Jurnal Teknik Patra Akademika
PENGARUH KONSENTRASI H 2 SO 4 PADA PERLAKUAN AWAL DAN WAKTU

## FERMENTASI TERHADAP KADAR BIOETANOL YANG DIHASILKAN
Euis Kusniawati 1
1) Program Studi Teknik Eksplorasi Produksi Migas, Politeknik Akamigas Palembang

## Abstrak
Jerami padi sebagai limbah hasil pertanian memiliki potensi untuk digunakan sebagai bahan baku energi alternatif,  yaitu  bioetanol  atau  bahan  bakar  alternatif  lainnya.  Jerami  padi  mengandung  selulosa  dan hemiselulosa yang dapat digunakan untuk memproduksi etanol dengan metode hidrolisis dan fermentasi. Jerami  padi  diberi  perlakuan  awal  dengan  alkali  dan  asam  encer  dengan  variasi  konsentrasi  1%,  2%, 3%,  4%  dn  5%.  selanjutnya  jerami  padi  dihidrolisis  secara  enzimatis  dan  difermentasi  untuk menghasilkan  bioetanol.  Hasil  penelitian  menunjukkan  bahwa  etanol  terbesar  yang  diperoleh  adalah 2,699%  pada 3 hari waktu fermentasi dengan konsentrasi asam sebesar 5% pada proses perlakuan awal.
Kata kunci: Bioetanol, jerami padi, perlakuan awal, hidrolisis dan fermentasi.

## Abstract
Rice  straw  as  agriculture  waste  has  the  potential  to  be  used  as  raw  material  for  alternative  energy, namely bioethanol or other alternative fuels. Rice straw contains cellulose and hemicellulose that can be used  to  produce  ethanol  by  hydrolysis  and  fermentation.  The  rice  straw  was  pretreated  by  alkaline  and acid  pretreatment.  Then,  pretreated  rice  straw  was  hydrolyzed  enzymatically  and  fermented  to  produce bioethanol.  The  results  showed  that  the  biggest  ethanol  obtained  was  2,699%  at  3  days  of  fermentation time and acid concentrations pretreatment of  5%.
Keywords: bioetanol, rice straw, pretreatment, hydrolysis,fermentation

## I. Pendahuluan
Seiring  bertambahnya  jumlah  penduduk,  maka semakin  banyak  pula  tuntutan  kebutuhan  energi  yang harus  dipenuhi  demi  kesejahteraan  sosialnya.  Indonesia sebagai  negara  berkembang,  maka  penyediaan  energi merupakan salah satu faktor pendukung demi kelancaran program-program  pembangunan.  Sampai  saat  ini, minyak  bumi  masih  menjadi  prioritas  utama  dalam pemenuhan  kebutuhan  energi.  Permintaan  bahan  bakar minyak  terus  mengalami  peningkatan,  sedangkan persediaan  energi  semakin  menipis.  Usaha  yang  dapat dilakukan  untuk  mengatasi  hal  tersebut  yaitu  dengan cara  menghasilkan  cadangan  energi  BBM  lewat  energi alternatif  diantaranya  pembuatan  bioetanol  (bahan pencampur BBM), biodisel (bahan pencampur solar) dan biogas  yang  merupakan  energi  alternatif  pengganti elpiji. Usaha ini bertujuan  untuk membantu rakyat yang terhimpit  kenaikan  harga  BBM  juga  dapat  menghemat biaya dan devisa  negara.
Bioetanol  yang  diproduksi  saat  ini  umumnya berasal  dari  etanol  generasi  pertama,  yaitu  etanol  yang dibuat dari gula (tebu, molases) atau pati-patian (jagung, singkong, dll). Bahan- bahan tersebut merupakan bahan pangan  dan  bahan  pakan.  Namun,  banyak  negara  di Amerika  menyebutkan  bahwa  konversi  bahan  pangan dan  bahan  pakan  menjadi  bioetanol  merupakan  salah satu penyebab naiknya harga-harga pangan dan pakan.
Oleh  karena  itu  arah  pengembangan  bioetanol mulai berubah ke arah pengembangan bioetanol generasi kedua,  yaitu  bioetanol  dari  biomassa  lignoselulosa. Beberapa  penelitian  dibelahan  dunia  sedang  gencar mencari  dan  mengembangkan  bioetanol  generasi  kedua ini.
Jerami padi merupakan salah satu limbah biomassa lignoselulosa  yang  mempunyai  kadar  selulosa  yang cukup  tinggi  dan  tersusun  lebih  dari  70%  karbohidrat, yang  terbentuk  dari  kumpulan  monosakarida  yang berbeda-beda.    Selulosa  ini  dapat  digunakan  untuk
Jurnal Teknik Patra Akademika Vol 6. No.2 Desember 2015
pembuatan  bioetanol  dengan  cara  hidrolisa  dan fermentasi.
Proses pemanfaatan biomassa lignoselulosa khususnya  jerami  padi  menjadi  materi  yang  lebih bernilai  ekonomis,  seperti  glukosa  dan  xilitol  harus melalui  tahap  perlakuan  awal  ( pretreatment ).  Proses perlakuan awal bertujuan untuk meningkatkan pembentukan  gula  (baik  dari  hemiselulosa  maupun selulosa),  menghindari  degradasi  atau  kehilangan karbohidrat,  menghindari  pembentukan  produk  hambat terhadap  hidrolisis  berikutnya  dan  proses  fermentasi sehingga  jika  dipandang  dari  sudut  ekonomi,  proses perlakuan awal lebih menghemat biaya (Sun and Cheng, 2002).
Metode  perlakuan  awal dapat  dilakukan  dengan salah  satu  atau  kombinasi  dari  tiga  cara,  yaitu:  fisika, kimia  dan  biologi.  Penggabungan  dua  atau  lebih perlakuan awal dari jenis  yang sama atau berbeda juga umum dilakukan. Berbagai metode perlakuan awal telah dipelajari  agar  memperoleh  biomassa  sebagai  sumber produksi  etanol.  Perlakuan  awal  yang  efektif  memiliki kriteria:  mempertahankan  fraksi  selulosa,  menahan  laju pembentukan  inhibitor  akibat  dari  degradasi  produk, energi yang sedikit dan efektif.

## II. Dasar Teori 2.1 Bioetanol
Bioetanol adalah etanol yang dihasilkan dari proses fermentasi gula dari bahan nabati (Nur, 2009). Bioetanol bersumber  dari  karbohidrat  yang  potensial  sebagai bahan  baku  seperti  tebu,  nira  sorgum,  ubi  kayu,  garut, ubi  jalar,  sagu,  jagung,  jerami,  bonggol  jagung  dan kayu.  Setelah  melalui  proses  fermentasi,  dihasilkan etanol.
Bahan baku bioetanol berasal dari:
1.  Nira  bergula  (sukrosa):  nira  tebu,  nira  nipah,  nira sorgum  manis,  nira  kelapa,  nira  aren,  nira  siwalan, sari-buah mete.
2.  Bahan  berpati:  tepung-tepung  sorgum  biji  (jagung cantel),  sagu,  singkong/gaplek,  ubi  jalar,  ganyong, garut, umbi dahlia.
3.  Bahan  berselulosa  (lignoselulosa)  yang  sekarang belum  ekonomis,  teknologi  proses  yang  efektif diperkirakan akan komersial pada dekade ini.
Sumber biomassa lignoselulosa dapat dikelompokkan sebagai berikut : 1.  Limbah  pertanian  atau  industri  pertanian  :  jerami, sekam  padi,  tongkol  jagung,  sisa  pangkasan  jagung, onggok, dll.
2.  Limbah perkebunan : TKKS, bagase, sisa paaangkasan tebu, kulit kakao, kulit buah kopi, dll.
3.  Limbah kayu dan kehutanan : sisa gergajian, limbaah sludge pabrik kertas, dll.
4.  Sampah  organik  :  sampah  rumah  tangga,  sampah pasar, dll.

## 2.2 Jerami Padi
Jerami padi merupakan salah satu limbah pertanian yang paling  besar  di  Indonesia.  Pemanfaatan  limbah  jerami padi  sebagai  salah  satu  bahan  baku  alternatif  produksi glukosa  dalam  proses  pembuatan  bioetanol  mulai dikembangkan  di  beberapa  negara  termasuk  di Indonesia.  Hal  ini  disebabkan  karena  selain  harganya murah  jerami  padi  juga  memiliki  kandungan  selulosa yang cukup tinggi yaitu 32,1%.
Tabel 1. Komposisi Jerami Padi
Sumber : Chang, et al. , 2011
Jerami  padi  mengandung  kurang  lebih  41% sellulosa  dan  13,88%  hemiselullosa.  Kedua  bahan polysakarida  ini  dapat  dihidrolisis  menjadi  gula sederhana  yang  selanjutnya    difermentasi  menjadi ethanol.

## 2.3.1 Lignoselulosa
Bahan  lignoselulosa  merupakan  biomassa  yang berasal dari tanaman, yang terbentuk dari tiga komponen utama,  yaitu  selulosa,  hemiselulosa,  dan  lignin. Ketersediaannya  yang  cukup  melimpah,  terutama sebagai  limbah  pertanian,  perkebunan,  dan  kehutanan, menjadikan  bahan  ini  berpotensi  sebagai  salah  satu sumber  energi  melalui  proses  konversi,  baik  proses fisika, kimia maupun biologis.
Pada  sel  kayu,  selulosa  membentuk  rangka, hemiselulosa membentuk matriks, dan lignin membentuk  kerak.  Lignin  berikatan  kovalen  dengan polisakarida,  bersifat  hidrofobia.  Dengan  proses hidrolisis,  bakteri  dan  enzim  mampu  memecah lignoselulosa. Selulosa dan hemiselulosa dapat dihidrolisis  menjadi  gula  sederhana  seperti  heksosa  dan xylan .  Karena  struktur  kristalnya,  lignoselulosa  lebih susah untuk dipecahkan.
Komposisi Persentase (%) Selulosa sebagai glukosa 41,06 Gula Hemiselulosa 13,88 Xylose 12,38 Arabinose 1,02 Galaktosa 0,48 Mannose 0,00 Lignin 25,33 Moisture 9,26 Ash, dan lainnya 10,46

## 2.3.2 Selulosa
Selulosa  adalah  suatu  polimer  yang  tidak bercabang  dari  glukosa  yang  dihubungkan  melalui ikatan  1-4 glikosida dan  merupakan  penyusun  utama dinding sel tanaman yang berbentuk serat dan berwarna putih dengan rumus molekul (C 6 H 10 O 5 )n..
Di  dalam  selulosa  alami  dari  tanaman,  rantai selulosa  diikat  bersama-sama  membentuk  mikrofibril yang  sangat  terkristal  ( highly  crystalline )  dimana  setiap rantai  selulosa  diikat  bersama-sama  dengan  ikatan hidrogen.  Sebuah  kristal  selulosa  mengandung  sepuluh rantai glukan dengan orientasi pararel.
Gambar 2. Struktur Selulosa

## 2.3.3 Hemiselulosa
Hemiselulosa adalah polisakarida yang mempunyai berat  molekul  lebih  kecil  daripada  selulosa.  Molekul hemiselulosa lebih mudah menyerap air, bersifat plastis, dan  mempunyai  permukaan  kontak  antar  molekul  yang lebih  luas  dari  selulosa  (Oshima,  1965).  Hemiselulosa umumnya  dikelompokkan  berdasarkan  residu  gula utama  yang  menyusun  rangkanya,  seperti: xylan , mannan,  galaktan,  dan glucan ,  dengan xylan dan mannan  adalah  gugus  utama  dari  hemiselulosa. Hemiselulosa  mirip  dengan  selulosa  yang  merupakan polimer  gula.  Namun,  berbeda  dengan  selulosa  yang hanya tersusun atas  glukosa, hemiselulosa tersusun dari bermacam-macam jenis gula. Hemiselulosa lebih mudah dihidrolisis  daripada  selulosa,  tetapi    lebih  sulit difermentasi menjadi etanol  (Perez et al ., 2005).
Gambar 3 .Struktur Hemiselulosa

## 2.3.4 Lignin
Lignin  bersifat  tidak  larut  dalam  kebanyakan pelarut  organik.  Lignin  yang  melindungi  selulosa bersifat  tahan  terhadap  hidrolisis  karena  adanya  ikatan eter.  Susunan  utama  lignin  adalah  ρ-kumaril  alkohol, koniferil alkohol dan sinapil alkohol.
OH OH p-kumaril
Gambar 4 . Susunan Utama Lignin (Deacon, 1997)

## 2.4. Perlakuan awal (Pretreatment) Lignoselulosa
Perlakuan  awal  biomassa  lignoselulosa  harus dilakukan untuk mendapatkan hasil yang tinggi, dimana penting  untuk  pengembangan  teknologi  biokonversi dalam skala komersial (Mosier, et al, 2005).
Perlakuan  awal  merupakan  tahapan  yang banyak memakan biaya dan berpengaruh besar terhadap biaya  keseluruhan  proses.  Sebagai  contoh  perlakuan awal  yang  baik  dapat  mengurangi  jumlah  enzim  yang digunakan dalam proses hidrolisis. Perlakuan awal dapat meningkatkan  hasil  gula  yang  diperoleh.  Gula  yang diperoleh  tanpa  perlakuan  awal    kurang  dari  20%, sedangkan  dengan  pretreatment  dapat  meningkat menjadi  90%  dari  hasil  teoritis.  Tujuan  dari    perlakuan awal adalah untuk membuka struktur lignoselulosa agar selulosa  menjadi  lebih  mudah  diakses  oleh  enzim  yang memecah  polimer  polisakarida  menjadi  monomer  gula. Tujuan secara skematis ditunjukkan pada gambar 5
O OH OH koniferil alkohol O OH O OH sinapil alkohol
Corresponding Author : euis@pap.ac.id
Gambar  5 .  Skema  tujuan  pretreatment  biomassa lignoselulosa (Mosier, et.al, 2005)
Selama  beberapa  tahun  terakhir  berbagai  teknik perlakuan  awal  telah  dipelajari  melalui  pendekatan biologi,  fisika,  kimia.  Menurut  (Sun  Cheng,  2002) perlakuan  awal    seharusnya  memenuhi  kebutuhan berikut ini:
1)  Meningkatkan  pembentukan  gula  atau  kemampuan menghasilkan  gula  pada  proses  berikutnya  melalui hidrolisis enzimatik
2)  Menghindari degradasi atau kehilangan karbohidrat 3)  Menghindari  pembentukan  produk  samping  yang dapat menghambat proses hidrolisis dan fermentasi
4)  Biaya yang dibutuhkan ekonomis

## 2.4.1 Delignifikasi
Limbah  lignoselulosik  merupakan  bahan  yang mengandung  lignin,  hemiselulosa  dan  selulosa.  Limbah lignoselulosa  dapat  dimanfaatkan  kembali  dengan menurunkan kadar ligninnya semaksimal mungkin
Dalam  pembuatan  etanol  dari  kayu  (jerami)  yang digunakan  adalah  selulosanya  sehingga  lignin  dalam kayu  harus  dihilangkan.  Proses  pemisahan  atau penghilangan  lignin  dari  serat  -  serat  selulosa  disebut delignifikasi atau pulping.

## 2.5   Hidrolisa
Hidrolisa  adalah  proses  antara  reaktan  dengan menggunakan air supaya suatu persenyawaan pecah atau terurai. Reaksi hidrolisa yaitu : (C 6 H 10 O 5 ) n + nH 2 O               nC 6 H 12 O 6 Selulosa          Air                   Glukosa Zat - zat penghidrolisa ada beberapa rnacam, antara lain
1.     Air
2.    Asam
3.    Basa
4.    Enzim
Beberapa  cara  hidrolisa  selulosa  yaitu  hidrolisa enzymatis,  hidrolisa  asam  encer  dan  hidrolisa  asam pekat.  Hidrolisa  enzymatis  adalah  hidrolisa  yang menggunakan bantuan enzym.
Proses  hidrolisis  yang  umum  digunakan  pada industri  etanol  adalah    hidrolisis  dengan  asam( acid hydrolysis )    menggunakan  asam  sulfat  (H 2 SO 4 )  atau dengan  menggunakan  asam  klorida  (HCl).  Proses hidrolisis  dapat  dilakukan  dengan  menggunakan  enzim yang  sering  disebut  dengan enzymatic  hydrolysis yaitu hidrolisis  dengan  menggunakan  enzim  jenis  selulase atau  jenis  yang  lain.  Keuntungan  dari  hidrolisis  dengan enzim  dapat  mengurangi  penggunaan  asam  sehingga dapat  mengurangi  efek  negatif  terhadap  lingkungan. Kemudian setelah proses hidrolisis dilakukan fermentasi menggunakan yeast seperti S.  cerevisiae untuk mengkonversi menjadi etanol.
Salah  satu  bakteri  penghasil  selulase  adalah aspergillus niger. Aspergillus niger adalah kapang genus aspergillus, famili Eurotiaceae, ordo Eurotiales, sub klas Plectomycetidae, klas Ascomycetes, sub divisi Ascomycotina  dan  divisi  Amastigmycota  (Pelezar  dkk, 1986).  Aspergillus  niger  mempunyai  kepala  pembawa konidia  yang  besar,  dipak  secara  padat,  bulat  dan berwarna  hitam  coklat  atau  ungu  coklat.  Kapang  ini mempunyai  bagian  yang  khas  yaitu  hifanya  bersepta, spora  yang  bersifat  seksual  dan  tumbuh  memanjang  di alas  stigma,  mempunyai  sifat  aerobik,  sehingga  dalam pertumbuhannya  memerlukakn  oksigen  yang  cukup. Aspergillus  niger  termasuk  mikroba  mesofilik  dengan pertumbuhan maksimum pada suhu 35 0 C – 37 0 C. Derajat keasaman untuk pertumbuhannya adalah 2 –  8,5  tetapi  pertumbuhan  akan  lebih  baik  pada  kondisi keasaman  atau  pH  yang  rendah  (Fardiaz,  1989). Keuntungan  fermentasi  substrat  menggunakan  kapang adalah  pertumbuhan  kapang  dapat  toleran  terhadap keadaaan  pH.  Aspergillus  niger  dapat  tumbuh  dengan cepat,  diantaranya  digunakan  secara  komersial  dalam produksi  asam  sitrat,  asam  glukonat  dan  pembuatan beberapa enzim seperti amilase, pektinase, amiglukosidase dan selulase.
Hidrolisa  selulosa  secara  enzimatis  memiliki beberapa  keuntungan,  yaitu  konversi  lebih  tinggi, menghasilkan produk samping yang minimal, kebutuhan energi  lebih  rendah  dan  kondisi  operasi  yang  relatif lebih rendah. Proses enzimatis merupakan proses bersih lingkungan (Gozan,2007).
Faktor-faktor  yang berpengaruh pada hidrolisis selulosa antara lain :
1. Suhu
Semakin tinggi suhu reaksi semakin cepat pula laju reaksinya.  Tetapi  kalau  proses  berlangsung  pada  suhu yang  tinggi,  konversi  akan  menurun.hal  ini  disebabkan adanya  glukosa  yang  pecah  menjadi  arang.  (Radley, 1954)
2. Waktu.
Semakin  lama  waktu  hidrolisis,  konversi  yang dicapai  semakin  besar  dan  pada  batas  waktu  tertentu akan  diperoleh  konversi  yang  relatif  baik.dan  apabila
Jurnal Teknik Patra Akademika
Vol 6. No.2 Desember 2015
konversi  diperpanjang  pertambahan  konversi  kecil sekali.
3. Konsentrasi katalisator.
Penambahan  katalisator  bertujuan  memperbesar kecepatan reaksi.
4. Kadar suspensi selulosa
Perbandingan  antara  air  dan  selulosa  yang  tepat akan membuat reaksi hidrolisis berjalan lebih cepat. Bila air  berlebihan,  maka  tumbukan  antara  air  dan  selulosa akan  berkurang  dan  ini  akan  memperlambat  jalannya reaksi.

## 2.7. Fermentasi
Menurut  Saono  (1974)  fermentasi  adalah  segala macam  proses  metabolik  dengan  bantuan  enzim  dari mikroba  (jasad  renik)  untuk  melakukan  oksidasi, reduksi,  hidrolisa  dan  reaksi  kimia  lainnya,  sehingga terjadi  perubahan  kimia  pada  suatu  substrat  organik dengan menghasilkan produk tertentu dan menyebabkan terjadinya  perubahan  kimia  pada  suatu  substrat  organik dengan  menghdari  mikroba  (jasad  renik)  untuk melakukan  oksidasi,  reduksi,  hidrolisa  dan  reaksi  kimia lainnya,  sehingga  terjadi  perubahan  kimia  pada  suatu substrat  organik  dengan  menghasilkan  produk  tertentu dan  menyebabkan  terjadinya  perubahan  sifat  bahan tersebut (Winarno dkk, 1980
Fermentasi  dapat  terjadi  karena  adanya  aktifitas mikroba  penyebab  fermentasi  pada  substrat  organik yang  sesuai  (Winarno,dkk,1980).  Menurut  Sungguh (1993)  fermentasi  adalah  proses  penguraian  unsur organik kompleks terutama karbohidrat untuk menghasilkan energi melalui reaksi enzimyang dihasilkan  oleh  mikroorganisme,  yang  biasanya  terjadi dalam keadaan anaerob dan diiringi dengan pembebasan gas.  Bahan  baku  energi  yang  paling  banyak  digunakan oleh mikroorganisme ialah glukosa.
Persamaan  reaksi  kimia  dari  fermentasi  adalah sebagai berikut:
C 6 H 12 O 6 (gula) →  2C 2 H 5 OH (alkohol) + 2CO 2 (karbon dioksida) + 2 ATP
Reaksi  ini  merupakan  dasar  dari  pembuatan  tape, brem,  anggur  minuman  lain-lain.  (Fessenden  and fessenden, 1982).
Pada  proses  ini  glukosa  difermentasikan  dengan enzim zimase invertase yang dihasilkan oleh sacharomyces  cereviseae.  Fungsi  enzim  zimase  adalah untuk  memecah  polisakarida  (pati)  yang  maish  terdapat dalam proses hidrolisis untuk diubah menjadi monosakarida  (glukosa).  Sedangkan  enzim  invertase selanjutnya  mengubah  monosakarida  menjadi  alkohol dengan  proses  fermentasi.  Pada  awal  fermentasi  masih diperlukan oksigen untuk pertumbuhan dan perkembangan  sacharomyces  cereviceae,  tetapi  tidak dibutuhkan  lagi  karena  kondisi  proses  yang  diperlukan adalah anaerob.

## 2.7.1 Yeast Saccharomyces cerevisiae
Saccharomyces  cerevisiae adalah  khamir  yang dapat  menghasilkan  alkohol.  Bentuk  selnya  oval  dan bulat, ukuran selnya pada malt agar dapat dilihat setelah 3  hari  pada  25 O C.  Dalam  proses  fermentasi, Saccharomyces  cerevisiae bereaksi  positif  terhadap glukosa,  galaktosa,  sukrosa,  maltosa  dan  raffinosa. Dengan Suhu minuman untuk S. cerevisiae adalah 9 O C dan  maksimumnya  37 O C.  Pada  awal  fermentasi  udara tidak  diperlukan  jadi  prosesnya  an  aerob.  Dengan adanya  udara  dapat  menyebabkan  tumbuhnya  bakteri yang tidak diinginkan, sehingga mengakibatkan berkurangnya alkohol hasil fermentasi.
Saccharomyces cerevisiae sangat tahan dan toleran terhadap  kadar  etanol  yang  tinggi.  Akan  tetapi  adanya kandungan  fulradehid,  asam  organik  dan  komponen fenolik  (hasil  samping  hidrolisis  asam  selulosa)  dapat menghambat  pertumbuhan S.  cerevisiae ,  bahkan kandungan  yang  tinggi  dan  furaldehid,  furfural  dan  5- hidroksimetil-fulfural dapat bersifat meracuni (Brandberg et  al. 2004).  Hasil  penelitian  Samsuri et  al.
(2005)  pada  fermentasi  bagase  yang  diberi  perlakukan awal  steam  dan  penjamuran  dengan  menggunakan S. cerevisiae dapat  menghasilkan  etanol  sebanyak  15,4 g/L.
Rendemen  alkohol  dari  hexosa  dalam  fermentasi menggunakan  yeast  dari  genus Saccharomyces (pada kondisi  yang  optimal)  dapat  mencapai  90%  (Boyles, 1984).  Efisiensi  pengubahan  energi  tersebut  dapat mencapai  97%  (Campbell,  1983).  Selain  yeast S. cerevisiae, bakteri Zymomonas  mobilis juga  merupakan salah  satu  bakteri  yang  efektif  dalam  fermentasi  etanol, akan tetapi rendemen etanol yang dihasilkan masih lebih sedikit  dibanding  yeast  karena  bakteri  tersebut  juga menghasilkan sejumlah produk lain seperti asetat, laktat dan gliserol.
III. Metode Penelitian

## 3.1. Bahan dan Alat
Bahan  utama  untuk  penelitian  ini  berupa  jerami padi  dan  bahan-bahan  kimia  untuk  keperluan  analisa antara  lain  :  6  %  NaOH,  enzim  aspergillus  niger  yang digunakan  pada  proses  hidrolisa  enzimatis,  H 2 SO 4 , buffer acetate, methanol teknis.
Beberapa alat yang digunakan untuk percobaan dan sebagai  pendukung  terutama  untuk  keperluan  analisa adalah  :  reaktor,  buret,  Erlenmeyer,  beaker  gelas,  oven, gelas ukur dan autoclave.
3.2. Cara kerja
1. Persiapan Bahan Baku
Persiapan  dilakukan  untuk  memperoleh  sampel jerami  padi    yang  siap  dianalisis  dan  siap  digunakan untuk penelitian.
Vol 6. No.2 Desember 2015
a. Sampel  diambil  dari  sawah  di  daerah  Jirak  sekayu. Jerami padi yang diambil adalah yang baru dipanen.
b. Jerami  padi    dibersihkan  dan  dicuci,  kemudian dicacah  hingga  berukuran  kurang  lebih  2  cm,  lalu dikeringkan dengan bantuan sinar matahari selama 7 hari, lalu dikeringkan dalam oven dengan suhu 80 o C selama  ±  1  jam,  atau  hingga  kering.  Kemudian digiling  dan  diayak  dengan  ayakan  berukuran  100 mesh.
c. Sampel  jerami  padi  dianalisa  kandungan  lignin dengan menggunakan metode ZnCl 2 -CH 3 COOH.

## 2. Proses Perlakuan Awal
Jerami  padi  dipotong  lalu  dikeringkan  di  panas matahari.  Haluskan  jerami  padi  hingga  ukuran  100 mesh.  Kemudian    menimbang    300  gram  jerami  padi, lalu  dimasukkan  kedalam  erlemeyer  2000  ml  dan  1000 ml. Tambahkan 2000 ml NaOH 6 % dan 1000 ml NaOH 6%, tutup rapat lalu dipanasi kembali pada suhu 121 o C selama  15  menit.  Kemudian  cuci  fase  solidnya  dengan air  beberapa  kali  hingga  pH  netral  kemudian dikeringkan. Menimbang jerami  yang telah dilignifikasi menggunakan  NaOH  sebesar  30  gram.  Masukkan  ke dalam  erlenmeyer  500  ml  kemudian  tambahkan  100  ml H 2 SO 4 1  %  dan  tutup  rapat  erlenmeyer  dengan  gabus kemudian dipanaskan dalam autoclave pada suhu 121 o C selama  15  menit.  Pisahkan  fase  airnya  sehingga  tersisa fase  seluligninnya.  ulangi  hal  yang  sama  untuk konsentrasi  asam  sulfat.  2,3,4  dan  5%.  Sampel  disaring dan  dicuci  hingga  pH  netral  kemudian  dikeringkan dalam oven pada suhu 105 o C. jumlah lignin yang hilang dihitung menggunakan Metode ZnCl 2 -CH 3 COOH.
3.  Isolasi Enzim Selulase
a. Peremajaan jamur Aspergillus niger
Mikroba  yang  digunakan  adalah Aspergillus  niger . Pembenihan  dilakukan  pada  media  PDA  ( Potato Dextrose  Agar )  secara  zig-zag  dengan  menggunakan kawat  inokulasi  di  dalam  cawan  petri  secara  aseptik. Mikroba diinkubasi pada suhu ± 30°C selama 120 jam.
b. Pembuatan Inokulum
Media cair disiapkan sebanyak 100 mL yang terdiri dari sukrosa 12,5%, (NH 4 ) 2 SO 4 0,25 %, KH 2 PO 4 0,2 %, selanjutnya  pH  media  cair  diatur  dengan  menggunakan HCl  1  M  hingga  pH  3.  Kemudian  ujung  kawat  ose dicelupkan ke dalam  etanol 96 % lalu dipanaskan pada api  bunsen  sampai  berwana  merah.  Biakan Aspergillus niger dari  media  PDA  diambil  dengan  menggunakan kawat ose lalu dicelupkan beberapa saat pada media cair hingga  tampak  keruh.  Pekerjaan  ini  dilakukan  di  ruang aseptik. Media cair kemudian ditutup dengan kapas dan diinkubasi pada suhu ± 30°C selama 24 jam.
c. Produksi Enzim selulase dalam media cair padat
Kapas  ditimbang  sebanyak  2%  dari  media  yang digunakan, kemudian dimasukkan ke dalam beaker glass 250  mL  dan  menambahkan  nutrisi  urea  0,03  g, MgSO 4 .7H 2 O,  0,005  g,  KH 2 PO 4 0,0023  g.  Kemudian ditambahkan  80  mL  aquadest  ke  dalam  media  tersebut. pH  diatur  hingga  pH  5  lalu  media  disterilkan  di  dalam autoclave pada  suhu  120  ºC  selama  15  menit.  Media yang telah disterilkan kemudian didinginkan. Selanjutnya  ditambahkan  suspensi  spora Aspergillus niger sebanyak  10  mL  pada  media  tersebut.  Media diinkubasi  pada  suhu  ± 30 o C  dengan  waktu  fermentasi 96 jam.
d. Pemisahan Enzim selulase
Hasil  fermentasi  diekstrak  dengan  aquadest sebanyak  100  mL  lalu  di  letakkan  pada rotary  shaker 150  rpm  selama  1  jam.  Cairan  hasil  fermentasi dipisahkan  dengan  menggunakan  kertas  saring.  Enzim yang  diperoleh  kemudian  disimpan  di  lemari  pendingin pada suhu 4 o C dan siap digunakan.
4. Proses Hidrolisa Hasil pretreatment dimasukkan kedalam erlenmeyer  500  ml  lalu  ditambahkan  100  ml  aquadest dan atur pH 4 – 5. Kemudian panaskan dalam autoclave pada  suhu  121 o C  selama  15  menit.  Bubur  jerami dibiarkan  menjadi  dingin.  Tambahkan  enzim  selulase sebanyak 10 ml kedalam bubur jerami tersebut lalu tutup rapat  erlenmeyer  dengan  gabus.  letakkan  erlenmeyer pada  rotary  shaker  selama  24  jam.  Setelah  24  jam pisahkan  fase  padat  dan  cairnya.  Analisa  glukosa menggunakan metode glukosa kit.
5. Proses Fermentasi
Masukkan cairan hasil hidrolisa sebanyak 50 ml ke dalam  Erlenmeyer  100  ml.  Tambahkan  4  gr Saccaromyces  Cerevisiae dan  diaduk  pada  150  rpm sampai  homogen.  Selanjutnya  larutan  difermentasikan selama 1 hari, 2 hari, 3  hari, 4 hari dan 5 hari    (sesuai dengan  perlakuan).  Etanol  yang  terbentuk  dianalisa dengan menggunakan GC.

## 3.5. Analisa Data

## 3.5.1. Kadar lignin
Delignifikasi  kandungan  lignin  dalam  sampel jerami  padi  sesudah  proses pretreatment dianalisa dengan  Metode  ZnCl 2 -CH 3 COOH.  Hal  ini  bertujuan untuk  mengevaluasi  pengaruh  variabel-variabel  proses terhadap laju delignifikasi.

## Perhitungan
Massa  lignin  ditentukan  dengan  adanya  perbedaan antara  massa  pada  filter  yang  kosong  dan  filter  dengan lignin  setelah  ekstraksi.  Kadar  lignin  dihitung  dengan rumus (Obolenskaya, 1991) :
Jurnal Teknik Patra Akademika
Vol 6. No.2 Desember 2015
Keterangan : L = kadar lignin m = massa sampel kering (g) m 1 = massa filter kosong (g) m 2 = massa filter dengan lignin setelah ekstraksi (g)

## 3.5.2. Kadar Glukosa
Untuk  menganalisa  kadar  glukosa  hasil  hidrolisa digunakan Spektrofotometer menggunakan glukosa kit Rumus penentuan kadar glukosa

## 3.5.3. Kadar Bioetanol
Menganalisa bioetanol yang
dihasilkan menggunakan Gas Chromatography (GC) untuk melihat fraksi-fraksi dan komposisi kimia  yang dihasilkan.

## Perhitungan
Kromatogram yang didapat setiap sampel kemudian  dihitung  kadar  etanol  yang  dalam  sampel dengan  menggunakan  rumus  (GC-2010 Plus  Series Instruction Manual , 2010) :

## IV. HASIL DAN PEMBAHASAN
4.1. Kadar Lignin Sebelum dan Setelah Pretreatment Pada  penelitian  ini,  proses  konversi  biomassa menjadi  bioetanol  diawali  dengan  proses  delignifikasi menggunakan  kombinasi  proses  alkali  dan  asam konsentrasi  rendah.  Adapun  hasil pretreatment dapat dilihat pada tabel 3 Tabel 3 Kadar Lignin Sebelum dan Setelah Fermentasi
Sebagai  bahan  utama  penelitian  ini,  jerami  padi mengalami  beberapa perlakuan terlebih dahulu  sebelum proses  pretreatment,  yaitu  penjemuran  di  bawah  sinar matahari yang dimaksudkan untuk mengurangi kandungan air dalam jerami padi, dan pengecilan ukuran dengan  cara  menghancurkan  jerami  padi  menggunakan alat penggiling hingga lolos ayakan 80 mesh. Setelah itu dilakukan penentuan terhadap kadar lignin.
Delignifikasi  jerami  padi    dimaksudkan  untuk mengurangi atau menghilangkan kandungan lignin yang terdapat  dalam  jerami,  karena  lignin  merupakan komponen  yang  tidak  diinginkan  dalam  proses  dan
secara  umum  dapat  dihilangkan  dengan  proses  kimia. Pada  penelitian  ini,  jerami  padi  mengalami  dua  tahap pretreatment  yaitu  tahap  pertama  dengan  menggunakan larutan alkali berupa NaOH dengan konsentrasi 6% dan tahap  kedua  pretreatment  dengan  menggunakan  asam sulfat konsentrasi rendah dengan variasi konsentrasi 1%, 2%, 3%, 4% dan 5%.
Gambar  6 Grafik  kadar  lignin  sebelum  dan  setelah pretreatment
Dari grafik diatas dapat dilihat bahwa kadar lignin cenderung  mengalami  penurunan  dengan  dilakukannya proses pretreatment.
Penelitian  yang dilakukan oleh Marsday and Gray (2006)  menyebutkan  bahwa  penggunaan  larutan  NaOH pada pretreatment jerami  padi  mampu  memutuskan ikatan  hidrogen  terutama  ikatan  inter  molekul  selulosa sehingga  selulosa  berada  dalam  keadaan  tidak  terikat. Keadaan  ini  menyebabkan  selulosa  menjadi  longgar baik  terhadap  ikatan  dengan  komponen  non-selulosa maupun  pada  selulosanya  sendiri  sehingga  enzim selulase dapat lebih mudah kontak dengan selulosa yang akhirnya  proses  hidrolisis  selulosa  menjadi  gula-gula sederhana  dapat  berjalan  lebih  sempurna.  Semakin tinggi  konsentarsi  larutan  NaOH,  kemampuan  untuk melarutkan  lignin  dan  merusak  struktur  selulosa  akan semakin  bertambah,  yang  mengakibatkan  serat-serat selulosa akan semakin longgar sehingga semakin mudah dihidrolisis oleh mikroorganisme (Gunam, 1997; Gunam et al., 2004; Lee  et al., 2009).
Berdasarkan penelitian yang dilakukan Jahar, et al . (2006)  dengan  menggunakan  H 2 SO 4 50%  pada  proses pretreatment hanya  mampu  menurunkan  kadar  lignin sebesar  48,8%.  Sementara  itu  Zhang and Cai  (2008) melakukan pretreatment pada jerami padi menggunakan larutan  NaOH  2%  mampu  menurunkan  kadar  lignin sebesar  36%,    pada  penelitian  ini  penggunaan  larutan NaOH  6%  dapat  menurunkan  kadar  lignin    sebesar 23,10% dan dengan memvariasikan proses pretreatment menggunakan  asam  dengan  konsentrasi  rendah,  pada konsentrasi  asam  5%  mampu  menurunkan  kadar  lignin sebesar  46.35  %.  Sehingga  dengan  dilakukannya  dua tahap pretreatment terjadi penurunan jumlah lignin yang lebih besar jika dibandingkan dengan perlakuan satu kali pretreatment saja.
Proses % Kadar lignin (w/w) Sebelum Pretreatment NaOH 6% H 2 SO 4 1% H 2 SO 4 2% H 2 SO 4 3% H 2 SO 4 4% H 2 SO 4 5% 21,428 16,667 14,286 13,809 12,857 12,381 11,429 0 10 20 30 se b el u m … N aO H 6 % H 2 SO 4 1 % H 2 SO 4 2 % H 2 SO 4 3 % H 2 SO 4 4 % H 2 SO 4 5 % % Ka d ar L ig n in (w /w ) Proses Pretreatment
Jurnal Teknik Patra Akademika
Vol 6. No.2 Desember 2015
Penurunan  kadar  lignin  setelah  proses acid pretreatment disebabkan  adanya  reaksi  pemutusan ikatan  ester  antara  selulosa,  hemiselulosa  dan  lignin sehingga  mampu  menghasilkan  gula  yang  tinggi  pada proses  selanjutnya.  Dengan  adanya  dua  tahapan  proses pretreatment  dimaksudkan  untuk  meminimalisasikan kadar lignin  yang ada pada serbuk jerami padi sehingga pada  proses  fermentasi  mampu  menghasilkan  etanol tinggi.  Namun  dari  hasil  penelitian  didapatkan  bahwa meskipun proses pretreatment dilakukan secara bertahap masih  belum  mampu  menghilangkan  kadar  lignin  pada lignoselulosa sepenuhnya.

## 4.2. Kadar Glukosa Hasil Hidrolisis
Glukosa  hasil  hidrolisis  dengan  ekstrak  enzim selulase  sebanyak  10  ml  dari  kapang Aspergillus  niger dengan  waktu  inkubasi  selama  24  jam  diperlihatkan pada tabel 4.
Tabel 4. Glukosa hasil Hidrolisis Konsentrasi
H 2 SO 4 Glukosa (g/L) 1 % 2 % 3 % 4 % 5 %
1,648 1,684
2,186 2,473 2,688 Sakariﬁkasi enzimatis memiliki beberapa keuntungan dibandingkan sakariﬁkasi asam, antara lain: tidak  terjadi  degradasi  gula  hasil  hidrolisis,  kondisi proses  yang  lebih  lunak  (suhu  rendah),  berpotensi memberikan  hasil  yang  tinggi,  dan  biaya  pemeliharaan peralatan  relatif  rendah  karena  tidak  ada  bahan  yang korosif  (Hamelinck, et  al .,  2005;  Taherzadeh and Karimi, 2007).
Gambar 7. Grafik glukosa hasil hidrolisis
Pada  gambar  7  terlihat  bahwa  kadar  glukosa  yang dihasillkan  menunjukkan  peningkatan.  Sampel  dengan acid  pretreatment 1  %  menghasilkan  jumlah  glukosa yang paling sedikit yaitu 1,648 g/l, kadar glukosa paling tinggi  diperoleh  dari  sampel  dengan  acid  pretreatment 5%  yaitu  2,688  g/l.  Peningkatan  kadar  glukosa  pada sampel  bertambah  seiring  dengan  semakin  besarnya
konsentrasi  acid  pretreatment  yang  digunakan.  Hal  ini disebabkan  semakin  besarnya  konsentrasi  asam  yang digunakan,  semakin  kecil  pula  lignin  yang  dihasilkan sehingga  kemampuan  enzim  untuk  menghidrolisa selulosa menjadi glukosa semakin besar.

## 4.3. Etanol Hasil Fermentasi
Hasil  analisis  etanol  menggunakan  kromatografi gas dari perlakuan delignifikasi jerami padi menggunakan NaOH 6% dikombinasikan dengan H 2 SO 4 konsentrasi  1%,  2%,  3%,  4%  dan  5%.  Dilanjutkan dengan  hidrolisis  menggunakan Aspergillus  niger dan fermentasi dengan
Saccharomyces cereviceae
diperlihatkan pada tabel 5.
Tabel 5 . Etanol hasil Fermentasi Konsentrasi H 2 SO 4 (%) Waktu Fermentasi (hari) % Bioetanol (v/v) Volume bioetanol (ml) 1
2 3 4 5 1 2 3
4 5
1 2 3 4 5 1 2 3 4 5 1 2 3 4 5 1 2 3 4 5 0,831 1,879 2,479 2,386 2,097 0.835 1,686 2,527 2,449 2,214 1,055 1,839 2,546 2,452 2,359 1,149 1,919 2,626 2,469 2,374 1,455 1,937 2,699 2,617 2,382 0,291 0,658 0,868 0.835 0,734 0,292 0,591 0,884 0,857 0,775 0,369 0,644 0,891 0,858 0,826 0,402 0,672 0,919 0,864 0,831 0,509 0,678 0,945 0,915 0,834
Gambar 8. Grafik etanol
Pada  gambar  8  menunjukkan  kadar  etanol  pada sampel  dengan  perlakuan pretreatment NaOH  6%  dan H 2 SO 4 1%  menghasilkan  kadar  etanol  yang  paling rendah  yaitu  sebesar  0.381%.  Hal  ini  disebabkan  pada sampel ini masih mengandung lignin dengan konsentrasi tertinggi dibanding sampel yang lainnya.
Kadar  etanol  tertinggi  dihasikan  oleh  sampel dengan  perlakuan pretreatment H 2 SO 4 5%  dengan waktu  fermentasi  selama  3  hari,  yaitu  sebesar  2,699  %. Hasil pretreatment menunjukkan  sampel  dengan  proses H 2 SO 4 sebesar  5%    mengandung  jumlah  lignin  paling sedikit  dibandingkan  sampel  lainnya.  Ini  menunjukkan bahwa  proses  delignifikasi  mempunyai  pengaruh penting terhadap proses terbentuknya etanol. Kandungan lignin  yang  ada  pada  sampel  sangat  mempengaruhi proses  terbentuknya  etanol,  karena  lignin  akan mengganggu  kinerja  dari  enzim  (Mansfield,  1999). Selain  itu  lignin  juga  menyebabkan  ikatan  balik  pada selulosa  yang  mengakibatkan  meningkatnya  jumlah kebutuhan  enzim  yang  digunakan  untuk  hidrolisis  (Lu. et al. , 2002).
Dari gambar 4.2, waktu  fermentasi  selama 1, 2,  3, 4 dan 5 hari berpengaruh terhadap kadar bioetanol yang dihasilkan, bahwa semakin lama waktu fermentasi kadar bioetanol  akan  mengalami  kenaikan,  namun  pada  hari keempat  kadar  bioetanol  pada  masing-masing  sampel mengalami penurunan. Hal ini disebabkan karena proses fermentasi  telah  mencapai  optimum  pada  waktu  3  hari dengan  konsentrasi  etanol  sebesar  2,699  %.  Kadar bioetanol mengalami penurunan setelah melewati waktu optimalnya. Hal ini disebabkan pada waktu fermentasi 3 hari, Saccharomyces  Cerevisiae memiliki  aktivitas paling  besar  yang  biasanya  berada  pada  fase eksponensial.  Fase  eksponensial  merupakan  fase  untuk pembentukan produk etanol yang terbesar (Hapsari) dan Pramashinta, 2013).

## V. Kesimpulan dan Saran
5.1. Kesimpulan
1. Semakin  besar  konsentrasi  asam  yang  digunakan pada  proses  pretreatment,  maka  semakin  banyak
kadar  lignin  yang  hilang.  Nilai  kadar  lignin  terkecil didapatkan  pada  sampel  dengan  proses  pretreatment H 2 SO 4 5% sebesar 11,429%.
2. Semakin  lama  waktu  fermentasi,  kadar  bioetanol yang  dihasilkan  semakin  besar.  Setelah  waktu fermentasi  optimum  tercapai,  bioetanol  yang dihasilkan  akan  menurun.  Pada  penelitian  ini  waktu optimum  fermentasi  adalah  3  hari  dengan  kadar bioetanol 2,699%.
5.2. Saran Pada penelitian ini proses delignifikasi menggunakan asam dilakukan pada kondisi operasi yang sama.  Disarankan  pada  penelitian  selanjutnya  untuk memvariasikan  kondisi  operasi  asam  yang  digunakan, sehingga  proses  delignifikasi  dapat  mendekati  nol  dan kerja  enzim  pada  proses  hidrolisa  dalam  mengkonversi glukosa menjadi etanol akan lebih maksimal.

## DAFTAR PUSTAKA
Boyles D., 1984. Bio Energy- Technology, Thermodynamics and Costs. Ellis Horwood Limited. West Sussex.
Brandberg  T.,  C.J.  Franzen  and  L.  Gustafsson,  2004. The  Fermentation  Performance  on  Nine  Strains  of Saccharomyces  cerevisiae in  Batch  and  Fed-Batch Cultures in Dilute-Acid Wood Hydrolysate. J. Bioscience  and  Bioengineering .  Vol  98  (2)  :  122- 125
Campbell,  I.  M.  1983.  Biomass,  Catalysts  and  Liquid Fuel. Pensylvania: Technomic Publishing Co. Inc.
Deacon,  T,  W.  1997.  Karakteristik  Lignoselulosa sebagai Bahan Baku Bioetanol Bagian 2.
Fessenden,  R.J.,  dan  Fessenden,  J.S.,  1992, Kimia Organik , Jilid 2, Edisi ke-3, 353, Erlangga, Jakarta
Mosier  ,  N  .,Wyman,  C.E.,  B,  Dale.,  R,  Elander.,  YY, Lee.,  M,  Holtzapple.,  M,  Ladisch  (2005),  “ Features of  Promising  Technologies  for  Pretreatment  of Lignocellulosic  Biomass”, Bioresource  Technology 96, pp 673 – 686.
Ooshima,  H,  K.  Aso,  Y.  Harano,  T.  Yamamoto.  1965. Microwavw  Treatmentof  a  Cellulosic  Material  for Their  Enzymatics  Hidrolysis  Biotechnol.  Let  6(5): 289 – 294
Pelezar  M.J.  dan  E.C.S.  Chan,  1986.  Dasar-dasar Mikrobiologi. Terjemahan R.S.
0 0.5 1 1.5 2 2.5 3 1 2 3 4 5 % Ka d ar B io e ta n o l ( v/ v) Waktu  Fermentasi (hari) H2SO4 1% H2SO4
2%
H2SO4
3%
H2SO4 4%
Radley,  J.  A.  1954.  Starch  and  it’s  Derivatives.  New York.
Samsuri  M .,  at  al 2005.  Pretretment  for  Etanol Production from Bagase by Simultaneous Saccharification  and  fermentation. Prosiding  6th International  Wood  Science  Symposium. Denpasar
29-31 Agustus 2005.
Samsuri,  M.  Gozan,  M.  Mardiaz,  R  dan  baiquni,  M. 2007.  Pemanfaatan  dari  Selulosa    vBagas  untuk
Produksi Etanol Melalui Sakarifikasi dan Fermentasi  Serentak  dengan  Enzim  Xylanase.
Jurnal Makara Teknologi. Vol 11. Hal 17 - 24
Saono,  S.  1974.  Pemanfaatan  Jasad  Renik  dalam Pengolahan  Hasil  Sampingan/  Sisa  Produksi Pertanian. Berita LIPI. 18(4): 1 – 11
Sun,  Y.  and  Cheng,  J.  2002. Hydrolysis  of lignocellulosic materials for ethanol production: A review . Bioresour. Technol. 83: 1–11.
Sun,  Y,  and  Cheng,  J.  2005.  Bioresource  technology. Vol. 96, pp
Winarno. 1980. Kimia Pangan. Jakarta: Gramedia
Yoswathana, N., Phuriphipat, P., Treyawutthiwat, P. dan Eshtiaghi,  N.M.  (2010),  “ Production  Bioethanol from  Rice  Straw ”,  Energy Research Journal 1 (1) pp.26 – 31.
Yulianto, M, E. Diyono, I. Indah, H. Rustan, S, N. Fiqih, P,  J.  2009.  Pengembangan  Hydrolisis  Enzymatis Biomassa  Jerami  Padi  untuk  Produksi  Bioetanol. Simposium  Nasional  RAPI  VIII.  ISSN:  1442  – 9612: K-66-K-73.
Zhang,  B.  Shahbazi,  A.  Wang,  L.  2010.  Alakali Pretreatment and Enzymatic Hydrolysis of Cattalist from Constructed Wetlands. Am J Eng Sci 3: 328 – 330