Praktikum Mikrobiologi Industri (Fermentasi Alkohol)

 Konnichiwaaaa, yo kali ini minzo (panggilan admin zero) mau share terkait praktikum yang ada sewaktu kuliah teknik kimia. untuk yang pertama ada praktikum mikrobiologi, #VIRUSTEAM, hahaha berasa nostalgia. untuk yang ketujuh ada dari BAB Fermentasi Alkohol nih sob. langsung aja yukkkk

7.1.       Tujuan Percobaan

-  Mengetahui cara pembuatan alkohol dengan proses fermentasi dengan bantuan khamir Saccharomyces Cerevicae.

-       Menentukan kadar alkohol hasil fermentasi.

7.2.       Tinjaun Pustaka

Fermentasi merupakan proses terjadinya pemecahan zat-zat organik secara aerob dan anaerob, penguraian dapat terjadi dari komplek menjadi sederhana dan sebaliknya dengan bantuan mikroorganisme sehingga menghasilkan energi (Afrianti, 2013).

Jenis-jenis fermentasi:

-       Fermentasi alkohol

Fermentasi alkohol merupakan suatu reaksi pengubahan glukosa menjadi etanol (etil alkohol) dan karbon dioksida. Organisme yang berperan yaitu Saccharomyces Cerevisiae (ragi) untuk pembuatan tape, roti atau minuman keras.

-       Fermentasi asam laktat

Fermentasi asam laktat adalah respirasi yang terjadi pada sel hewan atau manusia, ketika kebutuhan oksigen tidak tercukupi akibat bekerja terlalu berat. Di dalam sel otot asam laktat dapat menyebabkan gejala kram dan kelelahan.

-       Fermentasi asam cuka

Merupakan suatu contoh fermentasi yang berlangsung dalam keadaan aerob. fermentasi ini dilakukan oleh bakteri asam cuka (Acetobacter Aceti) dengan substrat etanol. Energi yang dihasilkan 5 kali lebih besar dari energi yang dihasilkan oleh fermentasi alkohol secara anaerob (Wikipedia, 2014).

Faktor yang mempengaruhi fermentasi:

-       Media Fermentasi

Komposisi media dan kondisi lingkungan merupakan faktor yang sangat penting bagi keberhasilan proses fermentasi. Media harus mengandung nutrien (zat gizi) untuk pertumbuhan, sumber energi, penyusunan substansi sel dan biosintesis produk fermentasi

-       Mikroorganisme

Mikroorganisme tersebut harus mampu tumbuh pada substrat dan mudah beradaptasi dengan lingkungan, mikroorganisme harus mampu mengeluarkan enzim-enzim penting yang dapat melakukan perubahan yang dikehendaki secara kimia.

-       Oksigen

Tersedianya oksigen tergantung pada tujuan dari fermentasi. Fermentasi bersifat aerob, mikroorganisme tumbuh membutuhkan oksigen. Fermentasi bersifat anaerob, mikroorganisme tumbuh tidak membutuhkan oksigen.

-       Suhu

Suhu berpengaruh bagi pertumbuhan mikroorganisme, pada suhu di atas 60°C.

-       pH

Pada waktu mikroorganisme mensintesis produk metabolit, pH substrat dapat mengalami perubahan karena hasil metabolit mungkin sangat alkali atau asam. Perubahan pH tidak disukai oleh mikroorganisme, karena dapat mengganggu pertumbuhannya dan pada gilirannya dapat mempengaruhi pembentuk produk (Afrianti, 2013).

Bahan baku dan komposisi yang akan digunakan pada proses fermentasi:

-       Konsentrasi gula yang ditambahkan                  : 9% (90 gr/L)

-       Hasil khamir atas dasar gula yang dikonsumsi  : 50%

-       Volume fermentor                                              : 2200 L

-       Produktivitas khamir                                          : maks 70 kg/m³/jam

-       Jam operasi                                                         : 5670 jam/th

-       Kapasitas khamir                                                : maks 92,4 ton/th dengan kadar air

                                                                              4%.

Syarat bahan baku yang baik:

-       Mudah untuk tumbuh

-       Tahan alkohol dan gula tinggi, efisien dalam mengubah karbohidrat menjadi alkohol

-       Suhu pertumbuhan maksimum adalah 90ºC dan tidak banyak berubah karena adanya perubahan pH, suhu, dan tekanan osmose (Hidayat, 2006).                                                  

Jenis-jenis fermentor:

A.  Berdasarkan proses penyebaran organisme dan media dalam bejana:

-          Reaktor dengan agitasi internal

Merupakan bioreaktor yang paling lazim digunakan di bebagai industri fermentasi. Grup ini termasuk stirred tank reactor

-          Bubble Column Bioreactor

Merupakan bioreaktor paling sederhana. Terdiri dari tabung panjang dengan beberapa sparger di bagian dasarnya

-          Loop Reactor

Merupakan column biorector di mana percampuran dan sirkulasi diinduksi dengan alat-alat tertentu.

B.  Berdasarkan penggunaan alat:

-          Air lift loop reactor

-          Pro peller’loop reactor

-          Jet loop reactor (Afrianti, 2013).

Fermentasi etanol, juga disebut sebagai fermentasi alkohol, adalah proses biologi dimana gula seperti glukosa, fruktosa, dan sukrosa diubah menjadi energi seluler dan juga menghasilkan etanol dan karbon dioksida sebagai produk sampingan. Karena proses ini tidak membutuhkan oksigen, melainkan khamir yang melakukannya, maka fermentasi etanol digolongkan sebagai respirasi anaerob (Wikipedia,2014).

Fungsi bahan yang digunakan saat praktikum:

-       Amonium Sulfat ((NH₄)₂SO₄) berfungsi sebagai pupuk nitrogen yang penting, umumnya diproduksi sebagai produk sampingan

-       Asam Sulfat (H₂SO₄) ini bertujuan untuk mengasamkan garam dan menghasilkan asam yang lebih lemah (mengatur pH)

-       Saccharomyces Cerevisiae berfungsi dalam pembuatan roti dan bir, karena Saccharomyces bersifat fermentatif (melakukan fermentasi, yaitu memcah glukosa menjadi karbon dioksida dan alkohol) kuat. Namun, dengan adanya oksigen, Saccharomyces juga dapat melakukan respirasi yaitu mengoksidasi gula menjadi karbon dioksida dan air

-       Kalium Dikromat (K₂Cr₂O₇)  berfungsi sebagai oksidator maupun katalis (Wikipedia, 2014)

-       Natrium Tiosulfat (Na₂S₂O₃) berfungsi sebagai titran (bahan baku sekunder pada proses titrasi di dalam buret) (Underwood, 1994)

-       Kalium Iodida (KI) berfungsi sebagai indikator (Wikipedia, 2014).

Syarat-syarat mikroorganisme yang baik:

-       Mikrobia harus mampu tumbuh dengan cepat dalam suatu substrat dan lingkungan yang cocok dan mudah untuk dibudidayakan dalam jumlah besar

-       Organisme harus memiliki kemampuan untuk mengatur ketahanan fisiologis dalam kondisi dan menghasilkan enzim-enzim esensial

-       Kondisi lingkungan yang diperlukan bagi pertumbuhan dan produksi maksimum secara komparatif harus sederhana (Desrosier, 1988).

Biasanya dalam proses fermentasi alkohol digunakan khamir murni  Saccharomyces Cerevisiae. Strain dari S. Ellipsoides juga sering digunakan. Khamir ini dapat mengubah glukosa menjadi alkohol dan CO₂. Pada prinsipnya reaksi dalam proses pembuatan alkohol dengan fermentasi adalah sebagai berikut:

C₆H₁₂O_{6          menjadi}             2 C₂H₂O_{5 +} CO₂

Jika digunakan disakarida seperti sakarosa, reaksinya adalah sebagai berikut:

Reaksi hidrolisis reaksi fermentasi sama seperti penggunaan monosakarida.

C₁₂H₂₂O₁₁ + H₂O        menjadi            2 C₆H₁₂O₆

Ada berbagai faktor yang mempengaruhi kehidupan ragi (Sacharomycess Cerevisae), yaitu:

A.  Nutrisi (Zat Gizi)

Dalam kegiatannya khamir memerlukan penambahan nutrisi untuk pertumbuhan dan perkembangan, yaitu:

-       Unsur C, ada faktor karbohidrat

-       Unsur N dengan penambahan pupuk yang mengandung nitrogen, misal urea, ZA, amonia, dan sebagainya

-       Unsur P, dengan penambahan pupuk fosfat, misal NPK, TSP, DSP, dan sebagainya

-       Mineral-mineral

-       Vitamin-vitamin.

B.  Keasaman (pH)

Untuk fermentasi alkohol, khamir memerlukan media dengan suasana asam, yaitu sntara pH 4,8-5,0. Penambahan pH dapat dilakukan dengan penambahan asam sulfat jika substratnya alkalis atau dengan natrium bikarbonat jika substratnya asam.

C.  Suhu

Suhu yang ooptimum untuk pertumbuhan dan perkembangbiakan adalah 28ºC-30 ºC. Pada waktu fermentasi terjadi kenaikan panas, karena reaksinya eksoterm.

D.  Udara

fermentasi alkohol berlangsung secara anaerobik (tanpa udara). Namun, udara diperlukan pada proses pembibitan sebelum termentasi untuk perkembangbiakan khamir tersebut (Hidayat, 2006).

Bioetanol merupakan etanol yang berasal dari sumber hayati, misalnya tebu, ubi kayu, garut, jerami, dan bonggol jagung. Bahan baku pembuatan bioetanol terdiri dari bahan-bahan yang mengandung karbohidrat, glukosa dan selulosa. Penggunaan pati sebagai bahan baku industri sangat luas diantaranya pada industri makanan, tekstil, kosmetika, bioetanol dan lain-lain.

Talas mempunyai variasi yang besar baik karakter morfologi seperti umbi, daun dan pembungaan serta kimiawi seperti rasa, aroma dan lain-lain. Tanaman talas bentul (Colocasia Esculenta L.) mempunyai nama lain, diantaranya nama Inggris yaitu Taro, Old Cocoyam, Dasheen, Eddoe. Nama Prancis adalah Taro. Dan di Indonesia dikenal dengan nama bentul, talas, keladi. Tanaman ini tumbuh dengan baik di tanah yang basah. Temperatur 25–30 ºC dan kelembaban yang tinggi memperbaiki pertumbuhan. Tanaman ini dapat mentoleransi bayangan/tempat teduh dan menjadi ditanam tanaman selingan pada pertanian.

Proses pembuatan bioetanol terjadi dalam tiga tahap:

-       Tahap pertama: persiapan bahan baku, yang berupa proses hidrolisa pati menjadi glukosa.

-       Tahap kedua: berupa proses fermentasi, merubah glukosa menjadi etanol dan CO₂.

-       Tahap ketiga yaitu pemurnian hasil dengan cara destilasi.

Hidrolisa adalah suatu proses antara reaktan dengan air agar suatu senyawa pecah terurai. Katalisator bisa berupa asam maupun enzim yang biasa digunakan adalah asam klorida, asam nitrat dan asam sulfat. Pemilihan ini didasarkan bahwa garam yang terbentuk setelah penetralan hasil merupakan garam yang tidak berbahaya yaitu garam

dapur. Pati yang terkandung dalam tepung talas dapat diubah menjadi alkohol, melalui

proses biologi dan kimia (biokimia). Pati hidrolisis glukosa fermentasi alkohol . Untuk mengubah pati menjadi gula diperlukan proses hidrolisa melalui reaksi sebagai berikut:

                                 (C₆H₁₀O₅)_n + nH₂O Hidrolisis n(C₆H₁₂O₆)

                                            (Polisakarida)                                       (Glukosa)

Cara membuat fermentasi bioetanol dari umbi talas:

-       Umbi talas terlebih dahulu dibuat tepung dengan cara menghaluskan talas menggunakan gilingan

-       Dikeringkan dengan bantuan sinar matahari sampai menjadi tepung talas.

-       Tepung talas kering selanjutnya digunakan pada reaksi hidrolisa dengan katalis enzim alpha amylase pada pH 6.9 suhu 80ºC.

-       Katalis enzim Glucoamylase pada pH 4.8 suhu 55ºC untuk menghasilkan glukosa.

-       Hidrolisa pati talas difermentasi menggunakan fermentor sederhana

-       Sebelum fermentasi dilakukan sterilisasi alat dan sterilisasi media menggunakan Autoklaft.

-       pH glukosa diatur dengan penambahan larutan NaOH sesuai variabel kemudian diambil masing-masing 50 mL sebagai starter.

-       Starter ditambahkan nutrisi urea 10 gram dan yeast Sacharomyces Cereviseae dengan konsentrasi 10 gr/L media.

-       Starter dimasukkan kedalam 500 mL media yang berada dalam Erlenmeyer  yang dilengkapi dengan selang pengambilan sampel dan selang pengeluaran CO2.

-       Setelah 4 hari proses fermentasi dihentikan dan dilanjutkan dengan distilasi pada suhu 80ºC untuk memurnikan etanol selanjutnya dikeringkan dengan metode adsorbsi menggunakan ads.

Pada proses fermentasi diperlukan waktu ± 24 jam untuk menghasilkan etanol optimum yang ditandai dengan kadar glukosa yang mendekati nol. Karena mikroba hidup dan berkembang pada kondisi tertentu dan spesifik, maka perlu pengkondisian, seperti pH, suhu, kadar media, yeast dan nutrien agar didapatkan etanol maksimum. Destilasi dilakukan pada suhu didih etanol yaitu 78–80ºC (Retno Dkk, 2009).

7.3.       Alat dan Bahan

A.       Alat                                                        B. Bahan

-        Autoklaf                                                  -    Aquadest (H₂O)

-        batang pengaduk                                     -    asam sulfat (H₂SO₄)

-        botol gelap                                              -    indikator amilum (C₆H₁₀O₅)

-        kompor listrik                                         -    kalium dikromat (K₂Cr₂O₇)

-        buret                                                        -    kalium iodida (KI)

-        Erlenmeyer                                             -    khamir Sacharomyces Cereviceae

-        Incubator                                                -    natrium tiosulfat (Na₂S₂O₃)

-        kaca arloji                                                -    poliamonium sulfat ((NH₄)₂SO₄)

-        kertas pH

-        pipet tetes

-        pipet volume

-        saringan

-        Shaker Waterbath

-        statif

-        timbangan digital

-        Thermometer

-        klem

7.4.       Prosedur Percobaan

A.       Pembuatan Starter

-       Mencampurkan 117 gram gula dan 500 mL aquadest diaduk sampai larut dan disterilkan dalam Autoklaf

-       Menambahkan 12,5 gram (NH₄)₂SO₄ kedalam campuran dan diaduk sampai larut

-       Mengatur pH 4-5

-       Menginokulasi dengan Saccharomyces Cerevicae 10 mL

-       Sebelum diinkubasi menimbang campuran (a) dan catat hasil timbangan

-       Menginkubasi campuran dengan plastik berlubang

-       Setelah diinkubasi 24-48 jam ditimbang campuran (b) dan catat hasil timbangan.

B.       Fermentasi Alkohol

-       Mencampurkan 117 gram gula dan 500 mL aquadest diaduk sampai larut dan disterilkan dalam Autoklaf

-       Menambahkan 12,5 gram (NH₄)₂SO₄ kedalam campuran dan diaduk sampai larut

-       Mengatur pH 4-5 dengan menggunakan H₂SO₄

-       Larutan campuran ditambahkan starter 10% (50 mL)

-       Menutup dengan plastik berlubang, memasukkan kedalam shaker sampai terjadi kenaikkan suhu

-       Mengeluarkan dari shaker, mengaerasi pada suhu 25-30 ºC dengan menutup plastik tanpa lubang selama 30-70 jam.

C.       Menentukan Kadar Alkohol Hasil Fermentasi

-       Menyaring hasil fermentasi

-       Menimbang 1,7 gram K₂Cr₂O₄ dan melarutkan dalam aquadest  sampai 100 mL

-       Menimbang 0,69 gram Na₂S₂O₃ dan melarutkan dalam aquadest  sampai 100 mL

-       Menimbang 1,7 gram KI dan melarutkan dalam aquadest  sampai 100 mL

-       Mengambil 10 mL alkohol hasil fermentasi yang telah disaring dan dimasukkan kedalam erlenmeyer

-       Menambahkan 8 mL larutan K₂Cr₂O₄ dan mengaduk hingga homogen lalu ditambahkan 0,5 mL H₂SO₄ pekat

-   Memanaskan larutan sekitar 10 menit agar terjadi oksidasi etanol menjadi asam asetat kemudian didinginkan larutan tersebut

-       Menambahkan larutan KI sampai volume 100 mL kemudian dimasukkan kedalam botol gelap dan disimpan pada tempat gelap selama 5 menit

- Menitrasi larutan diatas yang terbentuk dengan larutan Na₂S₂O₄ dengan indikator amilum.

- Mencatat volume titrasi.

7.5.         Kesimpulan

-    Pada fermentasi alkohol, pengubahan glukosa menjadi alkohol dapat dilakukan dengan bantuan mikroorganisme Saccharomyces Cereviceae karena khamir murni dari strain Sacharomyces Cereviceae dapat mengubah glukosa menjadi alkohol dan CO₂.

- Kadar alkohol dalam fermentasi alkohol adalah  0,000104%.

selesai, semoga bisa membantu ya sobat. Jangan lupa tetap jaga prokes!!!