I. Dasar Teori
Bio-etanol merupakan salah satu jenis biofuel (bahan bakar cair dari pengolahan tumbuhan) di samping Biodiesel. Bio-etanol adalah etanol yang dihasilkan dari fermentasi glukosa (gula) yang dilanjutkan dengan proses destilasi. Proses destilasi dapat menghasilkan etanol dengan kadar 95% volume, untuk digunakan sebagai bahan bakar (biofuel) perlu lebih dimurnikan lagi hingga mencapai 99% yang lazim disebut fuel grade ethanol (FGE). Proses pemurnian dengan prinsip dehidrasi umumnya dilakukan dengan metode Molecular Sieve, untuk memisahkan air dari senyawa etanol. Bahan baku bio-etanol yang dapat digunakan antara lain ubi kayu, tebu, sagu dan lain-lain.
Proses produksi Bio-etanol
Secara umum, proses pengolahan bahan berpati seperti ubi kayu, jagung dan sagu untuk menghasilkan bio-etanol dilakukan dengan proses urutan. Pertama adalah proses hidrolisis, yakni proses konversi pati menjadi glukosa. Pati merupakan homopolimer glukosa dengan ikatan a-glikosidik. Pati terdiri dari dua fraksi yang dapat dipisahkan dengan air panas, fraksi terlarut disebut amilosa dan fraksi tidak terlarut disebut amilopektin. Amilosa mempunyai struktur lurus dengan ikatan a-(1,4)-D-glikosidik sedangkan amilopektin mempunyai struktur bercabang dengan ikatan a-(1,6)-D-glikosidik sebanyak 4-5% dari berat total. Prinsip dari hidrolisis pati pada dasarnya adalah pemutusan rantai polimer pati menjadi unit-unit dekstrosa (C6H12O6). Pemutusan rantai polimer tersebut dapat dilakukan dengan berbagai metode, misalnya secara enzimatis, kimiawi ataupun kombinasi keduanya. Hidrolisis secara enzimatis memiliki perbedaan mendasar dibandingkan hidrolisis secara kimiawi dan fisik dalam hal spesifitas pemutusan rantai polimer pati.
Hidrolisis secara kimiawi dan fisik akan memutus rantai polimer secara acak, sedangkan hidrolisis enzimatis akan memutus rantai polimer secara spesifik pada percabangan tertentu. Enzim yang digunakan adalah alfa-amilase pada tahap likuifikasi, sedangkan tahap sakarifikasi digunakan enzim glukoamilase. Berdasarkan penelitian, penggunaan a-amilase pada tahap likuifikasi menghasilkan DE tertinggi yaitu 50.83 pada konsentrasi a-amilase 1.75 U/g pati dan waktu likuifikasi 210 menit, dan glukoamilase pada tahap sakarifikasi menghasilkan DE tertinggi yaitu 98.99 pada konsentrasi enzim 0.3 U/g pati dengan waktu sakarifikasi 48 jam. Tahap kedua adalah proses fermentasi untuk mengkonversi glukosa (gula menjadi etanol dan CO2.
Fermentasi etanol adalah perubahan 1 mol gula menjadi 2 mol etanol dan 2 mol CO2. Pada proses fermentasi etanol, khamir terutama akan memetabolisme glukosa dan fruktosa membentuk asam piruvat melalui tahapan reaksi pada jalur Embden-Meyerhof-Parnas, sedangkan asam piruvat yang dihasilkan akan didekarboksilasi menjadi asetaldehida yang kemudian mengalami dehidrogenasi menjadi etanol (Amerine et al., 1987). Khamir yang sering digunakan dalam fermentasi alkohol adalah Saccharomyces cerevisiae, karena jenis ini dapat berproduksi tinggi, toleranterhadap alkohol yang cukup tinggi (12-18% v/v), tahan terhadap kadar gula yang tinggi dan tetap aktif melakukan fermentasi pada suhu 4-32oC.
Setelah proses fermentasi selesai, dilakukan destilasi untuk memisahkan etanol. Distilasi merupakan pemisahan komponen berdasarkan titik didihnya. Titik didih etanol murni adalah 78oC sedangkan air adalah 100oC (Kondisi standar). Dengan memanaskan larutan pada suhu rentang 78 – 100oC akan mengakibatkan sebagian besar etanol menguap, dan melalui unit kondensasi akan bisa dihasilkan etanol dengan konsentrasi 95 % volume.
Azeotrop
Azeotrop adalah campuran dari dua atau lebih komponen yang memiliki titik didih yang konstan. Azeotrop dapat menjadi gangguan yang menyebabkan hasil distilasi menjadi tidak maksimal. Komposisi dari azeotrope tetap konstan dalam pemberian atau penambahan tekanan. Akan tetapi ketika tekanan total berubah, kedua titik didih dan komposisi dari azeotrop berubah. Sebagai akibatnya, azeotrop bukanlah komponen tetap, yang komposisinya harus selalu konstan dalam interval suhu dan tekanan, tetapi lebih ke campuran yang dihasilkan dari saling memengaruhi dalam kekuatan intramolekuler dalam larutan.
Azeotrop dapat didistilasi dengan menggunakan tambahan pelarut tertentu, misalnya penambahan benzena atau toluena untuk memisahkan air. Air dan pelarut akan ditangkap oleh penangkap Dean-Stark. Air akan tetap tinggal di dasar penangkap dan pelarut akan kembali ke campuran dan memisahkan air lagi. Campuran azeotrop merupakan penyimpangan dari hukum Raoult.
Efektifitas Distilasi
Secara teori, hasil distilasi dapat mencapai 100% dengan cara menurunkan tekanan hingga 1/10 tekanan atmosfer. Dapat pula dengan menggunakan distilasi azeotrop yang menggunakan penambahan pelarut organik dan dua distilasi tambahan, dan dengan menggunakan penggunaan cornmeal yang dapat menyerap air baik dalam bentuk cair atau uap pada kolom terakhir. Namun, secara praktek tidak ada distilasi yang mencapai 100%.
II. Alat dan Bahan
Bahan :
• 1 liter beras ketan putih
• ½ liter beras ketan hitam
• 1 buah ragi (12,58 gr Saccharomyces sp.)
• Air secukupnya
Alat :
• Kompor gas
• Panci penanak nasi
• Nampan ukuran besar
• Saringan teh
• Plastik kue ukuran besar
III. Prosedur Kerja
Cara Kerja :
• Beras Ketan hitam dan ketan putih dicampur dan dicuci, kemudian direndam dengan air selama 1 hari.
• Kemudian, pengukus nasi dipanaskan, ketan yang sudah direndam, airnya dibuang dan masukkan ketan ke dalam pengukus nasi, ketan di kukus selama 40 menit.
• Setelah dikukus, nasi ketan diangkat dan didinginkan. Setelah nasi ketan kemudian ketan di taburi ragi.
• Nasi ketan yang sudah ditaburi ragi dibungkus dengan plastik sehingga tidak ada udara dapat masuk kemudian ditempatkan pada wadah yang kedap udara selama 3-4 hari (fermentasi).
• Setelah 3-4 hari air tape dipisahkan dengan cara diperas, kemudian dilakukan distilasi dengan alat distilasi sederhana yang telah kami buat.
IV. Hasil dan Analisa
Dalam percobaan distilasi pembuatan ethanol dari tape ketan putih dan hitam ini didapatkan hasil yaitu :
• Setelah distilasi selama ± 2 jam didapatkan ethanol ± 20 ml dengan menggunakan alat distilasi.
Analisa
Setelah didapatkan ethanol hasil distilasi, kemudian dilakukan analisa untuk membuktikan apakah distilasi ethanol dari tape ketan berhasil menghasilkan ethanol.
• Uji nyala api
Ujia nyala api ini dilakukan untuk mengecek keberadaan ethanol dengan cara :
- Sekitar 5 tetes ethanol hasil distilasi di teteskan pada tisue sehingga membasahi seluruh tisue.
- Kemudian tisue dimasukan kedalam cawan dan dibakar dengan api.
Hasilnya adalah tisue dapat terbakar dan dihasilkan sedikit api biru, dimana api biru ini merupakan api yang dihasilkan dari pembakaran ethanol. Meskipun analisa ini merupakan analisa kasar (kualitatif) dari uji ethanol dan keefektifannya kurang, akan tetapi analisa ini dapat dijadikan suatu bukti bahwa terdapat ethanol ada hasil distilasi air tape ketan.
• Oksidasi dengan K2Cr2O7
Dimasukkan ke dalam 2 tabung reaksi yang berbeda 2 ml K2Cr2O7 2% dan tambahkan 5 tetes H2SO4 pekat. Goyangkan tabung reaksi tersebut kemudian tambahkan ke dalam tabung reaksi pertama 1 ml etanol. Hasil dari uji ini didapatkan hasil positif yaitu perubahan warna jingga larutan menjadi hijau, hal ini menandakan adanya ethanol dalam sampel.
V. Kesimpulan
- Dari campuran ketan hitam dan putih dihasilkan etanol sebanyak 20 mL.
- Dari uji nyala dan oksidasi dengan K2Cr2O7 terbukti terdapat kandungan etanol.
VI. Daftar Pustaka
• Nurbayti. Siti. 2006. Penuntun Praktikum Kimia Organik I. Fakultas Sains dan teknologi UIN Syarif Hidayatullah : Jakarta.
• Hasanah. Hafidatul. 2008. Skirpsi : Pengaruh Lama Fermentasi Alkohol Tape Ketan Hitam dan Tape Singkong. UIN Malang : Malang.
• Atmojo. K. P. 2006. Pengaruh Variasi Beras Ketan dan Suhu Fermentasi Terhadap Produksi Alkohol. Fakultas Biologi Universitas Atma Jaya Jogjakarta. Jogjakarta.
Tidak ada komentar:
Posting Komentar