Skripsi” Kinerja Fermentasi Ekstraktif Dalam Produksi
Bioetanol dari Nira Siwalan (Borassus flabellifer L.)“
Laboratorium Teknologi Biokimia
Jurusan Teknik Kimia
Fakultas Teknologi Industri
Institut Teknologi Sepuluh Nopemeber Surabaya
Dosen Pembimbing : Prof. Dr. Ir. Tri Widjaja, M.Eng
Disusun Oleh :
Maulana Satya Nugroho 2310100002Rr Whiny Hardiyati Erliana 2310100052
Jurusan Teknik Kimia FTI-ITS
Overview
Pendahuluan1
Tinjauan Pustaka2
Metodologi Penelitian3
Hasil dan Pembahasan4
Kesimpulan dan Saran5
Jurusan Teknik Kimia FTI-ITS
PENDAHULUAN
Jurusan Teknik Kimia FTI-ITS
Latar Belakang
Pertambahan Penduduk
Kebutuhan Energi
Bahan Bakar Minyak
BIOETANOL
Jurusan Teknik Kimia FTI-ITS
Latar BelakangEtanol diperlukan untuk substitusi
BBM
Adanya kelemahan dalamfermentasi batch sehinggamenurunkan produktivitasdan akumulasi produkdapat meracuni mikroba
Dilakukan proses fermentasikontinyu dengan immobilisasisel yang terintegrasi denganekstraksi
Mikroorganismeyang umum digunakan
adalah Zymomonas
mobilis dan Saccaromyces
cerevisiae saja sehinggaperlu membandingkan
mikroorganisme lain.
Jurusan Teknik Kimia FTI-ITS
Macam Metode Fermentasi
Kelemahannya :Produktifitas etanol rendah Inhibisi karena akumulasi etanol
FERMENTASIBATCH
Meningkatkan Produktifitas etanol mengatasi inhibisi
FERMENTASIEKSTRAKTIF
Kelemahannya :Kadar etanol rendah banyaknya gula yang tidak terkonversi
FERMENTASIKONTINYU
Metode yang Dipilih
Jurusan Teknik Kimia FTI-ITS
Fermentasi-EkstraktifFERMENTASI EKSTRAKTIF
Teknik mendapatkan etanol denganmelakukan proses fermentasi danekstraksi secara bersama-sama
Mengurangi inhibisi dari produk akhiruntuk meningkatkan efisiensi prosessecara keseluruhan
Pelarut yang dipilih pada ekstraksiadalah yang tidak beracun
Jurusan Teknik Kimia FTI-ITS
Tujuan Penelitian
Mengetahui performa terbaik dari variasimikroorganisme yang digunakan dalammemproduksi etanol dengan fermentasiekstraktif.
Mengetahui karakteristik kinerja sistemfermentasi kontinyu dalam bioreaktor packedbed dengan variasi mikroorganisme
Jurusan Teknik Kimia FTI-ITS
Manfaat Penelitian
Mengetahui variasi mikroorganisme yang dapat digunakan untuk memproduksi etanol dengan proses fermentasi ekstraktif.
Digunakan sebagai media dalam pengembangan penelitian pembuatan etanoldengan cara fermentasi ekstraktif.
Jurusan Teknik Kimia FTI-ITS
TINJAUAN PUSTAKA
Jurusan Teknik Kimia FTI-ITS
Bahan BakuDipilih nira siwalan dengan alasan:
• Ketersediaannya melimpah
• Tidak memerlukan proses hidrolisa
• Ekonomis
KomponenKadar (%b/v) Rata – rata
(%b/v)Replika 1 Replika 2 Replika 3
Fruktosa 2,08 2,17 2,21 2,15
Glukosa 2,80 2,72 2,81 2,78
Sukrosa 0 0 0 0
Berdasarkan Hasil Analisa HPLC :
Jurusan Teknik Kimia FTI-ITS
Etanol
Rumus molekul :C2H5OH Rumus empiris :C2H6O
Sifat• tidak berwarna• mudah menguap• tidak berasa• memiliki bau yang khas.• titik didih (73,32o C)• titik kritis (243,1o C) • densitas (0,7893 g/mL pada suhu 20o C)
Jurusan Teknik Kimia FTI-ITS
Zymomonas mobilis termutasi A3
Karakteristik:• Tahan pada pH rendah antara 4-5• Morfologi lebih besar dengan gerakan lebih sedikit• Fase adaptasi kurang lebih 3 jam• Tahan pada suhu tinggi 50oC
(Alfena ,2008)
Kelebihan dibandingkan Saccharomyces cerevisiae:• Produksi biomass lebih rendah• Tidak perlu mengontrol kelebihan oksigen selama
proses fermentasi• Yield etanol yang dihasilkan lebih tinggi• Waktu fermentasi yang lebih singkat• Laju metabolisme dari gulanya lebih tinggi
(Bai,2008)
Jurusan Teknik Kimia FTI-ITS
Saccharomyces cerevisiae
Karakteristik:• cepat berkembang biak• tahan terhadap suhu yang tinggi diatas 30oC pada
pH 4,8• mempunyai sifat stabil dan cepat mengadakan
adaptasi
Keuntungan: • Hemat biaya• Mudah digunakan• Memiliki kemampuan fermentasi
tinggi• Dosis pemakaian rendah
Jurusan Teknik Kimia FTI-ITS
Pichia StipitisKarakteristik:• Dominasi haploid, ragi heterotolik yang memiliki
hubungan dengan Candida shehatae dan pentosa metabolisme ascomycetous ragi species
• Memiliki kapasitas tertinggi untuk fermentasi xylose
(Vaughan Martini, A. E. 1984)
Kelebihan Pichia Stipitis:Pichia Stipitis dapat menghasilkan etanol dengan rate produksi yang tinggi dalam campuran glukosa dan xylosa. Semakin tinggi fraksi glukosa yang terkandung dalam campuran glukosa dan xylosa, semakin tinggi etanol yang dihasilkan. (Frank K. Agbogbo, 2006)
Jurusan Teknik Kimia FTI-ITS
Kluyveromyces Marxianus
Karakteristik:.• Pada bagian spora, halus mulai bulat kacang atau
berbentuk sabit, spora dewasa biasanya mengandung lipid
• Kluyveromyces Marxianus mempunyai kemampuandalam fermentasi gula pada suhu yang tinggi (hinggasuhu 45° C) dan dapat bertumbuh dengan baik pada pH 4,5-5.
Kelebihan Kluyveromyces Marxianus:Kluyveromyces Marxianus dapat menghasilkan etanol dengan rate produksi yang tinggi dalam campuran glukosa, xylose, mannose, dan galactose. Semakin tinggi fraksi glukosa yang terkandung dalam campuran, semakin tinggi etanol yang dihasilkan.
Hamidimotlagh dkk (2007)
Jurusan Teknik Kimia FTI-ITS
Karaginan• Getah rumput laut dari hasil
ekstraksi rumput laut merah
dengan menggunakan air
panas (hot water) atau larutan
alkali pada temperatur tinggi
(Glicksman 1983)
• Mampu membentuk gel dalam
air dan bersifat reversible• Sensitif terhadap ion kalium
dan membentuk gel kuat
dengan adanya garam kalium
• Viskositas : 5 - 800 cPs
Jurusan Teknik Kimia FTI-ITS
Fermentasi Dengan Immobilisasi Sel
Suatu proses untuk menghentikan pergerakan
dari molekul enzim atau sel yang ditahan pada
tempat tertentu dalam suatu ruang reaksi yang
digunakan sebagai katalis
Entrapment
Jurusan Teknik Kimia FTI-ITS
Keuntungan Immobilisasi Sel
menggunakan metode entrapment
• Densitas sel yang tinggi pada setiap unit bioreaktor sehingga produktifitas tinggi
• Sel yang terimobilisasi dapat digunakan kembali• Suatu proses kontinyu yang mungkin dioperasikan akan
melewati nominal rate washout • Pemisahan yang mudah dari biokatalis dan fase liquid dari
produk yang diinginkan sehingga akan memperkecil biaya pemisahan
• Meningkatkan toleransi atau perlindungan pada sel dari inhibisi produk
Jurusan Teknik Kimia FTI-ITS
Penelitian Terdahulu
Richard D. Offeman, Serena K.Stephenson,
Diana Franqui, Jessica L.Cline, George H.
Robertson, William J. Orts (2008)
Solven 1-octanol, 1-dodecanol, 2-hexyl 1-
decanol
1-octanol etanol 7%, konsumsi gula 34%
Ayu Ratna Permanasari dan Ririn Indriani A.R
(2012)
Zymomonas mobilis,molasses
Solven amyl alcohol, recycle ratio
0%,50%,60%,70%,80%
Amyl alcohol bersifat toxic
Yield 32,58%
Produktivitas 192, 15 g/L.h
Astuti Lisa Wardani dan Azlina Tyara Putri
(2012)
• Nira Siwalan, Z.mobilis dan S.cerevisiae
• Solven amyl alcohol, tanpa recycle dan 50%
recycle
• Z.mobilis, recycle 50% yield 33,63%
• Produktivitas 161,02 g/L
Ana dan Nadia Sanggra (2013)
• Nira Siwalan, Z.mobilis dan
S.cerevisiae, Pichia stipitis
• Solven amyl alcohol, n-butanol tanpa
recycle dan 50% recycle
• Z.mobilis, recycle 50% yield 44,83%
• Produktivitas 264,41 g/L
Jurusan Teknik Kimia FTI-ITS
METODOLOGI PENELITIAN
Jurusan Teknik Kimia FTI-ITS
Variabel Dalam Penelitian
Pelarut • n- Amyl alcohol
Mikroorganisme
• Z.mobilis termutasi
• Campuran S.cerevisiae+Pichia
stipitis
• Campuran Pichia
stipitis+Kluyveromyces marxianus
Recycle • Tanpa Recycle
Jurusan Teknik Kimia FTI-ITS
Tahapan Proses
Pengukuran konsentrasi gula reduksi sisa dan konsentrasi etanol
Proses Fermentasi Ekstraktif
Pembuatan Immobilisasi Sel karaginan
Pretreatment Nira Siwalan
Pengembangan Kultur
Jurusan Teknik Kimia FTI-ITS
Pengembangan KulturPelarutan Penempatan Sterilisasi
PenggoresanInkubasiPenyimpanan
40 gram Nutrien agar dilarutkan pada100ml aquadest, dipanaskan padasuhu 70˚C
6ml setiap tabung reaksi 121˚C, 15 menit
Biakan murni Z. Mobillis termutasi A330˚C,24 jam
Jurusan Teknik Kimia FTI-ITS
Pre Treatment Nira Siwalan
dipanaskan(80˚C, 20 menit)
Sterilisasi
pH dan Nutrisi
20 menit
121˚C , 15 menitH2SO4 pH 4-5
(NH4)2SO43 gr
KH2PO41,53gr
MgSO4. 7H2O 0,55gr
Jurusan Teknik Kimia FTI-ITS
Pembuatan Starter (Z.mobilis)
KULTUR
Zymomonasmobilis termutasi
PENANAMAN
4 oseculture
100 ml media nutrisi, 10 g yeastextract; 1 g (NH4)2SO4; KH2PO4 1g; MgSO4.7H2O 0.5 g
INKUBASI
Inkubasi di inkubator shaker
30oC, 15 hours
Jurusan Teknik Kimia FTI-ITS
PRE-TREATMENT(Pichia stipitis +Saccharomyces, Phicia+K.Marxianus)
(NH4)2SO4 1 gram
MgSO4. 7H2O 0,5 gram
KH2PO4
1gram Yeast extract 10 gram
Dimasukkan dalaminkubator shaker selama 15 jam dengan suhu 35oC
100 ml nira siwalan dipanaskanselama 20 menit
• Menginokulasikan mikroorganisme pada nira, sebanyak 3ose Pichia Stipitis dan 1 ose Saccharomyces
• Dengan cara yang sama, menginokulasikanmikroorganisme sebanyak 3 kali Kluyveromyces marxianusdan 1 ose Pichia stipitis
Jurusan Teknik Kimia FTI-ITS
Penanaman Pembiakkan Pencampuran
PencetakkanPencucian
Peningkatan pertumbuhan
Penyimpanan
4 ose Z.Mobillis dalam 100 ml nira siwalan yangsudah ditambahkan nutrisi (1g (NH4)2SO4, KH2PO4
1 g, MgSO4.7H2O 0.5 gram, yeast ekstrak 10 gram
Inkubator shaker30˚C, selama 15jam
50ml media nutrisi dlm450ml larutan karaginan50˚C
Dicetak dgn diameter 2mmpada 1000ml larutan KCl 3,5%
Bead dicuci dlm 1000ml larutanNaCl 0,85%
Disaring dari larutannya, disimpan pada4˚CInkubator shaker 30˚C,
selama 24 jam
Pembuatan Immobilisasi Sel dalam
Larutan Karaginan
Bead dimasukan dalam nirauntuk feed
Jurusan Teknik Kimia FTI-ITS
Skema Alat Percobaan
1 2
3
4
7
6
8 7 1. Tangki Penampung Solven2. Tangki Penampung Nira3. Fermentor (packed bed)4. Tangki Penampung Broth
5. Ekstraktor6. Tangki Penampung Rafinat7. Tangki Penampung Ekstrak8. Pompa Peristaltik Solven9. Pompa Peristaltik Nira
4
5
Tanpa recycle
Jurusan Teknik Kimia FTI-ITS
HASIL DAN PEMBAHASAN
Jurusan Teknik Kimia FTI-ITS
Pada Nira Siwalan Murni
Analisa Yang Dilakukan
Nira
Siwalan
Kadar
Glukosa,
Fruktosa,
Sukrosa
Analisa HPLC
(High Pressure Liquid Cromatography)
Jurusan Teknik Kimia FTI-ITS
Pada Hasil Proses Fermentasi
Analisa Yang Dilakukan
Broth
Fermentasi
Kadar
Glukosa
Pada Hasil Proses Ekstraksi
Analisa DNS, Spektrofotometer
Broth, Ekstrak, Rafinat
KadarEtanol
Gas Chromatography
Jurusan Teknik Kimia FTI-ITS
Perbandingan Grafik Konsentrasi Gula reduksi
Sisa dalam Fermentasi terhadap Waktu
Mikroorganisme Zymomonas mobilis termutasi memiliki kemampuanlebih cepat dalam mengkonversi glukosa menjadi etanol sehingga tidak
membutuhkan waktu yang lama dalam proses fermentasi apabiladibandingkan dengan campuran P. stipitis + S. cerevisiae dan
campuran K. marxianus + P. stipis
Jurusan Teknik Kimia FTI-ITS
Pengaruh Mikroorganisme Pada Proses Fermentasi-Ekstraktif Terhadap Yield
45.484
20.897
6.827
37.372
16.215
2.754
0.000
5.000
10.000
15.000
20.000
25.000
30.000
35.000
40.000
45.000
50.000
Zymomonas mobilis TermutasiA3
Pichia + Sacharomyces Kluyveromyces + Pichia
Yiel
d (%
)
Yield Fermentor Yield Overall
Jurusan Teknik Kimia FTI-ITS
Pengaruh Mikroorganisme Pada Proses Fermentasi-Ekstraktif Terhadap Produktivitas
178.298
81.915
26.764
146.500
63.564
10.794
0.000
20.000
40.000
60.000
80.000
100.000
120.000
140.000
160.000
180.000
200.000
Zymomonas mobilisTermutasi A3
Pichia + Sacharomyces Kluyveromyces + Pichia
Prod
uktiv
itas
(g/L
.Jam
)
Produktivitas Fermentor Produktivitas Overall
Jurusan Teknik Kimia FTI-ITS
0.000
10.000
20.000
30.000
40.000
50.000
60.000
70.000
Zymomonas mobilisTermutasi A3
Pichia +Sacharomyces
Kluyveromyces +Pichia
69.660
32.932
10.275
Kon
sent
rasi
Etan
ol(g
/L)
Pengaruh Mikroorganisme Pada Proses Fermentasi-Ekstraktif Terhadap Konsentasi Etanol
Jurusan Teknik Kimia FTI-ITS
KESIMPULAN DAN SARAN
Jurusan Teknik Kimia FTI-ITS
Kesimpulan
Pada kondisi substrat dengan konsentrasi gula reduksisebesar 150 g/L. Dapat disimpulkan :1. Proses fermentasi kontinyu menggunakan Zymomonas
mobilis A3 memberikan hasil produktivitas dan yield
etanol yang terbaik, yaitu masing-masing sebesar178,296 g/L.jam dan 45,454 %.
2. Proses ekstraksi tanpa recycle menggunakanZymomonas mobilis A3 memberikan hasil % recoveryyang terbaik, yaitu 61,935 %
3. Proses fermentasi kontinyu dan ekstraksi secaraterintegrasi tanpa recycle menggunakan Zymomonas
mobilis A3 memberikan hasil produktivitas dan yield
etanol yang terbaik, yaitu masing-masing sebesar146,50 g/L.jam dan 37,372 %.
Jurusan Teknik Kimia FTI-ITS
Saran
1. Nira siwalan harus segera ditreatment,karena dapat terfermentasi secara cepat.
2. Perlu dilakukan pembekuan pada nirasiwalan yang telah di pretreatment agarglukosa tidak terfermentasi.
3. Analisa terhadap sampel yang diambil harussegera dilakukan supaya tidak terjadifermentasi lanjut.
4. Perlu dilakukan pembekuan terhadap sampelyang telah diambil agar tidak terjadifermentasi lanjut.
Jurusan Teknik Kimia FTI-ITS
Top Related