkan. # yang dibolehkan

dalamsubstrat adalah M 1 g0l sedang kadar furfural M 1-% g0l

enurut penelitian kadar # 1- g0l akan menurunkanetanol 13

%aa lain adalah den$an hidoli!i! + taha,

?ignoselulose selulosa& 'sam

'sam en4er

#idrolisat

( Fylosa )

Ste,- Ste,+

*luko!a


16/46

Fylosa tidak dapat difermentasi olehaccharomyces cereviciae, tetapi dapat

difermentasi oleh yeast dari spesiesCandida shehatae, Candida

parapsilopis, Pichia stipitis-

chizosaccharomyces- 6amur 6enis !ucor, "hizopus, #usarium, !onilia danbakteri $enis % Clostridium, Bacillus,Bacteroides.


17/46


18/46

Bahan baku be,ati

ati #omopolimer glukosa dengan ikatan N ,glikosidik.

ati tersusun dari dua ma4am karbohidrat- amilosa (1",+*3)

dan amilopektin ( "%,%3) dalam komposisi yang berbeda,

beda. 'milosa memberikan sifat keras (pera) sedangkan

amilopektin menyebabkan sifat lengket. 'milosa merupakan

rantai lurus glukosa dengan ikatan N-1, sedang amilopek,

tin adalah rantai ber4abang dari glukosa dengan ikatan N-1,

dan N-1,". 'milosa larut dalam air sedang amilopektin tidaklarut

dalam air tetapi larut dalam pelarut organik seperti butanol.Tahapan roses

- :elatinasi pati0tepung

- #idrolisis dengan katalis asam 0 en9im

, ermentasi


19/46

'ia$am ali ,embuatan bioetanol dai ,ati!e.aa enzimatik

SS Solid State ermentation


20/46

#ydrolysis of star4h


21/46

*elatina!i dan (i/ui0ak!i Pati :

:elatinasi adalah proses pembentukan gelatin daripati .

ati dilarutkan dalam air sampai kadar $7,+*3kemudian

dipanaskan sampai suhu 2%o! sambil diaduksampai

terbentuk gelatin.

)u1uan ,embentukan $elatin adalah :

,Lntuk meme4ah granula pati agar mudah

berkontak dengan en9im dan air .,ensterilkan bahan ( karena pemanasan) agar

tidak mudah terkontaminasi.


22/46


23/46

(i/ui0ak!iadalah proses pen4airan gel.

Tu6uannya adalah untuk memudahkan peme4ahan

pati oleh en9im glukoamylase sehingga didapat

kon=ersi yang tinggi. roses liJuifaksi dilakukan pada

gelatin dengan menambahkan en9im amylase

pada suhu * P 2*o! dengan p# "-%. Hisini sudah

mulai ter6adi hidrolisis.Po!e! Sakhai2ka!i : Po!e! ,enyem,unaan

hidoli!i!

Hidoli!i! enzymatik

'dalah proses hidrolisis pati oleh en9im glukoamilase

pada suhu %*,"*o! dengan p# -% ,". engaturan p#

dilakukan dengan larutan asam biasanya digunakan

#!l.


24/46

Sebagian besar en9im beker6a se4ara khas- yang artinya

setiap 6enis en9im hanya dapat beker6a pada satu ma4am

senya


25/46

'lpha,amilase ini memiliki beberapa sisi aktif yang dapat

mengikat hingga 1* molekul substrat sekaligus sehingga

proses hidrolisisnya lebih 4epat. 'lfa,amilase pada

umumnya aktif beker6a pada kisaran suhu $%o! hingga2%o!. enambahan ion kalsium dan klorida dapat mening,

katkan akti=itas ker6a dan men6aga kestabilan en9im ini.

8er6a en9im ini bersifat endo en9im yaitu memotong ikatan

N1- glikosida pada amilosa ataupun amilopektin daridalam dan memotong se4ara a4ak- hasil dari pemotongan

en9im ini antara lain maltosa- maltotriosa- dan glukosa.

8ondisi optimum en9im ini untuk proses hidrolisis pati

dalam industri adalah p# ","-%.


26/46

Enzim betaamila!e

#asil pemotongan oleh en9im ini akan didominasi oleh

molekul maltosa dan beta,limit dekstrin. Halam industri

pangan- pembentukan senya


27/46

Enzim ,ullulana!e

En9im ini memiliki spesiIkasi memutus ikatan 4abang pada

N1-" glikosida. . #asil pemutusan oleh ini en9im ini

menghasilkan pati rantai pan6ang dan limit dekstrin.Enzim Amilo$luko!ida!e 5AM*67$lukoamila!e

'dalah salah satu yang berperan dalam proses sakariIkasi

pati. Serupa dengan en9im beta,amilase- glukoamilase dapat

meme4ah struktur pati yang merupakan polisakaridakompleks berukuran besar men6adi molekul yang berukuran

ke4il. En9im ini bersifat eksoen9im. En9im ini beker6a pada

suhu %,"* Q! dengan kisaran p# -%,%-*. . 8elebihan en9im

ini yaitu selain memutus ikatan N1- glikosida- 6ugamemutus ikatan N1-" glikosida.


28/46

ikrobia dan en9im yang dihasilkan


29/46

"akto0akto yan$ be,en$auh ,ada hidoli!i!enzimatik

En9im adalah protein sehingga faktor,faktor yang berpenga,

ruh terhadap hidrolisi! adalah faktor yang berpengaruhterhadap kerusakan protein. 8er6a en9im dipengaruhi oleh

beberapa faktor- terutama adalah substrat- suhu-

keasaman- kofaktor dan inhibitor. Tiap en9im memerlukan

suhu dan p# (tingkat keasaman) optimum .#asil hidrolisis pati diukur dengan &e'trose ()uivalent (HE).

HE /umlah glukosa hasil0 6umlah glukosa dalam pati .

#idrolisis se4ara en9imatik dapat menghasilkan sirup gula

dengan HE yang lebih tinggi dibanding dengan hidrolisisasam .


30/46

Hidoli!i! Pati den$an A!am

'sam yang dapat digunakan sebagai katalis adalah'sam,

asam kuat seperti #$SO. #!l. #5O+#$SO mempunyai kelebihan dibanding asam yang

lain-

tetapi 6ika hidrolisis pati akan digunakan sebagai bahan

pangan sebaiknya menggunakan asam,asam yangtidak

berbahaya bagi tubuh seperti #!l- !#+!OO#

emotongan rantai pati oleh asam lebih tidak

teraturdibandingkan dengan hasil pemotongan rantai pati

oleh en9im.


31/46

aktor,faktor yang berpengaruh terhadap hidrolisis asam

1. 8atalisator

Aang berpengaruh terhadap ke4epatan reaksi adalah

konsentrasi ion #- bukan 6enis asamnya. Biasanya digunakankonsentrasi rendah ( *-$% P *-% 5 )

$. Suhu dan tekanan

engaruh suhu terhadap ke4epatan reaksi mengikuti

persamaan 'rhenius.makin tinggi suhu- makin 4epat6alannya

reaksi. Suhu berkorelasi


32/46

+. en4ampuran (pengadukan)

Supaya 9at pereaksi dapat saling bertumbukan dengan

sebaik,baiknya- maka perlu adanya pen4ampuran. #al ini

dapat dilakukan dengan pengadukan dan pengaturan la6ualir ( 6ika proses berlangsung kontinyu) .

. erbandingan 9at pereaksi

8alau salah satu 9at pereaksi berlebihan 6umlahnyamaka keseimbangan dapat menggeser ke sebelah

kanan dengan baik. Oleh karena itu suspensi pati yang

kadarnya rendah memberi hasil yang lebih baik

dibandingkan kadar patinya tinggi. ada permukaan kadarsuspensi pati yang tinggi sehingga molekul,molekul 9at

pereaksi akan sulit bergerak. Lntuk menghasilkan glukosayang optimum digunakan pati sekitar $*3.


33/46

3 Bahan baku !enya8a be$ula

Senya


34/46

P ilih Mik b


35/46

- Pemilihan Mikoba

ikrobia yang berperan dalam fermentasi glukosa yeast

seperti accharomyces anamenesis-

chizosaccharomycesPombe- accharomycesCereviciae. Bakteri zymomonas

mobilis, Clostridium Acetobutylicumdapat 6ugadigunakan.

Aeast yang paling banyak digunakan adalah Scereviciae

dan bakteri yang banyak digunakan dalam fermentasi

alkohol adalah *ymomonas mobilis. 8elebihan bakteri inidibanding yeast adalah

- mempunyai la6u reaksi yang lebih besar-

- toleran terhadap suhu -

- tahan terhadap kadar etanol yang tinggi.

ikrobia yang dipilih adalah yang unggul


36/46

ikrobia yang dipilih adalah yang unggul( mempunyai la6u

reaksi yang besar) - berkembang biak dengan

4epat- stabil-spesiIk - 4epat beradaptasi dengan media -

tahan terhadap

perubahan faktor,faktor li ngkun gan.

- Penyediaan Inokulum

Inokulum adalah ikrobia yang siap digunakanuntuk

proses fermentasi .Tu6uan pengembangbiakanmikroba

adalah untuk memperbanyak sel,sel mikrobasehingga

4ukup optimum untuk fermentasi.

"akto0akto yan$ hau! di,ehatikan dalam


37/46

"akto 0akto yan$ hau! di,ehatikan dalam

,etumbuhan a$i7yea!t

- Nuti!i : ! ( glukosa)- 5 ( Lrea- (5#)$SO-epton)-

( 58-TS) - tra4e mineral dan itamin.+ ,H : p# optimum pertumbuhan ragi adalah -,%

engaturan p# dengan #$SO05a$!O+

3 )em,eatu :Temperatur optimum pertumbuhan

ragi adalah $,+*o!

4 Aea!i Sa44haromy4es !ere=i4eae bersifat

fakultatif aerob yaitu pada fase pertumbuhan

membutuhkan udara tetapi pada saat fermentasi takmembutuhkan udara.


38/46

8omposisi mineral pada larutan gula substrat.

)aha,taha, ,etumbuhan mikobia embuatan starter.?arutan gula dien4erkan sehingga kadar glukosamen6adi %,1" 3 untuk pertumbuhan ditambah

nutrisi (5#)+O *-1 3 - p# diatur ,-%. -.


39/46

?arutan glukosa disterilkan 1$1o! selama 1*,1% menit dan

didinginkan. engembangbiakan mikroba dilakukan se4ara

bertahap . 8ultur murni Aeast0 bakteri dalam agar miring

diinokulasikan ke media dengan konsentrasi gula %3 dandiinkubasi selama $ 6am sambil di shaker. ertumbuhan

diidentiIkasi dengan keluarnya gas !O$. Setelah itu-

inokulum dipindahkan ke tempat yang lebih besar dengan

konsentrasi gula yang lebih tinggi . engembangandilakukan se4ara bertahap untuk mendapatkan 6umlah sel

yang sesuai dengan kebutuhan dan sel yang sudah

beradaptasi dengan konsentrasi gula yang digunakan dalam

fermentasi. emindahan sel ke media yang baru dilakukan

pada akhir fase logaritmik.


40/46

Po!e! "ementa!i

8onsentrasi glukosa pada substrat fermentasi biasanya

berkisar antara 1,$* 3 . Biasanya dilakukan dengan sistem

bat4h karena memerlukan


41/46

:as !O$yang dihasilkan dialirkan ke s4rubber untuk

memisahkan etanol yang terba


42/46

Kolom bee.

Beer dengan kadar alkohol ,1*3 diumpankan

ke kolom distilasi.Biasanya untuk kolom beerdigunakan open steam . 'lkohol aldehyde- air

men6adi hasil atas dan senya


43/46

Kolom &ekti2ka!i8olom ini befungsi untuk menaikkan kemurnianalkohol dari %*3 men6adi "% 3 (=) yang didapat

sebagai hasil atas bersama dengan air dansedikit aldehid. ropanol- butanol dan pentanolserta alkohol lainnya didapat sebagai hasiltengah kolom yang dikenal dengan minyak

fusel. #asil ba


44/46

Lntuk mendapatkan Etanol dengan kemurnian yang

lebih tinggi dilakukan pengubahan komposisi etanol,air

yaitu dengan 4ara1. enambahkan dehydrating agent (misal gliserol

atau !aO) untuk mengikat air dalam 4ampurankemudian didistilasi.

$. enambahkan ben9ene atau 4y4lohe>ane ataupentana ke dalam 4ampuran kemudian didistilasi.'lkohol yang didapat dengan 4ara ini tak dapatdigunakan sebagai bahan minuman karena4y4lohe>ane dan ben9ene bersifat carcinogenic.

+. !ampuran alkohol air dipisahkan denganmembran. !ara ini masih terus dikembangkanuntuk mendapatkan kemurnian alkohol yangtinggi.


45/46

Jenis Produk Etanol :

1. Alkohol teknis : yaitu alkohol dengan

kadar 95% ( V) , alkohol ini digunakanuntuk bahan baku e!buatan senya"a

lain seerti aldehid, asa! asetat, siritus

dan lain#lain.

$. Alkohol absolut : yaitu alkohol dengan

kadar 99 % , alkohol &enis ini digunakan

untuk keerluan 'ar!asi, e!buatangasohol bahan bakar

! h li i d k i l d i bi


46/46

!ontoh penelitian roduksi etanol dari ubikayu

Documents

Bioetanol.pptx