Abstrak— Penelitian  ini  bertujuan  untuk  meningkatkan  yield dan  produktivitas  etanol  menggunakan  fermentasi  kontinyu pada  packed  bed  bioreaktor  dan  proses  fermentasi  yang diintegrasikan  proses ekstraksi dengan recycle dari rafinat yang dikembalikan  pada  fermentor  serta  mengetahui  jenis  pelarut yang  terbaik  untuk  proses  fermentasi  ekstraktif  ditinjau  dari sifat inhibisi serta  melakukan  optimasi  dengan  mengembangkan model matematis dari proses fermentasi-ekstraktif menggunakan  MATLAB  7.0  dengan  metode  Golden  Section serta membandingkan  hasilnya  antara  eksperimen  dan pemodelannya. Pada proses ini digunakan molases sebagai bahan baku  dan n-amyl  alcohol , 1-octanol dan 1-dodecanol sebagai solvent pada  proses  ekstraksi.  Konsentrasi  awal  molases  adalah 161,14 g/L (17%). Variabel recycle ratio yang digunakan sebesar 40%,  50%,  60%  dan  70%  terhadap feed .  Pelarut  yang digunakan  ada  tiga  macam  berdasarkan  jumlah  atom  C-nya yaitu n-amyl  alcohol (C-5), 1-octanol (C-8),  dan 1-dodecanol (C- 12). Konsentrasi gula reduksi sisa dianalisa dengan  metode DNS ( Dinitrosalisilic  acid ),  sedangkan  kadar  etanol  dianalisa  dengan metode Gas Cromatography (CG). Fermentasi-ekstraktif dilakukan  secara  eksperimen  dan  pemodelan  dengan  metode Golden  Section.  Yield  optimum  untuk  pelarut n-amyl  alcohol adalah  sebesar  10,0049%.  Pada recycle ratio 0.4  .  Nilai  yield optimum  yang  didapatkan  untuk  pelarut 1-octanol dan 1- dodecanol adalah  saat  tidak  ada  recycle  sebesar  9,9949%  dan 9,992%.  Berdasarkan  hasil  tersebut  maka  diketahui  bahwa  n- amyl-alkohol  merupakan  pelarut  terbaik  yang  digunakan  pada proses fermentasi ekstraktif.
Kata Kunci —etanol, molases, fermentasi-ekstraktif, permodelan

## I. PENDAHULUAN
Bioetanol  (C 2 H 5 OH)  dikenal  sebagai  bahan  bakar  dari minyak  nabati  yang  memiliki  sifat  menyerupai  minyak premium  yang  ramah  lingkungan  karena  bersih  dari  emisi bahan  pencemar.  Bahan  bakar  ini  diperoleh  melalui  proses fermentasi gula sederhana / glukosa yang terdapat pada bahan alami (tumbuh-tumbuhan) dengan memanfaatkan kemampuan mikroorganisme  tertentu.  Dalam  penelitian  ini,  dipilih molasses sebagai bahan baku dikarenakan molases mengandung glukosa yang bisa langsung didegradasi menjadi etanol. Molases merupakan by product dari industri gula yang didapat  setelah  sukrosanya  dikristalkan  dan  dipisahkan  dari niranya. Molases merupakan  campuran  kompleks  yang mengandung  sukrosa,  gula  invert,  garam-garam,  dan  bahan-
bahan  non  gula. Molases bersifat  asam,  mempunyai  pH  5,5– 6,5 [1].
Fermentasi  pada  umumnya  menggunakan  proses  batch sebab  kadar  dan  produktivitas  etanol  yang  dihasilkan  rendah, hal ini dikarenakan akumulasi dari etanol yang terbentuk pada fermentor  akan  meracuni  mikroorganisme  yang  berperan dalam pembentukan etanol itu sendiri. Akumulasi dari produk terlarut yang bersifat racun akan menurunkan secara perlahan- lahan  dan  bahkan  dapat  menghentikan  pertumbuhan  serta produksi dari mikroorganisme [2].

## II. URAIAN PENELITIAN
Penelitian  ini  akan  dilakukan  secara  eksperimen  dan pemodelan.  Variabel  yang  digunakan  dalam  penelitian  ini yaitu  Fermentasi-Ekstraktif  tanpa  Recycle  :Konsentrasi glukosa  awal  dalam  molasses  161,14g/L  (17%) , periode pengambilan  sampel  :  tiap  6  jam  selama  120  jam,  pelarut: amylalcohol,1-octanol,  1-dodecanol,  laju  alir  pelarut:  20 mL/menit  sedangkan  variabel  untuk  Fermentasi-Ekstraktif menggunakan  recycle  yaitu  konsentrasi  glukosa  dalam molasses  :161,14g/L  (17%),  periode  pengambilan  sampel  : tiap 6 jam selama 120 jam, pelarut: amylalkohol,1-oktanol, 1- dodekanol,  laju  alir  pelarut:  20  mL/menit,  rasio  recycle  dari rafinat  40%,  50%,  60%  dan  70%.  Dan  untuk  permodelan menggunakan Metode Golden Section.

## III. H ASIL DAN PEMBAHASAN
Pengembangan  model  matematis  pada  proses  frementasi ekstraksi  ini  memberikan  kemudahan  dalam  menentukan perkiraan  kondisi  pelarut  yang  memungkinkan  untuk mendapatkan hasil ekstrak (etanol) yang optimal. Perhitungan empiris  dari Packed  Bed  Fermentors dilakukan  dengan menggunakan software MATLAB R2009 [3].
Untuk  mencari  optimasi  adalah  dengan  mengembangkan model  matematis  dari  proses  fermentasi-ekstraktif  yaitu metode  Golden  Section  menggunakan  MATLAB  R2009. Berikut adalah grafik hasil yield etanol dari proses fermentasi ekstraksi untuk berbagai pelarut:

## Optimasi Proses Produksi Etanol Dari Molases Menggunakan Teknik Fermentasi-Ekstraktif
Firda Atikah Rosyadi, Kurnia Putri Prasavitri, Tri Widjaja Jurusan Teknik Kimia, Fakultas Teknologi Industri, Institut Teknologi Sepuluh Nopember (ITS)
Jl. Arief Rahman Hakim, Surabaya 60111 Indonesia
e-mail : papatri2003@yahoo.com
Gambar 1 Perbandingan Hasil Yield Etanol Antara Ekperimen dan Permodelan (a) n-Amyl Alcohol (b) 1- Octanol (c) 1-Dodecanol
Dari grafik diatas, didapatkan  yield optimum  untuk pelarut n-Amyl  Alcohol adalah  pada  recycle  0,4  dengan  yield  sebesar 10,0049%.  Hal  tersebut  sesuai  dengan  penelitian  sebelumnya yaitu  kondisi  yield  semakin  lama  semakin  naik  kemudian setelah  mencapai  nilai  optimum,  nilai  yieldnya  menjadi  turun karena  pengaruh  toksisitas.  Nilai  yield  optimum  yang didapatkan  untuk  pelarut 1-octanol dan 1-dodecanol adalah saat  tidak  ada  recycle  sebesar  9,9949%  dan  9,992%.  Hal  ini disebabkan  karena  pelarut 1-octanol dan 1-dodecanol memiliki  kelarutan  yang  lebih  besar  dibanding  pelarut  n- amylalcohol  sehingga  saat  recycle,  etanol  yang  terikut  dalam proses  tersebut  lebih  besar.  Hal  tersebut  menyebabkan mikroorganisme  teracuni  dan  dihasilkan  kadar  etanol  yang rendah [4].

## IV. KESIMPULAN
1. Yield  dan  produktivitas  sistem  overallpada  permodelan untuk masing-masing pelarut yang digunakan adalah:
 n-amyl alcohol
Yield  meningkat  dari  10,0044%  -  10,0049%  untuk kenaikan recyle 0  -  40%  dan  produktivitas  67,2263 g/L.jam pada recycle 70%
 1-octanol
Yield dan produktivitas sebesar 9,9949% pada saat tidak ada recycle dan 67,0738 g/L.jam pada recycle 70%
 1-dodecanol
Yield  dan  produktivitas  sebesar  9,992%  pada  saat  tidak ada recycle dan 67,0267 g/L.jam pada recycle 70%
2. Proses fermentasi-ekstraktif menggunakan metode Golden  Section  dengan  membandingkan  eksperimen
yaitu untuk pelarut n-amyl alcohol pada eksperimen dan permodelan  sebesar  20,0326%  dan  10,0049%,  untuk pelarut 1-octanol sebesar  13,4537%  dan  9,9949%  dan untuk  pelarut 1-dodecanol sebesar  12,6670%  dan 9,992%.

## DAFTAR NOTASI
K gP Koefisien transfer massa etanol melalui dinding Flok K gS Koefisien transfer massa glukosa melalui dinding kapsul K gP Koefisien transfer massa etanol melalui dinding kapsul K gS Koefisien transfer massa glukosa melalui dinding Flok K od Koefisien perpindahan massa total berdasarkan pada fasa kontinyu K de Koefisien kesetimbangan distribusi etanol P b Konsentrasi etanol di dalam kapsul P b Konsentrasi bulk etanol r p Laju spesifik produksi etanol r s Laju spesifik konsumsi glukosa S Konsentrasi glukosa di dalam flok S b Konsentrasi glukosa bulk S b Konsentrasi glukosa di dalam kapsul
x             Konsentrasi etanol dalam rafinat
y Konsentrasi etanol dalam ekstrak Y C atau Y x/s Yield factor untuk yeast Y P atau Y p/s Yield factor untuk etanol

## DAFTAR PUSTAKA
[1]  Widjaja,  T.,  Altway,  A.,  Permanasari  A.R,  Gunawan  S., 2014.  Production of Ethanol As A Renewable Energy By Extractive-Fermentation.  Appied  Mechanic  and  Material Vol. 493 (2014) pp. 300-305.
[2]  Minier,  M,  Goma,G.,  1982. Ethanol  Production  by Extractive Fermentation , Biotechnology
and
Bioengineering, Vol. XXIV, 1565-1579.
[3]  Elnashaie,  S.S.E.H.  dan  Fakeeha,  A.H.,  1994. A Mathematical  Model  Achieving  the  Twin  Objective  of Simplicity  and  Accuracy  for  The  Simulation  of Immobilized  Packed  Bed  Fermentors .  Mathl.  Comput. Modelling Vol. 19, No. 5, 105-114.
[4] Goksungur, Y. dan Zorlu, N., 2001. Production of Ethanol From  Beet  Molasses  by  Ca-Alginate  Immobilized  Yeast Cells  in  a  Packed-Bed  Bioreactor ,Turk  J  Biol,  25,  265- 275.
.
0 10 20 30 0 0,2 0,4 0,6 0,8 % yi e ld % recycle permodelan eksperimen 0 5 10 15 0 0,5 1 % yi e ld % recycle permodelan eksperimen